CN111122952A - 一种快速检测三相电压暂降的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统电能质量状态监测领域。目前较为成熟且常用的dq变换检测法只适用于三相对称暂降，对三相不对称电压暂降的检测常用的基于双矢量的控制算法检测时间较慢，所使用的故提出了一种三相不平衡电压暂降的快速检测方法。本发明包括使用三个连续采样点对正序分量、负序分量的幅值相位进行快速提取和使用直接导数算法对零序分量的幅值相位提取三个部分。该方法能够快速对三相不平衡电压中的正序、负序和零序分量的幅值和相位进行快速检测，很好的满足了动态电压恢复器快速性的要求。

Description

一种快速检测三相电压暂降的方法
技术领域
本发明属于电力系统电能质量状态监测领域，涉及对电网电压发生三相不平衡电压暂降的检测中正序、负序和零序电压的检测方法。
背景技术
电压暂降是电力系统一直存在的电能质量问题，随着电力设备的不断发展进步，设备对电压暂降越来越敏感，且电压暂降对电力设备所带来的影响也越来严重，成为了影响用户最主要的电能质量问题之一。因此，对电网电压进行快速检测，是保证敏感负荷的电压在受到系统电压扰动时仍处于可接受的范围内的关键技术之一。
现有研究工作表明，对电压暂降的检测大多数都是对单相故障事件进行研究，普遍的检测方法为基于dq变换的延迟T/4法、求导法和小角度法和基于频域变换的小波法、短时傅里叶变换法和S变换法，而以上方法对三相电压暂降事故均不适用。目前对发生三相电压暂降事故的检测的方法有基于瞬时无功功率理论的dq变换方法和基于双矢量的控制算法。基于瞬时无功功率理论的dq算法只适用于三相对称的电压暂降事故，而基于双矢量的控制算法只考虑了正序、负序电压分量却没有考虑零序分量，且对正序负序电压分量的提取较慢。而后学者在之前的基础上对零序电压分量进行了考虑，但对正序和负序分量的提取同样较慢，不能完全满足检测的实时性要求。
发明内容
本发明解决了当发生三相不平衡电压暂降故障时对正序分量、负序分量提取较慢的问题。发明内容包括使用三个连续采样点对正序分量、负序分量的幅值和相位的提取和使用直接导数算法对零序分量幅值和相位的提取三部分，其检测方法流程如图1所示。
基于对称分量原理，三相电网电压U可以描述为
U＝U++U-+U0 (1)
其中，U+,U-,U0分别为瞬时的正、负、零序电压分量，且三相不对称电网电压的正、负、零序分量可以分别表示为
Figure BDA0002314021260000011
Figure BDA0002314021260000021
Figure BDA0002314021260000022
其中，ω为电网电压角频率；
Figure BDA0002314021260000023
为序分量的三相电压时域表达式，i取+，–，0；U+,U-,U0分别为三相不平衡电网电压正、负序分量和零序分量的幅值；φ+,φ-,φ0分别表示正序、负序和零序分量的初始相位。
当电网电压发生三相不平衡电压暂降时，正序分量、负序分量和零序分量均存在，为了能给动态电压恢复器提供准确的电压补偿信号，正序分量、负序分量和零序分量都需要从三相不平衡电压状态中提取出来。
对正序分量幅值和相位提取的具体的步骤论述如下：
步骤1：实时检测三相电网电压。
步骤2：对检测的三相电压进行正序坐标变换，将三相电压转换至两相旋转坐标系下，当电压为三相不平衡状态时有
Figure BDA0002314021260000024
解得：
Figure BDA0002314021260000025
其中，upd(t)，upq(t)为三相不平衡电压经过正序坐标变换后在d轴和q轴上的电压分量。
由式(3)可知，当电网电压发生三相不平衡电压暂降故障时，经过旋转坐标变换之后，正序dq轴分量在时域上表现为含2倍频交流分量与直流分量的和，而不再是恒定不变的直流量。故需要将式(3)中的直流分量提取出来。
步骤3：提取直流分量。以Ts作为采样间隔，连续采取3个采样点upd(t-Ts)、upd(t)、upd(t+Ts)作为计算点，d轴正序分量
Figure BDA0002314021260000026
可以表示为：
Figure BDA0002314021260000031
q轴正序分量
Figure BDA0002314021260000032
可以表示为：
Figure BDA0002314021260000033
