CN211627666U - 一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了电压暂降检测技术领域的一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，包括信号采集模块、运算模块、滤波模块和锁相环模块，信号采集模块的信号输出端分别与运算模块和锁相环模块的信号输入端电性连接，运算模块的信号输入端与锁相环模块的信号输出端电性连接，运算模块的信号输出端与滤波模块的信号输入端电性连接；本实用新型通过瞬时对称分量法有效克服了时域对称分量法的问题，减少了计算量，降低了对设备的要求，实现了单相电压暂降的快速精确检测，且其动态过程时间短，同时也适用于三相不对称电压暂降的检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及电压暂降检测技术领域，具体涉及一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置。
背景技术
传统的电能质量的评价指标是电压偏离值和频率偏离值的大小，但随着社会经济技术的迅速发展，工业生产中广泛使用非线性和冲击负荷，还有一些敏感性设备(如计算机，PLC，大功率的电力电子器件等)的广泛应用，使其会产生更大的动态电能质量问题。因此传统的电能质量指标已不再适用于现代电力系统的电能质量问题，电力用户们也开始关注动态电能质量问题。
动态电能质量问题一般包括短时过电压、电压暂降及谐波干扰，在这些电能质量问题中，发生次数最多形式最严峻的就是电压暂降问题。动态电压恢复器(DVR)是一种在治理电压跌落和跳变等扰动时及时补偿系统电能质量的电力电子装置，而如何实时地、精准地检测出电压暂降的幅值、相位跳变和起止时间等特征值为决定其补偿性能好坏的重要指标。因此，提出快速而准确的检测电压暂降的方法是十分必要的。
迄今为止，国内外提出了多种关于电压暂降特征量的检测方法，每种方法都存在彼此的长处和弊端，例如常用的有效值计算方法实时性较差，不能满足DVR检测的实时性需要，也不能明确得到暂降的起止时刻；瞬时无功功率dq0的变换方法可以很快的确定电压暂降幅值，有着不错的实时性和精确性，但在实际情况中电压暂降多为不平衡的，且有可能存在相位的变化，该方法就不太适用；近几年来小波分析法成为研究热点，而且小波分析不管在时域还是频域都具有不错的局部化能力和消噪能力，通过小波变换提取出的特征量具有两个特性：信息量较丰富、提取的信息不丢失，但小波基的选取不固定，对变换结果造成影响。基于此，本实用新型设计了一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，以解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，包括信号采集模块、运算模块、滤波模块和锁相环模块，所述信号采集模块的信号输出端分别与所述运算模块和锁相环模块的信号输入端电性连接，所述运算模块的信号输入端与所述锁相环模块的信号输出端电性连接，所述运算模块的信号输出端与所述滤波模块的信号输入端电性连接。
优选的，所述信号采集模块用于采集外部电压信号。
优选的，所述运算模块根据采集的外部电压信号构建旋转相量，经过瞬时对称分量法和复域正序abc/dq变换，获取电压暂降幅值和相角。
优选的，所述滤波模块滤除经过瞬时对称分量法后dq轴电压中的非直流量和谐波。
优选的，所述锁相环模块实时采集外部电压信号，获取电压基波同步旋转角速度ωt。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1，解决之前的dq变换中存在的延时性问题，提高了检测的实时性，而且进行abc/dq变换时只利用了三相对称电压的特点，无需构造此虚拟三相对称电压。
2，瞬时对称分量法有效克服了时域对称分量法的问题，减少了计算量，降低了对设备的要求，实现了单相电压暂降的快速精确检测，且其动态过程时间短，同时也适用于三相不对称电压暂降的检测。
3，采用顺序形态滤波器，该滤波器的设计在选用结构元素时，考虑滤波后信号的形状，选择直线型结构元素，它的特点是可以滤除直流分量中的各次谐波，具有滤波精确度高，实时性好的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型基于复域瞬时对称分量法的单相电压暂降检测原理图。
