摘要：隨著工業(yè)技術的發(fā)展，大功率的變動負荷大量進入電網(wǎng)，特別是一些非線性負荷導致電力需求急速變動，從而引起電壓波動，使在電網(wǎng)中運行的各種電氣設備受到嚴重影響，如照明設備閃爍、控制設備誤動作、電動機轉(zhuǎn)速波動等，本文詳細說明了電壓波動的檢測方法，設計了電壓波動報警系統(tǒng)，從而確保在電壓波動時第一時間獲得信息。

0引言

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

因此，研究電壓波動與閃變、實時的獲取電壓波動信息、積極采取措施保證電能質(zhì)量已經(jīng)成為當前供用電的項重要任務。

1波動電壓的檢測與獲取

要對電壓波動與閃變進行有效的抑制，首先的任務就是要準確的提取出波動信號，通常將波動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的電壓波動分量調(diào)制的調(diào)幅波。因此，電壓波動分量的檢出方法可采用通信理論中大功率載波調(diào)制信號解調(diào)方法，用與載波信號同頻同相的周期信號乘以被調(diào)信號，將電壓波動分量與工頻載波電壓分離，通過帶通濾波器得到波動分量。

考慮電壓波動分量，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)的瞬時值解析式寫成：

目前，常用的電壓波動檢出方法有三種：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)幅的電壓信號進行平方運算后，再經(jīng)過解調(diào)濾波器便得到波動電壓信號，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過程：

（2）

式中，第一項為直流分量；第二項為波動分量；第三項為調(diào)幅信號的倍頻分量；后幾項為高頻分量。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。

平方檢波法的優(yōu)點是簡單、便于數(shù)字化實現(xiàn)；其缺點是含有調(diào)制分量的倍頻分量，而且不含衰減系數(shù)，若將解調(diào)結果作為波動電壓信號處理，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信號，其原理如圖2所示：

這種方法簡單方便，適合于模擬電路進行實現(xiàn)；但它與平方檢測法一樣，受波動信號頻譜結構的影響而存在檢測誤差，同時不適合數(shù)字化實現(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變換器將波動的輸入交流電壓變換成脈動的直流電壓，再經(jīng)解調(diào)帶通濾波器獲得波動信號，其原理如圖3所示：

圖3半波有效值檢波法基本原理圖

其具體實現(xiàn)為：

將經(jīng)過調(diào)幅的電壓平方后減去直流分量，再進行積分（設有效值計算的起始值為任意時刻）：

（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)點是含有衰減系數(shù)，使結果更能反映電壓波動量。其缺點是電壓有效值偏移或者電網(wǎng)頻率變化時，都會使檢波結果產(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分量檢測，都不適用于多頻率的閃變信號檢測。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，因此本設計選取全波整流檢波的方法獲取波動電壓u0(t)。

2電壓波動報警系統(tǒng)的設計

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

電壓波動報警系統(tǒng)電路如圖4所示。電路主要由一塊5G7556雙定時器構成，其左半邊構成電源下降波檢測電路，右半邊構成電源上升波動檢測電路，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AN1使F1輸出高電平，LED1不亮。按一下開關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影響，同樣，C2可使TH2的電位不受電源電壓波動影響.

當電源電壓下跌波動時，7556的復位閥值電壓同時下跌，當該閥值低于C1上保存的電壓時，F(xiàn)1被復位輸出成為低電平，LED1發(fā)光指示。

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

圖4電壓波動報警系統(tǒng)電路圖

3結論

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

參考文獻

[1]孫樹勤，電壓波動與閃變，中國電力出版社，1998.

[2]周兆經(jīng)，周文暉，李青，采用小波分解和同步檢波的電壓閃變信號檢測新方法，電力系統(tǒng)及其自動化學報，2001，13(6)：23-27.

[3]余健明，張萍，張伏生等．基于瞬時無功功率理論求取電壓閃變參數(shù)的新方法．供用電，2006，23(1)：9-l2．

[4]孫曉明，田立軍，秦英林．基于虛擬儀器的IEC電壓閃變測量研究．電測與儀表，2004，11：50-53．