一種改進(jìn)的單相電路電壓暫降檢測方法

/中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 機(jī)電與信息工程學(xué)院 王彥文 李希年/

0 引言

現(xiàn)代工業(yè)的高度自動化和復(fù)雜工藝對電能質(zhì)量提出了更高的要求，其中電壓暫降是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。電壓暫降，俗稱“晃電”，是指電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于雷擊、短路故障重合閘、企業(yè)內(nèi)外部電網(wǎng)故障和大型設(shè)備起動等原因造成的電壓瞬間較大幅度波動或者短時(shí)斷電又恢復(fù)的現(xiàn)象[1]，其典型持續(xù)時(shí)間50~167ms，幅值0.5~0.9pu[2]。

由雷擊導(dǎo)致的電網(wǎng)單相接地故障是電壓暫降的主要原因，其造成的電壓跌落不會低于額定值的33%[3]。電壓暫降對化工企業(yè)的正常運(yùn)行有重大影響，輕則使部分電動機(jī)、變頻器和接觸器跳閘，造成企業(yè)生產(chǎn)的中斷，重則發(fā)生爆炸等設(shè)備事故和人身安全事故[4]。

為了減小電壓暫降對生產(chǎn)過程的影響，DC—BANK、DVR與快切等補(bǔ)償裝置在工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用，而電壓暫降的快速檢測是實(shí)現(xiàn)電壓暫降補(bǔ)償?shù)那疤釛l件。

本文分析了αβ變換法實(shí)現(xiàn)電壓暫降檢測的不足，并提出了一種改進(jìn)的檢測方法。

1 αβ變換法原理

αβ坐標(biāo)變換法的原理為將單相電路的瞬時(shí)電壓變換到αβ靜止坐標(biāo)系，然后經(jīng)αβ/dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)對電壓暫降的檢測[5]。

假定單相瞬時(shí)電壓為

其中，U為額定電壓的有效值，k為暫降程度，θ為相角跳變（以下簡稱為相角），暫降前k=1，θ=0。

圖1中，電壓向量U與dq坐標(biāo)系同步，兩者相對于αβ靜止坐標(biāo)系均以角速度w旋轉(zhuǎn)，其在αβ坐標(biāo)系兩軸上的投影分別為Uα與Uβ。

2 改進(jìn)的αβ變換法

針對上述問題，本文提出利用較小的延時(shí)來構(gòu)造信號Uβ。任意延時(shí)Δt下，

3 仿真分析

圖1 αβ坐標(biāo)系與dq坐標(biāo)系間的變換

實(shí)際電力系統(tǒng)中發(fā)生的電壓暫降多為單相事件， Matlab/Simulink環(huán)境下，對電力系統(tǒng)發(fā)生單相電壓暫降的情況進(jìn)行仿真。設(shè)定單相電壓的有效值為220V，頻率50Hz，在0.04~0.12s間發(fā)生電壓暫降，電壓幅值跌落至120V，并伴隨有21。相角跳變，其電壓波形如圖2所示。

圖2 電壓暫降波形

可根據(jù)實(shí)測的單相瞬時(shí)電壓構(gòu)造αβ坐標(biāo)系中的Uα與Uβ，令電壓的瞬時(shí)值U1=Uα，將超前Uα 90。的分量作為當(dāng)前量Uβ，即

經(jīng)正序αβ/dq變換，可得到dq坐標(biāo)系下電壓的直流分量Ud與UQ

從而，電壓的幅值與相角為

上述αβ變換中，Uβ由Uα延時(shí)90。（T/4）構(gòu)造，兩者數(shù)據(jù)不同步會造成檢測起止時(shí)刻的短時(shí)擾動；為了克服其不足，文獻(xiàn)[6]提出通過對Uα求導(dǎo)來構(gòu)造Uβ，但暫降起止時(shí)刻信號的不連續(xù)導(dǎo)致求導(dǎo)運(yùn)算產(chǎn)生突變，同樣會造成檢測中的短時(shí)擾動。

仿真中設(shè)定采樣頻率為20kHz，即每周期采樣400點(diǎn)，圖3為對應(yīng)的檢測結(jié)果，其中延時(shí)90。與延時(shí)30。分別為采用文獻(xiàn)[5]與本文提出的方法所得到的檢測結(jié)果。

可以看出，數(shù)據(jù)越同步，檢測起止時(shí)刻的擾動越小、精度越高，越能快速檢測到電壓暫降的情況，有利于電壓暫降的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

圖3 電壓暫降的檢測結(jié)果

4 結(jié)束語

本文提出的改進(jìn)αβ檢測法能夠快速、精確地檢測到電壓暫降的幅值與相角，有效克服了原檢測算法的不足，可應(yīng)用于實(shí)際的電壓暫降補(bǔ)償裝置中。

[1] 張子富.化工企業(yè)連續(xù)供電方式的實(shí)現(xiàn).電氣應(yīng)用[J],2006(6),96-98．

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[5] 楊亞飛,顏湘武,婁堯林.一種新的電壓驟降特征量檢測方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2004,28(4):41-44．

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