CN104914354B - 三相电压突变量和零序电压相结合的电压暂降检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电能质量监测领域，公开了一种三相电压突变量和零序电压相结合的电压暂降检测方法：首先，采集线路在电压暂降期间三相电压瞬时值u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，计算对应的三相电压突变量Δu_φ(k)(φ＝A,B,C)和零序电压瞬时值u₀(k)；其次，利用零序电压U₀≥U_0th＝k₀.U_N，k₀取1％～2％，实现接地故障和非接地故障的区分；利用相电压突变量Δu′_{φ_max}＝max[|Δu_φ(k₀+m)|]＝|Δu_φ(k₀+p)|≥u_th1的特征确认故障相别；最后利用 $\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{\φ}}\%=\left|\frac{U_{\mathrm{\φ}}-U_N}{U_N}\right|\×100\%$ 计算电压暂降深度，其中 $U_{\mathrm{\φ}}=\sqrt{u_{\mathrm{\φ}1}^2+u_{\mathrm{\φ}2}^2},$ u_φ1＝max|u_φ(k₀+m)|，u_φ2＝min|u_φ(k₀+m)|，为实现电压暂降的按相快速精确补偿提供依据。

Description

三相电压突变量和零序电压相结合的电压暂降检测方法

【技术领域】

本发明涉及电能质量检测研究领域，具体涉及到一种电压暂降检测方法。

【背景技术】

电压暂降是电力系统中最严重的电能质量问题之一，严重威胁到变频器等电压敏感设备的工作性能。其中短路故障是导致电压暂降的主要因素，准确快速判断故障类型有利于有针对性的实施电压暂降补偿，从而保证电压敏感用户的电压质量。

现有电压暂降检测方面的研究主要集中在电压暂降幅值和跳变相位，主要通过利用对称分量法构造相应的判据来进行故障类型判别，对故障类型与电压暂降之间的关系研究较少。现有主要对称分量法和双dq变换法两类，其一利用电压暂降期间的电压幅值和相角信息进行电压暂降类型识别；其二构造有效值和相位特征量进行故障类型识别。在发生电压暂降后快速识别引发暂降的故障类型及暂降深度，有利于为电力系统的运行管理、事故调查和故障定位等提供有益的参考。

然而，现有电压暂降检测方法存在计算量大，处理数据较多等缺陷，难以实现故障类型快速、准确判别。本文提出了一种三相电压突变量和零序电压相结合进行引发电压暂降故障类型及暂降深度识别方法，克服了对称分量法的较大计算量以及较多数据的处理，具有简单、快速、方便实现的优势。故障发生导致电压暂降后10ms内利用三相电压电压突变量和零模电压特征实现故障类型的快速确认，同时可以准确计算对应故障相的电压暂降深度，为进行电压暂降按相快速补偿提供了重要的依据。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种三相电压突变量和零序电压相结合的电压暂降检测方法，进行引发电压暂降故障类型及暂降深度识别，克服了对称分量法的较大计算量以及较多数据的处理的缺陷，具有简单、快速、方便实现的优势。本发明利用电压暂降期间的三相电压突变量和零序电压特征，首先利用零序电压特征进行引发电压暂降的故障进行接地故障和非接地故障的区分，随后利用三相电压突变量的特征确认故障相别，同时计算对应的电压暂降相的电压暂降深度，一方面可靠确认了故障相别实现电压暂降相别的确认，另一方面准确计算了电压暂降深度，为实现电压暂降的按相精确补偿提供重要依据。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

三相电压突变量和零序电压相结合的电压暂降检测方法，包括以下步骤：

(1)采集线路电压暂降期间三相电压瞬时值u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，计算对应电压突变量Δu_φ(k)和零序电压瞬时值u₀(k)＝u_a(k)+u_b(k)+u_c(k)，

其中Δu_φ(k)＝u_φ(k)-u_φ(k-N)＝u_φ(k₀+m)-u_φ(k₀+m-N)，φ＝A,B,C，m≤N/2，N为工频周期采样点数；u_φ(k-N)为电压暂降前一个工频周期电压瞬时值；

(2)利用零序电压u₀(k)与最大不平衡的零序电压U_0th之间的关系识别故障类型：

当U₀≥U_0th时，判定线路接地故障；

当U₀＜U_0th时，判定非接地故障；

其中，U_0th取1％～2％的线路额定电压U_N整定；

(3)计算判别周期内的每相电压突变量的最大值：

Δu′_{φ_max}＝max[|Δu_φ(k₀+m)|]＝|Δu_φ(k₀+p)|

其中，U_th1按10％～20％的线路额定电压U_N整定；

若存在|Δu_φ(k₀+p+1)|≥U_th1和|Δu_φ(k₀+p-1)|≥U_th1亦成立，则对应相别为故障相；

(4)由故障相电压暂降幅值计算电压暂降深度

其中u_φ1＝max|u_φ(k₀+m)|，u_φ2＝min|u_φ(k₀+m)|，m≤N/2。

本发明提出一种三相电压突变量和零序电压相结合的电压暂降检测方法，与现有技术相比，具有以下显著优点：

(1)仅需要利用电压暂降期间的10ms的数据窗即可快速确认电压暂降相和可靠确认故障类型。

(2)该方法同时可以准确计算电压暂降深度，为实施电压暂降按相快速精准补偿提供重要的依据。

【附图说明】

图1为电网电压暂降检测系统示意图；

图2为单相故障时三相电压波形；

图3为单相故障时三相电压突变量波形。

【具体实施方式】

请参阅图1至图3所示，本发明一种三相电压突变量和零序电压相结合的电压暂降检测方法，包括以下步骤：

(1)三相电压采集和特征量的计算

图1中的配电网母线侧电压互感器二次侧电压经过低通滤波、采样保持处理，获取线路发生电压暂降期间的三相电压瞬时值u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，结合暂降前一个工频周期瞬时值u_a(k-N)、u_b(k-N)、u_c(k-N)计算三相电压瞬时值突变量Δu_φ(k)(φ＝A,B,C)和零序电压瞬时值u₀(k)，其中：

