CN107356826A - 一种电压暂降侦测算法 - Google Patents
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Abstract
一种电压暂降侦测算法，包括用于跟踪提取相位信息的锁相环模块、dq变换模块、正序分量提取模块、检测算子产生及比较模块和低通滤波模块；首先通过锁相环提取市电的相位信息，利用dq变换模块将电压转换为d、q分量；然后通过选取一定时间步长和时间窗口长度的d、q数值，利用其时间上的信息冗余，分解三相电压在dq空间的正序分量和负序分量；最后定义侦测算子，对正序分量和负序分量的加权叠加，通过侦测算子与设定阈值比较进行电压异常的侦测，如侦测算子大于设定阈值，电压异常，反之电压正常。本发明同时利用了三相电压在空间和时间上的冗余信息，在保证侦测准确性的基础上具有更好的快速性，并且非常易于嵌入式系统中的工程实现。
Description
技术领域
本发明属于电能质量检测领域，具体涉及一种电压变换侦测算法。
背景技术
电压暂降是指供电电压有效值在短时间内突然下降的事件，其典型持续时间为0.5～30周波。国际电气与电子工程协会(IEEE)将其定义为下降到额定值的90％～10％。随着电力电子器件的发展，特别是计算设备、为电子设备以及电力电子设备等敏感负荷的不断增加，使得电力用户对配电系统供电质量的要求日益提高。同时，电压暂降对各种敏感用电设备正常工作的影响，以及造成的巨大的经济损失已逐渐被人们所认识。因此，改善配电系统的电能质量，抑制电压暂降从而减少对电力用户的损失已可不容还。准确且快速检测电压暂降对电能质量的补偿和提升具有重大的意义。
目前电压暂降侦测算法有峰值检测法、dq空间下或vq检测法、傅里叶变化法及小波变化法。针对峰值检测法，其需要计算电压的变化梯度或导数，以取得峰值信息，对测量的误差敏感，并且其侦测响应时间至少需要半个市电周期。针对dq空间下或vq检测法，在三相市电不平衡时，vd和 vq在直流分量的基础上存在两倍市电频率的正弦波动，在确保侦测准确的基础上，其侦测时间至少需要1/4个市电周期5ms，而一般设备允许在4ms以内。针对傅里叶变化法，其缺点为侦测响应时间为一个市电周期。对于小波变化法，其缺点在于在DSP等实时系统中的执行存在问题，计算速度不快。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种：具备准确性及快速性的电压暂降侦测算法。针对三相电压，本发明利用理想三相电压在空间上的冗余，首先通过锁相环提取市电的相位信息，将三相电压通过克拉克变换和帕克变化将三相电压转化为二维时域变量，其称之为d变量和q变量；然后通过选取一定时间步长和时间窗口长度的d、q数值，利用其时间上的冗余信息，分解三相电压在dq空间的正序分量和负序分量；最后定义侦测算子，对正序分量和负序分量的加权叠加，通过侦测算子与设定阈值比较进行电压异常的侦测，如侦测算子大于设定阈值，电压异常，反之，电压正常。
本发明所采用的技术方案是：一种电压暂降侦测算法，包括用于跟踪提取相位信息的锁相环模块、dq变换模块、正序分量提取模块、检测算子产生及比较模块和低通滤波模块；步骤一：通过锁相环提取市电的相位信息；步骤二：通过选取一定时间步长和时间窗口长度的d、q数值，利用其时间上的冗余信息，分解三相电压在dq空间的正序分量和负序分量；步骤三：定义侦测算子，对正序分量和负序分量的加权叠加，通过侦测算子与设定阈值比较进行异常的侦测，如侦测算子大于设定阈值，电压异常，反之电压正常。
步骤一中，锁相环模块提取市电的相位信息作为输入给予dq变换模块将三相市电电压转换为 dq维度的电压向量，将三相电压通过克拉克变换和帕克变化将三相电压转化为二维时域变量，其称之为d变量和q变量。
