CN105425171A - 一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，步骤是：测量变频器三相交流输入线电压，输出线电压向量；对采集的线电压进行Clark变换，得到两相静止αβ坐标系下的电压；经基于二阶广义积分器的相角偏移方案，计算两相静止αβ坐标系下的电压正序分量；对电压正序分量依次进行锁相环及dq0变换，得到电压的d轴分量，并将该d轴分量与设定阈值相比较，判断交流电压是否发生跌落。此种检测方法可在电网发生不对称故障时，快速、准确检测交流电压的跌落。

Description

一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，特别涉及一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，用以实现变频器低电压穿越电源电压跌落的快速、准确检测。

背景技术

变频器低电压穿越电源的工作原理如图1所示，电源的输入和变频器并联，输出接到变频器的直流母线，当输入的三相交流电发生跌落时，低电压穿越电源启动，维持变频器直流母线电压不变，以保证其正常运行。不论低电压穿越电源采用哪种拓扑，对电压跌落检测算法都要求快速性和准确性。

由于电网故障形式多种多样，有对称故障和不对称故障，当系统发生不对称短路或者较大幅度电压跌落时，三相电压将出现较大比重的负序以及零序分量，常见的有效值计算方法、基波分量法和dq0变换法等低电压检测方法，要经过长时间的有效值运算，检测的实时性较差；如果采用单相电压微分虚拟三相电压，再经dq0变换检测电压跌落，微分算法又会放大电网谐波的影响，不能保证检测的准确性。

基于以上分析，现有的种种电压跌落检测方法存在着缺陷，有待改进，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，其可在电网发生不对称故障时，快速、准确检测交流电压的跌落。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，包括如下步骤：

(1)测量变频器三相交流输入线电压V_ab、V_bc、V_ca，输出线电压向量V_abc＝[V_abV_bcV_ca]^T；

(2)对采集的线电压进行Clark变换，得到两相静止αβ坐标系下的电压V_αβ；

(3)经基于二阶广义积分器的相角偏移方案，计算两相静止αβ坐标系下的电压正序分量

(4)对电压正序分量依次进行锁相环及dq0变换，得到电压的d轴分量u_d；

(5)将u_d与设定阈值相比较，判断交流电压是否发生跌落。

上述步骤(1)中，三相交流输入线电压V_ab、V_bc、V_ca的表达式分别为：

其中，U₁为电网基波正序分量有效值，ω为基波角频率，为电压初相角。

上述步骤(2)中，具体的变换过程是：

[V_αβ]＝[V_αV_β]^T＝[T_αβ][V_abc]

其中，Clark变换矩阵为：

$T_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right].$

上述步骤(3)中，两相静止αβ坐标系下的电压正序分量的表达式是：

$\[V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}^{+}\]={\left[\begin{array}{cc}{V}_{\mathrm{\α}}^{+}& V_{\mathrm{\β}}^{+}\end{array}\right]}^T=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& -q\\ q& 1\end{array}\right]\[V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\]$

其中，V_αβ为两相静止αβ坐标系下的电压，

上述步骤(4)中，电压的d轴分量u_d通过下式计算：

$u_d=V_{\mathrm{\α}}^{+}cos\mathrm{\θ}+V_{\mathrm{\β}}^{+}sin\mathrm{\θ}$

其中，θ为锁相环输出角度，为电压正序分量的α轴分量，为电压正序分量的β轴分量。

采用上述方案后，与以往的电压跌落检测方法相比，本发明采用SOGI变换的方式对原始数据进行处理，从而可以滤除原始故障电压中的谐波，同时延时小，能够更快更准确地得到需要的结果，可有效抑制电压跌落时谐波的影响，抗扰能力强，可靠性更高，双二阶积分算法获得正序分量又能保证检测的快速性，能快速、准确地检测出电压跌落的发生，保证变频器的安全稳定运行。

附图说明

图1是低电压穿越电源的系统示意图；

图2是本发明的原理示意图；

图3是二阶广义积分器的原理图；

图4是本发明判断电压跌落的原理图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图2所示，本发明提供一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，包括如下步骤：

(1)在T₁时刻，测量变频器的三相交流输入线电压V_ab、V_bc、V_ca，其表达式分别为：

其中，U₁为电网基波正序分量有效值，ω为基波角频率，为电压初相角。

则线电压向量可表示为V_abc＝[V_abV_bcV_ca]^T。

(2)对前述采集的三相交流输入线电压进行Clark变换，得到两相静止αβ坐标系下的电压为：

[V_αβ]＝[V_αV_β]^T＝[T_αβ][V_abc]