Δu_φ(k)＝u_φ(k)-u_φ(k-N)＝u_φ(k₀+m)-u_φ(k₀+m-N),m≤N/2

u₀(k)＝u_a(k)+u_b(k)+u_c(k)

N为一个工频周期采样点数。在此基础上利用图1所示的电压暂降检测分析环节进行引起电压暂降的故障类型的识别和电压暂降深度的计算。

(2)电压暂降的接地故障或非接地故障识别

考虑到单相接地故障和两相接地故障存在零序电压，利用零序电压瞬时值特征判别接地故障和非接地故障，具体判据为U₀≥U_0th，式中U_0th为考虑正常三相最大不平衡电压按1％～2％的线路额定电压U_N整定；当U₀≥U_0th时，为单相接地故障或两相接地故障；当U₀＜U_0th时，为非接地故障即为两相相间故障或三相故障。

(3)故障相别的判别确认

计算判别周期内三相的电压瞬时值突变量的最大值Δu′_{φ_max}＝max[|Δu_φ(k₀+m)|]＝|Δu_φ(k₀+p)|，p为突变量最大时对应的采样时刻；

首选判断|Δu_φ(k₀+p)|＞U_th1是否成立，U_th1按10％～20％的线路额定电压U_N整定；若成立则继续判断突变量最大值采样点的相邻两点|Δu_φ(k₀+p+1)|≥U_th1和|Δu_φ(k₀+p-1)|≥U_th1是否成立；若成立则对应相别为故障相，结合(2)实现故障类型的确认。

以A相发生接地故障为例说明：

A相发生接地故障时，三相电压波形及对应电压突变量波形分别如图2、图3所示。分析发现，在一个判别周期内三相瞬时电压突变量最大值分别为Δu′_{A_max}＝|Δu_A(k₀+p₁)|、Δu′_{B_max}＝|Δu_B(k₀+p₂)|、Δu′_{C_max}＝|Δu_C(k₀+p₃)|，对应的最大值采样点分别为p₁、p₂、p₃；在最大值采样点时刻Δu′_{A_max}＞U_th1，而B、C相为无显著电压暂降即满足Δu′_{B_max}＜U_th1、Δu′_{C_max}＜U_th1；为了提高故障相及电压暂降相识别的可靠性，进一步利用A相突变量最大值相邻两点的突变量进行判断，即存在|Δu_A(k₀+p₁+1)|＞U_th1和|Δu_A(k₀+p₁-1)|＞U_th1；结合(2)的判别结果即可可靠判断为A相接地故障。

其它故障类型情况的故障相的识别确认同以上过程。

(4)电压暂降相的电压深度计算

在(3)发生电压暂降相别确认的基础上计算对应的电压暂降深度Δu_φ％。依照利用相隔5ms的两个采样点计算电压暂降后相电压幅值其中u_φ1＝max|u_φ(k₀+m)|，u_φ2＝min|u_φ(k₀+m)|，m≤N/2，为进行发生电压暂降的相别实施精确的电压暂降补偿提供有价值的依据。

本发明提出的三相电压突变量和零序电压相结合的电压暂降检测方法，首先利用零序电压特征判别接地故障或非接地故障，进而利用相电压突变量特征进行发生电压暂降相别确认，最后计算电压暂降相的暂降深度，方便实施按相进行精确的电压暂降补偿。该方法简单易于实现，计算量小等优点，适用于配电网络的电压敏感用户的电压暂降的检测与应用。

Claims (1)

1.一种三相电压突变量和零序电压相结合的电压暂降检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集线路电压暂降期间三相电压瞬时值u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，计算对应电压突变量Δu_φ(k)和零序电压瞬时值u₀(k)＝u_a(k)+u_b(k)+u_c(k)，

其中Δu_φ(k)＝u_φ(k)-u_φ(k-N)＝u_φ(k₀+m)-u_φ(k₀+m-N)，φ＝A,B,C，m≤N/2，N为工频周期采样点数；u_φ(k-N)为电压暂降前一个工频周期电压瞬时值；

(2)利用零序电压瞬时值u₀(k)与最大不平衡的零序电压U_0th之间的关系识别故障类型：

当U₀≥U_0th时，判定线路接地故障；

当U₀<U_0th时，判定非接地故障；

其中，U_0th取1％～2％的线路额定电压U_N整定；

(3)计算判别周期内的每相电压突变量的最大值：

Δu′_{φ_max}＝max[|Δu_φ(k₀+m)|]＝|Δu_φ(k₀+p)|

其中，U_th1按10％～20％的线路额定电压U_N整定；p为突变量最大时对应的采样时刻；

若存在|Δu_φ(k₀+p+1)|≥U_th1和|Δu_φ(k₀+p-1)|≥U_th1亦成立，则对应相别为故障相；

(4)由故障相电压暂降幅值计算电压暂降深度

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其中u_φ1＝max|u_φ(k₀+m)|，u_φ2＝min|u_φ(k₀+m)|。