CN110389251B - 一种用于电网电压跌落检测的瞬时电压dq分解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电网电压跌落检测的瞬时电压dq分解方法，涉及电压跌落检测领域，通过对单相***电压信号进行虚构，并使用空间矢量叠加原理，将目前常用的电网电压跌落检测算法，瞬时电压dq分解法进行改进处理，使得上述方法延时时间进一步缩短。本发明在工频条件下，相较于瞬时电压dq分解法的3.33ms，本发明理论延时时间为0.83ms，实际延时时间仅为0.9375ms，实时性大幅度提高。本发明采用单相电压信号虚构多相***，减少交流电压传感器的数量，成本降低。本发明算法简单，实用，动态性能好，具有较强的工程实践作用。
Description
技术领域
本发明涉及电压跌落检测领域，特别是涉及一种用于电网电压跌落检测的瞬时电压dq分解方法。
背景技术
随着全球经济快速发展，能源短缺和环境污染问题日益加重，光伏发电、风力发电等具有节能减排和绿色低碳功能意义的可再生能源越来越得到重视和发展。然而，可再生能源自身固有的随机性、波动性，使电能质量问题表现更为突出，特别是高渗透率下的电压稳定问题。
与此同时，在众多电能质量问题中，电压暂降是最严重的电能质量问题之一，其可占到整个电能质量问题的80％以上，而由谐波、开关操作过电压等引起的电能质量问题不到。近几年来，随着现代科学技术的发展，基于计算机和微处理器的用电设备以及各种大功率的电力电子器件得到了广泛的应用。这些用电设备对电能质量的要求更加苛刻，电压暂降已被认为是影响许多用电设备正常与安全运行的主要电能质量问题，仅为几个周期的电压中断或电压跌落就会导致设备供电中断，造成严重的经济损失。所以采取适当的补偿措施来避免电压暂降造成的巨大损失是有必要的。
而对电压暂降特征量的实时、准确检测是快速、有效进行电压暂降补偿的前提。目前，在电力***中发生的电压暂降多为单相事件，常用的一种检测方法是通过虚构三相***，采用dq变换进行电压暂降参数检测，一般称为瞬时电压dq分解法。由于移相操作，当电压信号发生暂降时，虚构的电压幅值变化需要延时1/6工频周期才能检测出来，理论延时为3.33ms，给实时控制带来不利影响。
发明内容
本发明针对现有技术不足，通过对单相***电压信号进行虚构，并使用空间矢量叠加原理，将目前常用的瞬时电压dq分解法进行改进处理，使得上述方法延时时间进一步缩短。
本发明采用的技术方案为一种用于电网电压跌落检测的瞬时电压dq分解方法，包括以下步骤：
步骤S1，采集电网电压信号***中的一相电压信号；
步骤S2，选择瞬时电压dq分解法，根据空间矢量叠加原理对瞬时电压dq分解法进行改进；
步骤S3，利用改进后的瞬时电压dq分解法，对单相电网电压信号进行幅值特征检测。
进一步地，所述的步骤S2的具体步骤如下：
步骤S21，令采集到的单相电压信号为uo，将uo滞后15度，得到u15，将空间电压矢量uo在空间电压矢量u15上的投影记为u2，令u2的模值除以uo的模值，结果记为a；
步骤S22，根据步骤S21的计算结果，u2由u15按公式(1)表示，同时u1、u2和uo三个电压矢量构成一个三角形，u1为u2和uo空间电压矢量相减得到的空间电压矢量：
u2＝au15 (1)；
步骤S23，根据步骤S22的计算结果，u1由uo和u15按公式(2)表示：
u1＝uo-au15 (2)；
步骤S24，根据步骤S23的计算结果，uo滞后30度的电压矢量u30由uo和u15按公式(3)表示：
u30＝2au15-uo (3)；
步骤S25，将空间电压矢量uo在空间电压矢量u30上的投影记为u4，令u4的模值除以uo的模值，结果记为b；
步骤S26，根据步骤S25的计算结果，u4可由u30按公式(4)表示：
u4＝bu30 (4)；
步骤S27，根据步骤S26的计算结果，u0、u3和u4三个电压矢量构成一个三角形，u3为uo和u4空间电压矢量相减得到的空间电压矢量，并且u3按公式(5)表示：
u3＝uo-u4 (5)；
步骤S28，根据步骤S27的计算结果，uo滞后60度的电压矢量u60由uo和u15按公式(6)表示：
u60＝4abu15-2(2+b)uo (6)；
步骤S29，使用步骤S28获得的结果，根据三相电压信号对称原理，按公式(7)计算出电压信号ua，ub，uc；
步骤S210，使用步骤S29的获得的结果，按照CLACK变换，将三相电压信号ua，ub，uc按公式(8)变换到两相u，u静止坐标系下；
步骤S211，使用步骤S210的获得的结果，按照公式(9)，计算u相电压同相位正弦信号sinθ、余弦信号cosθ：
