CN101793918B - 一种电压暂降检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压暂降检测方法，(1)若发生电压跌落故障时，将包含正序、负序和五次谐波分量的系统三相电压送入dq坐标变换模块；(2)经坐标变换后的正序分量为直流分量、负序分量为100Hz分量、五次谐波分量为300Hz分量，通过等值滤波网络将100Hz和300Hz分量滤除，得到d轴和q轴的直流分量，对两直流分量进行平方和相加、再取均方根运算，得到系统正序电压幅值；(3)选取额定电压幅值的90％为电压跌落的阈值，将系统正序电压幅值与该电压跌落的阈值比较，当正序电压幅值小于电压跌落的阈值时，电压发生跌落；当正序电压幅值大于等于电压跌落的阈值时，则没有发生电压跌落。本发明由于采用了等值滤波网络，因此解决了谐波放大问题。本发明可以广泛应用于各种电力系统的电压故障检测中。

Description

一种电压暂降检测方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统中的检测方法，特别是关于一种电压暂降检测方法。

背景技术

随着现代科学技术的发展，越来越多的工业生产过程和流水线(如半导体制造、计算机集成制造、造纸业等)依赖于对电能质量十分敏感的以微处理器芯片为核心的设备，即使几个周期的供电中断或电压骤降都将影响这些设备正常工作。因此高质量电力供应已成为现代社会生产、生活正常进行的基本条件。目前，在对电能质量问题的研究中，电压骤降已被认为是影响许多用电设备正常、安全运行的最严重的动态电能质量问题。统计表明，大型电力用户，幅度超过20％的骤降年发生率在10到20次左右，许多高度自动化连续生产过程，每次电压骤降造成的经济损失达数十万至数百万美元之多。考虑到电压跌落发生的随机性和快速性，要使动态电能质量调节装置具有良好的实时控制效果，首先要解决的是在保证能对装置的控制信号(通常为电压、电流)在一定检测准确度的前提下实现快速跟踪检测问题。

目前研究较多的方法，主要有有效值法、基于瞬时无功功率理论的dq0变换方法和小波分析法等。但这些方法要么实时性差，要么运算复杂，因此都仅限用于软件仿真和试验样机模拟。其中，基于“abc-dq”变换的检测算法是目前被研究最多的算法，该方法的常规算法需要通过低通滤波器或滑动窗来分离直流分量，存在延时，难以保证实时性。随后，有人对“abc-dq”变换的检测算法进行了改进，通过微分运算代替滤波器来分离直流分量，提高了实时性，但是该改进算法存在谐波放大的缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种实时性较高、并能避免谐波放大的电压暂降检测方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电压暂降检测方法，其步骤如下：(1)假定发生电压跌落故障时，将包含正序分量、负序分量和五次谐波分量的系统三相电压送入dq坐标变换模块内；(2)经坐标变换后得到的正序分量为直流分量、负序分量为100Hz分量、五次谐波分量为300Hz分量，通过等值滤波网络将100Hz分量和300Hz分量滤除，得到d轴和q轴的直流分量，并对两直流分量进行平方和相加、再取均方根运算，得到系统正序电压的幅值；(3)选取额定电压幅值的90％为电压跌落的阈值，将系统正序电压幅值与该电压跌落的阈值进行比较，当正序电压幅值小于电压跌落的阈值时，则电压发生跌落；当正序电压幅值大于等于电压跌落的阈值时，则没有发生电压跌落。

所述步骤(2)中，所述d轴直流分量和所述q轴直流分量分别为：V_d＝V_d+V_{q_div}＝V₁cos(θ₁)+V′_h5cos(6ωt-θ′_h5)，V_q＝V_q-V_{d_div}＝V₁sin(θ₁)-V′_h5sin(6ωt-θ′_h5)，式中，V_d为所述d轴直流电压分量；V_q为所述q轴直流电压分量；V_{d_div}和V_{q_div}分别为d轴电压幅值V_d、q轴电压幅值V_q经所述等值滤波网络后的输出电压；V′_h5为运算后剩余五次谐波幅值；θ′_h5为运算后剩余五次谐波分量相角。

