CN113376424B - 用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，包括：获取电网三相相电压瞬时值信号；根据电网三相相电压瞬时值信号计算得出电网电压相角以及电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量；根据步骤一计算所得结果计算出正负序dq坐标系下的电压分量，通过正负序解耦以及高频滤波求得正序和负序基波分量；根据正序和负序基波分量计算出负序基波分量角度特征量、三相电网电压正序基波分量幅值模长，基于电压暂降电压阈值得到特征值；根据负序基波分量角度特征量、三相电网电压正序基波分量幅值模长以及特征值对电网电压暂降及其类型进行判定。本发明方法可用软件实现、算法简单、效果明显，有利于工程应用。

Description

用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法

技术领域

本发明涉及电力电子装置的控制技术领域，具体是一种用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法。

背景技术

目前，随着工业自动化技术的飞速发展、各种敏感型用户负载的广泛投运，以及大量新技术产品在生活中的广泛应用，电能质量的高标准越来越严格。

这些敏感负载对电能质量的敏感度非常高，几个到几十个周波的电压突变都将引起敏感负载设备的不正常运行，从而产生用户侧用电设备的连锁反应，造成巨大的直接和间接经济损失。其中，电压暂降事件是电能质量问题中最为突出和最易出现的问题类型之一。

因此，快速而准确地检测出供电电压暂降事件，并启动电能质量综合治理装置进行电压暂降治理，对于敏感设备的健康稳定运行有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，以保证电能质量综合治理装置快速而准确的对电网电压暂降事件进行治理，保证负荷端设备的健康稳定运行。

本发明提出的一种用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，包括如下步骤：

步骤一、对电网三相相电压进行采样，获取电网三相相电压瞬时值信号；

步骤二、根据电网三相相电压瞬时值信号计算得出电网电压相角以及电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量；

步骤三、根据电网电压相角以及电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量计算出正负序dq坐标系下的电压分量，将正负序下 dq坐标系下的电压分量通过正负序解耦以及高频滤波求得正序和负序基波分量；

步骤四、根据正序和负序基波分量计算出负序基波分量角度特征量、三相电网电压正序基波分量幅值模长，基于电压暂降电压阈值得到特征值；

步骤五、根据负序基波分量角度特征量、三相电网电压正序基波分量幅值模长以及特征值对电网电压暂降及其类型进行判定。

进一步的，所述步骤一具体包括：

通过电压传感器，对电网三相相电压进行采样，利用滤波公式，滤除电网三相相电压中的高频噪声，获取电网三相相电压瞬时值信号，记为：V_AN,V_BN,V_CN。

进一步的，步骤二中根据电网三相相电压瞬时值信号计算得出电网电压相角具体为：

根据步骤一得到的电网三相相电压瞬时值信号，通过软件锁相环计算出三相电网电压相角，记为：θ。

进一步的，步骤二中根据电网三相相电压瞬时值信号计算得出电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量，具体为：

利用公式

求出电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量，记为：V_α,V_β。

进一步的，步骤三中计算正负序dq坐标系下的电压分量，具体步骤为：

利用电网电压相角θ和公式

求出电网三相相电压在正序dq坐标系下电压分量，记为：V_{d_pos},V_{q_pos}；

利用电网电压相角θ和公式

求出电网三相相电压在负序dq坐标系下电压分量，记为：V_{d_neg},V_{q_neg}。

将正负序下dq坐标系下的电压分量通过正负序解耦以及高频滤波求得正序和负序基波分量，具体步骤为：

利用电网电压相角θ、公式

和公式

分别求出电网三相电压正序dq坐标系下电压分量经负序解耦后的分量和负序dq坐标系下电压分量经正序解耦后的分量，记为：V_{d_m},V_{q_m}和V_{d_n},V_{q_n}；

利用低通滤波公式，对V_{d_n},V_{q_n},V_{d_m},V_{q_m}进行高频滤波，求出正序和负序基波分量，记为：V_{d_nf},V_{q_nf},V_{d_mf},V_{q_mf}。

