交流電網電流流過非線性電子元件時容易產生一次或多次諧波，下面是小編蒐集整理的一篇探究微機變電站自動化系統的論文範文，供大家閱讀借鑑。
摘要:在微機變電站綜合自動化系統中，為了保證數字訊號處理子系統採集到的訊號有精度的頻率、相位和足夠的幅度，採用實驗的手法，去觀察和分析感測器輸出訊號、前置放大電路輸出訊號、電壓比較電路輸出訊號、系統電源輸出電壓的波形等。根據不同電路訊號頻率、幅度和相位的特點與實際需要，利用LC低通無源濾波器和乘法器方式的功率因數糾正電路來過濾採集訊號中含的雜波。利用視窗電壓比較器使採集訊號幅度位於兩個指定的門限(參考電平)之間。使用這些措施得到結果是微機變電站綜合自動化系統處理訊號能力更準確、更快、更安全、更穩定。
關鍵詞:綜合自動化系統;視窗電壓比較器;功率因數可調開關穩壓電源;無源濾波器
在微機變電站綜合自動化系統中，為了使微處理器處理訊號方便、準確、快捷，需要在電網中引入感測器技術，監控電力線纜、裝置、用電負荷、電網結構等的實時變化的模擬量(各變壓器、母線、線路及獨立負荷的電壓、電流、有功功率和無功功率等)、開關量(各變電站斷路器的狀態、隔離開關狀態、繼電保護器動作訊號及接地情況等)、脈衝量(電能表輸出反映電能量的脈衝)，並採取相應措施來完成變電站高壓輸出線路主保護和後備保護、主變壓器的主保護和後備保護、母線保護、低壓配電線路保護、非電量保護、無功補償電容器保護、接地保護、排程通訊等功能。為了保證微機變電站綜合自動化系統正常工作，要求監控子系統採集的資料格式滿足計算機序列口(RS-232或RS-485)和區域網通訊;模擬訊號滿足SCADA的系統的需要;數字訊號滿足微機演算法軟體;事件順序記錄解析度在1～10ms之間;室內載波通訊的工作頻率上限為50MHz，室外載波工作頻率上限為20MHz[1]。在實際中，因為外部環境和系統內部原因，造成了微機變電站採集到的資料與理想值有些差異。通過對大量通道的測試發現:噪聲是影響微機變電站安全與穩定最重要的因素。
1、微機採集訊號的噪聲特性
在微機變電站中，感測器輸出訊號中噪聲不同於單一來源的噪聲，它是多種性質噪聲的疊加，具有連續性、隨機性、多變性、干擾大等特點。它包括有色背景噪聲、窄帶噪聲、工頻同步的週期脈衝噪聲、工頻非同步的週期脈衝噪聲[2]。上述不同型別噪聲間相互獨立，其頻率、振幅、相位具有隨機性，噪聲源各異，其主要成份為高頻諧波。有色背景噪聲是指各種電力線上所接電器產生的噪聲的疊加;窄帶噪聲是指中短波無線訊號在對應頻率上的串擾噪聲，工頻同步的週期脈衝噪聲是指工業可控矽器件開關時引起的噪聲;工頻非同步的週期脈衝噪聲是指電網上電器裝置的.突然開關、電源異常及雷電等原因引起的噪聲。下面根據微機變電站綜合自動化系統性能要求，結合感測器輸出訊號中噪聲特性，介紹幾種抑制上述干擾的特殊電路。
2、LC低通濾波器對窄帶噪聲的抑制
交流電網的架空線相當於天線，它能接收空中無用的電磁波。這些干擾訊號往往和交流電網的紋波疊加在一起，形成窄帶噪聲。在窄帶噪聲的頻譜中，高頻分量較多，假若採用普通的無源濾波器抑制它，雖然高頻特性好，但是帶通訊號有能量衰減，負載效應比較明顯，特別是不能用在低頻或超低頻電路。實踐中，採用圖1的LC低通濾波器能將窄帶噪聲阻擋。此LC低通濾波器由兩節LC低通濾波器並聯組成，其幅頻特性如圖2所示。從圖2可知，改變任意一個L，C值，都可以改變濾波器的最高、最低截止頻率，它對高頻干擾訊號有較強的阻礙作用。使用這種濾波器時要注意:整個裝置要嚴密遮蔽，包括輸出線也要使用遮蔽良好的雙股線，遮蔽外殼的接地位置不能和整機的地連線在一起，需要懸浮。此電路安裝的位置，不能靠近裝置的整流電路。
3、功率因數可調的開關穩壓電源對有色背景噪聲的抑制
