电压波动与闪变的检测及控制方法

1、 HYPERLINK 电压波动和闪变变的检测与控控制方法随着大量的基于于计算机系统统的控制设备备和自动化程程度很高的用用电设备相继继投入使用，工工业用户对电电能质量的要要求越来越高高，甚至几分分之一秒的不不正常就可造造成的巨大的的损失。据统统计，自动化化程度很高的的工业用户一一般每年要遭遭受1050次与电能质质量问题有关关的干扰，其其中因包括电电压波动和闪闪变在内的动动态电压质量量问题造成的的事故数约占占事故总数的的831。电压波波动和闪变已成成为威胁许多多重要用户供供电可靠性的的主要原因之之一，必须对对其进行有效效地监视与抑抑制。 电力系统的的电压波动和和闪变主要是是由具有冲击击性功率的负负

2、荷引起的2，如变变频调速装置置、炼钢电弧弧炉、电气化化铁路和轧钢钢机等。这些些非线性、不不平衡冲击性性负荷在生产产过程中有功功和无功功率率随机地或周周期性地大幅幅度变动，当当其波动电流流流过供电线线路阻抗时产产生变动的压压降，导致同同一电网上其其它用户电压压以相同的频频率波动。这这种电压幅值值在一定范围围内(通常为额定定值的90110)有规律或随随即地变化，即即称为电压波波动。电压波波动通常会引引起许多电工工设备不能正正常工作，如如影响电视画画面质量、使使电动机转速速脉动、使电电子仪器工作作失常、使白白炽灯光发生生闪烁等等。由由于一般用电电设备对电压压波动的敏感感度远低于白白炽灯，为此此，选择

3、人对对白炽灯照度度波动的主观观视感，即“闪变”，作为衡量量电压波动危危害程度的评评价指标。11 电压波动与与闪变的检测测1.1 调幅波检测测 要对对电压波动与与闪变进行有有效的抑制，首首先的任务就就是要准确的的提取出波动动信号，通常常将波动电压压看成以工频频额定电压为为载波、其电电压的幅值受受频率范围在在0.0535Hz的电压波动动分量调制的的调幅波。因因此，电压波波动分量的检检出方法可采采用通信理论论中大功率载载波调制信号号解调方法，用用与载波信号号同频同相的的周期信号乘乘以被调信号号，将电压波波动分量与工工频载波电压压分离，通过过带通滤波器器得到波动分分量。 考虑电压波动动分量，就是是在基

4、波电压压上叠加有一一系列的调幅幅波，为使分分析简化又不不失一般性，研研究电压波动动的检测方法法可分析某单单一频率的调调幅波对工频频载波的调制制，将工频电电压u(t)的瞬时值解解析式写成：式中：A为工频载波波电压的幅值值，0为工频载波电电压的角频率率，m为调幅波电电压的幅值，mcos(t)为波动电压压。 目前，常用用的波动电压压检出方法有有三种：平方方解调检波法法、全波整流流检波法和半半波有效值检检波法，图1所示分别为为三种方法的的原理结构框框图。 (1)平方解调检检波法 国际电工委委员会(IEC)推荐平方解解调检测法，即即将u(t)平方，然后后利用解调带带通滤波器检检测出调幅波波。经过0.05

5、30HZ的带通滤波波器便能滤去去直流分量和和二倍工频分分量，从而检检测出mA2cos(t)的调幅波即电电压波动分量量。这种方法法较适合用数数字信号处理理的方法来实实现。 (2)全波整流解解调检波法 全波整流检检波法的基本本原理是将输输入交流电压压u(t)全波整流即即进行绝对值值运算后再经经过解调带通通滤波器后便便取得波动信信号。设u(t)经整流后的的电压为g(t)，则g(t)可看作u(t)和幅值为1、频率为工工频的方波的的乘积。将经经过0.0530HZ的带通滤波波器便可检测测出的调幅波波即电压波动动分量。 这种方法较较适合于模拟拟电路加以实实现，英国ERA和法国EDF等闪变仪采采用此方案。它它

6、跟平方检波波法一样，都都要通过带通通滤波器保留留调幅波，但但存在检出误误差，误差的的大小取决于于波动信号的的频谱结构。 (3)半波有效值检波法 半波有效值法是利用RMS/DC变换器将波动的输入交流电压变换成脉动的直流电压，再经解调带通滤波器后获得波动信号。RMS/DC变换器输出的直流电压值为输入交流电压的方均根值，其脉动成份即反映了输入电压方均根值的变化。根据半波 这种方法，就实际线路而言，要将方均根值的计算时间准确地整定在半个工频周期是相当困难的，而且其元件参数整定较为困难。另外，该方法可去除直流分量和二倍工频分量等，只保留调幅波，但其中不会完全没有直流分量，仍需隔直和滤波。瑞士的MEFP型

