电气工程及其自动化 本科毕业论文 电能质量(4)

2021-09-24 16:59

(2) 外因。雷电、外力破坏、树枝影响、配电设备故障、电容器投切、线路切换等都可能干扰系统,造成断电或电压变动,甚至影响到相邻线路,导致有害影响蔓延。现在采取的措施,一是减少故障发生的次数和改变排除故障的方式,目前配电系统中的线路主保护是电流保护,该保护最大的缺陷是线路中相当大部分区域上的故障不能无时延地予以切除,此外即使无时延保护,从检测出故障到断路器开断故障,最快也需要3~6 个周波。若是永久性故障,多次重合闸则导致电压的不断波动,这在图 2 中可以很明显地看出来。二是降低装置对电能质量问题的敏感性,主要是用户

侧在敏感负荷或关键负荷处安装补偿装置,这种方法对单个负荷可有直接和明显的效果,但是受限于补偿装 置的容量和价格,应用范围也受到限制。

目前在电能质量检测与控制中,有两个重要环节需要深入探讨:

(1)实时准确地检测。检测值可能是要滤除的谐波、要补偿的无功或要平衡的不对称值等。已经出现的检测方法很多,大多数的检测方法在信号平稳时,能准确地检测出干扰值。而这里的“实时检测”主要是指当信号被干扰时,检测电路的实时跟踪速度,目前大多数的常规检测方法很少能做到这一点,而实时性对于持续时间较短的电压跌落、突升、闪变、谐波等尤为重要。以谐波检测方法为例,为提高实时性,文献提出了不同的方法,有的是常规方法的改进,更多的是新理论的灵活应用。但这些检测方法在改进的同时也带来了新的问题,如要选择合适的数学函数、变换结果的相位与幅值会出现偏差等,所以它们的有效性还有待进一步研究。

(2) 求得补偿信号的参考值后,要快速准确地驱动变流器,产生补偿信号。目前出现的控制方法有:滞环比较控制、空间矢量控制、无差拍控制等。这些方法各有优点,可根据实际情况灵活选用。

无论是检测还是控制,

存在的主要问题都是如何

减小以至消除时滞,使补偿

偏差最小。

电能质量控制器(或有

源滤波器)的结构一般是:

靠近源侧(或负荷侧)连接

一并联逆变器,靠近负荷侧(或源侧)连接一串联逆变器,两逆变器通过公共的直流电容结合在一起。串联部分的功能为补偿各种干扰,并联部分的功能为有源滤波、动态补偿无功、为直流电容提供能量等。当在直流侧并联能量储存装置时,还能使负载不受瞬时停电的干扰。整个电路的三个主要组成部分为检测电路、控制电路 PWM形成及驱动电路,如图 3所示。

在图 3的基础上进行改变,例如只取并联侧或只取串联侧;使用三相整流桥或三相 PWM整流桥;储能部分采用蓄电池、超导、飞轮或超级电容器,以供应短时有功电力;不同的补偿目标采用不同的控制方法等,就可以制造出不同的设备,实现不同的功能。

第二章 电能质量检测方法

2.1复调制细化谱分析方法

复调制细化谱分析方法,又称为选带频率细化分析方法,是基于复调制移频的高分辨率傅里叶分析方法,一般简称为Zoom FFT(ZFFT)方法,是信号处理领域70年代发展起来的一项新技术,FFT只能分析从零频开始的一个低通频带,且频带分辨率越高,ZFFT就是设法将感兴趣得那段频带谱移动到零频带附近,在进行常规的FFT运算。

通常的FFT方法在整个分析频带内具有相同的频率分辨率,这无疑是一种浪费。如果想提高分辨率,在采样频率不变的情况下,只能增加采样点数,但这样会极大地提高运算量,不利于运算的实现。而降低采样频率,保持采样点数不变,同样可以提高采样分辨率,但是采样频率降低后有可能造成频谱的混叠,如果将感兴趣得频段移动到原点附近,在进行低通滤波以免频率混叠,然后进行重采样以降低采样频率,这样就可以在不增加采样点数的情况下获得高的多的频率分辨率,该方法即为复调制细化谱分析方法。

复调制细化谱分析方法主要包括以下几个步骤:移频-低通数字滤波-重抽样-FFT及谱分析-频率成分调整这样一个流程。经过几个处理步骤分析说最得最终结果,完全能反映出原数字序列在某一频率范围内的频谱特性,幅度绝对值相差-比例常数D。与同样点数的直接FFT相比折椅细化分析方法所获得的频率分辨率要高D倍。

2.2常用的电压波动检测方法

要检测电压波动和闪变,首要的任务就是准确地提取出波动信号,通常将波动电压看成以工频额定电压未载波,起电压的幅值受频率范围在0.05~35Hz的电压波动分量调制的调幅波。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,用于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。为使分析简化又不失一般性,通常分析仅含单一频率的调幅波对工频载波的调制。

目前常用的电压波动的检测方法有五种,即牌坊检测法,有效值检测法、整流检测法、小波分解和同步检测法以及补偿迭代检测法。

2.2.1平方检波法

国际电工委员会(IEC)推荐平方解调检测法,即将工频电压平方,然后利用借调带通滤波器检测出调幅波。

如果利用0.05~35Hz的带通滤波器滤去直流分量和工频及以上的频率分量,并且考虑手机上的调制指数m<<1,存在的调幅波电压的倍频分量幅值远小于调幅波的幅值,可忽略不计。

这种方法较适合用数字信号处理的方法来实现,也为IEC推荐的闪变测量原理框图所采用。

优点:简单,便于数字化实现。

缺点:忽略了波动量中的倍频分量。

2.2.2有效值检波法

有效值检测法是利用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的波动信号。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,其脉动成分即反映了输入电压方均根值的变化。

这种方法,就实现而言,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,而且其元件参数整点较为困难。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。

优点:可以很好地检测出波动电压信号。

缺点:就实现而言,要将均方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。

2.2.3基于线性调配Z变换的闪变测量方法

1、考虑到平方检波法简便易行,并且不需要同步采样,这里用减去平均值的方法代替隔直滤波器,在进行截至频率为35Hz的低通滤波,即刻得到波动分量,如果平方后的信号不进行隔直和低通滤波而直接进行频谱分析,由于其中的波动的分量较小,而直流分量和高频分量大,检测结果容易受到干扰。

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