模拟式闪变仪的工作原理及注意事项
2016-03-07
模拟式闪变仪由于采用芯片实现滤波电路，具有处理速度快等特点，但对硬件电路要求较高，设计复杂；数字式检测仪滤波运算采用软件实现，计算量大，但结构简单，比较灵活。
2 电压波动与闪变的抑制
目前，大部分用于改善和提高电能质量的补偿装置，它们也都具有抑制电压波动与闪变的功能[6-9]，如静止无功补偿器(SVC)，有源滤波器(APF)，动态电压恢复器(DVR)，以及配电系统电能质量统一控制器等。下面分析比较这些装置在抑制电压波动与闪变方面的作用。
2.1 静止无功补偿器(SVC)
电压闪变是电压波动的一种特殊反映，闪变的严重程度必将与负荷变化引起的电压变动相关，电压变动量通常按下式计算：
式(1)中,ΔP、ΔQ分别为评价母线上电力负荷有功、无功变化量；R、X为从电源到评价母线段供电系统等值电阻和电抗；UN为评价母线额定电压。 在10KV以上系统中，由于R远小于X，故有
式(2)中，SK为评价母线上的三相系统短路容量。
式(2)表明，在高电压或中压配电网中，电压波动主要与无功负荷的变化量以及电网的短路容量有关。在电网短路容量一定的情况下，电压闪变主要是由于无功负荷的剧烈变动所致，因此对于电压闪变的抑制，最常用方法是安装静止无功补偿装置(SVC)，目前这方面技术已相当成熟。但是，由于某些类型的SVC本身还产生低次谐波电流，须与无源滤波器并联使用，实际运行时有可能由于系统谐波谐振使某些谐波严重放大。因此，在进行补偿时，要求采用具有短的响应时间、并且能够直接补偿负荷的无功冲击电流和谐波电流的补偿器。
2.2 有源电力滤波器(APF)
对于非线性冲击性负荷，在几个周波的时间内，其电流可能出现相当大的波动，引起电压闪变。因此，要抑制电压闪变，必须在负荷电流急剧波动的情况下，跟随负荷变化实时补偿无功电流。近年来采用电力晶体管(GTR)和可关断晶闸管(GTO)及脉宽调制(PWM)技术等构成的有源滤波器，可对负荷电流作实时补偿，如图3所示。有源电力滤波器的工作原理与传统的SVC完全不同，它采用可关断的电力电子器件和基于坐标变换原理的瞬时无功理论进行控制，其作用原理是利用电力电子控制器代替系统电源向负荷提供所需的畸变电流，从而保证系统只须向负荷提供正弦的基波电流。
有源电力滤波器与普通SVC相比[10]，有以下优点：响应时间快，对电压波动、闪变补偿率高，可减少补偿容量；没有谐波放大作用和谐振问题，运行稳定；控制强，能实现控制电压波动、闪变，稳定电压作用，同时也能有效地滤除高次谐波，补偿功率因数。
我国虽然在理论上取得了一定的进展，但由于多方面条件的限制，至今未有并联型有源电力滤波器正式用于实际。而在日本和美国，已普遍使用有源电力滤波器来抑制电弧炉等引起的电压闪变。
2.3 动态电压恢复器
由式(1)知，在中低压配电网中，由于R与X相差不大，有功功率的快速波动同样会导致电压闪变，这就要求补偿装置在抑制电压波动与闪变时除了进行无功功率补偿使供电线路无功功率波动减小外，还得提供瞬时有功功率补偿。因而传统的无功补偿方法不能有效的改善这类电能质量问题，只有带储能单元的补偿装置才能满足要求。
动态电压恢复器(DVR)的基本结构如图4所示，其接法是将一个由三单相电压源变流器构成的三相变流器串联接入电网与欲补偿的负荷之间[11-13]。这里逆变器采用3个单相结构，目的是为了更灵活地对三相电压和电流进行控制，并提供对系统电压不对称情况的补偿。该装置的核心部分为同步电压源逆变器，当线路侧电压发生突变时，DVR通过对直流侧电源的逆变产生交流电压，再通过变压器与原电网电压相串联，来补偿系统电压的跌落或抵消系统电压的浪涌。由于DVR通过自身的储能单元，能够在ms级内向系统注入正常电压与故障电压之差[2]，可用于克服系统电压波动对用户的影响，因此是解决电压波动、不对称、谐波等动态电压质量问题的有效工具。至今西屋公司、西门子公司和ABB公司都已研制出该类装置，并已取得良好的运行效果[10]。
由DVR装置的结构图可以看出，它起了将系统与负荷隔离的作用，是面向负荷的补偿装置。该装置仅对特定负荷加以补偿，所以其容量仅取决于负荷的补偿容量和要求的补偿范围。目前大部分DVR装置的直流侧采用电容来提供直流电压，只能提供有限的能量，若要求DVR长时间提供电压补偿，则必须让DVR输出的电压和电流垂直，这样DVR装置不提供有功，只进行无功交换，可以满足长期工作的要求。
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2.4 统一电能质量控制器及其它补偿装置
统一电能质量控制器(UPFC)结合了串、并联补偿装置的特点，具有对电压、电流质量问题统一补偿的功能，属于综合的补偿装置。如文献[14]提出的含有储能单元的串、并联组合的用户电力综合补偿装置，该装置除了应用于配电系统的谐波补偿外，还可以解决瞬时供电中断和电压波动等动态电压质量问题，提高供电的可靠性。
另外，除了前面的所介绍的补偿装置外，灵活交流输电系统(FACTS)也能抑制电压波动和闪变。该系统通过控制电力系统的基本参数来灵活控制系统潮流，使输送容量更接近线路的热稳极限，能提高输电系统输送容量。目前主要的FACTS有：静止无功补偿器(STATCOM)，晶闸管投切电容器型(TSSC)，可控串联补偿电容器(TCSC)等。根据前面的式(2)知，在10KV以上系统中，通过FACTS改变线路电抗能减小电压波动，特别是并联补偿装置----STATCOM，通过与系统进行无功功率交换，以维持线路电压恒定，因此是抑制系统电压波动、闪变和提高系统稳定性特别是电压稳定性的有力工具。
3 结论
在输电和配电系统中，由冲击性功率负荷引起的电压波动通过公共连接点(PCC)传递到电网其它馈电线路上危害其他用户的电气设备，给配电系统的电能质量造成了严重污染。因此，需加强对电压波动和闪变的监测与控制。本文论述了电压波动和闪变的常用检测方法，比较分析了几种常用的改善电压波动和闪变的补偿装置性能特点。这些研究，对研制闪变检测仪器或采取电压波动抑制措施