步骤4：计算幅值和相位。正序分量的幅值U+和初始相位φ+可以表示为
Figure BDA0002314021260000034
Figure BDA0002314021260000035
对负序分量幅值和相位提取的具体的步骤论述如下：
步骤1：实时检测三相电网电压。
步骤2：对检测的三相电压进行负序坐标变换，将三相电压转换至两相旋转坐标系下
Figure BDA0002314021260000036
解得
Figure BDA0002314021260000037
其中，und(t)，unq(t)为三相不平衡电压经过负序坐标变换后在d轴和q轴上的电压分量。
由式(9)可知，当电网电压发生三相不平衡电压暂降故障时，经过旋转坐标变换之后，负序dq轴分量在时域上表现为含2倍频交流分量与直流分量的和，故需要将式(9)中的直流分量提取出来。
步骤3：提取直流分量。以Ts作为采样间隔，连续采取3个采样点und(t-Ts)、und(t)、und(t+Ts)作为计算点，d轴负序分量
Figure BDA0002314021260000038
可以表示为：
Figure BDA0002314021260000039
q轴负序分量
Figure BDA00023140212600000310
可以表示为：
Figure BDA00023140212600000311
步骤4：计算幅值和相位。负序分量的幅值U-和相位φ-可以表示为
Figure BDA0002314021260000041
Figure BDA0002314021260000042
对零序分量幅值和相位提取的具体的步骤论述如下：
步骤1：实时检测三相电网电压。
步骤2：将检测的三相电压幅值相加，并将其作为单相电压。
Figure BDA0002314021260000043
步骤3：用求导法构造式(14)的正交分量
Figure BDA0002314021260000044
步骤4：计算幅值和相位。零序分量的电压的幅值U0和当前相位ψ0可以表示为
Figure BDA0002314021260000045
Figure BDA0002314021260000046
本发明的优势在于能够对发生三相不平衡电压暂降进行快速、精确的检测。与基于瞬时无功功率的dq变换法相比，本发明不仅能够对三相对称的电压暂降故障进行检测，又能够对三相不对称电压暂降进行检测；与基于双矢量的控制算法相比，本发明除了可以对正序、负序电压分量进行提取，还可以对零序电压分量进行提取；与完善的双矢量控制算法相比，本发明对正序、负序电压分量可以通过采样计算的方式快速提取，减少了滤波器设计环节，节约了实际检测成本，提高了检测速度。
附图说明
图1为本发明对三相电压暂降故障检测方法的流程图；
具体实施方式
发明内容是一种对三相电压暂降的快速检测方法，包括正序分量幅值和相位的提取、负序分量幅值和相位的提取和零序分量幅值和相位的提取三部分。下面结合一个具体实例对本发明进行更详细的描述，设置三相电网电压频率f＝50Hz，即旋转角速度ω＝2πf；系统采样平率为20Khz，即采样间隔Ts＝0.005ms。注：考虑到实际情况，以下实施方式将以离散的形式表示，以k表示当前采样点，且由于以上三个部分是同步进行的，故分别对三个部分进行论述。
对正序分量幅值和相位的具体的步骤论述如下：
步骤1：实时检测三相电网电压ua(k)，ub(k)，uc(k)。
步骤2：对检测的三相电压进行正序坐标变换，将三相电压转换至两相旋转坐标系下有
Figure BDA0002314021260000051
步骤3：提取直流分量。连续采取3个采样点upd(k-1)、upd(k)、upd(k+1)作为计算点，d轴正序分量可以表示为：
Figure BDA0002314021260000052
q轴正序分量可以表示为：
Figure BDA0002314021260000053
步骤4：计算幅值和相位。正序分量的幅值U+和相位φ+为
Figure BDA0002314021260000054
Figure BDA0002314021260000055
对负序分量幅值和相位的具体的步骤论述如下：
步骤1：实时检测三相电网电压ua(k)，ub(k)，uc(k)。
步骤2：对检测的三相电压进行负序坐标变换，将三相电压转换至两相旋转坐标系下有
Figure BDA0002314021260000056
