CN113985114A - 低电压穿越中的电网电压跌落检测方法 - Google Patents

低电压穿越中的电网电压跌落检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，包括以下步骤；步骤S1、实时采集逆变器并网点的三相电压
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，由
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
计算出并网点电压的等效电压幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；步骤S2、当
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
小于并网点的额定电压
Figure DEST_PATH_IMAGE006
的90%时，判定并网点电压发生跌落故障；步骤S3、当跌落故障后，实时计算出并网点电压的等效幅值
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
的最大值
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，在5ms后，若
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
与额定电压
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
的差值绝对值小于预设值，则判定并网点电压发生三相不对称跌落故障，若
Figure DEST_PATH_IMAGE008AA
与额定电压
Figure DEST_PATH_IMAGE006AA
的差值绝对值，则判定并网点电压发生三相对称跌落故障；本发明用于提升三相并网逆变器低电压穿越能力，具有计算量小、检测速度快、逻辑简单和实用性强等优点。

Description

低电压穿越中的电网电压跌落检测方法
技术领域
本发明涉及电网运维技术领域，尤其是低电压穿越中的电网电压跌落检测方法。
背景技术
“碳达峰、碳中和”战略目标的提出，加快了能源变革的进程，从化石能源向可再生能源转型刻不容缓。近年来，可再生能源利用率不断提高，预计2030年全国风电、光伏的装机总量会达到200万MW，占比突破50％。与此同时，“源-网-荷”核心设备的“电力电子化”程度不断加深，电力电子装备渗透率逐年提高，“高比例可再生能源”与“高比例电力电子设备”发展趋势日益显著。但是随着智能电网和微电网技术的发展，多分布式发电系统的接入，电力系统的配电网结构将日趋复杂，负荷波动较大使得系统电压出现“闪变”，配电网受到短路故障的影响容易发生电压跌落，分布式电源需要通过电力电子变换器来实现能量的传递。相较于传统电力系统的同步发电机，电力电子变换器具有更好的灵活性和可控性。但是，电力电子变换器的耐过流能力不如传统电网中的同步发电机；这就需要逆变器具备低电压穿越能力，而能够迅速检测到并网点电压的跌落是低电压穿越控制中的关键。
并网点电压跌落分为对称跌落和不对称跌落；针对并网点电压对称跌落检测方法包括：有效值计算方法、峰值电压法和基波电压法；针对不对称跌落时电压检测方法有：正负序分离的dq分解法。以上检测方法主要存在检测延时长、计算复杂或者不能同时适用于电压对称跌落和不对称跌落的问题。并网点电压不对称跌落时，网侧电流中存在负序分量，为了提高电能质量，目前大都是采用正负序分离控制抑制负序分量，此时电压跌落检测方法也多采用并网点电压的正序d轴分量来判断并网点电压是否发生跌落故障，正负序分离控制可同时应用于并网点电压对称跌落故障和并网点电压不对称跌落故障，但是在并网点电压对称跌落时，并不需要带有延时的正负序分离控制，因此需要在并网点电压发生跌落故障时，及时准确识别出并网点电压跌落的类型。
发明内容
本发明提出低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，用于提升三相并网逆变器低电压穿越能力，具有计算量小、检测速度快、逻辑简单和实用性强等优点。
本发明采用以下技术方案。
低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，用于三相并网逆变器低电压穿越中的并网点电压跌落检测，包括以下步骤；
