CN112952865B - 一种三相不平衡跌落及相位突变检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种三相不平衡跌落及相位突变检测方法，它涉及对三相电压不平衡跌落故障及三相电压相位突变故障检测应用技术领域。本检测方法包括三相到两相静止坐标系变换模块，基于零序旋转坐标的矩阵运算模块及故障辨识模块。本发明利用三相到两相静止坐标系变换模块，得到两相正交信号及零序信号，并通过基于零序旋转坐标的矩阵运算模块，获得三相电压不平衡跌落故障或三相电压相位跳变故障中的直流特征值，由故障辨识模块对直流特征值进行判断，实现三相电压不平衡跌落故障或三相电压相位突变故障的辨识，保证了三相电压不平衡跌落及三相电压相位跳变故障的快速、高精度检测。

Description

一种三相不平衡跌落及相位突变检测方法
技术领域
本发明涉及一种三相不平衡跌落及相位突变检测方法，涉及对三相电压不平衡跌落故障及三相电压相位突变故障检测应用技术领域，具体涉及一种基于零序分量与正序分量正交旋转坐标变换的三相电压不平衡跌落及相位突变故障的检测方法。
背景技术
现代电力电子逆变器器并网运行过程中需要面对复杂多变的公共电网故障工况，具备电网故障穿越的能力。在众多故障工况中，以三相电压不对称跌落故障及相位突变故障最为常见，越来越多标准以这两类故障的穿越能力来衡量电力电子逆变器故障穿越能力，而其中电压不对称跌落故障及相位突变故障的辨识是故障穿越的先决条件，决定了故障穿越的准确性。通常，电压不对称跌落故障及相位突变故障的辨识或通过当前电压采样值与历史当前时刻电压采样值(亦可借助锁相环相位信息，虚拟当前电网压瞬时值)对比，当超过一定阈值，便视为故障发生，以此实时辨识故障；或通过计算电压有效值、借助旋转坐标轴变换方法，辨识电压不对称跌落故障，而该方法无法用于辨识电网电压相位突变故障。
上述方法或对硬件采样要求高，采样噪声常常引发误判停机问题，或有效值计算或坐标变换运算量较大，且存在较大延时。从而使得传统三相电压不对称跌落故障及相位跳变故障辨识方法均存在一定局限性。对于三相电压不对称跌落故障及相位跳变故障的正确辨识，逐渐成为衡量装备可靠性的重要方面，得到行业内各个逆变器厂家及测试机构的认可。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种三相不平衡跌落及相位突变检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明利用三相到两相静止坐标系变换，得到三相待测电压的两相正交信号及零序信号。由负序分量构建旋转变换坐标，并与所提取的三相待测电压正序分量进行坐标变换矩阵运算，得到表征不平衡跌落故障及相位跳变故障的直流特征值。通过比较直流特征值与设定的特征值阈值，实现不平衡跌落故障及相位跳变故障的辨识。
为实现上述目的，一种三相不平衡跌落及相位突变检测方法如图1所示，具体包括：三相到两相静止坐标系变换模块1，基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2，故障辨识模块3，本实用发明专利中所述三相到两相静止坐标系变换模块1如图2所示，基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2如图3所示，故障辨识模块3如图4所示。所述三相到两相静止坐标系变换模块1输入三相待检测电压(Va、Vb、Vc)，得到两相正交分量(Vα +、Vβ +)及零序分量V0；将两相正交分量(Vα +、Vβ +)及零序分量V0输入所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2，输出表征三相电压不平衡跌落故障及三相电压相位突变故障的稳定直流特征值(VD、VF)；所述故障辨识模块3输入特征值(VD、VF)，输出三相电压不平衡跌落故障信号FD及三相电压相位跳变故障信号FF。
所述三相待检测电压(Va、Vb、Vc)输入所述三相到两相静止坐标系变换模块1，得到待检测电压的两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0；所述(Vα、Vβ、V0)输入所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2，构建由零序分量V0组成的旋转坐标变换矩阵，对两相正交分量(Vα、Vβ)的正序分量(Vα +、Vβ +)进行旋转坐标变换，输出含三相电压不平衡跌落故障信息及三相电压相位跳变故障信息的直流特征值(VD、VF)；所述特征值(VD、VF)后接入所述故障辨识模块3，得到三相电压不平衡跌落故障信号FD及三相电压相位突变故障信号FF。
所述三相到两相静止坐标系变换模块1包括三相到两相静止坐标系变换运算，所述三相静止坐标系到两相静止坐标系变换运算可得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0。
所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2包括90°滞后模块21，正序分量提取模块22及基于零序旋转坐标运算模块23，所述两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0输入90°滞后模块21，得到(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)及零序分量正交信号将(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)接入所述正序分量提取模块22，得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的正序分量/>后将正序分量/>及零序分量正交信号/>接入所述基于零序旋转坐标运算模块23，将零序分量正交信号/>构建为旋转坐标变换矩阵，对正序分量/>进行变换，得到包含三相待测电压(Va、Vb、Vc)的电压跌落故障及相位跳变故障信息的直流特征值(VD、VF)。
