CN104360137A - 一种适用于动态电压恢复器的电压暂降检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统状态监测领域，尤其涉及一种适用于动态电压恢复器的电压暂降检测方法，包括：利用选取的等间隔前、中、后三个检测点构造移相分量，并与中间采样点一起经αβ-dq变换后，由巴特沃斯低通滤波器获取基波的d轴直流分量与q轴直流分量。对d轴直流分量、q轴直流分量进行平方和相加、再取均方根运算，获得电压幅值；对q轴直流分量除以d轴直流分量的商进行反正切函数运算获得实时相位，前、后时刻相位检测值相减即可获得相位跳变角。该方法在满足实时性要求的同时仍具有一定的抗白噪声能力，非常适用于动态电压恢复器中关于电压暂降检测的应用。

Description

一种适用于动态电压恢复器的电压暂降检测方法

技术领域

本发明属于电力系统状态监测领域，尤其涉及一种适用于动态电压恢复器的电压暂降检测方法。

背景技术

动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer，DVR)是一种用于保证敏感负荷供电电压稳定的有效串联补偿装置，可在毫秒级时间内向系统与负荷之间串联注入幅值和相位可调的电压，补偿电压暂降，从而保证敏感负荷的电压在受到系统电压扰动时仍处于可接受的范围内。

DVR为了满足检测的实时性要求，普遍采用的是基于dq变换的检测方法。实际电压暂降事故中多为单相事件，在单相系统中为了应用dq变换，需要构造虚拟三相系统，或者构造相互垂直且正交的αβ两相电压，再通过αβ-dq变换进行检测，两种方法都需要根据一相电压去构造其他相电压。

国内外学者相继提出了一些改进方法，利用单相电压延迟60°构造三相电压，根据实测所得到的单相电压延时90°来构造αβ静止坐标系中的α、β分量，利用求导代替移相构造三相系统或单相延时的α、β分量，利用延时δ角法构造α、β分量。上述前两种移相构造的方法都需要较大的延时，不能完全满足检测的实时性要求，求导构造的方法虽然具有极好的快速响应特性，但存在过冲现象，且抗白噪声能力差的特点，延时δ角法虽然保证了较好的快速响应特性，但不可避免地对谐波及噪声有放大作用。

上述基于αβ-dq变换的各类检测算法一般都采用软件锁相技术对待测电压信号进行同步锁相，但在某些情况下，系统发生电压暂降时会伴有频率偏移，软件同步锁相技术无法实现动态跟踪。

发明内容

针对现有电压暂降检测方法存在的上述缺陷，本发明提出一种适用于动态电压恢复器的电压暂降检测方法，包括：

步骤1：等间隔采集目标线路电压值，从采集的电压采样数据中依次选取时间间隔相同的前、中、后三个检测点；

步骤2：针对非同步采样，由前、中、后三个检测值获得相角变化信息，针对同步采样，两次检测间的相角变化信息不变，则设为定值；然后由前、后两个检测点及相角变化信息构造所需的移相分量；

步骤3：将中间检测点电压采样值、构造的移相分量经αβ-dq变换矩阵与低通滤波后获得基波的d轴直流分量、q轴直流分量；

步骤4：对d轴直流分量、q轴直流分量进行平方和相加、再取均方根运算，获得电压幅值；对q轴直流分量除以d轴直流分量的商进行反正切函数运算获得实时相位，前、后时刻相位检测值相减即可获得相位跳变角。

所述步骤1中等间隔采集不仅适用于非同步等间隔采样，也适用同步等间隔采样。

所述步骤2中的构造所需的移相分量由前、后检测点电压检测值之差与相角变化信息相除得到。

所述步骤3中的αβ-dq变换矩阵元素由设定的恒50Hz单位正弦、余弦波瞬时采样值构成。

所述步骤3中的低通滤波采用巴特沃斯滤波器滤波。

所述步骤4中电压幅值与相位跳变角的计算结果对应中间检测点时刻。

本发明的有益效果在于：与求导法相比，在保证实时性的同时，减小了对谐波与噪声的放大作用；与延时δ角构造法相比，利用三点检测代替延时δ角两点检测，构造方法更为简易，在相同延时的情况下，减小了对谐波的放大作用；与延时90°法相比，虽然对谐波与噪声的仍有一定的放大作用，但大大提高了检测的快速响应特性；未采用软件锁相技术，仅由恒50Hz单位正弦、余弦波瞬时采样值构成变换阵，实施简单，特别适合应用于电压暂降检测伴随有频率偏移的工况。

附图说明

图1是电压暂降检测方法逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。

一种适用于动态电压恢复器的电压暂降检测方法，如图1所示，包括：

步骤1：等间隔采集目标线路电压值，从采集的电压采样数据中依次选取时间间隔相同的前、中、后三个检测点；

步骤2：针对非同步采样，由前、中、后三个检测值获得相角变化信息，针对同步采样，两次检测间的相角变化信息不变，则设为定值；然后由前、后两个检测点及相角变化信息构造所需的移相分量；