步骤3：提取直流分量。连续采取3个采样点und(k-1)、und(k)、und(k+1)作为计算点，d轴负序分量可以表示为：
Figure BDA0002314021260000057
q轴负序分量可以表示为：
Figure BDA0002314021260000058
步骤4：计算幅值和相位。负序分量的幅值U-和初始相位φ-为
Figure BDA0002314021260000061
Figure BDA0002314021260000062
对零序分量幅值和相位的具体的步骤论述如下：
步骤1：实时检测三相电网电压ua(k)，ub(k)，uc(k)。
步骤2：将检测的三相电压幅值相加，并将其作为单相电压。
Figure BDA0002314021260000063
步骤3：用求导法构造其正交分量，实际检测中采用差分法进行计算
Figure BDA0002314021260000064
步骤4：计算幅值和相位。零序分量的电压的幅值U0和当前相位ψ0为
Figure BDA0002314021260000065
Figure BDA0002314021260000066
通过该发明所使用的方法，在发生三相不对称电压暂降故障时能够快速提取其正序分量、负序分量和零序分量的幅值和相位信息，可以很好地满足动态电压恢复器的快速性与准确性要求。

Claims (4)

1.一种快速检测三相电压暂降的方法，其特征在于，
该发明包括同时对正序分量、负序分量和零序分量的快速提取三个部分，从而实现对三相电压暂降的快速检测。
2.如权利要求1所述的一种快速检测三相电压暂降的方法，其特征在于，
所述的对正序直流分量的提取过程包括以下步骤：
步骤1：实时检测三相电网电压；
步骤2：对检测的三相电压进行正序坐标变换，将三相电压转换至两相旋转坐标系下，当电压为三相不平衡状态时有
Figure FDA0002314021250000011
其中，ω为电压工频角速度；upd(t)，upq(t)为三相不平衡电压经过正序坐标变换后在d轴和q轴上的电压分量；U+，U-分别表示正序、负序分量幅值；φ+，φ-分别表示正序、负序电压初始相位；
步骤3：提取直流分量。以Ts作为采样间隔，连续采取3个采样点upd(t-Ts)、upd(t)、upd(t+Ts)作为计算点，d轴正序分量
Figure FDA0002314021250000012
可以表示为：
Figure FDA0002314021250000013
q轴正序分量
Figure FDA0002314021250000014
可以表示为：
Figure FDA0002314021250000015
3.如权利要求1所述的一种快速检测三相电压暂降的方法，其特征在于，
对负序直流分量的提取过程包括以下步骤：
步骤1：实时检测三相电网电压；
步骤2：对检测的三相电压进行负序坐标变换，将三相电压转换至两相旋转坐标系下，当电压为三相不平衡状态时有
Figure FDA0002314021250000016
其中，und(t)，unq(t)为三相不平衡电压经过负序坐标变换后在d轴和q轴上的电压分量；
步骤3：提取直流分量。以Ts作为采样间隔，连续采取3个采样点und(t-Ts)、und(t)、und(t+Ts)作为计算点，d轴负序分量
Figure FDA0002314021250000021
可以表示为：
Figure FDA0002314021250000022
q轴负序分量
Figure FDA0002314021250000023
可以表示为：
Figure FDA0002314021250000024
4.如权利要求1所述的一种快速检测三相电压暂降的方法，其特征在于，
对零序分量电压幅值的提取过程包括以下步骤：
步骤1：实时检测三相电网电压；
步骤2：将检测的三相电压幅值相加，并将其作为单相电压u0(t)，当电压为三相不平衡状态时有
Figure FDA0002314021250000025
其中，ua(t)，ub(t)，uc(t)分别为实时检测的ABC三相电压；U0，φ0分别为零序分量幅值和初始相位；
步骤3：用求导法构造其正交分量；
Figure FDA0002314021250000026
步骤4：直接计算零序分量幅值，零序分量的电压的幅值U0
Figure FDA0002314021250000027
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