步骤S1、实时采集逆变器并网点的三相电压uga、ugb、ugc，uga、ugb、ugc经过clark变换得到并网点三相电压在两相静止坐标系下的量uα和uβ，由此计算出并网点电压的等效电压幅值
Figure BDA0003374329810000021
步骤S2、当ugm小于并网点的额定电压Un的90％时，判定并网点电压发生跌落故障；
步骤S3、当并网点电压发生跌落故障后，实时计算出并网点电压的等效幅值Ugm的最大值Ugmmax，在1/4个电网周期后，若Ugmmax与额定电压Un的差值绝对值小于预设值，则判定并网点电压发生三相不对称跌落故障，若Ugmmax与额定电压Un的差值绝对值大于等于预设值，则判定并网点电压发生三相对称跌落故障。
所述步骤S1至步骤S3为一个判断周期，所述判断周期循环执行的具体方法为：判断周期的采样周期为Ts，设整数变量D和E的初始值为0，从判断并网点电压发生跌落故障开，每个采样周期内D＝D+1，如果采样时等效电压幅值Ugm与额定电压Un的差值绝对值小于步骤S3中的预设值，则E＝E+1，电网周期为T，在1/4个电网周期后，即D＝T/4Ts时，如果E＝D，则说明并网点电压恢复正常，否则说明并网点电压仍处于跌落故障中，在判断完并网点电压是否恢复正常后，将E和D的值清零，重新开始下一个判断周期。
所述的Ugmmax初始值为并网点电压被判定发生跌落故障时的最小电压值0.9Un；若并网点电压偏差范围在额定电压的-7％～+4％，则判定并网点电压为正常状态，即正常状态时ugm最大值为1.04Un，ugm最小值为0.93Un，当正常状态下ugm偏差额定电压的最大值为0.07Un时，为了能够识别出并网点电压跌落故障和缩短并网点电压跌落故障识别的时间，使所述步骤S3中的预设值为0.07Un。
当判断周期循环执行且并网点电压处于正常状态时，Ugm与额定电压Un之间的差值绝对值小于0.07Un，在采样周期为Ts时，且从并网点电压发生跌落故障开始，电网周期为T，在连续的在1/4个电网周期后，D＝T/4Ts，E＝D；；
当判断周期循环执行且并网点电压正处于不对称跌落故障中时，Ugm与额定电压Un之间的差值绝对值小于0.07Un或大于0.07Un，E<D；
当判断周期循环执行且并网点电压正处于对称跌落故障中时，Ugm与额定电压Un之间的差值绝对值大于0.07Un，E＝0。
在判断周期循环执行中，并网点电压跌落恢复的判断条件基于并网点电压发生跌落后和恢复正常时等效幅值Ugm的波形特征。
当并网点电压正常时，Ugm在理论上视为一直流量；在并网点电压对称跌落时，Ugm仅由直流分量构成；在并网点电压不对称跌落时，Ugm由直流分量和二倍工频交流分量组成；Ugm的最大值Ugmmax为并网点电压跌落前的幅值。
本发明所提适用于三相并网逆变器低电压穿越中的并网点电压跌落检测方法具有计算量小、检测速度快、逻辑简单和实用性强等优点。
本发明基于并网点电压跌落前和跌落后电压幅值波形特点，提出一种应用于低电压穿越中的新型电压跌落检测方法，本方法能检测到并网点电压跌落的类型，只有在识别到并网点电压发生不对称跌落时才启动正负序分离控制来改善电能质量，避免在并网点电压发生对称跌落时，正负序分离带来的延时对低电压穿越控制产生不利影响。
本发明所述检测方法是通过检测并网点电压等效幅值ugm来实现的，ugm无需经过复杂的计算即可得到，所以理论上可以无延时检测到并网点电压跌落故障，从而迅速采取限流措施，最多在并网点电压发生跌落后的1/4个电网周期内就能分辨出并网点电压跌落故障类型，从而在并网点电压发生不对称跌落故障时采取改善电能质量的控制方法；并网点电压的恢复可以被快速识别到，从而使VSG能够恢复到正常运行工况。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明所提检测方法的流程示意图；
附图2是本发明实施例中并网点电压不对称跌落时电压幅值Ugm波形示意图；
附图3是本发明实施例中并网点电压对称跌落到0.2pu时，采用正负序分离的并网点电压正序d轴分量和本文所提方法进行故障识别时，故障标志位变化波形示意图；
附图4是本发明实施例中并网点A相电压跌落到0.2pu时，采用正负序分离的并网点电压正序d轴分量和本文所提方法进行故障识别时，故障标志位变化波形示意图。
具体实施方式
