陜西理工大學論文格式

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　　摘要:在微機變電站綜合自動化系統中，為了保證數字信號處理子系統采集到的信號有精度的頻率、相位和足夠的幅度，采用實驗的手法，去觀察和分析傳感器輸出信號、前置放大電路輸出信號、電壓比較電路輸出信號、系統電源輸出電壓的波形等。根據不同電路信號頻率、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采集信號中含的雜波。利用窗口電壓比較器使采集信號幅度位于兩個指定的門限(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信號能力更準確、更快、更安全、更穩定。

　　關鍵詞:綜合自動化系統;窗口電壓比較器;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信號方便、準確、快捷，需要在電網中引入傳感器技術，監控電力線纜、設備、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、繼電保護器動作信號及接地情況等)、脈沖量(電能表輸出反映電能量的脈沖)，并采取相應措施來完成變電站高壓輸出線路主保護和后備保護、主變壓器的主保護和后備保護、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、調度通信等功能。為了保證微機變電站綜合自動化系統正常工作，要求監控子系統采集的數據格式滿足計算機串行口(RS-232或RS-485)和局域網通信;模擬信號滿足SCADA的系統的需要;數字信號滿足微機算法軟件;事件順序記錄分辨率在1～10ms之間;室內載波通信的工作頻率上限為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，造成了微機變電站采集到的數據與理想值有些差異。通過對大量信道的測試發現:噪聲是影響微機變電站安全與穩定最重要的因素。

　　1、微機采集信號的噪聲特性

　　在微機變電站中，傳感器輸出信號中噪聲不同于單一來源的噪聲，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、工頻同步的周期脈沖噪聲、工頻異步的周期脈沖噪聲[2]。上述不同類型噪聲間相互獨立，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信號在對應頻率上的串擾噪聲，工頻同步的周期脈沖噪聲是指工業可控硅器件開關時引起的噪聲;工頻異步的周期脈沖噪聲是指電網上電器設備的突然開關、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，結合傳感器輸出信號中噪聲特性，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于天線，它能接收空中無用的電磁波。這些干擾信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，假若采用普通的無源濾波器抑制它，雖然高頻特性好，但是帶通信號有能量衰減，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，采用圖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低通濾波器并聯組成，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，它對高頻干擾信號有較強的阻礙作用。使用這種濾波器時要注意:整個裝置要嚴密屏蔽，包括輸出線也要使用屏蔽良好的雙股線，屏蔽外殼的接地位置不能和整機的地連接在一起，需要懸浮。此電路安裝的位置，不能靠近設備的整流電路。

　　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，受到污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循環，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為采用乘法方式的.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、脈沖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信號(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，產生誤差電壓反饋信號(U1)。接著，把交流電源輸入端通過R1/R2分流產生的電流取樣信號(i1)和誤差電壓反饋信號(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)和相位誤差電壓信號(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)。最后，把i3和Ui一起輸入到比較器，(注:Ui為振蕩電路產生的標準鋸齒波信號)進行減法運算，用比較的結果去控制開關電路輸出脈沖的占空比，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)泄放電能，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、窗口電壓比較器對同步的周期脈沖噪聲、工頻異步的周期脈沖噪聲的抑制

　　在微機變電站中，為了使微機處理信號方便、準確、快捷，常常使用電壓比較器來對采集信號進行整形加工，濾除無用信號，保留有用信號。目前，國內外通常采用運算放大器結構的專用集成電壓比較器，雖然具有精度高、性能穩定、容易調試、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、高頻數字信號控制系統中，為了使控制信號幅度位于兩個指定的門限(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，做成窗口電壓比較器[5-6]。圖4(a)為窗口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管后并聯構成電壓比較器。一個三極管和兩個電阻構成反相器。電路原理:在窗口電壓比較器中，設控制信號的上門限Uh、下門限Ul均為正，且Uh>Ul，當電路正常工作時，選擇不同的輸入信號ui，使用示波器分別觀察輸出電壓Uo的波形，結果如圖4(b)信號傳輸特性圖所示。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，為了保證數字信號有精度的頻率、合適的相位及足夠的幅度，輸入到數字信號處理子系統，針對計算機采集信號中高頻雜波和多次諧波成份，根據理想的濾波電路要求:信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信號進行過濾。針對計算機采集信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。文中采用窗口電壓比較器使輸入到微機的信號幅度位于兩個指定的門限(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信號的干擾噪聲，得到的結果是微機變電站綜合自動化系統處理信號更準確、更快、更穩定。

　　參考文獻:

　　[1]陳英濤.繼電保護與綜合自動化系統[M].北京:化學工業出版社，2007.

　　[2]陸陽.電力線傳感器技術研究綜述[J].電子技術應用，2014(S1):5-8.

　　[3]張碧翔.電子電路中諧波噪聲的抑制措[J].電聲技術，2015，38(5):30-32.

　　[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.數字電子技術基礎.[M].北京:高等教育出版社，1990.

　　[6]楊栓科.模擬電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社，2003.

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