陜西理工大學(xué)論文格式

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　　摘要:在微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，為了保證數(shù)字信號(hào)處理子系統(tǒng)采集到的信號(hào)有精度的頻率、相位和足夠的幅度，采用實(shí)驗(yàn)的手法，去觀察和分析傳感器輸出信號(hào)、前置放大電路輸出信號(hào)、電壓比較電路輸出信號(hào)、系統(tǒng)電源輸出電壓的波形等。根據(jù)不同電路信號(hào)頻率、幅度和相位的特點(diǎn)與實(shí)際需要，利用LC低通無源濾波器和乘法器方式的功率因數(shù)糾正電路來過濾采集信號(hào)中含的雜波。利用窗口電壓比較器使采集信號(hào)幅度位于兩個(gè)指定的門限(參考電平)之間。使用這些措施得到結(jié)果是微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)處理信號(hào)能力更準(zhǔn)確、更快、更安全、更穩(wěn)定。

　　關(guān)鍵詞:綜合自動(dòng)化系統(tǒng);窗口電壓比較器;功率因數(shù)可調(diào)開關(guān)穩(wěn)壓電源;無源濾波器

　　在微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，為了使微處理器處理信號(hào)方便、準(zhǔn)確、快捷，需要在電網(wǎng)中引入傳感器技術(shù)，監(jiān)控電力線纜、設(shè)備、用電負(fù)荷、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等的實(shí)時(shí)變化的模擬量(各變壓器、母線、線路及獨(dú)立負(fù)荷的電壓、電流、有功功率和無功功率等)、開關(guān)量(各變電站斷路器的狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)、繼電保護(hù)器動(dòng)作信號(hào)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(yīng)措施來完成變電站高壓輸出線路主保護(hù)和后備保護(hù)、主變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)、母線保護(hù)、低壓配電線路保護(hù)、非電量保護(hù)、無功補(bǔ)償電容器保護(hù)、接地保護(hù)、調(diào)度通信等功能。為了保證微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)正常工作，要求監(jiān)控子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)格式滿足計(jì)算機(jī)串行口(RS-232或RS-485)和局域網(wǎng)通信;模擬信號(hào)滿足SCADA的系統(tǒng)的需要;數(shù)字信號(hào)滿足微機(jī)算法軟件;事件順序記錄分辨率在1～10ms之間;室內(nèi)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(shí)際中，因?yàn)橥獠凯h(huán)境和系統(tǒng)內(nèi)部原因，造成了微機(jī)變電站采集到的數(shù)據(jù)與理想值有些差異。通過對(duì)大量信道的測(cè)試發(fā)現(xiàn):噪聲是影響微機(jī)變電站安全與穩(wěn)定最重要的因素。

　　1、微機(jī)采集信號(hào)的噪聲特性

　　在微機(jī)變電站中，傳感器輸出信號(hào)中噪聲不同于單一來源的噪聲，它是多種性質(zhì)噪聲的疊加，具有連續(xù)性、隨機(jī)性、多變性、干擾大等特點(diǎn)。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(dú)立，其頻率、振幅、相位具有隨機(jī)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(chǎn)生的噪聲的疊加;窄帶噪聲是指中短波無線信號(hào)在對(duì)應(yīng)頻率上的串?dāng)_噪聲，工頻同步的周期脈沖噪聲是指工業(yè)可控硅器件開關(guān)時(shí)引起的噪聲;工頻異步的周期脈沖噪聲是指電網(wǎng)上電器設(shè)備的突然開關(guān)、電源異常及雷電等原因引起的噪聲。下面根據(jù)微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)性能要求，結(jié)合傳感器輸出信號(hào)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(duì)窄帶噪聲的抑制

　　交流電網(wǎng)的架空線相當(dāng)于天線，它能接收空中無用的電磁波。這些干擾信號(hào)往往和交流電網(wǎng)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(hào)有能量衰減，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，特別是不能用在低頻或超低頻電路。實(shí)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(jié)LC低通濾波器并聯(lián)組成，其幅頻特性如圖2所示。從圖2可知，改變?nèi)我庖粋�(gè)L，C值，都可以改變?yōu)V波器的最高、最低截止頻率，它對(duì)高頻干擾信號(hào)有較強(qiáng)的阻礙作用。使用這種濾波器時(shí)要注意:整個(gè)裝置要嚴(yán)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(jī)的地連接在一起，需要懸浮。此電路安裝的位置，不能靠近設(shè)備的整流電路。