如图所示，低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，用于三相并网逆变器低电压穿越中的并网点电压跌落检测，包括以下步骤；
步骤S1、实时采集逆变器并网点的三相电压uga、ugb、ugc，uga、ugb、ugc经过clark变换得到并网点三相电压在两相静止坐标系下的量uα和uβ，由此计算出并网点电压的等效电压幅值
Figure BDA0003374329810000041
步骤S2、当ugm小于并网点的额定电压Un的90％时，判定并网点电压发生跌落故障；
步骤S3、当并网点电压发生跌落故障后，实时计算出并网点电压的等效幅值Ugm的最大值Ugmmax，在1/4个电网周期后，若Ugmmax与额定电压Un的差值绝对值小于预设值，则判定并网点电压发生三相不对称跌落故障，若Ugmmax与额定电压Un的差值绝对值大于等于预设值，则判定并网点电压发生三相对称跌落故障。
所述步骤S1至步骤S3为一个判断周期，所述判断周期循环执行的具体方法为：判断周期的采样周期为Ts，设整数变量D和E的初始值为0，从判断并网点电压发生跌落故障开，每个采样周期内D＝D+1，如果采样时等效电压幅值Ugm与额定电压Un的差值绝对值小于步骤S3中的预设值，则E＝E+1，电网周期为T，在1/4个电网周期后，即D＝T/4Ts时，如果E＝D，则说明并网点电压恢复正常，否则说明并网点电压仍处于跌落故障中，在判断完并网点电压是否恢复正常后，将E和D的值清零，重新开始下一个判断周期。
所述的Ugmmax初始值为并网点电压被判定发生跌落故障时的最小电压值0.9Un；若并网点电压偏差范围在额定电压的-7％～+4％，则判定并网点电压为正常状态，即正常状态时ugm最大值为1.04Un，ugm最小值为0.93Un，当正常状态下ugm偏差额定电压的最大值为0.07Un时，为了能够识别出并网点电压跌落故障和缩短并网点电压跌落故障识别的时间，使所述步骤S3中的预设值为0.07Un。
具体为：所述并网点的额定电压Un为311V，频率为50Hz；所述的Ugmmax初始值为并网点电压被判定发生跌落故障时的最小电压值0.9Un具体值为280V；若并网点电压偏差范围在额定电压的-7％～+4％时，则判定并网点电压为正常状态，ugm最大值为1.04Un，具体值为323V，ugm最小值为0.93Un，具体值为289V，因为正常状态下ugm偏差额定电压的最大值为0.07Un，为了能够识别出并网点电压跌落故障和缩短并网点电压跌落故障识别的时间，故所述步骤S3中的预设值为0.07Un，具体值为22V。
当判断周期循环执行且并网点电压处于正常状态时，Ugm与额定电压Un之间的差值绝对值小于0.07Un，即小于22，在采样周期为Ts时，即采样周期为1us时，且从并网点电压发生跌落故障开始，电网周期为T，在连续的在1/4个电网周期后，D＝T/4Ts，E＝D；；
当判断周期循环执行且并网点电压正处于不对称跌落故障中时，Ugm与额定电压Un之间的差值绝对值小于0.07Un或大于0.07Un，即小于22或大于22，E<D；
当判断周期循环执行且并网点电压正处于对称跌落故障中时，Ugm与额定电压Un之间的差值绝对值大于0.07Un，即大于22，E＝0。
在判断周期循环执行中，并网点电压跌落恢复的判断条件基于并网点电压发生跌落后和恢复正常时等效幅值Ugm的波形特征。
当并网点电压正常时，Ugm在理论上视为一直流量；在并网点电压对称跌落时，Ugm仅由直流分量构成；在并网点电压不对称跌落时，Ugm由直流分量和二倍工频交流分量组成；Ugm的最大值Ugmmax为并网点电压跌落前的幅值。
实施例：
参照附图对本发明的实施方式予以详细说明，附图1本发明所提低电压穿越中的电网电压跌落检测方法的整体控制流程示意图。如附图2所示，当并网点单相电压跌落为ξUgm时，此时并网点电压幅值最小值为
Figure BDA0003374329810000061
其中τ＝ξ2+ξ-2，并网点电压幅值中的直流分量值为
Figure BDA0003374329810000062
此直流分量值与此时并网点电压正序d轴分量值相等，并网点电压幅值最大值Ugmmax等于并网点电压跌落前的幅值。
