專利名稱：：電網(wǎng)電壓驟變的快速檢測方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明屬于分布式發(fā)電監(jiān)測
技術(shù)領域：
，尤其涉及一種電網(wǎng)電壓驟變的快速檢測方法。
背景技術(shù)：
：隨著風電裝機容量在系統(tǒng)中所占比例增加，風電場的運行對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響將不容忽視。同時電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落也會給風電機組帶來一系列暫態(tài)影響，如出現(xiàn)過電壓、過電流或轉(zhuǎn)速上升等問題，嚴重危害風機本身及其控制系統(tǒng)的安全運行。舊的并網(wǎng)規(guī)程允許風電機組在電網(wǎng)電壓暫降低于80%的標稱電壓時退出運行。近年來，隨著風力發(fā)電機組數(shù)量不斷增加，風電場直接接入電網(wǎng)，在電網(wǎng)電壓深度跌落時，大量風力發(fā)電機組退出運行可能導致電網(wǎng)電壓崩潰，從安全穩(wěn)定角度考慮，大量的風電機組再從電網(wǎng)解列已經(jīng)是不可接受的了。如圖I所示為國家電網(wǎng)公司試行的低電壓穿越的技術(shù)要求示意圖，A區(qū)域內(nèi)不允許風力發(fā)電機從電網(wǎng)解列，B區(qū)域內(nèi)則允許風力發(fā)電機從電網(wǎng)解列。自2004年以來，德國，美國及歐洲其它國家和中國等國家相繼提出了并網(wǎng)風電機組的低電壓穿越要求。為此，電網(wǎng)電壓故障的快速準確檢測，可為風電機組實現(xiàn)低電壓穿越提供更及時、準確的檢測判斷條件。微電網(wǎng)(Micro-Grid)也譯為微網(wǎng)，是一種新型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，是一組微電源、負荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置構(gòu)成的系統(tǒng)單元。微電網(wǎng)是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。在正常情況下微電網(wǎng)并網(wǎng)運行，由大電網(wǎng)提供剛性的電壓和頻率支撐，微電網(wǎng)內(nèi)部為分布式電源，簡稱微源MS(Micro-GridPowerSource)工作在電壓源(VoltageSource,VS)或電流源(CurrentSource,CS)狀態(tài)，在能量管理系統(tǒng)或本地的控制下，調(diào)整各自功率輸出。當大電網(wǎng)出現(xiàn)電壓驟升、驟降、不平衡和諧波等電能質(zhì)量問題或有計劃檢修時，微電網(wǎng)轉(zhuǎn)入孤島運行模式，此時的電壓和頻率由微網(wǎng)內(nèi)部微源(MS)負責調(diào)節(jié)，電網(wǎng)故障消失后，微電網(wǎng)重新并入電網(wǎng)。為此，電網(wǎng)電壓故障的快速準確檢測，也可為微電網(wǎng)及時脫、并網(wǎng)運行提供準確的判斷條件。目前關(guān)于電網(wǎng)電壓跌落檢測的方法很多，但這些方法都不是很理想。文獻(NaidooR,PillayP.ANewMethodofVoltageSagandSwellDetection[J].IEEETransactionsonPowerDelivery,2007，22(2):1056-1063.)指出有效值計算的實時性差，同時它不能很明確地給出凹陷起止時刻，更不能反映凹陷電壓可能出現(xiàn)的相位跳變。文獻(C.Hui-Yung,J.Hurng-Liahng,andH.Ching-Lien,Transientresponseofapeakvoltagedetectorforsinusoidalsignals,IEEETransactionsonIndustrialElectronics,1992，39(1):74-79.)提出了峰值電壓法，但是它存在半個周期的延時，且文獻(KaiD,ChengKWE,XueXD,etal.ANovelDetectionMethodforVoltageSags[C].20062thInternationalConferenceonPowerElectronicsSystemsandApplications,ICPESA,2006:251-256.)指出該方法容易受干擾。