步骤二中，dq电压分量作为输入，通过正序分量模块提取正序和负序分量，此模块选取步长时间Tb进行vd及vq采样选取，选取时间窗口为Tw，根据dq电压在时间上的冗余信息进行，提取正序分量和负序分量；具体步骤如下：
假设三相电电压为，
其中Ua为A相电压峰值，Ub为B相电压峰值，Uc为C相电压峰值。
首先通过克拉克变换，将其转为αβ空间变量，
再将αβ空间变量进行帕克变换，
在帕克变换时，需要通过锁相环提取三相电压的相角信息；
针对vd及vq，其一般时域表达式可以写为，
可以通过三相市电采样转换得到的vd及vq测量值提取正序分量及负序分量，
按步长时间Tb进行vd及vq采样选取，选取时间窗口为Tb，则时间窗口内有四个测量点，其两拍采样差分表示为向量的形式如下，
其中为vd的第一拍采样，为vd的第二拍采样，为vq的第一拍采样，为vq的第二拍采样。
因此，
其中fg为市电频率。
所述的步长时间Tb及Tw根据实际系统的采样频率及所要求的侦测快速性进行灵活调整。
步骤三在检测算子产生和比较模块中，检测算子通过正负分量提取模块产生的正序分量和负序分量加权和得到，DET＝a1×XP+a2×XN，其加权系数a1及a2表示正序分量及负序分量子侦测算子中的比重，一般a1取2，a2取1，此值可以根据侦测的需求进行适当调整；针对比较部分，设定阈值为DETth，其判断机理为
1表示市电无暂降发生，0表示暂降发生。
所述的低通滤波模块为可选模块，以避免市电暂降判断的频繁切换，针对电压暂降发生的侦测，使用较高带宽的低通滤波。如1ms时间常数的一阶滤波；针对电压暂降退出的侦测，使用较低带宽的低通滤波器，入5ms时间常数的一阶滤波。低通滤波器可以通过实际情况进行选取。
本发明的优点在于：电能质量好坏对负载的影响巨大。超过70％的电能质量问题为电压暂降问题，市电电压暂降侦测能改善电能质量的关键技术之一。本发明同时利用了三相电压在空间和时间上的冗余信息，在保证侦测准确性的基础上具有更好的快速性，并且非常易于嵌入式系统中工程实现。本发明不仅适用于三相四线系统，也同样可以扩展并适用于三相三线及单相系统的侦测。
附图说明
图1是本发明算法的流程示意图。
图2是本发明具体实施例的动态电压恢复器线路示意图。
图3是本发明具体实施例中的市电电压进行相位角的锁相跟踪及电压异常侦测示意图。
图4是本发明具体实施例中电压异常的具体侦测算法实现点位线路示意图。
图5是本发明具体实施例的侦测结果示意图。
图6是本发明中一种典型包含有正序分量和负序分量的三相电压不平衡异常波形。
具体实施方式
如图1所示的本发明算法的流程示意图可知，一种市电电压暂降侦测算法，包括用于跟踪提取相位信息的锁相环模块、dq变换模块、正序分量提取模块、检测算子产生及比较模块和低通滤波模块；步骤一：通过锁相环提取市电的相位信息；步骤二：通过选取一定时间步长和时间窗口长度的d、q数值，利用其时间上的信量，分解三相电压在dq空间的正序分量和负序分量；步骤三：定义侦测算子，对正序分量和负序分量的加权叠加，通过侦测算子与设定阈值比较进行电压异常的侦测，如侦测算子大于订设阈值，电压异常，反之电压正常。
为直观起见，如图6为例进行vd及vq的说明。如0.02s之前为400V三相额定平衡电压情况下 的dq分量，只有直流分量；在0.02s之后，三相不平衡电压情况下的dq分量，在直流分量的基础 上还存在2倍市电频率的交流分量。