步骤3：将中间检测点电压采样值、构造的移相分量经αβ-dq变换矩阵与低通滤波后获得基波的d轴直流分量、q轴直流分量；

步骤4：对d轴直流分量、q轴直流分量进行平方和相加、再取均方根运算，获得电压幅值；对q轴直流分量除以d轴直流分量的商进行反正切函数运算获得实时相位，前、后时刻相位检测值相减即可获得相位跳变角。

所述步骤1中等间隔采集不仅适用于非同步等间隔采样，也适用同步等间隔采样。

所述步骤2中的构造所需的移相分量由前、后检测点电压检测值之差与相角变化信息相除得到。

所述步骤3中的αβ-dq变换矩阵元素由设定的恒50Hz单位正弦、余弦波瞬时采样值构成。

所述步骤3中的低通滤波采用巴特沃斯滤波器滤波。

所述步骤4中电压幅值与相位跳变角的计算结果对应中间检测点时刻。

实施例一

等间隔选取三个采样点，作为前、中、后三个检测点u_k-m、u_k、u_k+m，m可为相邻检测点之间的采样间隔数，参数m的选取由待观测电压信号信噪比与电压提取精度要求决定，与观测电压信号信噪比成反比，T_s为固定采样间隔，则相邻检测点之间的相位差θ为：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{u_{k+m}+u_{k-m}}{2u_k}$

以u_k作为αβ-dq变换的u_β分量，则αβ-dq变换的u_α分量可以表示为

$u_{\mathrm{\α}}=\frac{u_{k+m}-u_{k-m}}{2\sqrt{1-{\cos }^2\mathrm{\θ}}}$

对于非同步采样而言，当检测点u_k为过零点时，上述公式显然不能使用，可将上一时刻计算的cosθ结果带入本次检测。

对于同步采样而言，相邻检测点之间的相位差可保证为恒定值，上式又可退化为：

$u_{\mathrm{\α}}=\frac{u_{k+m}-u_{k-m}}{2\sin \mathrm{\θ}}=\frac{u_{k+m}-u_{k-m}}{2C}$

其中，C表示相邻检测点之间相位差的正弦值。

对u_α、u_β进行αβ-dq坐标变换

$\left(\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\ω}}_{0}t& \sin {\mathrm{\ω}}_{0}t\\ -\sin {\mathrm{\ω}}_{0}t& \cos {\mathrm{\ω}}_{0}t\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)$

ω₀为恒定50Hz电压旋转角速度，根据上式变换到d、q轴上，通过低通滤波获得电压d轴直流分量u_d0与电压q轴直流分量u_q0，可得基波电压幅值U与相位跳变角分别为：

$U=\sqrt{u_{d0}^2+u_{q0}^2}$

其中，u_d0(t₁),u_d0(t₂),u_qo(t₁),u_q0(t₂)分别为t₁,t₂时刻的电压d轴直流分量与电压q轴直流分量。

通过仿真实验证明，与延时构造相比，检测延时由3.33或5ms减小到2mT_s(一般取m＝8，采样频率为12.8kHz，则延时减少至1.25ms)。与延时δ角构造法相比，本发明减小了对谐波的放大作用，两种方法在具有相同延时的情况下，即δ＝2θ＝ωmT_s时，对高斯白噪声功率的放大作用分别为cot²δ+csc²δ与1/(2sinθ)²，特别地取m＝32，即θ＝π/4，三点法的放大作用减少至1。在θ∈[0,π/4]内，延时δ角构造法与本发明具有近似的噪声放大作用。由于本发明对于移相分量的构造，利用了检测点间相位变化信息，未采用软件锁相技术，仅由恒50Hz单位正弦、余弦波瞬时采样值构成变换阵，实施简单，因而特别适合应用于电压暂降检测伴随有频率偏移的工况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种适用于动态电压恢复器的电压暂降检测方法，其特征在于，包括：

步骤1：等间隔采集目标线路电压值，从采集的电压采样数据中依次选取时间间隔相同的前、中、后三个检测点；

步骤2：针对非同步采样，由前、中、后三个检测值获得相角变化信息，针对同步采样，两次检测间的相角变化信息不变，则设为定值；然后由前、后两个检测点及相角变化信息构造所需的移相分量；

步骤3：将中间检测点电压采样值、构造的移相分量经αβ-dq变换矩阵与低通滤波后获得基波的d轴直流分量、q轴直流分量；

步骤4：对d轴直流分量、q轴直流分量进行平方和相加、再取均方根运算，获得电压幅值；对q轴直流分量除以d轴直流分量的商进行反正切函数运算获得实时相位，前、后时刻相位检测值相减即可获得相位跳变角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中等间隔采集不仅适用于非同步等间隔采样，也适用同步等间隔采样。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中的构造所需的移相分量由前、后检测点电压检测值之差与相角变化信息相除得到。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的αβ-dq变换矩阵元素由设定的恒50Hz单位正弦、余弦波瞬时采样值构成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的低通滤波采用巴特沃斯滤波器滤波。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中电压幅值与相位跳变角的计算结果对应中间检测点时刻。