　　3、功率因數(shù)可調(diào)的開關(guān)穩(wěn)壓電源對(duì)有色背景噪聲的抑制

　　交流電網(wǎng)電流流過非線性電子元件時(shí)容易產(chǎn)生一次或多次諧波。這些諧波反過來會(huì)使交流電網(wǎng)發(fā)生畸變，受到污染的整機(jī)電源向使用同一電網(wǎng)各種電器的功能電路傳輸能量，又把諧波噪聲引入到整機(jī)各級(jí)電路中，諧波噪聲周而復(fù)始的惡性循環(huán)，使微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)性能變得很差。在微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，使用具有功率因數(shù)可調(diào)的開關(guān)穩(wěn)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(shí)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�？梢砸种平涣麟娋W(wǎng)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(shù)糾正電路框圖，此電路由三個(gè)比較器、一個(gè)乘法器、電流和電壓取樣電路、基準(zhǔn)電壓電路、功率放大電路、電子開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)鋸齒波產(chǎn)生電路、脈沖寬度可調(diào)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(chǎn)生的取樣電壓信號(hào)(U)和電路中的基準(zhǔn)電壓(Uo1)一起輸入到比較器，進(jìn)行減法運(yùn)算，產(chǎn)生誤差電壓反饋信號(hào)(U1)。接著，把交流電源輸入端通過R1/R2分流產(chǎn)生的電流取樣信號(hào)(i1)和誤差電壓反饋信號(hào)(U1)一道輸入到乘法器，進(jìn)行乘法運(yùn)算，產(chǎn)生兩者之間相位誤差(X)。再接著，把流經(jīng)儲(chǔ)能電感(L)的取樣輸入電流(i2)和相位誤差電壓信號(hào)(X)一起輸入到比較器，進(jìn)行減法運(yùn)算，產(chǎn)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(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)鋸齒波信號(hào))進(jìn)行減法運(yùn)算，用比較的結(jié)果去控制開關(guān)電路輸出脈沖的占空比，改變開關(guān)電源的開關(guān)管工作狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)電感(L)儲(chǔ)藏電能，電流減小，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)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(shí)現(xiàn)了控制諧波的目的。

　　4、窗口電壓比較器對(duì)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(jī)變電站中，為了使微機(jī)處理信號(hào)方便、準(zhǔn)確、快捷，常常使用電壓比較器來對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行整形加工，濾除無用信號(hào)，保留有用信號(hào)。目前，國(guó)內(nèi)外通常采用運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)的專用集成電壓比較器，雖然具有精度高、性能穩(wěn)定、容易調(diào)試、輸入阻高抗、輸出阻抗低、各級(jí)相連互相影響小等優(yōu)點(diǎn)，可是受運(yùn)算放大器的限制，它難適應(yīng)高壓、高頻、大功率工作環(huán)境，平時(shí)主要用在低頻或超低頻電路。在高壓、高頻數(shù)字信號(hào)控制系統(tǒng)中，為了使控制信號(hào)幅度位于兩個(gè)指定的門限(參考電平)之間，常常對(duì)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的比較器進(jìn)行改進(jìn)，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(gè)運(yùn)算放大器的輸入端串聯(lián)，各自的輸出端接開關(guān)二極管后并聯(lián)構(gòu)成電壓比較器。一個(gè)三極管和兩個(gè)電阻構(gòu)成反相器。電路原理:在窗口電壓比較器中，設(shè)控制信號(hào)的上門限Uh、下門限Ul均為正，且Uh>Ul，當(dāng)電路正常工作時(shí)，選擇不同的輸入信號(hào)ui，使用示波器分別觀察輸出電壓Uo的波形，結(jié)果如圖4(b)信號(hào)傳輸特性圖所示。當(dāng)UlUh時(shí)，運(yùn)算放大器A1輸出高電平，A2輸出低電平，VD1導(dǎo)通，VD2截止，如果選擇適當(dāng)?shù)腞1使V飽和，V輸出低電平，，則uo=-Vcc。當(dāng)ui

　　5、結(jié)語

　　在微機(jī)變電站的電子檢測(cè)、控制系統(tǒng)中，為了保證數(shù)字信號(hào)有精度的頻率、合適的相位及足夠的幅度，輸入到數(shù)字信號(hào)處理子系統(tǒng)，針對(duì)計(jì)算機(jī)采集信號(hào)中高頻雜波和多次諧波成份，根據(jù)理想的濾波電路要求:信號(hào)在帶阻內(nèi)有無限大的幅度衰減，通帶內(nèi)具有零衰減的幅頻響應(yīng)和線性的相頻響應(yīng)。文中設(shè)計(jì)了專門的LC低通無源濾波器和乘法器方式的功率因數(shù)糾正電路對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行過濾。針對(duì)計(jì)算機(jī)采集信號(hào)中幅度較大的尖峰，按照理想的電壓比較器要求:開關(guān)電路動(dòng)作迅速、反應(yīng)靈敏、判斷正確、抗干擾能力強(qiáng)。文中采用窗口電壓比較器使輸入到微機(jī)的信號(hào)幅度位于兩個(gè)指定的門限(參考電平)之間。在實(shí)踐中，把兩種方法綜合結(jié)合去抑制微機(jī)變電站輸入信號(hào)的干擾噪聲，得到的結(jié)果是微機(jī)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)處理信號(hào)更準(zhǔn)確、更快、更穩(wěn)定。

　　參考文獻(xiàn):

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

　　[4]張碧翔.抑制模/數(shù)轉(zhuǎn)換器中噪聲的幾種措施[J].電聲技術(shù)，2016，40(3):22-25.

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　　[6]楊栓科.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，2003.

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