步骤S212，使用步骤S210和步骤S211获得的结果，按照公式(10)，使两相静止坐标系下的u，u变换到dq旋转坐标系下的ud，uq；
步骤S213，使用步骤S212获得的dq旋转坐标系下的ud，uq，按照公式(11)，得到基波电压的幅值信息：
本发明的有益效果为：
1、在工频条件下，相较于瞬时电压dq分解法的延时时间为3.33ms，本算法理论延时时间仅为0.83ms，实际延时时间仅为0.9375ms，实时性大幅度提高。
2、采用单相电压信号虚构多相***，减少交流电压传感器的数量，成本降低。
3、本算法简单，实用，动态性能较好，具有较强的工程实践作用。
附图说明
图1为本发明的***整体流程图。
图2为本发明的瞬时电压dq分解法采用空间矢量叠加原理改进示意图。
图3为传统瞬时电压dq分解法的实验图。
图4为本发明改进瞬时电压dq分解法的实验图。
具体实施方式
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
下面结合附图和具体实施例，对本发明做进一步详细说明。
实验条件：设被检测电压信号的数学解析表达式为：
电压ua在0.04～0.12s时间内发生了幅值暂降50％的跳变，持续时间为4个工频周期。信号的采样频率为3.2kHz，即每个信号周期采样64个数据。如图1所示，为***整体流程图；具体实施步骤如下：
步骤S1，采集电网电压信号***中的ua相电压信号；
步骤S2，选择瞬时电压dq分解法，根据空间矢量叠加原理对瞬时电压dq分解法进行改进。具体步骤如下：
步骤S21，令采集到的单相电压信号为uo，将uo滞后15度，得到u15，将空间电压矢量uo在空间电压矢量u15上的投影记为u2，令u2的模值除以uo的模值，结果记为a；
步骤S22，根据步骤S21的计算结果，u2由u15按公式(1)表示，同时u1、u2和uo三个电压矢量构成一个三角形，u1为u2和uo空间电压矢量相减得到的空间电压矢量：
u2＝au15 (1)；
步骤S23，根据步骤S22的计算结果，u1由uo和u15按公式(2)表示：
u1＝uo-au15 (2)；
步骤S24，根据步骤S23的计算结果，uo滞后30度的电压矢量u30由uo和u15按公式(3)表示：
u30＝2au15-uo (3)；
步骤S25，将空间电压矢量uo在空间电压矢量u30上的投影记为u4，令u4的模值除以uo的模值，结果记为b；
步骤S26，根据步骤S25的计算结果，u4由u30按公式(4)表示：
u4＝bu30 (4)；
步骤S27，根据步骤S26的计算结果，u0、u3和u4三个电压矢量构成一个三角形，u3为uo和u4空间电压矢量相减得到的空间电压矢量，并且u3按公式(5)表示：
u3＝uo-u4 (5)；
步骤S28，根据步骤S27的计算结果，uo滞后60度的电压矢量u60由uo和u15按公式(6)表示：
u60＝4abu15-2(2+b)uo (6)；
步骤S29，使用步骤S28获得的结果，根据三相电压信号对称原理，按公式(7)计算出电压信号ua，ub，uc；
步骤S210，使用步骤S29的获得的结果，按照CLACK变换，将三相电压信号ua，ub，uc按公式(8)变换到两相u，u静止坐标系下；
步骤S211，使用步骤S210的获得的结果，按照公式(9)，计算u相电压同相位正弦信号sinθ、余弦信号cosθ：
步骤S212，使用步骤S210和步骤S211获得的结果，按照公式(10)，使两相静止坐标系下的u，u变换到dq旋转坐标系下的ud，uq；
步骤S213，使用步骤S212获得的dq旋转坐标系下的ud，uq，按照公式(11)，得到基波电压的幅值信息：
步骤S3，利用改进后的瞬时电压dq分解法，对单相电网电压信号进行幅值特征检测。
将初始采样点序号从0开始编排，因为是工频交流信号，所以当使用3.2kHz采样频率采集电压信号时，每个信号周期采样64个数据，8个周期共采样数据512个，序号为0到511。关注从暂降开始到检测出暂降幅值这时间段的数据，其实际采集数据如表1所示。
因为电压信号发生了幅值暂降50％的跳变，所以当采集的电压数据为电压幅值一半的时候，即认为算法检测有限。对照表1传统瞬时电压dq分解法和改进瞬时电压dq分解法检测的电压数据表格，传统瞬时电压dq分解法需要检测12个采样点，才能进行有效检测。而改进瞬时电压dq分解法只需要检测3个采样点，即可有效检测。由3.2kHz采样频率下不同检测算法延时时间对比表2中可知，实际采样数据计算得到的延时时间与理论分析结果是相符的，仅存在一个采样点的计算误差。
表1传统瞬时电压dq分解法和改进瞬时电压dq分解法检测的电压数据表
| 数据采样序号 | 瞬时电压dq分解方法 | 改进瞬时电压dq分解方法 |
| 126 | 310.7025 | 310.5346 |
