CN110361629A - 一种基于动态电压恢复器的电压暂降检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电压波动检测技术域，提供一种基于动态电压恢复器的电压暂降检测系统及方法，该方法包括：S1、采集电网电压的特征量，读取电网的谐波分量；S2、检测谐波分量是否大于设定的谐波畸变量；S3、若检测结果为否，则基于无谐波分量的电网模型来计算电压暂降幅值一，若检测结构为是，则基于含有谐波分量的电网模型来计算电压暂降幅值二；S4、检测电压暂降幅值一及电压暂将幅值二的标幺值是否小于预设值，若检测结果为是，则计算电网的相位补偿值，将相位补偿值转换为电压补偿值，并进行输出。该方法针对不同的电网电压情况，不需要锁相环，具有运算量小，检测快速的优点，将大大提升检测效率。

Description

一种基于动态电压恢复器的电压暂降检测系统

技术领域

本发明属于电压波动检测技术领域，提供了一种基于动态电压恢复器的电压暂降检测系统及方法。

背景技术

为了解决电网中存在的电能质量问题，电能补偿型电力电子装置得到了越来越广泛的研究与应用。其中动态电压恢复器(Dynamic Voltage Restorer， DVR)是补偿电压暂降最为理想的装置。DVR是一种以全控器件构成的电压源产生补偿电压来抑制电压波动的串联电源控制器，为了提供更加精确的补偿电压就需要设计快速的电压暂降检测方法。因此对电压暂降的检测算法设计就尤为重要。而电压暂降的波动因素有很多，不同的波动因素就需要不同的检测算法来进行检测，这样才能避免在不同情况下的延时性。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于动态电压恢复器的电压暂将检测方法，解决了不同的电压波动因素下对检测算法的影响，根据不同的谐波畸变程度选择不同的检测算法，大大降低了检测时间，让动态电压恢复器的补偿更加的精确且及时。

本发明是这样实现的，一种基于动态电压恢复器的电压暂降检测系统，所述系统包括：动态电压恢复器，串联在敏感负载与电网之间，动态电压恢复器由储能单元、逆变单元、LC滤波单元，耦合单元及检测控制单元组成，其中，检测控制单元包括：电网侧电压采集模块及数据处理模块。

进一步的，电网侧电压采集模块检测电网电压的特征量，并传输至数据处理模块，数据处理模块基于谐波分量来确定电网的相位补偿值，将相位补偿值转化成电压补偿值，将相应的电压补偿信号输出给逆变单元，逆变单元输出相应的补偿电压，经过LC滤波单元滤除逆变产生的谐波分量，再通过耦合单元耦合到电网电压。

本发明是这样实现的，一种基于动态电压恢复器的电压暂降检测方法，所述方法具体包括如下步骤：

S1、采集电网电压的特征量，读取电网的谐波分量；

S2、检测谐波分量是否大于设定的谐波畸变量；

S3、若检测结果为否，则基于无谐波分量的电网模型来计算电压暂降幅值一，若检测结构为是，则基于含有谐波分量的电网模型来计算电压暂降幅值二；

S3、检测电压暂降幅值一及电压暂将幅值二的标幺值是否小于预设值，若检测结果为是，则计算电网的相位补偿值。

S4、将相位补偿值转换为电压补偿值，并进行输出。

进一步的，网侧电压相位补偿值θ的计算公式具体如下：

其中，ω为发生电压暂降前电网电压角频率，τ为当前时刻，τ₀为发生电压暂降的时刻，θ₀为电网侧电压采集模块锁定时的电压相位。

进一步的，电压暂降幅值一的过程具体如下：

步骤B1：当电网电压判定为无谐波分量时，电网电压U_s(t)的计算公式具体如下：

其中，U_m为电网的峰值电压，ω为电网电压的角频率，θ为电网电压的相位角；

步骤B2：通过坐标变换得到电网电压的α、β分量，分别为U_s,α、U_s,β，计算公式具体如如下：

U_s,α＝U_s(t)·sin(ωt)

＝0.5U_m(cosθ-cos(2ωt+θ))

U_s,β＝U_s(t)·sin(ωt)

＝0.5U_m(sinθ+sin(2ωt+θ))

步骤B3：对U_s,α、U_s,β分量求导，得到：

步骤B4：计算电网的电压暂降峰值一，即电压暂降幅值一U_m，表达式具体如下：

进一步的，电压暂降幅值二的过程具体如下：

步骤C1：当电网电压判定为含有谐波分量时，电网电压U_s(t)表示如下：

其中，U_m1为电网中基波电压的峰值，ω为电网电压的角频率，θ₁为电网电压的相位角，U_mn是n次电网中电压的谐波分量；θ_n是n次电网中电压的相位角，f为电网电压的频率。