所述等值滤波网络在中频段时，其增益为1，相移为90度；在大于100Hz的高频段时，谐波分量稳定或减小。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用dq变换模块，将系统发生电压跌落故障时的三相电压经dq变换后，得到的直流分量、100Hz分量和300Hz分量经过等值滤波网络后，输出的直流分量与电压跌落的阈值进行比较，进而判断是否发生电压跌落，因此保证了检测算法的快速性，避免了谐波放大的缺点，并且实用性较高。2、本发明由于采用了等值滤波网络，该等值滤波网络在小于100Hz的低频段，其衰减特性与现有技术采用微分环节在低频段的衰减特性相同；在中频段，其增益为1，相移为90度；在大于100Hz的高频段，谐波分量不被放大。因此保证了高频段不再被放大，也就是解决了谐波放大问题。本发明可以广泛应用于各种电力系统的电压故障检测中。

附图说明

图1是本发明的电压跌落检测原理框图

图2是本发明的等值滤波网络的频率特性伯德图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，在系统发生电压跌落故障时，本发明的电压暂降检测方法，其步骤如下：

1)假定发生电压跌落故障时，系统三相电压包含正序分量、负序分量和五次谐波分量，并将该系统三相电压送入dq变换模块内，进行坐标变换；

2)经坐标变换后得到的正序分量变为直流分量、负序分量为100Hz分量、五次谐波分量为300Hz分量，通过等值滤波网络将100Hz分量和300Hz分量滤除，得到d轴和q轴的直流分量，并对d轴和q轴直流分量进行平方和相加、再取均方根运算，得到系统正序电压的幅值V_rms；

3)选取额定电压幅值的90％为电压跌落的阈值，将系统正序电压幅值V_rms与该电压跌落的阈值进行比较，当正序电压幅值V_rms小于电压跌落的阈值时，则电压发生跌落；当正序电压幅值V_rms大于等于电压跌落的阈值时，则没有发生电压跌落。

上述步骤1)中，三相电压为：

V_a＝V₁cos(ωt+θ₁)+V₂cos(ωt+θ₂)+V_h5(5ωt+θ_h5)

V_b＝V₁cos(ωt+θ₁-120°)+V₂cos(ωt+θ₂+120°)+V_h5(5ωt+θ_h5+120°)    (1)

V_c＝V₁cos(ωt+θ₁+120°)+V₂cos(ωt+θ₂-120°)+V_h5(5ωt+θ_h5-120°)

公式(1)中的三相电压经32变换后为：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=2/3\left(\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{V}_a\\ V_b\\ V_c\end{array}\right)---\left(2\right)$

公式(2)经dq变换后为：

$\left[\begin{array}{c}{V}_d\\ V_q\end{array}\right]=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\ωt}& \sin \mathrm{\ωt}\\ -\sin \mathrm{\ωt}& \cos \mathrm{\ωt}\end{array}\right)\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}\\ V_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+V_2\cos (2\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}_2)+V_{h5}\cos (6\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}_{h5})\\ V_1\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)-V_2\sin (2\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}_2)-V_{h5}\sin (6\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}_{h5})\end{array}\right]---\left(3\right)$

式中，V₁为系统电压正序分量幅值；θ₁为系统电压正序分量初始相角；V₂为系统电压负序分量幅值；θ₂为系统电压负序分量初始相角；V_h5为系统电压五次谐波幅值；θ_h5为系统电压五次谐波分量初始相角；ω为角频率；

上述步骤2)中，经等值滤波网络输出的电压与经公式(3)运算后得到的的d轴和q轴电压相加后，得到的d轴直流分量V_d和q轴直流分量V_q分别为：

V_d＝V_d+V_{q_div}＝V₁cos(θ₁)+V′_h5cos(6ωt-θ′_h5)    (4)