7、闪变仪，国产的VFF-1型电压波动闪变分析仪和日本的V10测量仪等均采用每个周波求一个有效值。 (4)小波多分辨率信号分解同步检波法及其它方法 近年来一些新理论和新原理应用于调幅波检测。如，文献3提出了一种采用小波多分辨率信号分解和同步检波的电压闪变信号检测新方法，该方法用小波多分辨率信号分解滤波器取代同步检波器中的解调带通滤波器，可以检测出电压闪变信号的突变时间，包络信号中的各个频率分量及其幅度。但这种方法具有对信号所需采样数据多，运算量大，检测突变故障信号的故障时刻延时较大等特点，因而在采用小波多分辨率信号分解时，必须寻求快速小波函数及其相应小波变换。 另外，文献4提出了一种基于随机理论和

8、导纳矩阵的随机电压闪变功率潮流法，这种方法可以计算出每条母线的最大电压波动值和闪变值，也能检测出闪变源对系统电压的冲击，但这种方法在实际应用中存在很大的难度。1.2 闪变值的获得 闪变是由于电网电压的波动，所引起的灯光闪烁对人眼视觉产生刺激的响应。它不仅和电压波动大小有关，而且和波动的频率(即对工频电压的调幅频率)、照明灯具的性能及人的视感因素有关。因此，要获得闪变值，就必须在取得电压波动信号mcos(t)的基础上，根据人眼视感度曲线进行相应的处理。国际电工委员会(IEC)依据1982年国际电热协会(UIE)的推荐，给出了检测电压闪变的设计规范，其框图如图2所示。 框1为为输入级，实实现把不同

9、等等级的电源电电压降到适合合于仪器内部部电路的电压压值，此外也也能产生标准准的调制波用用于仪器的自自检。框2、3、4综合模拟了了灯眼脑脑环节对电压压波动的反应应。其中框2反应灯光强强度与电压的的关系，给出出与调制波幅幅值成线形关关系的电压，具具体参考前面面调幅波的检检测；框3的带通和视视感度加权滤滤波器反应了了人眼对不同同频率的电压压波动的敏感感程度，通频频带为0.0535Hz；框4包含一个平平方器和一个个一阶低通滤滤波器，用来来模拟人脑对对光强变化的的非线性响应应和存储响应应，框4的输出S(t)反应了人的的视觉对电压压波动的瞬时时闪变视感度度。然后对S(t)作不同处理理可以反映电电网电压的闪

10、闪变情况55,6。框5为闪变的统统计分析，即即根据框4输出的S(t)进行在线统统计分析或将将其输出滤波波做离线统计计分析求得并并输出短时闪闪变严重度Pst。 根据此原理理和框图，可可以设计出模模拟式闪变检检测仪和数字字式闪变检测测仪。模拟式式闪变仪由于于采用芯片实实现滤波电路路，具有处理理速度快等特特点，但对硬硬件电路要求求较高，设计计复杂；数字字式检测仪滤滤波运算采用用软件实现，计计算量大，但但结构简单，比比较灵活。22 电压波动与与闪变的抑制制 目前前，大部分用用于改善和提提高电能质量量的补偿装置置，它们也都都具有抑制电电压波动与闪闪变的功能6-9，如如静止无功补补偿器(SVC)，有源滤波

11、波器(APF)，动态电压恢恢复器(DVR)，以及配电电系统电能质质量统一控制制器等。下面面分析比较这这些装置在抑抑制电压波动动与闪变方面面的作用。22.1 静止无功补补偿器(SVC) 电压压闪变是电压压波动的一种种特殊反映，闪闪变的严重程程度必将与负负荷变化引起起的电压变动动相关，电压压变动量通常常按下式计算算： 式(1)中,P、Q分别为评价价母线上电力力负荷有功、无无功变化量；R、X为从电源到到评价母线段段供电系统等等值电阻和电电抗；UN为评价母线线额定电压。 在10KV以上系统中中，由于R远小于X，故有 式(2)中，SK为评价母线线上的三相系系统短路容量量。 式(2)表明，在高高电压或中压

12、压配电网中，电电压波动主要要与无功负荷荷的变化量以以及电网的短短路容量有关关。在电网短短路容量一定定的情况下，电电压闪变主要要是由于无功功负荷的剧烈烈变动所致，因因此对于电压压闪变的抑制制，最常用方方法是安装静静止无功补偿偿装置(SVC)，目前这方方面技术已相相当成熟。但但是，由于某某些类型的SVC本身还产生生低次谐波电电流，须与无无源滤波器并并联使用，实实际运行时有有可能由于系系统谐波谐振振使某些谐波波严重放大。因因此，在进行行补偿时，要要求采用具有有短的响应时时间、并且能能够直接补偿偿负荷的无功功冲击电流和和谐波电流的的补偿器。22.2 有源电力滤滤波器(APF) 对于于非线性冲击击性负荷

