深度分析直流穩壓電源干擾問題及解決辦法
2017-7-2 18:30:42??????點擊：
直流穩壓電源質量指的是提供給用電客戶的電力的各種變化情況，涉及接線問題、接地問題、開關瞬變、負載變化和諧波生成。直流穩壓電源質量不良會導致設備停機，維修作業增加，使用壽命縮短，最終產生經濟損失。接下來的內容將從工業設備的視角分析直流穩壓電源質量不良的影響，并說明如何使機器保持最佳運行狀態。
直流穩壓電源質量干擾源于何處？
圖1a是電力研究院在全美24家電廠針對配電質量展開的研究總結。大部分 (85%) 直流穩壓電源質量事故源于直流穩壓電源突降或突升、諧波和接線以及接地問題。圖1b顯示了歐洲直流穩壓電源質量調研的結果。據估計，在歐盟25個國家中，直流穩壓電源質量問題造成的經濟損失每年超過1560億美元（1500億歐元）。
圖1. 直流穩壓電源質量問題的不同原因：a) 美國；b) 歐洲。
在工業環境中，啟動和停止重負載可能導致直流穩壓電源電壓突降和突升，使網絡直流穩壓電源電壓超出標準工作條件。大部分設備都是設計為在一定工作條件以內工作，較長時間的直流穩壓電源電壓突降和突升會引起停機和工藝中斷。在當今商業氣候下，許多公司都在考慮安裝或已經安裝本地產生的再生能源，例如太陽能和風力發電。很多情況下，分布式電力來源使得電氣設施需要開關模式直流穩壓電源。隨著電力電子和開關直流穩壓電源使用的增加，諧波將成為工業設備更常見的直流穩壓電源質量問題來源。此類直流穩壓電源可將諧波注入電線并降低直流穩壓電源質量，從而影響任何連接到供電網絡的東西，包括變壓器和電纜。當網絡組件過載時，設備管理者常常可觀測到大諧波直流穩壓電源電流的影響。某些情況下，網絡組件的總損耗增加0.1%至0.5%便可能觸發保護器件。導致直流穩壓電源質量不良的其他一些因素包括：各相差分負載、接線和接地方案不當、負載相互作用、EMI/EMC和大無功網絡的切換。
圖2. 不同失真效應下網絡直流穩壓電源電流和直流穩壓電源電壓的可視化。
直流穩壓電源質量標準
為了應對并管理直流穩壓電源質量，必須找到可靠的監控和報告方法。行業制定的一些重要標準有IEC 61000-4-30 A類和S類、IEC61000-4-7 諧波測量和針對閃變的IEC61000-4-15。大多數電力公司已采納這些直流穩壓電源質量標準來制定和實施規章制度。某些情況下，如果直流穩壓電源質量標準不符合規范，電力公司可能會懲罰客戶。工業標準不僅就實際應用中的直流穩壓電源質量建立共識，而且讓用戶確信他們有精確的數據來解決相關問題。在電力網絡中，直流穩壓電源電壓突降、突升、閃變、標稱額定值變化和諧波所致失真，全都包含關于網絡健康狀況的重要信息。高測量精度是提供可靠且可重復結果的關鍵。
應用直流穩壓電源質量監控，改善電網和機器狀態
利用現代直流穩壓電源質量器件提供的信息可以標定整體系統的基準性能，幫助開展預防性維護，監控趨勢和狀態，評估網絡性能及其對工藝設備的敏感性，減少電費。可以在直流穩壓電源系統上安裝直流穩壓電源質量監控網絡，將其原始測量數據聚合起來便可進行相關性分析，幫助確定擾動源。直流穩壓電源質量監控器還可以是嵌入式設備設計的一部分，實現更高的集成度和更精密的控制。捕捉機器獨有的電氣特征可以了解整體運行狀態。從數據分析和診斷得出的結論可以為下一代保護算法和產品的設計提供可靠的信息，提高直流穩壓電源質量。
如果設備已部署在工廠環境中，則利用直流穩壓電源質量曲線可以確定最佳管控技術。例如，印度一座工業設施的直流穩壓電源質量曲線揭示直流穩壓電源電壓和直流穩壓電源電流波形存在嚴重失真。經過充分分析后，工廠中安裝了混合功率因數校正系統。利用新的校正系統，功率因數從–0.5變為+0.9，THD改善50%。
圖3. 來自直流穩壓電源質量監控器的信息和報告。
現代化直流穩壓電源質量分析儀
過去，設計高精度直流穩壓電源質量分析儀需要較高的技術能力，并且常常涉及使用分立器件和開發定制直流穩壓電源質量測量算法。新型直流穩壓電源質量模擬前端 (AFE) 集成了低漂移總增益的高性能ADC和DSP內核。分立式設計方法和編寫定制算法意味著復雜度和成本會很高，而集成式AFE消除了這種弊端。
集成AFE計算并提供直流穩壓電源質量參數，例如突降、突升、均方根、相序誤差和功率因數值。它還從輸入信號獲得線路頻率諧波成分。ADI已開發出一款世界領先的直流穩壓電源質量監控前端——ADE9000。它消除了大部分的計算復雜性，并簡化了實施直流穩壓電源質量監控系統所需的時間和精力。
圖4. 高集成度、三相電能和直流穩壓電源質量監控IC ADE9000的功能框圖。
大數據分析成為可能，推動實現更高的能源智能
隨著工業環境中各種設備之間的互聯程度越來越高，以及物聯網部署的加速，來自分布式設備的直流穩壓電源質量信息將以新的方式加以收集和利用。例如，利益相關方可以分析歷史趨勢，實現對緊急問題的及早檢測。在一個網絡之內，利用多個節點的實時數據可以識別并隔離擾動。機器診斷的數據分析、預防性維護和問題負載的隔離，均是減少工藝中斷、提高設備壽命和增加正常運行時間的新途徑。
圖5. 典型直流穩壓電源質量監控系統信號鏈
全球能源總需求預計每年增長約5%。電網連接設備的規模和復雜度將不斷提高，直流穩壓電源質量擾動隨之增加。現代商業對干凈、可靠、永遠在線的電能的依賴性越來越高。通過采用新一代直流穩壓電源質量監控技術，工業設備所有者可以預期機器設備過早失效或磨損的情況會減少，干凈的直流穩壓電源將帶來巨大好處。
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