電網異常快速檢測方法的分析與比較

　　目前電力系統中非線性負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，工業部門以及家庭中的應用迅速普及，使得電網的污染日益嚴重。供用電系統中，實際的波形總有不同程度的畸變。產生畸變的原因，主要在于電力系統中存在著各種非線性元件，結果在系統中和用戶處的線路上總有諧波電流和電壓產生。諧波電流和無功電流大量注入電網，引起電網電壓波形的畸變。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，自適應的能力。本文對此問題進行了探討。
　　1　電網供電異常的特點及其波形
　　1.1民用設備的電壓波形及其特點
　　由于民用設備一般為整流性負載，因此其電壓波形比較穩定且波形失真微弱。主要面臨的問題可能是電網電壓的瞬間變化。
　　1.2工業設備的電壓波形及其特點
　　工業現場用電復雜，配電網中整流器，變頻調速裝置，電弧爐，以及各種電力電子設備不斷增加，而這些負荷的非線性、沖擊性和不平衡的用電特性使得電網的電流和電壓發生畸變。
　　(1)感性負載或者較大范圍停電(圖1)。
　　特點：掉電后電壓出現波動，周期為1ms或4ms，幅值為正常的75％或25％。
　　(2)中頻爐負載(圖2)。
　　特點：電壓波形毛刺較多，峰值可達正常值的30％，持續時間小于1ms，過零點檢測受干擾。
　　(3)其他(圖3)。
　　要實現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波動問題。在此基礎上對各種檢測方法進行比較有了統一的標準，比較結果可信。還有一個比較基準是電網異常檢測時間，就是說在這個時間段內的非異常不能誤判，但異常一定要在這個時間段內檢測出來。
　　2　幾種檢測方法的原理
　　2.1單相平均值比較法
　　對電網電壓每周期采樣N個點，以后的采樣值與初值比較，若新采樣值在一定范圍內則認為正常，否則認為不正常。連續出現M個故障點后即認為供電異常。
　　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進行采樣并比較。
　　2.3單相雙積分比較法
　　對電壓進行兩次積分并保證幅值不變，然后積分后的結果與移相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復雜性
　　在相同的實驗效果下對比程序的編程量，單相平均值比較法最為復雜，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點比較突出，在現實應用中一般采用此種方法進行波形異常快速檢測。
　　4　三相疊加平均值比較法在靜態切換產品中的應用
　　靜態切換開關(STS)用來實現兩路同步三相交流電源之間進行不間斷(<5ms)轉換。在一路輸入電源發生故障或需要檢修、測試時，實現從一路電源到另一路電源不間斷的轉換。
　　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。
　　在本產品中主要是對電壓波形采集，產生控制信號控制備用電與主電進行鎖相，對電壓波形進行采樣判斷，并控制兩路供電之間的切換。實際效果如(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　結語
　　三相疊加平均值比較法可以快速可靠的檢測電網電壓的狀況，能夠利用到靜態切換產品之中。隨著各類負載的投入運用，電網電壓必然會變得更為復雜，三相疊加平均值比較法的優越性會得到更大的體