浅谈电压波动和闪变的检测及控制

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          摘要：由冲击性功率负荷引起的电压波动与闪变是电能质量问题的重要方面之一，首先对电压闪变的理论进行了分析研究,分析了平方解调法、全波整流解调法、有效值检波法、小波分解和同步检波法以及神经网络法等电压闪变检测方法, 比较分析了几种改善电压波动和闪变补偿装置的性能特点。

　　关键词：电压波动 闪变 检测 抑制 电能质量 　　 　　引言 　　 　　随着电力系统中大容量冲击负荷的不断增加,配电网中的电压闪变也愈发严重,因此需要对其进行检测和分析,进而提出具体的治理方案。基于统计评价的指标只能定量地给出闪变的强弱或严重程度,而无法说明闪变的具体参数特征。从实时监测电压波动和闪变信号的角度出发,研究了基于小波多分辨率分解和同步信号相干检测检波的更为有效的电压闪变分析方法,利用小波变换的多分辨率分析方法,对电压闪变信号进行了检波与分解,提取出电压波动信号的频率和幅值,从而得到反映电压闪变的参数。电压波动和闪变已成为威胁许多重要用户供电可靠性的主要原因之一，必须对其进行有效地监视与抑制。 　　 　　1.电压波动与闪变的检测 　　 　　1.1 调幅波检测 　　要对电压波动与闪变进行有效的抑制，首先的任务就是要准确的提取出波动信号.因此，电压波动分量的检出方法可采用通信理论中大功率载波调制信号解调方法，用与载波信号同频同相的周期信号乘以被调信号，将电压波动分量与工频载波电压分离，通过带通滤波器得到波动分量。 　　考虑电压波动分量，就是在基波电压上叠加有一系列的调幅波，为使分析简化又不失一般性，研究电压波动的检测方法可分析某单一频率的调幅波对工频载波的调制，将工频电压u(t)的瞬时值解析式写成： 　　 　　式中：A为工频载波电压的幅值，ω0为工频载波电压的角频率，m为调幅波电压的幅值，mcos(Ωt)为波动电压。 　　目前，常用的波动电压检出方法有三种：平方解调检波法、全波整流检波法和半波有效值检波法， 　　(1)平方解调检波法 　　国际电工委员会(IEC)推荐平方解调检测法，即将u(t)平方，然后利用解调带通滤波器检测出调幅波。经过0.05～30HZ的带通滤波器便能滤去直流分量和二倍工频分量，从而检测出mA2cos(Ωt)的调幅波即电压波动分量。这种方法较适合用数字信号处理的方法来实现。 　　(2)全波整流解调检波法 　　全波整流检波法的基本原理是将输入交流电压u(t)全波整流即进行绝对值运算后再经过解调带通滤波器后便取得波动信号。设u(t)经整流后的电压为g(t)，则g(t)可看作u(t)和幅值为±1、频率为工频的方波的乘积。将经过0.05～30HZ的带通滤波器便可检测出的调幅波即电压波动分量。 　　这种方法较适合于模拟电路加以实现，英国ERA和法国EDF等闪变仪采用此方案。它跟平方检波法一样，都要通过带通滤波器保留调幅波，但存在检出误差，误差的大小取决于波动信号的频谱结构。 　　(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。 　　(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。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。 　　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(Ωt)的基础上，根据人眼视感度曲线进行相应的处理。 　　在中低压配电网中，由于R与X相差不大，有功功率的快速波动同样会导致电压闪变，这就要求补偿装置在抑制电压波动与闪变时除了进行无功功率补偿使供电线路无功功率波动减小外，还得提供瞬时有功功率补偿。因而传统的无功补偿方法不能有效的改善这类电能质量问题，只有带储能单元的补偿装置才能满足要求。 　　动态电压恢复器(DVR)的基本结构，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，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。 　　 动态电压恢复器装置的结构 　　由DVR装置的结构图可以看出，它起了将系统与负荷隔离的作用，是面向负荷的补偿装置。该装置仅对特定负荷加以补偿，所以其容量仅取决于负荷的补偿容量和要求的补偿范围。目前大部分DVR装置的直流侧采用电容来提供直流电压，只能提供有限的能量，若要求DVR长时间提供电压补偿，则必须让DVR输出的电压和电流垂直，这样DVR装置不提供有功，只进行无功交换，可以满足长期工作的要求。 　　1.3 统一电能质量控制器及其它补偿装置 　　统一电能质量控制器(UPFC)结合了串、并联补偿装置的特点，具有对电压、电流质量问题统一补偿的功能，属于综合的补偿装置。有些提出的含有储能单元的串、并联组合的用户电力综合补偿装置，该装置除了应用于配电系统的谐波补偿外，还可以解决瞬时供电中断和电压波动等动态电压质量问题，提高供电的可靠性。 　　另外，除了前面的所介绍的补偿装置外，灵活交流输电系统(FACTS)也能抑制电压波动和闪变。该系统通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使输送容量更接近线路的热稳极限，能提高输电系统输送容量。目前主要的FACTS有：静止无功补偿(STATCOM)，晶闸管投切电容器型(TSSC)，可控串联补偿电容器(TCSC)等。根据前面的式(2)知，在10KV以上系统中，通过FACTS改变线路电抗能减小电压波动，特别是并联补偿装----STATCOM，通过与系统进行无功功率交换，以维持线路电压恒定，因此是抑制系统电压波动、闪变和提高系统稳定性特别是电压稳定性的有力工具。 　　 　　2.结论 　　 　　在输电和配电系统中，由冲击性功率负荷引起的电压波动通过公共连接点(PCC)传递到电网其它馈电线路上危害其他用户的电气设备，给配电系统的电能质量造成了严重污染。因此，需加强对电压波动和闪变的监测与控制。本文论述了电压波动和闪变的常用检测方法，比较分析了几种常用的改善电压波动和闪变的补偿装置性能特点。这些研究，对研制闪变检测仪器或采取电压波动抑制措施，具有借鉴和参考价值。 　　 　　参考文献： 　　【1】康伟，电压闪变测量方法的研究与实现，华北电力大学 2004 　　【2】郭晓丽，电压波动和闪变得检测与分析，南京理工大学，2004