CN105510747A - 一种电压扰动模拟方法 - Google Patents

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汤伟
刘路登
殷骏
李刚
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere

Abstract

本发明公开了一种电压扰动模拟方法，包括以下步骤：S1、预设故障模拟指令，故障模拟指令包括故障电压扰动特征值、电压扰动持续时间和电压扰动类型；S2、根据故障模拟指令生成电压扰动原始模型；S3、对待测电网的电压进行采样，并判断待测电网的当前电压状态；S4、根据待测电网的当前电压状态对电压扰动原始模型进行调整，生成电压扰动目标模型；S5、将电压扰动目标模型转换成电压扰动信号，并根据电压扰动信号在待测电网中产生扰动电压。本发明可用以测试各系统设备在电压扰动发生时的工作状态，提前做好措施预防事故的发生。

Description

一种电压扰动模拟方法
技术领域
本发明涉及电网测试技术领域，尤其涉及一种电压扰动模拟方法。
背景技术
根据统计，90％以上的电能质量问题是由电压暂降(VoltageSag)和电压暂升(VoltageSwell)造成，其中电压暂降为主要事故原因。危害性较大的电压暂降主要是系统短路故障引起的，它传播距离远、跌落幅值大。在电力系统发生三相短路故障、两相短路故障和单相接地短路故障时，短时的电压扰动(暂升或暂降)严重影响计算机、交流接触器、可编程逻辑控制器(PLC)、变频调速装置等典型敏感设备的安全运行，这些敏感负荷的故障给工厂带来的直接经济损失巨大。故而，测试用电系统在电压扰动发生时的穿越能力，是对电网工作稳定性进行提前预测的一种重要手段。
目前市场上的很多设备都只具有模拟电压部分电压故障的能力，如阶梯式电压暂升、电压暂降等。按照拓扑结构大致归为三类，即阻抗式、变压器式和电力电子变换式。相对于阻抗式、变压器式的方式，电力电子变换式在直流侧设置升压电路，在同样输出容量情况下占用体积小，电压在量程范围内可实现无级高精度变化，电压由稳态至暂态切换时间可达到微秒级，相对于采用可控整流电路和逆变电路组成的发生器来说，本设计中整流电路采用不可控整流和BOOST升压电路，控制算法简单，发热量低，且不可控整流电路的硬件成本低。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种电压扰动模拟方法。
本发明提出的一种电压扰动模拟方法，包括以下步骤：
S1、预设故障模拟指令，故障模拟指令包括故障电压扰动特征值、电压扰动持续时间和电压扰动类型；
S2、根据故障模拟指令生成电压扰动原始模型；
S3、对待测电网的电压进行采样，并判断待测电网的当前电压状态；
S4、根据待测电网的当前电压状态对电压扰动原始模型进行调整，生成电压扰动目标模型；
S5、将电压扰动目标模型转换成电压扰动信号，并根据电压扰动信号在待测电网中产生扰动电压。
S6、对扰动电压进行采样，并将采样结果和预设的目标值进行对比，根据对比结果修正电压扰动目标模型。
优选地，步骤S2具体为：预设有abc-dq0坐标变换模型，将故障模拟指令对应的电压向量特征值导入abc三相静态坐标，然后通过abc-dq0坐标变换，在dq0同步旋转坐标系下完成复合运算，生成电压扰动原始模型。
优选地，步骤S5具体为：预设dq0-abc坐标变换模型，并可经dq0-abc坐标变换将电压扰动目标模型转换成电压扰动信号，然后根据电压扰动信号逆变产生电压扰动波形。
优选地，电压扰动信号为空间矢量脉宽调制信号。
优选地，步骤S3具体为：采集待测电网的电压幅度及相位、有功、无功，并根据采集的数据对待测电网的当前电压状态进行判断。
优选地，步骤S1中的电压扰动类型包括三相短路故障引起的三相对称电压扰动、单相接地短路故障引起的不对称电压扰动、两相相间短路故障引起的不对称电压扰动，以及两相接地短路故障引起的不对称电压暂降。