| 127 | 311.2683 | 256.5623 |
| 128 | 301.5047 | 197.8321 |
| 129 | 289.6628 | 157.8916 |
| 130 | 275.9623 | 155.5006 |
| 131 | 260.6808 | 155.5534 |
| 132 | 244.1664 | 155.5998 |
| 133 | 226.8558 | 155.6380 |
| 134 | 209.2998 | 155.6665 |
| 135 | 192.1973 | 155.6843 |
| 136 | 176.4294 | 155.6906 |
| 137 | 162.8372 | 155.6852 |
| 138 | 155.5214 | 155.6684 |
| 139 | 155.5368 | 155.6407 |
| 140 | 155.5491 | 155.6032 |
| 141 | 155.5578 | 155.5574 |
| 142 | 155.5627 | 155.5050 |
| 143 | 155.5636 | 155.4480 |
| 144 | 155.5603 | 155.3886 |
表2 3.2kHz采样频率下不同检测算法延时时间对比表
| 检测算法 | 延时点 | 实际延时(ms) | 理论延时(ms) |
| 瞬时电压dq分解法 | 12个采样点 | 3.4375 | T/6(3.33) |
| 改进瞬时电压dq分解法 | 3个采样点 | 0.9375 | T/24(0.83) |
现有技术和本发明在电压跌落的实验对比结果可以看出，这两种检测方法都可以有效检测出电压暂降的幅值，如图3所示，采用瞬时电压dq分解法理论延时时间为3.33ms，采用本文所提出的改进检测方法，如图4所示，理论延时时间为0.83ms，实际延时时间仅为0.9375ms，实时性大幅度提高。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种用于电网电压跌落检测的瞬时电压dq分解方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，采集电网电压信号***中的一相电压信号；
步骤S2，选择瞬时电压dq分解法，根据空间矢量叠加原理对瞬时电压dq分解法进行改进；
具体包括以下几个子步骤：
步骤S21，令采集到的单相电压信号为uo，将uo滞后15度，得到u15，将空间电压矢量uo在空间电压矢量u15上的投影记为u2，令u2的模值除以uo的模值，结果记为a；
步骤S22，根据步骤S21的计算结果，u2由u15按公式(1)表示，同时u1、u2和uo三个电压矢量构成一个三角形，u1为u2和uo空间电压矢量相减得到的空间电压矢量：
u2＝au15 (1)；
步骤S23，根据步骤S22的计算结果，u1由uo和u15按公式(2)表示：
u1＝uo-au15 (2)；
步骤S24，根据步骤S23的计算结果，uo滞后30度的电压矢量u30由uo和u15按公式(3)表示：
u30＝2au15-uo (3)；
步骤S25，将空间电压矢量uo在空间电压矢量u30上的投影记为u4，令u4的模值除以uo的模值，结果记为b；
步骤S26，根据步骤S25的计算结果，u4由u30按公式(4)表示：
u4＝bu30 (4)；
步骤S27，根据步骤S26的计算结果，u0、u3和u4三个电压矢量构成一个三角形，u3为uo和u4空间电压矢量相减得到的空间电压矢量，并且u3按公式(5)表示：
u3＝uo-u4 (5)；
步骤S28，根据步骤S27的计算结果，uo滞后60度的电压矢量u60由uo和u15按公式(6)表示：
u60＝4abu15-2(2+b)uo (6)；
步骤S29，使用步骤S28获得的结果，根据三相电压信号对称原理，按公式(7)计算出电压信号ua，ub，uc；
步骤S210，使用步骤S29的获得的结果，按照CLACK变换，将三相电压信号ua，ub，uc按公式(8)变换到两相uα，uβ静止坐标系下；
步骤S211，使用步骤S210的获得的结果，按照公式(9)，计算uα相电压同相位正弦信号sinθ、余弦信号cosθ：
步骤S212，使用步骤S210和步骤S211获得的结果，按照公式(10)，使两相静止坐标系下的uα，uβ变换到dq旋转坐标系下的ud，uq；
步骤S213，使用步骤S212获得的dq旋转坐标系下的ud，uq，按照公式(11)，得到基波电压的幅值信息：
步骤S3，利用改进后的瞬时电压dq分解法，对单相电网电压信号进行幅值特征检测。
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