文獻(MonteroHernanadezOC，EnjetiPN.AFastDetectionAlgorithmSuitableforMitigationofNumerousPowerQualityDisturbances[J].IEEETransactionsonIndustryApplications,2005,41(6):1684-1690.)提出了基波分量法，要求電壓對稱，否則會使計算結(jié)果產(chǎn)生誤差。文獻(N.S.Tunaboylu,E.R.Collins,Jr,andP.R.Chaney.Voltagedisturbanceevaluationusingthemissingvoltagetechnique[J].ProceedingsoftheIEEEICHGQPVIII,Athens,Greece,1998:577-582.)提出了“缺失電壓法”，將期望的瞬時電壓和實際的瞬時電壓之間的差值作為凹陷補償裝置應補償?shù)碾妷?，可解決凹陷的實時補償問題。凹陷電壓的幅值和相位的瞬時確定仍是需要解決的問題，不可能作到補償容量的動態(tài)控制。針對三相電壓跌落故障，文獻(周暉，齊智平，動態(tài)電壓恢復器檢測方法和補償策略綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(6):23-29.)提出了基于瞬時無功功率理論的d-q變換方法，這種方法只適用于三相對稱擾動，而且沒有考慮電壓暫降時可能隨之出現(xiàn)的相位跳變問題°文獻(HilmyAward,JanSvensson.Compensationofu-nbalancedvoltagedipsusingvector-controlledstaticseriescompensatorwithLC-filter[C],IEEEIndustryApplicationSociety37thAnnualMeeting,Pennsylvania,USA,2002:904-9)提出了基于雙矢量(正序、負序)的控制算法，比前一種方法考慮了負序分量的影響，但仍未考慮零序分量的影響。針對單相電壓跌落故障，文獻(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.)利用單相電壓設為α軸分量，并虛構(gòu)出β軸電壓分量，再進行d-q變換，該方法可以克服三相電壓不對稱所帶來的檢測誤差，唯一的不足是需要引入1/4個周期的延時。文獻(趙國亮，劉寶志，肖湘寧，一種無時延的改進d-q變換在動態(tài)電壓擾動識別中的應用[J]，電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(7):53-57.)提出了無時延的改進d-q變換法，在發(fā)生單相故障時，采用擾動發(fā)生相電壓的差分來構(gòu)造其余兩相電壓，從而保證實時性和數(shù)據(jù)同時性。不足是用差分代替導數(shù)，要求采樣率足夠高，抗擾動能力差。文獻(張慶超，肖玉龍，一種改進的電壓暫降檢測方法[J]，電工技術(shù)學報，2006，21:(1):123-126.)指出改進的αβ變換檢測法，有檢測的延遲，數(shù)據(jù)不具有同時性，使得該方法檢測時間比較長，實時性不夠好，而且檢測波形出現(xiàn)短時擾動，影響檢測精度。此外，還有基于信號處理的方法，文獻(HamidEY,KawasakiZI.Waveletbaseddatacompressionforpowerdisturbancesusingminimumdescriptionlengthdata[J].IEEETrans,onPowerDelivery,2002，17(2):460-466.)提出了小波變換法，小波母函數(shù)的選擇多是依據(jù)前人的經(jīng)驗或成果，目前還沒有成熟的選擇小波母函數(shù)的理論依據(jù)，這方面有待于進一步研究。文獻(馮小明，楊仁剛，動態(tài)電壓恢復器的形態(tài)學d-q變換綜合檢測算法[J]，中國電機工程學報，2004，24(11):193-198.)提出了采用數(shù)學形態(tài)學濾波器來替代傳統(tǒng)的巴特沃斯濾波器的方法，試驗結(jié)果表明它具有很好的動態(tài)特性。而小波基的選擇和特征量的提取是其中的難點，有待進一步研究。這些方法計算量比較大，對信號采樣率的要求較高，數(shù)據(jù)不能直觀表現(xiàn)，實現(xiàn)也相對復雜。文獻(劉海春，徐立智，謝少軍，基于周期相位的電壓跌落檢測方法[J]，電工技術(shù)學報，2009,24(9):186-190.)