摘要：隨著工業技術的發展，大功率的變動負荷大量進入電網，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，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。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量已經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的電壓波動分量調制的調幅波。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制信號解調方法，用與載波信號同頻同相的周期信號乘以被調信號，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幅波對工頻載波的調制，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平方解調檢波法

平方檢波法是將經過調幅的電壓信號進行平方運算后，再經過解調濾波器便得到波動電壓信號，其原理如圖1所示：

圖1平方解調檢波法基本原理圖

根據平方解調檢波法的原理，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；第三項為調幅信號的倍頻分量；后幾項為高頻分量。經過0.5～35Hz的帶通濾波器，去除直流和工頻及以上的頻率分量，便可得到調幅波信號。

平方檢波法的優點是簡單、便于數字化實現；其缺點是含有調制分量的倍頻分量，而且不含衰減系數，若將解調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過調幅的電壓整流后，再經解調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；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，同時不適合數字化實現，且不含衰減系數。

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，再經解調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

其具體實現為：

將經過調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：

有效值檢波法的優點是含有衰減系數，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頻率變化時，都會使檢波結果產生誤差。

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，電網電壓經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電壓波動報警系統的設計

該檢測器能對被測電路系統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，即上節獲取的電壓u0(t)，該電源又同時是檢測對象。

在正常情況下，W2的中心頭電位調整為略小于電壓（VDD-VSS）的三分之二，W1的中心頭電位調整為略高于電壓（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，F1被復位輸出成為低電平，LED1發光指示。

當電源電壓上升波動時，7556的觸發置位電壓也上升，當觸發電壓上升到高于C2上保存的電壓值時，F2被置位輸出成為高電平，LED2發光指示報警。LED1和LED2一旦發光報警后，只需按動開關AN1和AN2才能熄滅。

圖4電壓波動報警系統電路圖

3結論

在輸電和配電系統中，電壓波動與閃變已經成為影響電能質量的重要因素，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其它饋電線路上危害其他用戶的電氣設備，給配電系統的電能質量造成了嚴重污染。因此，需加強對電壓波動和閃變的監測與控制，而其首要前提就是必須檢測出電網的波動電壓，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。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

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