一種改進的單相電路電壓暫降檢測方法

/中國礦業大學（北京） 機電與信息工程學院 王彥文 李希年/

0 引言

現代工業的高度自動化和復雜工藝對電能質量提出了更高的要求，其中電壓暫降是電能質量的重要指標之一。電壓暫降，俗稱“晃電”，是指電力系統在運行過程中，由于雷擊、短路故障重合閘、企業內外部電網故障和大型設備起動等原因造成的電壓瞬間較大幅度波動或者短時斷電又恢復的現象[1]，其典型持續時間50~167ms，幅值0.5~0.9pu[2]。

由雷擊導致的電網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的正常運行有重大影響，輕則使部分電動機、變頻器和接觸器跳閘，造成企業生產的中斷，重則發生爆炸等設備事故和人身安全事故[4]。

為了減小電壓暫降對生產過程的影響，DC—BANK、DVR與快切等補償裝置在工業中獲得了廣泛應用，而電壓暫降的快速檢測是實現電壓暫降補償的前提條件。

本文分析了αβ變換法實現電壓暫降檢測的不足，并提出了一種改進的檢測方法。

1 αβ變換法原理

αβ坐標變換法的原理為將單相電路的瞬時電壓變換到αβ靜止坐標系，然后經αβ/dq旋轉坐標變換實現對電壓暫降的檢測[5]。

假定單相瞬時電壓為

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坐標系同步，兩者相對于αβ靜止坐標系均以角速度w旋轉，其在αβ坐標系兩軸上的投影分別為Uα與Uβ。

2 改進的αβ變換法

針對上述問題，本文提出利用較小的延時來構造信號Uβ。任意延時Δt下，

3 仿真分析

圖1 αβ坐標系與dq坐標系間的變換

實際電力系統中發生的電壓暫降多為單相事件， Matlab/Simulink環境下，對電力系統發生單相電壓暫降的情況進行仿真。設定單相電壓的有效值為220V，頻率50Hz，在0.04~0.12s間發生電壓暫降，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

可根據實測的單相瞬時電壓構造αβ坐標系中的Uα與Uβ，令電壓的瞬時值U1=Uα，將超前Uα 90。的分量作為當前量Uβ，即

經正序αβ/dq變換，可得到dq坐標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90。（T/4）構造，兩者數據不同步會造成檢測起止時刻的短時擾動；為了克服其不足，文獻[6]提出通過對Uα求導來構造Uβ，但暫降起止時刻信號的不連續導致求導運算產生突變，同樣會造成檢測中的短時擾動。

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

可以看出，數據越同步，檢測起止時刻的擾動越小、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時補償。

圖3 電壓暫降的檢測結果

4 結束語

本文提出的改進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，可應用于實際的電壓暫降補償裝置中。

[1] 張子富.化工企業連續供電方式的實現.電氣應用[J],2006(6),96-98．

[2] Venmathi M,Vargese Jitha,et al.Impact of grid connected distributed generation on voltage sag[C].International Conference on Sustainable Energy and Intelligent Systems (SEISCON 2011),Page(s):91-96．

[3] St John,A N.SURVEY OF RECENT VOLTAGE SAG PAPERS from around the world[C].Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference,1993,Page(s):52-54．

[4] 祁宇.煉化企業“晃電”影響分析及對策[J].電氣應用,2011(03):44-47．

[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].電力系統自動化,2004,28(4):41-44．

[6] 張慶超,肖玉龍.一種改進的電壓暫降檢測方法[J].電工技術學報,2006,21(2):123-126．