目前电力系统中非线性负荷尤其是电力电子装置的使用日益增多[1,2], 各种电力电子装置在电力系统、工业部门以及家庭中的应用迅速普及, 使得电网的污染日益严重。供用电系统中, 实际的波形总有不同程度的畸变。产生畸变的原因, 主要在于电力系统中存在着各种非线性元件, 结果在系统中和用户处的线路上总有谐波电流和电压产生。谐波电流和无功电流大量注入电网, 引起电网电压波形的畸变。对电压异常的检测提出了更高的要求, 即需要较高的抗干扰能力、自适应的能力。本文对此问题进行了探讨。
由于民用设备一般为整流性负载, 因此其电压波形比较稳定且波形失真微弱。主要面临的问题可能是电网电压的瞬间变化。
工业现场用电复杂, 配电网中整流器, 变频调速装置, 电弧炉, 以及各种电力电子设备不断增加, 而这些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性使得电网的电流和电压发生畸变。
(1) 感性负载或者较大范围停电 (图1) 。
特点:掉电后电压出现波动, 周期为1ms或4ms, 幅值为正常的75%或25%。
(2) 中频炉负载 (图2) 。
特点:电压波形毛刺较多, 峰值可达正常值的30%, 持续时间小于1ms, 过零点检测受干扰。
(3) 其他 (图3) 。
要实现供电正常的波形不能误判、供电异常的波形及时判断, 需避开大部分的电网波动问题。在此基础上对各种检测方法进行比较有了统一的标准, 比较结果可信。还有一个比较基准是电网异常检测时间, 就是说在这个时间段内的非异常不能误判, 但异常一定要在这个时间段内检测出来。
对电网电压每周期采样N个点, 以后的采样值与初值比较, 若新采样值在一定范围内则认为正常, 否则认为不正常。连续出现M个故障点后即认为供电异常。
将三相检测电压叠加, 则每相异常均反映到检测电压中, 然后以定时器的定时为基准进行采样并比较。
对电压进行两次积分并保证幅值不变, 然后积分后的结果与移相180度的供电瞬时值比较。
单相平均值比较法和单相双积分法比较容易作出错误判断, 抗干扰能力差;三相叠加平均值比较法, 谐波造成的干扰有较强的抗干扰能力。
通过对比, 检测速度由快到慢依次为:三相叠加平均值比较法、单相双积分法比较法、单相平均值比较法。
在相同的实验效果下对比程序的编程量, 单相平均值比较法最为复杂, 单相双积分法比较法最为简单。
通过以上对比可知, 三相叠加平均值比较法的优点比较突出, 在现实应用中一般采用此种方法进行波形异常快速检测。
静态切换开关 (STS) 用来实现两路同步三相交流电源之间进行不间断 (<5ms) 转换。在一路输入电源发生故障或需要检修、测试时, 实现从一路电源到另一路电源不间断的转换。
主控芯片采用了Microchip公司的dsPIC30F4012。是一款带DSP处理能力的高性能16位单片机[3]。
在本产品中主要是对电压波形采集, 产生控制信号控制备用电与主电进行锁相, 对电压波形进行采样判断, 并控制两路供电之间的切换。实际效果如 (图4) 。
可以看出, 从主电停电到切换到备用电总的时间大约在3ms。
三相叠加平均值比较法可以快速可靠的检测电网电压的状况, 能够利用到静态切换产品之中。随着各类负载的投入运用, 电网电压必然会变得更为复杂, 三相叠加平均值比较法的优越性会得到更大的体现。
摘要：介绍了在低压400V系统下不同负载的电压波形, 电网供电异常时负载的电压波形。并据此提出了三种检测电压异常的方法及其原理, 然后分析了不同检验方法的优缺点及其所适用的场合, 最后给出了快速检测方法在静态切换产品中的应用效果。
关键词：电压波形,波形畸变,静态切换 (STS) ,dsPIC芯片
[1] 李成章.现代UPS电源及电路图集[M].北京:电子工业出版社, 2001.
[2] 赖世能.电信级大型IDC机房UPS电源系统配置方案与安全性[J].电信技术, 2005.
[3] 梁海浪.DSPIC数字信号控制器C程序开发及应用[J].北京:北京航空航天大学出版社, 2006.
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