步骤C2：通过坐标变换得到电网电压的d、q分量，分别为U_s,d、U_s,q，其计算公式具体如下：

步骤C3：进行半周期积分，得到电压暂降检测所需要的电网电压基波幅值：

其中T＝1/f；

步骤C4：计算电网的电压暂降峰值二，即电压暂降幅值二，公式具体如下：

本发明提出的电压恢复器电压暂降的检测方法，综合考虑电压暂降的波动量和谐波畸变等因素，针对不同的电压波动采用不同的检测算法，在电网电压没有谐波分量时，通过αβ变换，将αβ分量一阶导数的平方和来表示基波幅值的大小；当电网电压存在谐波分量时，通过傅里叶级数的运算，实时算出1/2周期内dq分量的平均值，而得到电压的基波幅值。由于此方法针对不同的电网电压情况，不需要锁相环，具有运算量小，检测快速的优点，将大大提升检测效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的动态电压恢复器的电压暂将检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的动态电压恢复器的电压暂将检测方法流程图；

图3(a)为本发明实施例提供的无谐波电网电压在相位0°时刻电压暂降50％仿真示意图；

图3(b)为本发明实施例提供的图3(a)电网电压对应的检测波形图；

图3(c)为本发明实施例提供的图3(b)中检测到的暂降电压标幺值示意图；

图4(a)为本发明实施例提供的含5％的三次、五次、七次谐波电压暂降20％仿真示意图；

图4(b)为本发明实施例提供谐波电压的检测波形与标幺值的对比图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例提供的动态电压恢复器的电压暂将检测系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。

该系统包括：动态电压恢复器，串联在敏感负载与电网之间，动态电压恢复器由储能单元、逆变单元、LC滤波单元，耦合单元及检测控制单元组成，其中检测控制单元包括:电网侧电压采集模块及数据处理模块。

电网侧电压采集模块检测电网电压的特征量，并传输至数据处理模块，数据处理模块基于谐波分量来确定电网的相位补偿值，将相位补偿值转化成电压补偿值，将相应的电压补偿信号输出给逆变单元，逆变单元输出合适的补偿电压，经过LC滤波单元滤除逆变产生的谐波分量，再通过耦合单元耦合到电网电压，以确保敏感负载的电压处于稳定。

图2为本发明实施例提供的动态电压恢复器的电压暂将检测方法流程图，该方法具体包括如下步骤：

S1、采集电网电压的特征量，读取电网的谐波分量；

在本发明实施例中，电网电压的特征量包括电压幅值、谐波分量、电压相位。

S2、检测谐波分量是否大于设定的谐波畸变量(THD)；

在本发明实施例中，谐波畸变量是用于判断谐波分量是出现畸变。

S3、若检测结果为否，则基于无谐波分量的电网模型来计算电压暂降幅值一，若检测结构为是，则基于含有谐波分量的电网模型来计算电压暂降幅值二；

在本发明实施例中，电压暂降幅值一的过程具体如步骤B1～B4所示：

步骤B1：当电网电压判定为无谐波分量时，电网电压U_s(t)的计算公式具体如下：

其中式(1)中，U_m为电网的峰值电压，ω为电网电压的角频率，θ为电网电压的相位角。

步骤B2：坐标变换，通过坐标变换得到电网电压的α、β分量，分别为 U_s,α、U_s,β，其计算公式具体如公式(2)及公式(3)所示：

步骤B3：求导，求导上式(2)和(3)中的U_s,α、U_s,β分量，得到：

步骤B4：通过运算得到电网的电压暂降峰值一(即电压暂降幅值一) 表达式：

在本发明实施例中，暂降电压幅值二的过程如步骤C1～步骤C4所示：

步骤C1：当电网电压判定为含有谐波分量时，电网电压U_s(t)可以表示为：

其中式(7)中U_m1为电网中基波电压的峰值，ω为电网电压的角频率，θ₁为电网电压的相位角，U_mn是n次电网中电压的谐波分量；θ_n是n次电网中电压的相位角，f为电网电压的频率。

步骤C2：坐标变化，通过坐标变换得到电网电压的d、q分量，分别为 U_s,d、U_s,q，其计算公式具体如公式(8)及公式(9)所示：

步骤C3：积分，进行半周期积分得到电压暂降检测所需要的电网电压基波幅值：

其中T＝1/f。

步骤C4：通过运算得到电网的电压暂降峰值二(即电压暂降幅值二) 表达式：

S3、检测电压暂降幅值一及电压暂将幅值二的标幺值是否小于预设值，若检测结果为是，则计算电网的相位补偿值。

在本发明实施例，电压暂降幅值的标幺值为暂降电压实际值与电压基准值的比值，标幺值越小，表明电网电压的波动性越大。

在本发明实时中，电网的相位补偿值计公式具体如下：

当电网侧电压出现电压波动时，即电压暂降幅值的标幺值小于预设值时，预设值为0.92，数据处理模块输出高电平，电网侧电压采集模块基于高电平信号进行自锁，数据处理模块计算电网的相位补偿值，即为DVR提供补偿相位值。网侧电压相位补偿值的表达式为：