优选地，步骤S1中的故障电压扰动特征值包括扰动深度和起止相位。
本发明提供的电压扰动模拟方法，可根据待测电网当前电压状态对预设的电压扰动模拟形式进行调整，从而可使得调整后的电压扰动目标模型更加贴合待测电网的状态，使得电压扰动的模拟更加精确并理想化。本发明还根据电压扰动的采样结果对电压扰动目标模型的实时修正，有利于提高电压扰动模拟的精确性。
本发明可模拟单相、两相及三相电压暂升和暂降，且电压暂升和暂降的持续时间、深度、起止相位和类型均可调，具有操作简单、可靠性高、实时性好等特点，适用于火电机组一类辅机的(给煤机、给粉机、空气过滤器等)变频调速系统高低电压穿越试验及其他电气、电子产品在电网电压故障情况下的性能测试和研究。
通过本发明提供的电压扰动模拟方法可模拟电压扰动的发生，并测试各系统在电压扰动发生时的工作状态，提前做好措施预防事故的发生。
附图说明
图1为本发明提出的一种电压扰动模拟方法流程图；
图2为电压扰动类型向量示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提出的一种电压扰动模拟方法，包括以下步骤：
S1、预设故障模拟指令，故障模拟指令包括故障电压扰动特征值、电压扰动持续时间和电压扰动类型。电压扰动类型包括三相短路故障引起的三相对称电压扰动、单相接地短路故障引起的不对称电压扰动、两相相间短路故障引起的不对称电压扰动，以及两相接地短路故障引起的不对称电压暂降。故障电压扰动特征值包括扰动深度和起止相位。
S2、根据故障模拟指令生成电压扰动原始模型。具体地，预设有abc-dq0坐标变换模型，将故障模拟指令对应的电压向量特征值导入abc三相静态坐标，然后通过abc-dq0坐标变换，在dq0同步旋转坐标系下完成复合运算，生成电压扰动原始模型。
S3、对待测电网的电压进行采样，具体可采集待测电网的电压幅度及相位、有功、无功，并根据采集的数据对待测电网的当前电压状态进行判断。
S4、根据待测电网的当前电压状态对电压扰动原始模型进行调整，生成电压扰动目标模型；
S5、预设有dq0-abc坐标变换模型，经dq0-abc坐标变换将电压扰动目标模型转换成电压扰动信号，并根据电压扰动信号在待测电网中逆变产生扰动电压波形。电压扰动信号为空间矢量脉宽调制信号(SVPWM)。
S6、对扰动电压进行采样，并将采样结果和预设的目标值进行对比，根据对比结果修正电压扰动目标模型。通过对电压扰动目标模型的实时修正，有利于提高电压扰动模拟的精确性。
以下结合一种具体的系统对以上方法做进一步说明。
该系统包括：输入模块、采样模块、扰动模型运算模块、扰动信号生成模块和执行模块。
输入模块用于输入故障模拟指令，故障模拟指令包括故障电压扰动特征值、电压扰动持续时间和电压扰动类型。故障电压扰动特征值和电压扰动类型结合可确定需要模拟的电压扰动的模拟形态，而电压扰动持续时间决定了模拟的电压扰动的作用时间。故障电压扰动特征值包括扰动深度和起止相位。
本实施方式中，电压扰动类型包括三相短路故障引起的三相对称电压扰动、单相接地短路故障引起的不对称电压扰动、两相相间短路故障引起的不对称电压扰动，以及两相接地短路故障引起的不对称电压扰动。参照图2，其中，A类型为三相短路故障引起的三相对称电压扰动，B类型为单相接地短路故障引起的不对称电压扰动，C、D类型为两相相间短路故障引起的不对称电压扰动，E、F、G类型为两相接地短路故障引起的不对称电压扰动。
采样模块用于对待测电网的电压进行采样，并分析待测电网的当前电压状态。
扰动模型运算模块分别与输入模块和采样模块连接。abc-dq0坐标变换模型预设在扰动模型运算模块中，扰动模型运算模块将故障模拟指令对应的电压向量特征值导入abc三相静态坐标，然后通过abc-dq0坐标变换，在dq0同步旋转坐标系下完成复合运算，生成电压扰动原始模型；并根据待测电网当前电压状态对电压扰动原始模型进行调整，生成电压扰动目标模型。