提出了一種基于周期相位的檢測方法，每個時刻的電壓相位由采樣數(shù)來確定，由每個時刻的采樣電壓值u(k)推導出電壓幅值，即.,U(Ii)^=等2剩⑴式中，u(k)表示第k個采樣點電壓值，N表示一個周期內(nèi)采樣點個數(shù)，I/sin(k*2π/N)預先存放在一個數(shù)據(jù)表中。由IUci-U1J與AU的關(guān)系來判斷電壓狀況，其中Utl是參考電壓幅值，AU是最大的電壓幅值誤差。此方法中采樣點電壓值u(k)本身存在誤差，又進行了一次乘法運算，使誤差變大，還加大了運算量。為此，本文提出了一種電壓驟變瞬時值檢測方法。采用鎖相環(huán)(PLL，PhaseLockedLoop)技術(shù)，生成與被測信號同頻同相的標準信號；利用模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)得到一個周期中某一時刻的被測信號瞬時值u'(k);然后對當前被測信號瞬時值u’(k)與其對應的“標準正弦數(shù)字信號”瞬時值u(k)求差，通過差值的大小反映被測信號的實時狀況。這種瞬時值檢測法能夠準確無延時地檢測到電壓的驟變(驟降或驟升)，運算量小。通過對PLL信號輸入電路的改進，可以保證檢測的準確性既不受電網(wǎng)頻率變化的影響，也不受電壓跌落深度的影響?？蔀轱L電機組實現(xiàn)低電壓穿越或微電網(wǎng)及時脫、并網(wǎng)運行提供更及時、準確的檢測判斷條件
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提出一種電網(wǎng)電壓驟變的快速檢測方法，用以解決現(xiàn)有的電網(wǎng)電壓檢測方法存在的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種電網(wǎng)電壓驟變的快速檢測方法，其特征是所述方法包括步驟I:對被測電網(wǎng)電壓信號進行隔離變換，得到幅值為5V的正弦電壓信號；步驟2:將所述被測電壓信號分為兩路，一路電壓信號經(jīng)過調(diào)理電路將電壓值調(diào)理到0-3V，作為被測電壓采樣信號；另一路電壓信號先采用前級電路進行處理，將檢測范圍擴大到10%至150%的標稱電壓，當信號驟降到10%以下時利用鎖相環(huán)的失鎖信號直接判斷驟變事件，從而保證電壓驟變的檢測不受電壓跌落幅度的影響。再經(jīng)過由鎖相環(huán)和分頻器構(gòu)成的倍頻鎖相電路，進而得到O2.5V的工頻信號和64倍頻信號，分別作為第一輸入信號和第二輸入信號；步驟3:捕獲第一輸入信號由低電平轉(zhuǎn)換為高電平的上跳沿，獲得被測信號每個周期的起始點，同時對應設置標準信號的周期起始點，保證檢測方法具有頻率的自適用性，檢測結(jié)果不受被測信號頻率變化的影響；步驟4:當?shù)诙斎胄盘栍傻碗娖睫D(zhuǎn)換為高電平時，啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器將k時刻的被測信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量u’(k)，并與標準信號對應時刻的數(shù)字值u(k)進行比較，步驟5:判斷驟變事件，具體是^JfI)設定一個周期內(nèi)的等間隔采樣點個數(shù)N，并根據(jù)公式"(k)=lJmcos(^-k)計算每個采樣點的標準正弦數(shù)字信號瞬時值；其中，u(k)為第k個采樣點的標準正弦數(shù)字信號瞬時值，Um為標稱電壓幅值，k=l,2,..,N-I；2)被測信號采樣值u’(k)與標準信號數(shù)字值u(k)的差值即為當前時刻被測信號的瞬時變化量，當Iu(k)-u’(k)I(ΛU時，電網(wǎng)電壓信號正常；當|u(k)_u’(k)I>AU時，電網(wǎng)電壓信號發(fā)生了驟變；其中，u'(k)為被測電網(wǎng)電壓信號且u’(k)=6-5Ui(k)，Ui(k)為第k個采樣點的采樣信號，AU為電網(wǎng)電壓最大允許波動閾值。當電網(wǎng)電壓信號發(fā)生的驟變?yōu)閱蜗嚯妷簳航禃r，所述方法還包括利用電壓暫降剩余值計算電壓驟變滯后的最長持續(xù)時間。所述使前置處理電壓信號經(jīng)過由鎖相環(huán)和分頻器構(gòu)成的鎖相電路，進而得到O2.5V的工頻信號和64倍頻信號具體是先將前置處理電壓信號經(jīng)過由鎖相環(huán)和分頻器構(gòu)成的鎖相電路，對前置處理電壓信號跟蹤并倍頻128倍；倍頻信號經(jīng)過分頻器的128分頻后，得到O5V的工頻信號，倍頻信號經(jīng)過分頻器的2分頻后，得到工頻信號的64倍倍頻信號；將O5V的工頻信號和64倍頻信號經(jīng)過分壓分別得到O2.5V的工頻信號和64倍頻信號，分別作為第一輸入信號和第二輸入信號。