图3为本实用新型abc坐标系、αβ坐标系与dq坐标系之间的变换示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-信号采集模块，2-运算模块，3-滤波模块，4-锁相环模块。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，包括信号采集模块1、运算模块2、滤波模块3和锁相环模块4，信号采集模块1的信号输出端分别与运算模块2和锁相环模块4的信号输入端电性连接，运算模块2的信号输入端与锁相环模块4的信号输出端电性连接，运算模块2的信号输出端与滤波模块3的信号输入端电性连接。
其中，信号采集模块1用于采集外部电压信号。
运算模块2根据采集的外部电压信号构建旋转相量，经过瞬时对称分量法和复域正序abc/dq变换，获取电压暂降幅值和相角。
滤波模块3滤除经过瞬时对称分量法后dq轴电压中的非直流量和谐波。
锁相环模块4实时采集外部电压信号，获取电压基波同步旋转角速度ωt。
本实施例的一个具体应用为：
采集外部电压信号，并输入到单相锁相环，单相锁相环获取电压基波同步旋转角速度ωt；
构造旋转相量，利用三角函数变换构造电压的旋转相量；
改进的瞬时对称分量法，将单相电压暂降变换为虚拟三相对称电压暂降，再基于改进瞬时对称分量法，得到其电压的序分量；
使用改进瞬时对称分量法的关键在于构造旋转相量，由于实际瞬时电压为旋转相量的虚部，若求出其实部，即可构造出电压的旋转相量。采用三角变换可求出实部，假定所采集的单相电压暂降的表达式为
ua(t)＝Usin(ωt+θ) (1)
式中，U为单相电压暂降的幅值，θ为相角跳变。
假设延迟时间为Δt，则单相电压暂降可表示为
又由于，Ucos(ωt+θ)＝ua(t)cot(ωΔt)-ua(t-Δt)csc(ωΔt) (3)
根据三角变换，可得ua的旋转相量为
当延迟时间Δt确定后，式(4)中的ωΔt也确定，其三角函数均为常量。因此，实际应用时无三角函数运算。同理，基于三相对称电压的特点，得到ub、uc的电压。
经过瞬时对称分量法后，该ua单相电压的序分量为
其中：
式中，
复域正序dq变换，将所得到的虚拟三相对称电压进行复域正序dq 变换，得到d、q轴的电压幅值和相角；
利用三相对称电压负序分量与零序分量均为零的特点，经对称分量反变换，由单相电压的旋转相量构造三相对称电压的正序分量，从而实现了复域内的abc/dq变换。图3为abc坐标系、αβ坐标系与dq 坐标系之间的变换原理图，通过复域正序坐标变换将abc轴三相电压相量变换到旋转dq轴坐标上，则其之间的关系为
式中，
根据实测的单相电压构造旋转相量，然后通过瞬时对称分量法得到三相对称电压的正序分量，然后通过公式(5)和公式(6)变换为直流分量
和
再使用下列公式(7)和公式(8)即可求出单相电压暂降的幅值和相角。
顺序形态滤波器，对dq变换结果使用直线型滤波器滤除非直流量和谐波；
通过获得的d、q轴电压计算电压暂降幅值和相角。
将采集到的单相电压暂降信号，根据三角变换构造旋转相量，通过瞬时对称分量法和复域正序abc-dq变换，得到电压暂降的幅值和相角，并通过单相锁相环实时获取电压基波同步旋转角速度ωt，以及通过顺序形态滤波器进行滤波，克服了构造三相电压的困难，减少了计算量，实现了单相电压暂降检测的快速性、精确性，又其动态过程时间短，且同时适用于三相不对称电压暂降的检测。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，包括信号采集模块(1)、运算模块(2)、滤波模块(3)和锁相环模块(4)，其特征在于：所述信号采集模块(1)的信号输出端分别与所述运算模块(2)和锁相环模块(4)的信号输入端电性连接，所述运算模块(2)的信号输入端与所述锁相环模块(4)的信号输出端电性连接，所述运算模块(2)的信号输出端与所述滤波模块(3)的信号输入端电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，其特征在于：所述信号采集模块(1)用于采集外部电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，其特征在于：所述运算模块(2)根据采集的外部电压信号构建旋转相量，经过瞬时对称分量法和复域正序abc/dq变换，获取电压暂降幅值和相角。
4.根据权利要求1所述的一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，其特征在于：所述滤波模块(3)滤除经过瞬时对称分量法后dq轴电压中的非直流量和谐波。
5.根据权利要求1所述的一种基于改进的对称分量法的电压暂降检测装置，其特征在于：所述锁相环模块(4)实时采集外部电压信号，获取电压基波同步旋转角速度ωt。
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