进一步的，步骤四中根据正序和负序基波分量计算出负序基波分量角度特征量具体为：

利用公式

求出负序基波分量角度特征量，记为：

根据正序和负序基波分量计算出三相电网电压正序基波分量幅值模长具体为：

利用公式

求出三相电网电压正序基波分量幅值模长，记为：V_pos；

特征值A,B计算过程如下：

定义电压暂降电压阈值，并对其进行标幺化处理，记为：V_{sag_ref}，利用公式

求出特征值A,B。

进一步的，步骤五具体判定方法如下：

(a)当V_pos满足A≤V_pos≤B且

时，此时判定为电网A 相单相电压暂降事件；

(b)当V_pos满足A≤V_pos≤B且

时，此时判定为电网B 相单相电压暂降事件；

(c)当V_pos满足A≤V_pos≤B且

时，此时判定为电网C 相单相电压暂降事件；

(d)当V_pos满足V_pos≤A且

或(135°,180°)时，此时判定为电网AB两相电压暂降事件；

(e)当V_pos满足V_pos≤A且

或(-45°,-90°)时，此时判定为电网BC两相电压暂降事件；

(f)当V_sop满足V_pos≤A且

或(-90°,-135°)时，此时判定为电网CA两相电压暂降事件；

(g)当V_sop满足V_pos≤V_{sag_ref}且

时，此时判定为电网ABC 三相电压暂降事件。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提出的电压暂降检测方法，相较于传统电压检测方法，不仅可以准确判定电网电压是否存在暂降事件，而且可以快速判定电压暂降事件的类型；

2、本发明提出的一种用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，与已有的利用电网电压瞬时值进行检测的方法相比，本发明方法不依赖额外的硬件回路提供过零点检测，可通过控制器以软件形式的方式完成。因此，利用本发明提出的方法更加简化了外围硬件电路的设计，有利于工程实践；

3、本发明提出的电压暂降检测方法，无闭环控制环节，无需进行参数整定等额外调试，利用正负序电压分量解耦网络获取正负序下的三相电压dq轴直流分量进行电压暂降判定，利于控制器中软件实现。

附图说明

图1是本发明用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法的流程框图；

图2是本发明其中一个实施例的电路结构图；

图3是对图2所示的电路结构图中，当电网电压出现三相电压同时对称电压暂降至0.8pu事件时电网电压有效值暂降过程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，包括如下步骤：

步骤一、对电网三相相电压进行采样，获取电网三相相电压瞬时值信号；

具体的，通过电压传感器，对电网三相相电压进行采样，利用滤波公式，滤除电网三相相电压中的高频噪声，获取电网三相相电压瞬时值信号，记为：V_AN,V_BN,V_CN。

步骤二、根据电网三相相电压瞬时值信号计算得出电网电压相角以及电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量；

其中计算电网电压相角据具体步骤为：

根据步骤一得到的电网三相相电压瞬时值信号，通过软件锁相环计算出三相电网电压相角，记为：θ。

计算电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量，具体步骤为：

利用公式

求出电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量，记为：V_α,V_β。

步骤三、根据电网电压相角以及电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量计算出正负序dq坐标系下的电压分量，将正负序下 dq坐标系下的电压分量通过正负序解耦以及高频滤波求得正序和负序基波分量；

其中，计算正负序dq坐标系下的电压分量，具体步骤为：

利用电网电压相角θ和公式

求出电网三相相电压在正序dq坐标系下电压分量，记为：V_{d_pos},V_{q_pos}；

利用电网电压相角θ和公式

求出电网三相相电压在负序dq坐标系下电压分量，记为：V_{d_neg},V_{q_neg}。

将正负序下dq坐标系下的电压分量通过正负序解耦以及高频滤波求得正序和负序基波分量，具体步骤为：

利用电网电压相角θ、公式

和公式

分别求出电网三相电压正序dq坐标系下电压分量经负序解耦后的分量和负序dq坐标系下电压分量经正序解耦后的分量，记为：V_{d_m},V_{q_m}和V_{d_n},V_{q_n}；

利用低通滤波公式，对V_{d_n},V_{q_n},V_{d_m},V_{q_m}进行高频滤波，求出正序和负序基波分量，记为：V_{d_nf},V_{q_nf},V_{d_mf},V_{q_mf}。