V_q＝V_q-V_{d_div}＝V₁sin(θ₁)-V′_h5sin(6ωt-θ′_h5)    (5)

根据公式(4)和公式(5)得到系统正序电压的幅值V_rms为：

$V_{\mathrm{rms}}=\sqrt{{\stackrel{\‾}{V}}_d^2+{\stackrel{\‾}{V}}_q^2}$

$=\sqrt{{[V_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+V_{h5}^{\′}\cos (6\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}_{h5}^{\′})]}^2+{[V_1\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)-V_{h5}^{\′}\sin (6\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}_{h5}^{\′})]}^2}---\left(6\right)$

$=\sqrt{V_1^2+V_{h5}^{\′2}+\cos (6\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_{h5}^{\′})}$

式中，V_{d_div}和V_{q_div}分别为d轴电压幅值V_d、q轴电压幅值V_q经等值滤波网络后的输出电压；V′_h5为运算后剩余五次谐波幅值；θ′_h5为运算后剩余五次谐波分量相角。

由公式(4)和公式(5)可知V′_h5和θ′_h5与等值滤波网络的高频特性相关。本发明采用的等值滤波网络的特性为(如图2所示)：其中A点处频率为101Hz，相移为89.9度；B点处频率为101Hz，幅值衰减为0.0424dB；C点处频率为301Hz，幅值衰减为7.94dB。因此可以看出本发明的等值滤波网络在小于100Hz的低频段时，其衰减特性与现有技术采用微分环节在低频段的衰减特性相同；在中频段，其增益为1，相移为90度；在大于100Hz的高频段，其衰减特性可以通过改变等值滤波网络相应系数进行控制，以使得运算后剩余五次谐波幅值V′_h5值很小，保证了谐波分量不被放大。

上述各实施例仅为本发明的应用，并非用于限定本发明的实施范围。凡基于本发明技术方案上的变化和改进，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种电压暂降检测方法，其步骤如下：

(1)假定发生电压跌落故障时，将包含正序分量、负序分量和五次谐波分量的系统三相电压送入dq坐标变换模块内；

(2)经坐标变换后得到的正序分量为直流分量、负序分量为100Hz分量、五次谐波分量为300Hz分量，通过等值滤波网络将100Hz分量和300Hz分量滤除，得到d轴和q轴的直流分量，并对两直流分量进行平方和相加、再取均方根运算，得到系统正序电压的幅值；所述d轴直流分量和所述q轴直流分量分别为：

${\stackrel{\‾}{V}}_d=V_d+V_{q\_\mathrm{div}}=V_1\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+V_{h5}^{\′}\cos (6\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}_{h5}^{\′}),$

${\stackrel{\‾}{V}}_q=V_q-V_{d\_\mathrm{div}}=V_1\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)-V_{h5}^{\′}\sin (6\mathrm{\ωt}-{\mathrm{\θ}}_{h5}^{\′}),$

式中，为所述d轴直流分量；

为所述q轴直流分量；V₁为系统电压正序分量幅值；V_{d_div}和V_{q_div}分别为d轴电压幅值V_d、q轴电压幅值V_q经所述等值滤波网络后的输出电压；V′_h5为运算后剩余五次谐波分量幅值；θ′_h5为运算后剩余五次谐波分量相角；θ₁为系统电压正序分量初始相角；ω为角频率；

(3)选取额定电压幅值的90％为电压跌落的阈值，将系统正序电压幅值与该电压跌落的阈值进行比较，当正序电压幅值小于电压跌落的阈值时，则电压发生跌落；当正序电压幅值大于等于电压跌落的阈值时，则没有发生电压跌落。

2.如权利要求1所述的一种电压暂降检测方法，其特征在于：所述等值滤波网络在中频段时，其增益为1，相移为90度；在大于100Hz的高频段时，谐波分量稳定或减小。

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