所述故障辨识模块3包括特征值比较模块31及组合逻辑模块32，所述特征值VF与所述特征值比较模块31中Vref1进行比较，得到故障信息FCF，而特征值VD与特征值比较模块31中Vref2进行比较，得当相位故障信息FCD，后将故障信息FCF及相位故障信息FCD接入组合逻辑模块32便可得三相电压相位跳变故障信号FF及三相电压不平衡跌落故障信号FD。
所述的一种三相不平衡跌落相位突变检测方法，其特征操作步骤如下：
步骤1：将三相待检测电压(Va、Vb、Vc)输入所述三相到两相静止坐标系变换模块(1)，采用三相静止坐标系到两相静止坐标系变换运算，具体计算如式①所示，得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0；
步骤2：所述两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0输入所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2，实现三相待测电压(Va、Vb、Vc)的电压跌落故障及相位跳变故障的直流特征值(VD、VF)提取。先将两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0输入所述90°滞后模块21，得到(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)及零序分量正交信号将(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)接入所述正序分量提取模块22，具体计算如式②所示，得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的正序分量/>
后将正序分量及零序分量正交信号/>接入所述基于零序旋转坐标运算模块23，将零序分量正交信号/>构建为旋转坐标变换矩阵，对正序分量进行变换，具体计算如式③所示，得到包含三相待测电压(Va、Vb、Vc)的电压跌落故障及相位跳变故障信息的直流特征值(VD、VF)；
步骤3：将所述直流特征值(VD、VF)输入所述故障辨识模块3，即可对三相电压相位跳变故障及三相电压不平衡跌落故障进行辨识，将所述特征值VF与所述特征值比较模块31中Vref1进行比较，得到故障信息FCF，而所述特征值VD与所述特征值比较模块31中Vref2进行比较，得当相位故障信息FCD。后将FCF及FCD接入所述组合逻辑模块32，便可得三相电压相位跳变故障信号FF及三相电压不平衡跌落故障信号FD。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：利用三相到两相静止坐标系变换，得到三相待测电压的两相正交信号及零序信号。由负序分量构建旋转变换坐标，并与所提取的三相待测电压正序分量进行坐标变换矩阵运算，得到表征不平衡跌落故障及相位跳变故障的直流特征值。通过比较直流特征值与设定的特征值阈值，实现不平衡跌落故障及相位跳变故障的辨识。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2为三相到两相静止坐标系变换模块1的结构示意图；
图3为基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2的结构示意图；
图4为故障辨识模块3的结构示意图；
图5为A相电压相位15°跳变(持续时间t1～t2)及C相电压跌落80％(持续时间t4～t6)的判别结果及关键信号处理结果仿真波形图；
图6为A相电压相位90°跳变(持续时间t1～t2)及C相电压跌落80％(持续时间t4～t6)的判别结果及关键信号处理结果仿真波形图；
图7为A相电压相位180°跳变(持续时间t1～t2)及C相电压跌落20％(持续时间t4～t6)的判别结果及关键信号处理结果仿真波形图；
附图标记说明：三相到两相静止坐标系变换模块1、基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2、90°滞后模块21、正序分量提取模块22、基于零序旋转坐标运算模块23、故障辨识模块3、特征值比较模块31、组合逻辑模块32。
具体实施方式
参看图1～图7所示，本具体实施方式采用的技术方案是：
实施例一：
一种三相不平衡跌落及相位突变检测方法如图1所示，包括三相到两相静止坐标系变换模块(1)，基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2，故障辨识模块3，本实用发明专利中所述三相到两相静止坐标系变换模块1采用如图2所示计算方法，输入三相待检测电压(Va、Vb、Vc)，输出两相正交分量及零序分量V0；所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2采用如图3所示计算方法，输入两相正交分量/>及零序分量V0，输出表征三相电压不平衡跌落故障及三相电压相位突变故障的稳定直流特征值(VD、VF)；所述故障辨识模块3如图4所示，输入特征值(VD、VF)，输出三相电压不平衡跌落故障信号FD及三相电压相位跳变故障信号FF。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
在所述电压正序分量提取方法中，采用如图2所示计算方法，将所述三相待检测电压(Va、Vb、Vc)输入三相到两相静止坐标系变换模块1，具体计算如式①所示，本实施例中k值取2/3，得到两相正交分量及零序分量V0。