其中，Clark变换矩阵为：

$T_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]$

(3)采用基于二阶广义积分器(SOGI)的90°相角偏移方案来产生两相正交信号，实现对输入信号的相角偏移，同时滤除高次谐波，具体的控制框图可参见图2所示。

SOGI单元是二阶广义积分器，其传递函数如下式所示，控制原理见图3。

$D\left(s\right)=\frac{v^{\′}\left(s\right)}{v^{\′}\left(s\right)}=\frac{k\widehat{\mathrm{\ω}}s}{s^2+k\widehat{\mathrm{\ω}}s+{\widehat{\mathrm{\ω}}}^2}$

$Q\left(s\right)=\frac{{\mathrm{qv}}^{\′}\left(s\right)}{v\left(s\right)}=\frac{k{\widehat{\mathrm{\ω}}}^2}{s^2+k\widehat{\mathrm{\ω}}s+{\widehat{\mathrm{\ω}}}^2}$

利用对称分量法，三相电压V_abc的正序分量可以表示为：

$\[V_{abc}^{+}\]={\left[\begin{array}{ccc}{V}_{ab}^{+}& V_{bc}^{+}& V_{ca}^{+}\end{array}\right]}^T=\[T^{+}\]\[V_{abc}\]$

其中，[T⁺]为分解变换矩阵，表达式为：

$\[T^{+}\]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& \mathrm{\α}& {\mathrm{\α}}^2\\ {\mathrm{\α}}^2& 1& \mathrm{\α}\\ \mathrm{\α}& {\mathrm{\α}}^2& 1\end{array}\right],\mathrm{\α}=e^{j\frac{2\mathrm{\π}}{3}}$

因此，两相静止αβ坐标系下的电压正序分量为：

$\[V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}^{+}\]={\left[\begin{array}{cc}{V}_{\mathrm{\α}}^{+}& V_{\mathrm{\β}}^{+}\end{array}\right]}^T=\[T_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\]\[V_{abc}^{+}\]=\[T_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\]\[T^{+}\]\[V_{abc}\]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& -q\\ q& 1\end{array}\right]\[V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\]$

其中， $q=e^{-j\frac{\mathrm{\π}}{2}};$

(4)将步骤(3)中经SOGI相角偏移后的正序分量依次经锁相环和dq0变换，得到电压的d轴分量u_d，其可表征正序分量的幅值；

$U_{dq}={\left[\begin{array}{cc}{u}_d& u_q\end{array}\right]}^T=\[T_{dq}\]\[V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}^{+}\]$

$T_{dq}=\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\θ}& sin\mathrm{\θ}\\ -sin\mathrm{\θ}& cos\mathrm{\θ}\end{array}\right]$

其中，θ为锁相环输出角度。

(5)如图4所示，将d轴分量u_d与设定阈值比较，判断交流电压是否发生跌落。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)测量变频器三相交流输入线电压V_ab、V_bc、V_ca，输出线电压向量V_abc＝[V_abV_bcV_ca]^T；

(2)对采集的线电压进行Clark变换，得到两相静止αβ坐标系下的电压V_αβ；

(3)经基于二阶广义积分器的相角偏移方案，计算两相静止αβ坐标系下的电压正序分量

(4)对电压正序分量依次进行锁相环及dq0变换，得到电压的d轴分量u_d；

(5)将u_d与设定阈值相比较，判断交流电压是否发生跌落。

2.如权利要求1所述的一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中，三相交流输入线电压V_ab、V_bc、V_ca的表达式分别为：

其中，U₁为电网基波正序分量有效值，ω为基波角频率，为电压初相角。

3.如权利要求1所述的一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中，具体的变换过程是：

[V_αβ]＝[V_αV_β]^T＝[T_αβ][V_abc]

其中，Clark变换矩阵为：

$T_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right].$

4.如权利要求1所述的一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中，两相静止αβ坐标系下的电压正序分量的表达式是：

$\[V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}^{+}\]={\left[\begin{array}{cc}{V}_{\mathrm{\α}}^{+}& V_{\mathrm{\β}}^{+}\end{array}\right]}^T=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cc}1& -q\\ q& 1\end{array}\right]\[V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\]$

其中，V_αβ为两相静止αβ坐标系下的电压，

5.如权利要求1所述的一种变频器低电压穿越电源电压跌落检测方法，其特征在于：所述步骤(4)中，电压的d轴分量u_d通过下式计算：

$u_d=V_{\mathrm{\α}}^{+}cos\mathrm{\θ}+V_{\mathrm{\β}}^{+}sin\mathrm{\θ}$

其中，θ为锁相环输出角度，为电压正序分量的α轴分量，为电压正序分量的β轴分量。