微机变电站自动化系统抗干扰研究范文

本站小编为你精心准备了微机变电站自动化系统抗干扰研究参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

《电声技术杂志》2016年第9期

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。

2LC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，把交流电源输入端通过R1/R2分流产生的电流取样信号(i1)和误差电压反馈信号(U1)一道输入到乘法器，进行乘法运算，产生两者之间相位误差(X)。再接着，把流经储能电感(L)的取样输入电流(i2)和相位误差电压信号(X)一起输入到比较器，进行减法运算，产生两者之间电流误差(i3)。最后，把i3和Ui一起输入到比较器，(注:Ui为振荡电路产生的标准锯齿波信号)进行减法运算，用比较的结果去控制开关电路输出脉冲的占空比，改变开关电源的开关管工作状态，当开关管截止时电感(L)储藏电能，电流减小，开关管导通时电感(L)泄放电能，电流增大，电感(L)输入电流与输入电压的正弦波形基本相同，从而实现了控制谐波的目的。

4窗口电压比较器对同步的周期脉冲噪声、工频异步的周期脉冲噪声的抑制

在微机变电站中，为了使微机处理信号方便、准确、快捷，常常使用电压比较器来对采集信号进行整形加工，滤除无用信号，保留有用信号。目前，国内外通常采用运算放大器结构的专用集成电压比较器，虽然具有精度高、性能稳定、容易调试、输入阻高抗、输出阻抗低、各级相连互相影响小等优点，可是受运算放大器的限制，它难适应高压、高频、大功率工作环境，平时主要用在低频或超低频电路。在高压、高频数字信号控制系统中，为了使控制信号幅度位于两个指定的门限(参考电平)之间，常常对由运算放大器构成的比较器进行改进，做成窗口电压比较器［5－6］。图4(a)为窗口电压比较器的电路图，电路由电压比较器和反相器两部分组成。其中，两个运算放大器的输入端串联，各自的输出端接开关二极管后并联构成电压比较器。一个三极管和两个电阻构成反相器。电路原理:在窗口电压比较器中，设控制信号的上门限Uh、下门限Ul均为正，且Uh＞Ul，当电路正常工作时，选择不同的输入信号ui，使用示波器分别观察输出电压Uo的波形，结果如图4(b)信号传输特性图所示。当Ul＜ui＜Uh时，运算放大器A1，A2同相输入端均低于反相输入端，它们都输出低电平，VD1，VD2均截止，V截止输出高电平，则uo=+Vcc。当ui＞Uh时，运算放大器A1输出高电平，A2输出低电平，VD1导通，VD2截止，如果选择适当的R1使V饱和，V输出低电平，，则uo=－Vcc。当ui＜Ul时，运算放大器A2输出高电平，A1输出低电平，VD2导通，VD1截止，如果选择适当的R1使T饱和，V输出低电平，则uo=－Vcc。从上面分析可知，窗口电压比较器电路工作时，输入信号ui在设定的上限Uh和下限Ul之间变化时，电路输出高电平，否则为低电平，此电路对脉冲信号的限幅具有灵敏度高、抗干扰能力强特点。

5结语

在微机变电站的电子检测、控制系统中，为了保证数字信号有精度的频率、合适的相位及足够的幅度，输入到数字信号处理子系统，针对计算机采集信号中高频杂波和多次谐波成份，根据理想的滤波电路要求:信号在带阻内有无限大的幅度衰减，通带内具有零衰减的幅频响应和线性的相频响应。文中设计了专门的LC低通无源滤波器和乘法器方式的功率因数纠正电路对干扰信号进行过滤。针对计算机采集信号中幅度较大的尖峰，按照理想的电压比较器要求:开关电路动作迅速、反应灵敏、判断正确、抗干扰能力强。文中采用窗口电压比较器使输入到微机的信号幅度位于两个指定的门限（参考电平）之间。在实践中，把两种方法综合结合去抑制微机变电站输入信号的干扰噪声，得到的结果是微机变电站综合自动化系统处理信号更准确、更快、更稳定。

参考文献:

［1］陈英涛．继电保护与综合自动化系统［M］．北京:化学工业出版社，2007．

［2］陆阳．电力线传感器技术研究综述［J］．电子技术应用，2014(S1):5－8．

［3］张碧翔．电子电路中谐波噪声的抑制措［J］．电声技术，2015，38(5):30－32．

［4］张碧翔．抑制模/数转换器中噪声的几种措施［J］．电声技术，2016，40(3):22－25．

［5］阎石．数字电子技术基础．［M］．北京:高等教育出版社，1990．

［6］杨栓科．模拟电子技术基础［M］．北京:高等教育出版社，2003．

作者:张碧翔 张哲栋 单位:四川机电职业技术学院电子电气系 南昌大学