摘要：隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大功率的變動(dòng)負(fù)荷大量進(jìn)入電網(wǎng)，特別是一些非線性負(fù)荷導(dǎo)致電力需求急速變動(dòng)，從而引起電壓波動(dòng)，使在電網(wǎng)中運(yùn)行的各種電氣設(shè)備受到嚴(yán)重影響，如照明設(shè)備閃爍、控制設(shè)備誤動(dòng)作、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)等，本文詳細(xì)說明了電壓波動(dòng)的檢測方法，設(shè)計(jì)了電壓波動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，從而確保在電壓波動(dòng)時(shí)第一時(shí)間獲得信息。

0引言

電壓偏差和電壓波動(dòng)都將影響電能質(zhì)量，影響對電能的正常和安全應(yīng)用。實(shí)際電壓偏高將造成設(shè)備過電壓，威脅絕緣和降低使用壽命；實(shí)際電壓偏低，將影響用戶的正常工作，使用戶設(shè)備和電器不能正常運(yùn)行或停止運(yùn)行。電壓波動(dòng)和閃變是電壓的不規(guī)則急劇變動(dòng)，并引起燈光閃爍，造成人眼視覺的不舒適。有些電壓波動(dòng)雖然在正常的電壓變化限度之內(nèi)。但由于變化頻率快，也可能干擾計(jì)算機(jī)等電壓敏感型電子設(shè)備和儀器的正常工作。

因此，研究電壓波動(dòng)與閃變、實(shí)時(shí)的獲取電壓波動(dòng)信息、積極采取措施保證電能質(zhì)量已經(jīng)成為當(dāng)前供用電的項(xiàng)重要任務(wù)。

1波動(dòng)電壓的檢測與獲取

要對電壓波動(dòng)與閃變進(jìn)行有效的抑制，首先的任務(wù)就是要準(zhǔn)確的提取出波動(dòng)信號(hào)，通常將波動(dòng)電壓看成以工頻額定電壓為載波、其電壓的幅值受頻率范圍在0.05~35Hz的電壓波動(dòng)分量調(diào)制的調(diào)幅波。因此，電壓波動(dòng)分量的檢出方法可采用通信理論中大功率載波調(diào)制信號(hào)解調(diào)方法，用與載波信號(hào)同頻同相的周期信號(hào)乘以被調(diào)信號(hào)，將電壓波動(dòng)分量與工頻載波電壓分離，通過帶通濾波器得到波動(dòng)分量。

考慮電壓波動(dòng)分量，就是在基波電壓上疊加有一系列的調(diào)幅波，為使分析簡化又不失一般性，研究電壓波動(dòng)的檢測方法可分析某單一頻率的調(diào)幅波對工頻載波的調(diào)制，將工頻電壓u(t)的瞬時(shí)值解析式寫成：

目前，常用的電壓波動(dòng)檢出方法有三種：平方解調(diào)檢波法、全波整流檢波法和半波有效值檢波法。

1.1平方解調(diào)檢波法

平方檢波法是將經(jīng)過調(diào)幅的電壓信號(hào)進(jìn)行平方運(yùn)算后，再經(jīng)過解調(diào)濾波器便得到波動(dòng)電壓信號(hào)，其原理如圖1所示：

圖1平方解調(diào)檢波法基本原理圖

根據(jù)平方解調(diào)檢波法的原理，得出檢波方法的推導(dǎo)過程：

（2）

式中，第一項(xiàng)為直流分量；第二項(xiàng)為波動(dòng)分量；第三項(xiàng)為調(diào)幅信號(hào)的倍頻分量；后幾項(xiàng)為高頻分量。經(jīng)過0.5～35Hz的帶通濾波器，去除直流和工頻及以上的頻率分量，便可得到調(diào)幅波信號(hào)。

平方檢波法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、便于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)；其缺點(diǎn)是含有調(diào)制分量的倍頻分量，而且不含衰減系數(shù)，若將解調(diào)結(jié)果作為波動(dòng)電壓信號(hào)處理，存在誤差。

1.2全波整流檢波法

整流檢波法的基本原理是將經(jīng)過調(diào)幅的電壓整流后，再經(jīng)解調(diào)帶通濾波便可以檢測出波動(dòng)信號(hào)，其原理如圖2所示：

這種方法簡單方便，適合于模擬電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；但它與平方檢測法一樣，受波動(dòng)信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的影響而存在檢測誤差，同時(shí)不適合數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，且不含衰減系數(shù)。