电压扰动原始模型是根据操作者输入的故障模拟指令生成的，其是一种理想状态下的扰动模拟模型，但是，由于用电系统是动态变化的，理想状态下的扰动模拟模型直接实施到待测电网中，扰动的各项特征均会随着待测电网动态变化，从而，无法保证模拟扰动达到预期的效果。本实施方式中，根据对待测电网当前电压的判断，对电压扰动原始模型进行调整，从而可使得调整后的电压扰动目标模型更加贴合待测电网的状态，使得电压扰动的模拟更加精确并理想化。
扰动信号生成模块与扰动模型运算模块连接，dq0-abc坐标变换模型预设在扰动信号生成模块中，扰动信号生成模块将电压扰动目标模型经dq0-abc坐标变换转换成电压扰动信号。本实施方式中，电压扰动信号为空间矢量脉宽调制信号(SVPWM)。
执行模块包括整流电路、升压电路和逆变电路，整流电路连接待测电网的供电电路，升压电路连接整流电路。逆变电路设有电压输入端、电压输出端和控制输入端，其中，电压输入端连接升压电路，电压输出端连接待测电网中的负载，控制输入端连接扰动信号生成模块，逆变电路根据电压扰动信号产生扰动电压对待测电网的当前电压进行干扰。
本实施方式中，待测电网的供电电路和待测电网中的负载都是相对于施加扰动的当前一段电网来说的，其也可以是施加扰动的当前一段电网的沿着电压走向方向上靠近的一段电网和靠后的一段电网。
本实施方式中，逆变电路采用变流器实现。电压扰动信号控制变流器工作，在功率放大以后接收升压电路升压后的电压，并产生需要的故障输出电压输出到负载，并且变流器自动满足故障期间三相电压之间的复杂相位和幅值关系，以提高电压扰动模拟实验的精确性。
本实施方式中，整流电路采用三相不可控全桥整流电路，升压电路采用boost升压电路(开关直流升压电路)。本实施方式中，为了保证电压稳定性，整流电路与升压电路之间连接有滤波电路，滤波电路具体可采用RC滤波电路。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电压扰动模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预设故障模拟指令，故障模拟指令包括故障电压扰动特征值、电压扰动持续时间和电压扰动类型；
S2、根据故障模拟指令生成电压扰动原始模型；
S3、对待测电网的电压进行采样，并判断待测电网的当前电压状态；
S4、根据待测电网的当前电压状态对电压扰动原始模型进行调整，生成电压扰动目标模型；
S5、将电压扰动目标模型转换成电压扰动信号，并根据电压扰动信号在待测电网中产生扰动电压；
S6、对扰动电压进行采样，并将采样结果和预设的目标值进行对比，根据对比结果修正电压扰动目标模型。
2.如权利要求1所述的电压扰动模拟方法，其特征在于，步骤S2具体为：预设有abc-dq0坐标变换模型，将故障模拟指令对应的电压向量特征值导入abc三相静态坐标，然后通过abc-dq0坐标变换，在dq0同步旋转坐标系下完成复合运算，生成电压扰动原始模型。
3.如权利要求2所述的电压扰动模拟方法，其特征在于，步骤S5具体为：预设dq0-abc坐标变换模型，并可经dq0-abc坐标变换将电压扰动目标模型转换成电压扰动信号，然后根据电压扰动信号逆变产生电压扰动波形。
4.如权利要求3所述的电压扰动模拟方法，其特征在于，电压扰动信号为空间矢量脉宽调制信号。
5.如权利要求1所述的电压扰动模拟方法，其特征在于，步骤S3具体为：采集待测电网的电压幅度及相位、有功、无功，并根据采集的数据对待测电网的当前电压状态进行判断。
6.如权利要求1所述的电压扰动模拟方法，其特征在于，步骤S1中的电压扰动类型包括三相短路故障引起的三相对称电压扰动、单相接地短路故障引起的不对称电压扰动、两相相间短路故障引起的不对称电压扰动，以及两相接地短路故障引起的不对称电压暂降。
7.如权利要求1至6任一项所述的电压扰动模拟方法，其特征在于，步骤S1中的故障电压扰动特征值包括扰动深度和起止相位。
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