在所述基于零序旋转坐标的矩阵运算方法中，采用如图3所示计算方法，将所述两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0输入所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块2，实现三相待测电压(Va、Vb、Vc)的电压跌落故障及相位跳变故障的直流特征值(VD、VF)提取，先将两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0输入所述90°滞后模块21，得到(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)及零序分量正交信号将(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)接入所述正序分量提取模块22，具体计算如式②所示，得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的正序分量/>后将正序分量/>及零序分量正交信号/>接入所述基于零序旋转坐标运算模块23，将零序分量正交信号构建为旋转坐标变换矩阵，对正序分量/>进行变换，具体计算如式③所示，得到包含三相待测电压(Va、Vb、Vc)的电压跌落故障及相位跳变故障信息的直流特征值(VD、VF)。
所述直流特征值(VD、VF)输入如图4所示故障辨识模块3，进行三相电压不平衡跌落故障及相位突变故障的辨识，先将所述特征值VD与所述特征值比较模块31中Vref1及Vref2进行比较，当VD介于Vref1及Vref2之间，从而得到故障信号FCD，本实例中Vref1取4e3，Vref2取6e3；后将特征值VF与所述特征值比较模块31中Vref3进行比较，得到故障信息FCF，本实例中Vref3取1e6。将故障信息FCF及FCD输入组合逻辑模块32，FCF及FCD的非逻辑结果进行与计算，即为三相电压相位突变故障信号FF，而FCD直接输出至FD，即为相位三相电压不平衡跌落故障信号。
实施例三：
一种三相不平衡跌落及相位突变检测方法，采用上述检测算法，进行操作步骤如下：
步骤1：根据图2所示三相到两相静止坐标系变换方法，将所述三相待检测电压(Va、Vb、Vc)输入三相到两相静止坐标系变换模块1，具体计算如式①所示，得到两相正交分量及零序分量V0，本实施例中k值取2/3。
步骤2：根据图3所示基于零序旋转坐标的矩阵运算方法，将所述两相正交分量及零序分量V0输入90°滞后模块21，得到(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)及零序分量正交信号将(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)接入所述正序分量提取模块22，具体计算如式②所示，得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的正序分量/>后将正序分量/>及零序分量正交信号/>接入所述基于零序旋转坐标运算模块23，将零序分量正交信号/>构建为旋转坐标变换矩阵，对正序分量/>进行变换，具体计算如式③所示，得到包含三相待测电压(Va、Vb、Vc)的电压跌落故障及相位跳变故障信息的直流特征值(VD、VF)。
步骤3：步骤1与步骤2执行完成后，将所述直流特征值(VD、VF)输入所述故障辨识模块(3)，即可对三相电压相位跳变故障及三相电压不平衡跌落故障进行辨识。将所述特征值VD与所述特征值比较模块31中Vref1及Vref2进行比较，当VD介于Vref1及Vref2之间，得到故障信息FCD，而所述特征值VF与所述特征值比较模块(31)中Vref3进行比较，得当相位故障信息FCF。后将FCF及FCD接入所述组合逻辑模块32，便可得三相电压相位跳变故障信号FF及三相电压不平衡跌落故障信号FD。
步骤4：步骤3执行完成后，t0时刻输入三相待测电压(Va、Vb、Vc)，t1时刻将A相跳变15°，t2时刻A相恢复正常，t4时刻C相电压跌落80％，本针对三相电压不平衡跌落故障及三相电压相位跳变故障的检测方法关键环节输入输出量信息如图5所示，三相电压不平衡跌落故障信号FD及相位跳变故障信号故障信号FF均能快速识别故障。
步骤5：步骤4执行完成后，t0时刻输入三相待测电压(Va、Vb、Vc)，t1时刻将A相跳变90°，t2时刻A相恢复正常，t4时刻C相电压跌落80％，本针对三相电压不平衡跌落故障及三相电压相位跳变故障的检测方法关键环节输入输出量信息如图6所示，三相电压不平衡跌落故障信号FD及相位跳变故障信号故障信号FF均能快速识别故障。
步骤6：步骤5执行完成后，t0时刻输入三相待测电压(Va、Vb、Vc)，t1时刻将A相跳变180°，t2时刻A相恢复正常，t4时刻C相电压跌落20％，本针对三相电压不平衡跌落故障及三相电压相位跳变故障的检测方法关键环节输入输出量信息如图7所示，三相电压不平衡跌落故障信号FD及相位跳变故障信号故障信号FF均能快速识别故障。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：利用三相到两相静止坐标系变换，得到三相待测电压的两相正交信号及零序信号。由负序分量构建旋转变换坐标，并与所提取的三相待测电压正序分量进行坐标变换矩阵运算，得到表征不平衡跌落故障及相位跳变故障的直流特征值。通过比较直流特征值与设定的特征值阈值，实现不平衡跌落故障及相位跳变故障的辨识。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种三相不平衡跌落相位突变检测方法，其特征在于：它包括三相到两相静止坐标系变换模块(1)、基于零序旋转坐标的矩阵运算模块(2)、故障辨识模块(3)、所述三相到两相静止坐标系变换模块(1)输入三相待检测电压(Va、Vb、Vc)，得到两相正交分量(Vα +、Vβ +)及零序分量V0；将两相正交分量(Vα +、Vβ +)及零序分量V0输入所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块(2)，输出表征三相电压不平衡跌落故障及三相电压相位突变故障的稳定直流特征值(VD、VF)；所述故障辨识模块(3)输入特征值(VD、VF)，输出三相电压不平衡跌落故障信号FD及三相电压相位跳变故障信号FF；