1.3半波有效值檢波法

半波有效值檢波法是利用RMS／DC變換器將波動(dòng)的輸入交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)解調(diào)帶通濾波器獲得波動(dòng)信號(hào)，其原理如圖3所示：

圖3半波有效值檢波法基本原理圖

其具體實(shí)現(xiàn)為：

將經(jīng)過調(diào)幅的電壓平方后減去直流分量，再進(jìn)行積分（設(shè)有效值計(jì)算的起始值為任意時(shí)刻）：

（4）

式中，T為工頻周期。

在積分中忽略頻率大于2倍載波頻率的量，得：

有效值檢波法的優(yōu)點(diǎn)是含有衰減系數(shù)，使結(jié)果更能反映電壓波動(dòng)量。其缺點(diǎn)是電壓有效值偏移或者電網(wǎng)頻率變化時(shí)，都會(huì)使檢波結(jié)果產(chǎn)生誤差。

以上三種方法主要適合于含有單一頻率的電壓波動(dòng)分量檢測，都不適用于多頻率的閃變信號(hào)檢測。半波有效值檢波是一種平均效果，且易受到基波電壓和基波頻率的影響；對于平方檢波和整流檢波的方法，電網(wǎng)電壓經(jīng)過平方器或整流器后，再通過濾波器除去直流分量和兩倍工頻分量，可以提取出調(diào)制波，因此本設(shè)計(jì)選取全波整流檢波的方法獲取波動(dòng)電壓u0(t)。

2電壓波動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該檢測器能對被測電路系統(tǒng)的電源電壓波動(dòng)做出報(bào)警反應(yīng)。這種不易觀察的波動(dòng)對于某些系統(tǒng)來說常常是不允許的，它會(huì)制造邏輯錯(cuò)誤或帶來較大損害。

電壓波動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)電路如圖4所示。電路主要由一塊5G7556雙定時(shí)器構(gòu)成，其左半邊構(gòu)成電源下降波檢測電路，右半邊構(gòu)成電源上升波動(dòng)檢測電路，工作電源直接取自被測電路系統(tǒng)，即上節(jié)獲取的電壓u0(t)，該電源又同時(shí)是檢測對象。

在正常情況下，W2的中心頭電位調(diào)整為略小于電壓（VDD-VSS）的三分之二，W1的中心頭電位調(diào)整為略高于電壓（VDD-VSS）的三分之一；按一下開關(guān)AN1使F1輸出高電平，LED1不亮。按一下開關(guān)AN2使F2輸出低電平，LED2不亮。C1可使TH1的電位不受電源電壓波動(dòng)影響，同樣，C2可使TH2的電位不受電源電壓波動(dòng)影響.

當(dāng)電源電壓下跌波動(dòng)時(shí)，7556的復(fù)位閥值電壓同時(shí)下跌，當(dāng)該閥值低于C1上保存的電壓時(shí)，F(xiàn)1被復(fù)位輸出成為低電平，LED1發(fā)光指示。

當(dāng)電源電壓上升波動(dòng)時(shí)，7556的觸發(fā)置位電壓也上升，當(dāng)觸發(fā)電壓上升到高于C2上保存的電壓值時(shí)，F(xiàn)2被置位輸出成為高電平，LED2發(fā)光指示報(bào)警。LED1和LED2一旦發(fā)光報(bào)警后，只需按動(dòng)開關(guān)AN1和AN2才能熄滅。

圖4電壓波動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)電路圖

3結(jié)論

在輸電和配電系統(tǒng)中，電壓波動(dòng)與閃變已經(jīng)成為影響電能質(zhì)量的重要因素，由沖擊性功率負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)通過公共連接點(diǎn)傳遞到電網(wǎng)其它饋電線路上危害其他用戶的電氣設(shè)備，給配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成了嚴(yán)重污染。因此，需加強(qiáng)對電壓波動(dòng)和閃變的監(jiān)測與控制，而其首要前提就是必須檢測出電網(wǎng)的波動(dòng)電壓，并實(shí)時(shí)的做出報(bào)警與提醒，才能更迅速的采取有效的措施來控制和消除電壓波動(dòng)，把危害縮減到最小。本文論述了電壓波動(dòng)和閃變的常用檢測方法，并設(shè)計(jì)了電壓波動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。這些研究，對研制閃變檢測儀器，具有借鑒和參考價(jià)值。

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