電能質量的電壓波動采集與不平衡度研究

【摘要】隨著用電設備的不斷增加，電力負荷急劇增大，配電網發生了電壓波畸變，電壓波動，三相不平衡等電能質量問題，迫切需要對電壓波動進行控制。本文對電壓波動和不平衡度進行了分析和測定算法研究，為工程實測提供了簡便的測量方法。

【關鍵詞】電能質量;電壓波動;不平衡度

引言

本文分析計算了電力系統三相電壓不平衡度，對稱分量法和離散采樣點法進行校驗，比較兩種方法的異同，正確性，以及偏差大小，找到計算三相不平衡度方便簡潔的方法[1]。

1.電壓采集

1.1 電壓波動采樣原理[2]

模擬信號f（t）首先通過采樣保持器，每隔TS 秒采樣一次輸入信號的即時幅度，并把它存放在保持電路里面供A/D轉化使用。經過采樣以后的信號稱之為離散時間信號，它只表達時間軸上一些離散點，從而得到一組特定時間下表達信號值的序列。

采樣器一般由電子開關組成，開關每隔TS秒短暫閉合一次，將輸入信號接通，實現一次采樣。

被調的脈沖載波，是一串周期為TS寬度為的矩形脈沖信號，并以P（t）表示，而調制信號就是輸入的連續信號，即：

Sp（t）=Xa（t）*P（t）。

1.2 理想采樣方法[3]

用M（t）表示這個沖擊脈沖載波，即：

以表示理想采樣的輸出，下表a表示連續信號（或稱模擬信號），如Xa（t）;頂部符號^表示它的理想采樣，表如，這樣就可以將理想采樣表達為：

則有：

但是對于來說，只在時非零，因此，由此又可表達為：

1.3 離散采樣計算

采用小波分析[4]就是利用子帶濾波器代替傳統同步檢波器中的低通濾波器，既可以檢測出電壓波動的包絡信號，又可以檢測出電壓波動的高頻細節，從而檢測出電壓波動信號的突變時間，一般電壓波動的信號為：

，其中：

為調制信號，為調制信號的基波角頻率，m為諧波次數。

2.電壓不平衡度算法計算

2.1 對稱分量法的電壓不平衡度的計算

表1 正序（負序表一類似）

傳統采用的是對稱分量法計算[5]，其基本原理是：

一個不對稱的三相量，可以分解成正序、負序和零序三個對稱的三向量。在線性網絡中這三序是相互獨立的，對每一序可按分析三相對稱系統的方法來處理。然后將三個對稱系統的分析計算結果，按定的關系組合起來，得出不對稱三相量。

A，B，C可以表示為：

根據三相不平衡度的定義可得，三相不平衡度[6]即為負序分量與正序分量方均根的百分比，即：

2.2 離散化數據采集計算

離散化采樣數據法[7]是對連續信號的等間隔均勻取值過程。本文將在正弦曲線上從sin（wt）=0開始每12o取一個點，那么一個周波可以取30個點。

正序三相的瞬時表達式分別為：

，

若采用采樣數據法計算，XA，XB，XC分別為瞬時值，那么合成后的正序負序分量就為瞬時值，稱作正序瞬時與負序瞬時。應注意的是對三相不平衡度的測量必須同步采樣三相信號。

正序負序瞬時值計算完畢后，利用下面公式計算正序與負序分量的方均根值[8]

經過計算[10]，再利用三相不平衡度指標計算式即電壓不平衡度：電壓的負序分量與正序分量的方均根值百分比表示，就可以求得電壓不平衡度的具體值。

3.實驗驗證

實驗正負序數據如表1所示。

①對稱分量法采集數據法計算結果

利用表1數據（其中，）得：

求解電壓不平衡度指標=9.6849%，即為此次計算的電壓不平衡度。

②離散化采集數據結果：利用表1計算一個周波可得：

正序：

負序：

電壓不平衡度指標計算公式得：

4.結論

通過計算可以看出，利用離散化采樣數據法不用在復頻域進行計算，而且計算簡潔，計算精度高。采用對稱分量法計算復雜，且公式繁多，計算精度相對不高。實驗證明離散化采樣點法計算電壓不平衡度計算不平衡度簡單、方便、精度高。