交流電網電流流過非線性電子元件時容易產生一次或多次諧波。這些諧波反過來會使交流電網發生畸變，受到汙染的整機電源向使用同一電網各種電器的功能電路傳輸能量，又把諧波噪聲引入到整機各級電路中，諧波噪聲周而復始的惡性迴圈，使微機變電站綜合自動化系統性能變得很差。在微機變電站綜合自動化系統中，使用具有功率因數可調的開關穩壓電源來控制輸入交流電的電流峰值、上升邊緣和下降邊緣的時間及幅度、電流諧波，使交流電源的輸入電流跟隨輸入電壓變化。可以抑制交流電網中的一次或多次諧波傳播[3-4]。圖3為採用乘法方式的功率因數糾正電路框圖，此電路由三個比較器、一個乘法器、電流和電壓取樣電路、基準電壓電路、功率放大電路、電子開關、標準鋸齒波產生電路、脈衝寬度可調控制電路等組成。電路工作原理:首先，電源輸出端的電壓通過R3/R4分壓產生的取樣電壓訊號(U)和電路中的基準電壓(Uo1)一起輸入到比較器，進行減法運算，產生誤差電壓反饋訊號(U1)。接著，把交流電源輸入端通過R1/R2分流產生的電流取樣訊號(i1)和誤差電壓反饋訊號(U1)一道輸入到乘法器，進行乘法運算，產生兩者之間相位誤差(X)。再接著，把流經儲能電感(L)的取樣輸入電流(i2)和相位誤差電壓訊號(X)一起輸入到比較器，進行減法運算，產生兩者之間電流誤差(i3)。最後，把i3和Ui一起輸入到比較器，(注:Ui為振盪電路產生的標準鋸齒波訊號)進行減法運算，用比較的結果去控制開關電路輸出脈衝的佔空比，改變開關電源的開關管工作狀態，當開關管截止時電感(L)儲藏電能，電流減小，開關管導通時電感(L)洩放電能，電流增大，電感(L)輸入電流與輸入電壓的正弦波形基本相同，從而實現了控制諧波的目的。
4、視窗電壓比較器對同步的週期脈衝噪聲、工頻非同步的週期脈衝噪聲的抑制
在微機變電站中，為了使微機處理訊號方便、準確、快捷，常常使用電壓比較器來對採集訊號進行整形加工，濾除無用訊號，保留有用訊號。目前，國內外通常採用運算放大器結構的專用整合電壓比較器，雖然具有精度高、效能穩定、容易除錯、輸入阻高抗、輸出阻抗低、各級相連互相影響小等優點，可是受運算放大器的限制，它難適應高壓、高頻、大功率工作環境，平時主要用在低頻或超低頻電路。在高壓、高頻數字訊號控制系統中，為了使控制訊號幅度位於兩個指定的門限(參考電平)之間，常常對由運算放大器構成的比較器進行改進，做成視窗電壓比較器[5-6]。圖4(a)為視窗電壓比較器的電路圖，電路由電壓比較器和反相器兩部分組成。其中，兩個運算放大器的輸入端串聯，各自的輸出端接開關二極體後並聯構成電壓比較器。一個三極體和兩個電阻構成反相器。電路原理:在視窗電壓比較器中，設控制訊號的上門限Uh、下門限Ul均為正，且Uh>Ul，當電路正常工作時，選擇不同的輸入訊號ui，使用示波器分別觀察輸出電壓Uo的波形，結果如圖4(b)訊號傳輸特性圖所示。當UlUh時，運算放大器A1輸出高電平，A2輸出低電平，VD1導通，VD2截止，如果選擇適當的R1使V飽和，V輸出低電平，，則uo=-Vcc。當ui
5、結語
在微機變電站的電子檢測、控制系統中，為了保證數字訊號有精度的頻率、合適的相位及足夠的幅度，輸入到數字訊號處理子系統，針對計算機採集訊號中高頻雜波和多次諧波成份，根據理想的濾波電路要求:訊號在帶阻內有無限大的幅度衰減，通帶內具有零衰減的幅頻響應和線性的相頻響應。文中設計了專門的LC低通無源濾波器和乘法器方式的功率因數糾正電路對干擾訊號進行過濾。針對計算機採集訊號中幅度較大的尖峰，按照理想的電壓比較器要求:開關電路動作迅速、反應靈敏、判斷正確、抗干擾能力強。文中採用視窗電壓比較器使輸入到微機的訊號幅度位於兩個指定的門限(參考電平)之間。在實踐中，把兩種方法綜合結合去抑制微機變電站輸入訊號的干擾噪聲，得到的結果是微機變電站綜合自動化系統處理訊號更準確、更快、更穩定。
參考文獻:
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[2]陸陽.電力線感測器技術研究綜述[J].電子技術應用，2014(S1):5-8.
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[4]張碧翔.抑制模/數轉換器中噪聲的幾種措施[J].電聲技術，2016，40(3):22-25.
[5]閻石.數位電子技術基礎.[M].北京:高等教育出版社，1990.
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