步骤四、根据正序和负序基波分量计算出负序基波分量角度特征量、三相电网电压正序基波分量幅值模长，基于电压暂降电压阈值得到特征值；

其中，根据正序和负序基波分量计算出负序基波分量角度特征量具体为：

利用公式

求出负序基波分量角度特征量，记为：

根据正序和负序基波分量计算出三相电网电压正序基波分量幅值模长具体为：

利用公式

求出三相电网电压正序基波分量幅值模长，记为：V_pos；

特征值A,B计算过程如下：

定义电压暂降电压阈值，并对其进行标幺化处理，记为：V_{sag_ref}，利用公式

求出特征值A,B。

步骤五、根据负序基波分量角度特征量、三相电网电压正序基波分量幅值模长以及特征值对电网电压暂降及其类型进行判定。

具体判定方法如下：

(a)当V_pos满足A≤V_pos≤B且

时，此时判定为电网A 相单相电压暂降事件；

(b)当V_pos满足A≤V_pos≤B且

时，此时判定为电网B 相单相电压暂降事件；

(c)当V_pos满足A≤V_pos≤B且

时，此时判定为电网C 相单相电压暂降事件；

(d)当V_pos满足V_pos≤A且

或(135°,180°)时，此时判定为电网AB两相电压暂降事件；

(e)当V_pos满足V_pos≤A且

或(-45°,-90°)时，此时判定为电网BC两相电压暂降事件；

(f)当V_sop满足V_pos≤A且

或(-90°,-135°)时，此时判定为电网CA两相电压暂降事件；

(g)当V_sop满足V_pos≤V_{sag_ref}且

时，此时判定为电网ABC 三相电压暂降事件。

下面以具体实例说明本发明一种用于电能质量综合治理装置电压暂降检测方法。为了说明方便，以图2所示的电路结构为例，装置主要包括：双向晶闸管单元、级联变换器、三相电网电压检测电路、蓄电池组以及控制器单元等。

结合图3以具体实例对本发明一种用于电能质量综合治理装置电压暂降检测方法进行说明；其中相电压有效值为1.0pu，定义电压暂降电压阈值：V_{sag_ref}＝0.9pu，则特征值A≈0.92pu，B≈0.97pu。 t0至t1时间段内，三相相电压瞬时值信号分别为：

对上述三相相电压瞬时值信号进行正负序变换后，可求得三相电网电压正序基波分量幅值模长V_pos≈1.08pu≥V_{sag_ref}，且大于特征值A、特征值B，此时根据本发明提出的判定方法可知，三相电网电压并未发生暂降事件。

t2时刻，三相相电压瞬时值信号分别为：

对上述三相相电压瞬时值信号进行正负序变换后，可求得三相电网电压正序基波分量幅值模长V_pos≈0.972pu≥V_{sag_ref}，且大于特征值A、特征值B，此时根据本发明提出的判定方法可知，三相电网电压并未发生暂降事件。

t3时刻，三相相电压瞬时值信号分别为：

对上述三相相电压瞬时值信号进行正负序变换后，可求得三相电网电压正序基波分量幅值模长V_pos≈0.864pu<V_{sag_ref}＝0.9pu，且小于特征值A、特征值B，进一步负序基波分量角度特征量

进行求解，得到

根据本发明提出的判定方法可知，此时电网ABC 三相电压暂降事件。

当三相电网电压未出现电压暂降的正常状态，即图3中的t0至 t1时间段中。图2装置中主控制器单元接收三相电网电压检测电路的电压模拟量，通过本发明中计算方法和处理方式，判定此时三相电网电压未处于电压暂降状态。此时，主控制器单元控制双向晶闸管单元导通，三相电网电压通过晶闸管单元向负载侧供电。

当三相电网电压出现电网电压暂降事件时，即图3中的t1时刻。图2装置中主控制器单元接收三相电网电压检测电路的电压模拟量，通过本发明中计算方法和处理方式，判定此时三相电网电压未处于电压暂降状态，直到t2时刻之后，即电网电压暂降深度降至阈值0.9pu 之下，才会判定三相电网电压处于电压暂降状态。此时，控制器单元向双向晶闸管单元发送关断信号。同时，蓄电池组通过级联变换器将直流电压变换至三相交流电压向负载侧供电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、对电网三相相电压进行采样，获取电网三相相电压瞬时值信号；

