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微机变电站自动化系统抗干扰的研究

分类:自动化论文   更新:2016/12/8   来源:网络

  摘要:在微机变电站综合自动化系统中,为了保证数字信号处理子系统采集到的信号有精度的频率、相位和足够的幅度,采用实验的手法,去观察和分析传感器输出信号、前置放大电路输出信号、电压比较电路输出信号、系统电源输出电压的波形等。根据不同电路信号频率、幅度和相位的特点与实际需要,利用LC低通无源滤波器和乘法器方式的功率因数纠正电路来过滤采集信号中含的杂波。利用窗口电压比较器使采集信号幅度位于两个指定的门限(参考电平)之间。使用这些措施得到结果是微机变电站综合自动化系统处理信号能力更准确、更快、更安全、更稳定。

  关键词:综合自动化系统;窗口电压比较器;功率因数可调开关稳压电源;无源滤波器

  在微机变电站综合自动化系统中,为了使微处理器处理信号方便、准确、快捷,需要在电网中引入传感器技术,监控电力线缆、设备、用电负荷、电网结构等的实时变化的模拟量(各变压器、母线、线路及独立负荷的电压、电流、有功功率和无功功率等)、开关量(各变电站断路器的状态、隔离开关状态、继电保护器动作信号及接地情况等)、脉冲量(电能表输出反映电能量的脉冲),并采取相应措施来完成变电站高压输出线路主保护和后备保护、主变压器的主保护和后备保护、母线保护、低压配电线路保护、非电量保护、无功补偿电容器保护、接地保护、调度通信等功能。为了保证微机变电站综合自动化系统正常工作,要求监控子系统采集的数据格式满足计算机串行口(RS-232或RS-485)和局域网通信;模拟信号满足SCADA的系统的需要;数字信号满足微机算法软件;事件顺序记录分辨率在1~10ms之间;室内载波通信的工作频率上限为50MHz,室外载波工作频率上限为20MHz[1]。在实际中,因为外部环境和系统内部原因,造成了微机变电站采集到的数据与理想值有些差异。通过对大量信道的测试发现:噪声是影响微机变电站安全与稳定最重要的因素。

  1、微机采集信号的噪声特性

  在微机变电站中,传感器输出信号中噪声不同于单一来源的噪声,它是多种性质噪声的叠加,具有连续性、随机性、多变性、干扰大等特点。它包括有色背景噪声、窄带噪声、工频同步的周期脉冲噪声、工频异步的周期脉冲噪声[2]。上述不同类型噪声间相互独立,其频率、振幅、相位具有随机性,噪声源各异,其主要成份为高频谐波。有色背景噪声是指各种电力线上所接电器产生的噪声的叠加;窄带噪声是指中短波无线信号在对应频率上的串扰噪声,工频同步的周期脉冲噪声是指工业可控硅器件开关时引起的噪声;工频异步的周期脉冲噪声是指电网上电器设备的突然开关、电源异常及雷电等原因引起的噪声。下面根据微机变电站综合自动化系统性能要求,结合传感器输出信号中噪声特性,介绍几种抑制上述干扰的特殊电路。

  2、LC低通滤波器对窄带噪声的抑制

  交流电网的架空线相当于天线,它能接收空中无用的电磁波。这些干扰信号往往和交流电网的纹波叠加在一起,形成窄带噪声。在窄带噪声的频谱中,高频分量较多,假若采用普通的无源滤波器抑制它,虽然高频特性好,但是带通信号有能量衰减,负载效应比较明显,特别是不能用在低频或超低频电路。实践中,采用图1的LC低通滤波器能将窄带噪声阻挡。此LC低通滤波器由两节LC低通滤波器并联组成,其幅频特性如图2所示。从图2可知,改变任意一个L,C值,都可以改变滤波器的最高、最低截止频率,它对高频干扰信号有较强的阻碍作用。使用这种滤波器时要注意:整个装置要严密屏蔽,包括输出线也要使用屏蔽良好的双股线,屏蔽外壳的接地位置不能和整机的地连接在一起,需要悬浮。此电路安装的位置,不能靠近设备的整流电路。

  3、功率因数可调的开关稳压电源对有色背景噪声的抑制

  交流电网电流流过非线性电子元件时容易产生一次或多次谐波。这些谐波反过来会使交流电网发生畸变,受到污染的整机电源向使用同一电网各种电器的功能电路传输能量,又把谐波噪声引入到整机各级电路中,谐波噪声周而复始的恶性循环,使微机变电站综合自动化系统性能变得很差。在微机变电站综合自动化系统中,使用具有功率因数可调的开关稳压电源来控制输入交流电的电流峰值、上升边缘和下降边缘的时间及幅度、电流谐波,使交流电源的输入电流跟随输入电压变化。可以抑制交流电网中的一次或多次谐波传播[3-4]。图3为采用乘法方式的功率因数纠正电路框图,此电路由三个比较器、一个乘法器、电流和电压取样电路、基准电压电路、功率放大电路、电子开关、标准锯齿波产生电路、脉冲宽度可调控制电路等组成。电路工作原理:首先,电源输出端的电压通过R3/R4分压产生的取样电压信号(U)和电路中的基准电压(Uo1)一起输入到比较器,进行减法运算,产生误差电压反馈信号(U1)。接着

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