并网点电压幅值稳定在311V，频率稳定在50Hz。如附图3所示，在t＝0.2s时，并网点电压对称跌落到0.2pu，在t＝t2时，并网点三相电压恢复正常，当采用并网点电压正序d轴分量进行并网点电压跌落故障识别时，识别出并网点电压跌落故障的时间延时约为2ms，识别出并网点电压恢复的时间相对于本发明所提方法延时约为10ms；而采用本发明所提方法时，识别出并网点电压跌落故障的时间延时为0，而且不对称故障标志位没有置1，本发明能够识别出故障类型为对称故障。如图4所示，在t＝t1时，并网点A相电压跌落到0.2pu，在t＝t2时，并网点A相电压恢复正常，采用并网点电压正序d轴分量进行故障识别时，识别出并网点电压跌落故障的时间延时约为3ms；而采用本文所提方法时，识别出并网点电压跌落故障的时间延时为0，且不对称故障标志位有置1，能识别出并网点电压跌落故障类型为不对称故障。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，用于三相并网逆变器低电压穿越中的并网点电压跌落检测，其特征在于：包括以下步骤；
步骤S1、实时采集逆变器并网点的三相电压uga、ugb、ugc，uga、ugb、ugc经过clark变换得到并网点三相电压在两相静止坐标系下的量uα和uβ，由此计算出并网点电压的等效电压幅值
Figure FDA0003374329800000011
步骤S2、当ugm小于并网点的额定电压Un的90％时，判定并网点电压发生跌落故障；
步骤S3、当并网点电压发生跌落故障后，实时计算出并网点电压的等效幅值Ugm的最大值Ugmmax，在1/4个电网周期后，若Ugmmax与额定电压Un的差值绝对值小于预设值，则判定并网点电压发生三相不对称跌落故障，若Ugmmax与额定电压Un的差值绝对值大于等于预设值，则判定并网点电压发生三相对称跌落故障。
2.根据权利要求1所述的低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，其特征在于：所述步骤S1至步骤S3为一个判断周期，所述判断周期循环执行的具体方法为：判断周期的采样周期为Ts，设整数变量D和E的初始值为0，从判断并网点电压发生跌落故障开，每个采样周期内D＝D+1，如果采样时等效电压幅值Ugm与额定电压Un的差值绝对值小于步骤S3中的预设值，则E＝E+1，电网周期为T，在1/4个电网周期后，即D＝T/4Ts时，如果E＝D，则说明并网点电压恢复正常，否则说明并网点电压仍处于跌落故障中，在判断完并网点电压是否恢复正常后，将E和D的值清零，重新开始下一个判断周期。
3.根据权利要求2所述的低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，其特征在于：所述的Ugmmax初始值为并网点电压被判定发生跌落故障时的最小电压值0.9Un；若并网点电压偏差范围在额定电压的-7％～+4％，则判定并网点电压为正常状态，即正常状态时ugm最大值为1.04Un，ugm最小值为0.93Un，当正常状态下ugm偏差额定电压的最大值为0.07Un时，为了能够识别出并网点电压跌落故障和缩短并网点电压跌落故障识别的时间，使所述步骤S3中的预设值为0.07Un。
4.根据权利要求2所述的低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，其特征在于：当判断周期循环执行且并网点电压处于正常状态时，Ugm与额定电压Un之间的差值绝对值小于0.07Un，在采样周期为Ts时，且从并网点电压发生跌落故障开始，电网周期为T，在连续的在1/4个电网周期后，D＝T/4Ts，E＝D；；
当判断周期循环执行且并网点电压正处于不对称跌落故障中时，Ugm与额定电压Un之间的差值绝对值小于0.07Un或大于0.07Un，E<D；
当判断周期循环执行且并网点电压正处于对称跌落故障中时，Ugm与额定电压Un之间的差值绝对值大于0.07Un，E＝0。
5.根据权利要求4所述的低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，其特征在于：在判断周期循环执行中，并网点电压跌落恢复的判断条件基于并网点电压发生跌落后和恢复正常时等效幅值Ugm的波形特征。
6.根据权利要求5所述的低电压穿越中的电网电压跌落检测方法，其特征在于：当并网点电压正常时，Ugm在理论上视为一直流量；在并网点电压对称跌落时，Ugm仅由直流分量构成；在并网点电压不对称跌落时，Ugm由直流分量和二倍工频交流分量组成；Ugm的最大值Ugmmax为并网点电压跌落前的幅值。
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