其中，ω为发生电压暂降前电网电压角频率，τ为当前时刻，为发生电压暂降后的时刻，τ₀为发生电压暂降的时刻，θ₀为当前的电压相位，为电网侧电压采集模块锁定时的电压相位。

S4、将相位补偿值转换为电压补偿值，并进行输出。

在本发明实施例中，相位补偿值转换为电压补偿值的转换方法采用现有转换方法，本发明中不予以详细的说明。

本发明提出的电压恢复器电压暂降的检测方法，综合考虑电压暂降的波动量和谐波畸变等因素，针对不同的电压波动采用不同的检测算法，在电网电压没有谐波分量时，通过αβ变换，将αβ分量一阶导数的平方和来表示基波幅值的大小；当电网电压存在谐波分量时，通过傅里叶级数的运算，实时算出1/2周期内dq分量的平均值，而得到电压的基波幅值。由于此方法针对不同的电网电压情况，不需要锁相环，具有运算量小，检测快速的优点，将大大提升检测效率。

本发明采用的实例检测方法在不同的谐波情况下进行的仿真，仿真结果图如图3及图4所示，图4(b)中的灰色是电网电压的标幺值，黑色为检测到的信号波形，错位为检测时间；仿真实验验证了该检测算法的有效性和实时性，结果表明无谐波情况下检测时间小于0.06ms，含有谐波情况下检测时间小于2ms。该方法不需要设计锁相环，易于实现且快速准确。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于动态电压恢复器的电压暂降检测系统，其特征在于，所述系统包括：动态电压恢复器，串联在敏感负载与电网之间，动态电压恢复器由储能单元、逆变单元、LC滤波单元，耦合单元及检测控制单元组成，其中，检测控制单元包括：电网侧电压采集模块及数据处理模块。

2.如权利要求1所述基于动态电压恢复器的电压暂降检测系统，其特征在于，电网侧电压采集模块检测电网电压的特征量，并传输至数据处理模块，数据处理模块基于谐波分量来确定电网的相位补偿值，将相位补偿值转化成电压补偿值，将相应的电压补偿信号输出给逆变单元，逆变单元输出相应的补偿电压，经过LC滤波单元滤除逆变产生的谐波分量，再通过耦合单元耦合到电网电压。

3.一种基于动态电压恢复器的电压暂降检测方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

S1、采集电网电压的特征量，读取电网的谐波分量；

S2、检测谐波分量是否大于设定的谐波畸变量；

S3、若检测结果为否，则基于无谐波分量的电网模型来计算电压暂降幅值一，若检测结构为是，则基于含有谐波分量的电网模型来计算电压暂降幅值二；

S3、检测电压暂降幅值一及电压暂将幅值二的标幺值是否小于预设值，若检测结果为是，则计算电网的相位补偿值。

S4、将相位补偿值转换为电压补偿值，并进行输出。

4.如权利要求3所示基于动态电压恢复器的电压暂降检测方法，其特征在于，网侧电压相位补偿值θ的计算公式具体如下：

其中，ω为发生电压暂降前电网电压角频率，τ为当前时刻，τ₀为发生电压暂降的时刻，θ₀为电网侧电压采集模块锁定时的电压相位。

5.如权利要求3所示基于动态电压恢复器的电压暂降检测方法，其特征在于，电压暂降幅值一的过程具体如下：

步骤B1：当电网电压判定为无谐波分量时，电网电压U_s(t)的计算公式具体如下：

其中，U_m为电网的峰值电压，ω为电网电压的角频率，θ为电网电压的相位角；

步骤B2：通过坐标变换得到电网电压的α、β分量，分别为U_s,α、U_s,β，计算公式具体如如下：

U_s,α＝U_s(t)·sin(ωt)

＝0.5U_m(cosθ-cos(2ωt+θ))

U_s,β＝U_s(t)·sin(ωt)

＝0.5U_m(sinθ+sin(2ωt+θ))

步骤B3：对U_s,α、U_s,β分量求导，得到：

步骤B4：计算电网的电压暂降峰值一，即电压暂降幅值一U_m，表达式具体如下：

6.如权利要求3所示基于动态电压恢复器的电压暂降检测方法，其特征在于，电压暂降幅值二的过程具体如下：

步骤C1：当电网电压判定为含有谐波分量时，电网电压U_s(t)表示如下：

其中，U_m1为电网中基波电压的峰值，ω为电网电压的角频率，θ₁为电网电压的相位角，U_mn是n次电网中电压的谐波分量；θ_n是n次电网中电压的相位角，f为电网电压的频率。

步骤C2：通过坐标变换得到电网电压的d、q分量，分别为U_s,d、U_s,q，其计算公式具体如下：

步骤C3：进行半周期积分，得到电压暂降检测所需要的电网电压基波幅值：

其中T＝1/f；

步骤C4：计算电网的电压暂降峰值二，即电压暂降幅值二，公式具体如下：