電網(wǎng)異?？焖贆z測方法的分析與比較

　　目前電力系統(tǒng)中非線性負(fù)荷尤其是電力電子裝置的使用日益增多，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)，工業(yè)部門以及家庭中的應(yīng)用迅速普及，使得電網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重。供用電系統(tǒng)中，實(shí)際的波形總有不同程度的畸變。產(chǎn)生畸變的原因，主要在于電力系統(tǒng)中存在著各種非線性元件，結(jié)果在系統(tǒng)中和用戶處的線路上總有諧波電流和電壓產(chǎn)生。諧波電流和無功電流大量注入電網(wǎng)，引起電網(wǎng)電壓波形的畸變。對電壓異常的檢測提出了更高的要求，即需要較高的抗干擾能力，自適應(yīng)的能力。本文對此問題進(jìn)行了探討。
　　1　電網(wǎng)供電異常的特點(diǎn)及其波形
　　1.1民用設(shè)備的電壓波形及其特點(diǎn)
　　由于民用設(shè)備一般為整流性負(fù)載，因此其電壓波形比較穩(wěn)定且波形失真微弱。主要面臨的問題可能是電網(wǎng)電壓的瞬間變化。
　　1.2工業(yè)設(shè)備的電壓波形及其特點(diǎn)
　　工業(yè)現(xiàn)場用電復(fù)雜，配電網(wǎng)中整流器，變頻調(diào)速裝置，電弧爐，以及各種電力電子設(shè)備不斷增加，而這些負(fù)荷的非線性、沖擊性和不平衡的用電特性使得電網(wǎng)的電流和電壓發(fā)生畸變。
　　(1)感性負(fù)載或者較大范圍停電(圖1)。
　　特點(diǎn)：掉電后電壓出現(xiàn)波動，周期為1ms或4ms，幅值為正常的75％或25％。
　　(2)中頻爐負(fù)載(圖2)。
　　特點(diǎn)：電壓波形毛刺較多，峰值可達(dá)正常值的30％，持續(xù)時間小于1ms，過零點(diǎn)檢測受干擾。
　　(3)其他(圖3)。
　　要實(shí)現(xiàn)供電正常的波形不能誤判、供電異常的波形及時判斷，需避開大部分的電網(wǎng)波動問題。在此基礎(chǔ)上對各種檢測方法進(jìn)行比較有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，比較結(jié)果可信。還有一個比較基準(zhǔn)是電網(wǎng)異常檢測時間，就是說在這個時間段內(nèi)的非異常不能誤判，但異常一定要在這個時間段內(nèi)檢測出來。
　　2　幾種檢測方法的原理
　　2.1單相平均值比較法
　　對電網(wǎng)電壓每周期采樣N個點(diǎn)，以后的采樣值與初值比較，若新采樣值在一定范圍內(nèi)則認(rèn)為正常，否則認(rèn)為不正常。連續(xù)出現(xiàn)M個故障點(diǎn)后即認(rèn)為供電異常。
　　2.2三相疊加平均值比較法
　　將三相檢測電壓疊加，則每相異常均反映到檢測電壓中，然后以定時器的定時為基準(zhǔn)進(jìn)行采樣并比較。
　　2.3單相雙積分比較法
　　對電壓進(jìn)行兩次積分并保證幅值不變，然后積分后的結(jié)果與移相180度的供電瞬時值比較。
　　3　檢測方法效果比較
　　
　　3.1抗干擾性
　　單相平均值比較法和單相雙積分法比較容易作出錯誤判斷，抗干擾能力差；三相疊加平均值比較法，諧波造成的干擾有較強(qiáng)的抗干擾能力。
　　3.2快速性
　　通過對比，檢測速度由快到慢依次為：三相疊加平均值比較法、單相雙積分法比較法、單相平均值比較法。
　　3.3復(fù)雜性
　　在相同的實(shí)驗(yàn)效果下對比程序的編程量，單相平均值比較法最為復(fù)雜，單相雙積分法比較法最為簡單。
　　通過以上對比可知，三相疊加平均值比較法的優(yōu)點(diǎn)比較突出，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中一般采用此種方法進(jìn)行波形異常快速檢測。
　　4　三相疊加平均值比較法在靜態(tài)切換產(chǎn)品中的應(yīng)用
　　靜態(tài)切換開關(guān)(STS)用來實(shí)現(xiàn)兩路同步三相交流電源之間進(jìn)行不間斷(<5ms)轉(zhuǎn)換。在一路輸入電源發(fā)生故障或需要檢修、測試時，實(shí)現(xiàn)從一路電源到另一路電源不間斷的轉(zhuǎn)換。
　　主控芯片采用了Microchip公司的dsPIC30F4012。是一款帶DSP處理能力的高性能16位單片機(jī)。
　　在本產(chǎn)品中主要是對電壓波形采集，產(chǎn)生控制信號控制備用電與主電進(jìn)行鎖相，對電壓波形進(jìn)行采樣判斷，并控制兩路供電之間的切換。實(shí)際效果如(圖4)。
　　可以看出，從主電停電到切換到備用電總的時間大約在3ms。
　　5　結(jié)語
　　三相疊加平均值比較法可以快速可靠的檢測電網(wǎng)電壓的狀況，能夠利用到靜態(tài)切換產(chǎn)品之中。隨著各類負(fù)載的投入運(yùn)用，電網(wǎng)電壓必然會變得更為復(fù)雜，三相疊加平均值比較法的優(yōu)越性會得到更大的體