13、，在在几个周波的的时间内，其其电流可能出出现相当大的的波动，引起起电压闪变。因因此，要抑制制电压闪变，必必须在负荷电电流急剧波动动的情况下，跟跟随负荷变化化实时补偿无无功电流。近近年来采用电电力晶体管(GTR)和可关断晶晶闸管(GTO)及脉宽调制(PWM)技术等构成成的有源滤波波器，可对负负荷电流作实实时补偿，如如图3所示。有源源电力滤波器器的工作原理理与传统的SVC完全不同，它它采用可关断断的电力电子子器件和基于于坐标变换原原理的瞬时无无功理论进行行控制，其作作用原理是利利用电力电子子控制器代替替系统电源向向负荷提供所所需的畸变电电流，从而保保证系统只须须向负荷提供供正弦的基波波电流。 有源

14、电电力滤波器与与普通SVC相比10，有以下优优点：响应时时间快，对电电压波动、闪闪变补偿率高高，可减少补补偿容量；没没有谐波放大大作用和谐振振问题，运行行稳定；控制制强，能实现现控制电压波波动、闪变，稳稳定电压作用用，同时也能能有效地滤除除高次谐波，补补偿功率因数数。 我国虽然在在理论上取得得了一定的进进展，但由于于多方面条件件的限制，至至今未有并联联型有源电力力滤波器正式式用于实际。而而在日本和美美国，已普遍遍使用有源电电力滤波器来来抑制电弧炉炉等引起的电电压闪变。22.3 动态电压恢恢复器 由式(1)知，在中低低压配电网中中，由于R与X相差不大，有有功功率的快快速波动同样样会导致电压压闪变

15、，这就就要求补偿装装置在抑制电电压波动与闪闪变时除了进进行无功功率率补偿使供电电线路无功功功率波动减小小外，还得提提供瞬时有功功功率补偿。因因而传统的无无功补偿方法法不能有效的的改善这类电电能质量问题题，只有带储储能单元的补补偿装置才能能满足要求。 动态电压恢复器(DVR)的基本结构如图4所示，其接法是将一个由三单相电压源变流器构成的三相变流器串联接入电网与欲补偿的负荷之间11-13。这里逆变器采用3个单相结构，目的是为了更灵活地对三相电压和电流进行控制，并提供对系统电压不对称情况的补偿。该装置的核心部分为同步电压源逆变器，当线路侧电压发生突变时，DVR通过对直流侧电源的逆变产生交流电压，再通

16、过变压器与原电网电压相串联，来补偿系统电压的跌落或抵消系统电压的浪涌。由于DVR通过自身的储能单元，能够在ms级内向系统注入正常电压与故障电压之差2，可用于克服系统电压波动对用户的影响，因此是解决电压波动、不对称、谐波等动态电压质量问题的有效工具。至今西屋公司、西门子公司和ABB公司都已研制出该类装置，并已取得良好的运行效果10。 由DVVR装置的结构构图可以看出出，它起了将将系统与负荷荷隔离的作用用，是面向负负荷的补偿装装置。该装置置仅对特定负负荷加以补偿偿，所以其容容量仅取决于于负荷的补偿偿容量和要求求的补偿范围围。目前大部部分DVR装置的直流流侧采用电容容来提供直流流电压，只能能提供有限

17、的的能量，若要要求DVR长时间提供供电压补偿，则则必须让DVR输出的电压压和电流垂直直，这样DVR装置不提供供有功，只进进行无功交换换，可以满足足长期工作的的要求。2.4 统一电能质质量控制器及及其它补偿装装置 统一电能质质量控制器(UPFCC)结合了串、并并联补偿装置置的特点，具具有对电压、电电流质量问题题统一补偿的的功能，属于于综合的补偿偿装置。如文文献14提出的含有有储能单元的的串、并联组组合的用户电电力综合补偿偿装置，该装装置除了应用用于配电系统统的谐波补偿偿外，还可以以解决瞬时供供电中断和电电压波动等动动态电压质量量问题，提高高供电的可靠靠性。 另外，除了了前面的所介介绍的补偿装装置外，灵活活交流输电系系统(FACTTS)也能抑制电电压波动和闪闪变。该系统统通过控制电电力系统的基基本参数来灵灵活控制系统统潮流，使输输送容量更接接近线路的热热稳极限，能能提高输电系系统输送容量量。目前主要要的FACTS有：静止无无功补偿器(STATTCOM)，晶闸管投投切电容器型(TSSCC)，可控串联联补偿电容器器(TCSCC)等。根据前前面的式(2)知，在10KV以上系统中中，通过FACTS改变线路电电抗能减小电电压波动，特特别是