所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块(2)包括90°滞后模块(21)，正序分量提取模块(22)及基于零序旋转坐标运算模块(23)，所述两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0输入90°滞后模块(21)，得到(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)及零序分量正交信号(Vα 0、Vβ 0)；将(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)接入所述正序分量提取模块(22)，得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的正序分量(Vα +、Vβ +)；后将正序分量(Vα +、Vβ +)及零序分量正交信号(Vα 0、Vβ 0)接入所述基于零序旋转坐标运算模块(23)，将零序分量正交信号(Vα 0、Vβ 0)构建为旋转坐标变换矩阵，对正序分量(Vα +、Vβ +)进行变换，得到包含三相待测电压(Va、Vb、Vc)的电压跌落故障及相位跳变故障信息的直流特征值(VD、VF)。
2.根据权利要求1所述的一种三相不平衡跌落相位突变检测方法，其特征在于：所述三相待检测电压(Va、Vb、Vc)输入所述三相到两相静止坐标系变换模块(1)，得到待检测电压的两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0；所述(Vα、Vβ、V0)输入所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块(2)，构建由零序分量V0组成的旋转坐标变换矩阵，对两相正交分量(Vα、Vβ)的正序分量(Vα +、Vβ +)进行旋转坐标变换，输出含三相电压不平衡跌落故障信息及三相电压相位跳变故障信息的直流特征值(VD、VF)；所述特征值(VD、VF)后接入所述故障辨识模块(3)，得到三相电压不平衡跌落故障信号FD及三相电压相位突变故障信号FF。
3.根据权利要求1所述的一种三相不平衡跌落相位突变检测方法，其特征在于：所述三相到两相静止坐标系变换模块(1)包括三相到两相静止坐标系变换运算，所述三相到两相静止坐标系变换运算可得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0。
4.根据权利要求1所述的一种三相不平衡跌落相位突变检测方法，其特征在于：所述故障辨识模块(3)包括特征值比较模块(31)及组合逻辑模块(32)，所述特征值VF与所述特征值比较模块(31)中Vref1进行比较，得到故障信息FCF，而特征值VD与特征值比较模块(31)中Vref2进行比较，得到相位故障信息FCD，后将故障信息FCF及相位故障信息FCD接入组合逻辑模块(32)便可得三相电压相位跳变故障信号FF及三相电压不平衡跌落故障信号FD。
5.根据权利要求1所述的一种三相不平衡跌落相位突变检测方法，其特征操作步骤如下：
步骤1：将三相待检测电压(Va、Vb、Vc)输入所述三相到两相静止坐标系变换模块(1)，采用三相静止坐标系到两相静止坐标系变换运算，得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0；
步骤2：所述两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0输入所述基于零序旋转坐标的矩阵运算模块(2)，实现三相待测电压(Va、Vb、Vc)的电压跌落故障及相位跳变故障的直流特征值(VD、VF)提取，先将两相正交分量(Vα、Vβ)及零序分量V0输入90°滞后模块(21)，得到(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)及零序分量正交信号(Vα 0、Vβ 0)；将(Vα1、Vβ1、Vα2、Vβ2)接入正序分量提取模块(22)，得到三相待检测电压(Va、Vb、Vc)的正序分量(Vα +、Vβ +)，后将正序分量(Vα +、Vβ +)及零序分量正交信号(Vα 0、Vβ 0)接入基于零序旋转坐标运算模块(23)，将零序分量正交信号(Vα 0、Vβ 0)构建为旋转坐标变换矩阵，对正序分量(Vα +、Vβ +)进行变换，得到包含三相待测电压(Va、Vb、Vc)的电压跌落故障及相位跳变故障信息的直流特征值(VD、VF)；
步骤3：将所述直流特征值(VD、VF)输入所述故障辨识模块(3)，即可对三相电压相位跳变故障及三相电压不平衡跌落故障进行辨识，将所述特征值VF与特征值比较模块(31)中Vref1进行比较，得到故障信息FCF，而所述特征值VD与特征值比较模块(31)中Vref2进行比较，得到相位故障信息FCD，后将FCF及FCD接入组合逻辑模块(32)，便可得三相电压相位跳变故障信号FF及三相电压不平衡跌落故障信号FD。
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