如图2所示的本发明具体实施例的动态电压恢复器线路示意图可知，在此实施例中，CONTROL 模块通过端口和标号与其他信号相连，“Fault control”及“Fault”模块模拟了市电端的短路而引起的电压暂降。Vs1，Vs2，Vs3为对三相市电电压的采样，采样频率为20kHz；“CONTROL”模块中包含了本发明要求的市电暂降测算法。在此实施例中，图3是本发明具体实施例一中的市电电压进行相位角的锁相跟踪及电压异常侦测示意图，图4是本发明具体实施例一中电压异常的具体侦测算法实现点位线路示意图。选取Tb为0.5ms，Tw为0.5ms，a1取2，a2取1，DETth取10％(市电跌落到90％以下为暂降发生)，如下为其中Vs1相发生暂降(11％的暂降，在0.35s时发生，在0.6s时结束)的侦测结果(如图5所示)，对其进入电压暂降和退出电压暂降时刻点进行放大，其侦测在市电实际发生暂降后0.5ms内侦测出市电电压暂降，侦测响应非常快；及其侦测在市电实际退出暂降后0.5ms 内侦测出市电电压暂降退出，侦测响应非常快。
Claims (6)
1.一种电压暂降侦测算法，包括用于跟踪提取相位信息的锁相环模块、dq变换模块、正序分量提取模块、检测算子产生及比较模块和低通滤波模块；其特征在于：
步骤一：通过锁相环提取市电的相位信息，利用dq变换模块将电压转换为d、q分量，其中变换模块包括克拉克变换和帕克变换；
步骤二：通过选取一定时间步长和时间窗口长度的d、q数值，利用其时间上的信息冗余，分解三相电压在dq空间的正序分量和负序分量；
步骤三：定义侦测算子，对正序分量和负序分量的加权叠加，通过侦测算子与设定阈值比较进行异常的侦测，如侦测算子大于设定阈值，电压异常，反之电压正常。
2.根据权利要求1所述的算法，其特征在于：步骤一中，锁相环模块提取市电的相位信息作为输入给予dq变换模块将三相市电电压转换为dq维度的电压向量，将三相电压通过克拉克变换和帕克变化将三相电压转化为二维时域变量，其称之为d变量和q变量。
3.根据权利要求1所述的算法，其特征在于：步骤二中，dq电压分量作为输入，通过正负序分量提取模块提取正序和负序分量，此模块选取步长时间Tb进行d变量vd及q变量vq采样选取，选取时间窗口为Tw，根据dq电压vd及vq在时间上的冗余信息进行，提取正序分量和负序分量；具体步骤如下：
假设三相电电压为，
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其中Ua为A相电压峰值，Ub为B相电压峰值，Uc为C相电压峰值。
首先通过克拉克变换，将其转为αβ空间变量，
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再将αβ空间变量进行帕克变换，
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在帕克变换时，需要通过锁相环提取三相电压的相角信息；
针对vd及vq，其一般时域表达式可以写为，
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其中fg为市电频率。
4.根据权利要求2所述的算法，其特征在于：所述的步长时间Tb及时间窗口Tw根据实际系统的采样频率及所要求的侦测快速性进行灵活调整。
5.根据权利要求1所述的算法，其特征在于：所述的步骤三在检测算子产生和比较模块中，检测算子通过正负分量提取模块产生的正序分量和负序分量加权和得到，DET＝a1×XP+a2×XN，其加权系数a1及a2表示正序分量及负序分量子侦测算子中的比重，一般a1取2，a2取1，此值可以根据侦测的需求进行适当调整；针对比较部分，设定阈值为DETth，其判断机理为1表示市电无暂降发生，0表示暂降发生。
6.根据权利要求1所述的算法，其特征在于：所述的低通滤波模块为可选模块，以避免市电暂降判断的频繁切换，针对电压暂降发生的侦测，使用较高带宽的低通滤波。
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2017
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