步骤二、根据电网三相相电压瞬时值信号计算得出电网电压相角以及电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量；

步骤三、根据电网电压相角以及电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量计算出正负序dq坐标系下的电压分量，将正负序下dq坐标系下的电压分量通过正负序解耦以及高频滤波求得正序和负序基波分量；

步骤四、根据正序和负序基波分量计算出负序基波分量角度特征量、三相电网电压正序基波分量幅值模长，基于电压暂降电压阈值得到特征值；

步骤五、根据负序基波分量角度特征量、三相电网电压正序基波分量幅值模长以及特征值对电网电压暂降及其类型进行判定；

步骤四中根据正序和负序基波分量计算出负序基波分量角度特征量具体为：

利用公式

求出负序基波分量角度特征量，记为：

其中V_{d_mf}和V_{q_mf}表示负序基波分量；

根据正序和负序基波分量计算出三相电网电压正序基波分量幅值模长具体为：

利用公式

求出三相电网电压正序基波分量幅值模长，记为：V_pos，其中V_{d_nf}和V_{q_nf}表示正序基波分量；

特征值A,B计算过程如下：

定义电压暂降电压阈值，并对其进行标幺化处理，记为：V_{sag_ref}，利用公式

求出特征值A,B；

步骤五具体判定方法如下：

(a)当V_pos满足A≤V_pos≤B且

时，此时判定为电网A相单相电压暂降事件；

(b)当V_pos满足A≤V_pos≤B且

时，此时判定为电网B相单相电压暂降事件；

(c)当V_pos满足A≤V_pos≤B且

时，此时判定为电网C相单相电压暂降事件；

(d)当V_pos满足V_pos≤A且

或(135°,180°)时，此时判定为电网AB两相电压暂降事件；

(e)当V_pos满足V_pos≤A且

或(-45°,-90°)时，此时判定为电网BC两相电压暂降事件；

(f)当V_pos满足V_pos≤A且

或(-90°,-135°)时，此时判定为电网CA两相电压暂降事件；

(g)当V_pos满足V_pos≤V_{sag_ref}且

时，此时判定为电网ABC三相电压暂降事件。

2.如权利要求1所述的用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：

通过电压传感器，对电网三相相电压进行采样，利用滤波公式，滤除电网三相相电压中的高频噪声，获取电网三相相电压瞬时值信号，记为：V_AN,V_BN,V_CN。

3.如权利要求1所述的用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，其特征在于：步骤二中根据电网三相相电压瞬时值信号计算得出电网电压相角具体为：

根据步骤一得到的电网三相相电压瞬时值信号，通过软件锁相环计算出三相电网电压相角，记为：θ。

4.如权利要求2所述的用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，其特征在于：步骤二中根据电网三相相电压瞬时值信号计算得出电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量，具体为：

利用公式

求出电网三相相电压在αβ旋转坐标系下的电压分量，记为：V_α,V_β。

5.如权利要求4所述的用于级联式电能质量综合治理装置的电压暂降检测方法，其特征在于：步骤三中计算正负序dq坐标系下的电压分量，具体步骤为：

利用电网电压相角θ和公式

求出电网三相相电压在正序dq坐标系下电压分量，记为：V_{d_pos},V_{q_pos}；

利用电网电压相角θ和公式

求出电网三相相电压在负序dq坐标系下电压分量，记为：V_{d_neg},V_{q_neg}；

将正负序下dq坐标系下的电压分量通过正负序解耦以及高频滤波求得正序和负序基波分量，具体步骤为：

利用电网电压相角θ、公式

和公式

分别求出电网三相电压正序dq坐标系下电压分量经负序解耦后的分量和负序dq坐标系下电压分量经正序解耦后的分量，记为：V_{d_m},V_{q_m}和V_{d_n},V_{q_n}；

利用低通滤波公式，对V_{d_n},V_{q_n},V_{d_m},V_{q_}m进行高频滤波，求出正序和负序基波分量，记为：V_{d_nf},V_{q_nf},V_{d_mf},V_{q_mf}。

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