本發(fā)明能夠準確無延時地檢測到電壓的驟變(驟降或驟升)且保證電壓驟變的檢測不受電壓跌落深度和電網(wǎng)頻率的影響，可為風電機組實現(xiàn)低電壓穿越或微電網(wǎng)及時脫、并網(wǎng)運行提供更及時、準確的檢測判斷條件。圖I是國家電網(wǎng)公司試行的低電壓穿越的技術(shù)要求示意圖；圖2是電網(wǎng)電壓驟變的快速檢測方法流程圖；圖3是檢測電路電源設計圖；其中，(a)是檢測電路±12V工作電源電路圖，(b)是檢測電路±5V工作電源電路圖；圖4是信號處理電路圖；圖5是不含諧波分量的電壓信號的頻譜圖；其中，(a)是被測電壓信號采樣圖，(b)是被測電壓信號頻譜圖；圖6是含有諧波分量的電壓信號的頻譜圖；其中，(a)是被測電壓信號采樣圖，(b)是被測電壓信號頻譜圖；圖I是調(diào)理電路中電平TSl電路圖；圖8是鉗位電壓電路圖；圖9是O2.5V的工頻信號和64倍頻信號；其中，(a)是工頻信號圖，(b)是倍頻的2N信號圖；圖10是電壓暫降典型類型的相量圖；其中，(a)是四種類型電壓暫降的相量圖，(b)是兩相接地故障引起的三相不平衡電壓暫降類型及相量圖；圖11是工頻(50Hz)電壓暫降剩余不同值時的電壓驟變表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；其中，(a)電壓暫降剩余O.25時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(b)電壓暫降剩余值為O.4時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(c)電壓暫降剩余值為O.5時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(d)電壓暫降剩余值為O.6時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(e)電壓暫降剩余值為O.75時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；圖12是工頻(48Hz)電壓暫降剩余不同值時的電壓驟變特征表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；其中，(a)電壓暫降剩余O.25時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(b)電壓暫降剩余值為O.4時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(c)電壓暫降剩余值為O.5時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(d)電壓暫降剩余值為O.6時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(e)電壓暫降剩余值為O.75時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；圖13是工頻(52Hz)電壓暫降剩余不同值時的電壓驟變特征表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；其中，(a)電壓暫降剩余O.25時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(b)電壓暫降剩余值為O.4時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(c)電壓暫降剩余值為O.5時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(d)電壓暫降剩余值為O.6時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(e)電壓暫降剩余值為O.75時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；圖14是含有基波(50Hz)，5%的3次諧波(150Hz)和10%的5次諧波(250Hz)時的被測電壓暫降剩余不同值時的電壓驟變特征表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；其中，(a)電壓暫降剩余O.25時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(b)電壓暫降剩余值為O.4時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(c)電壓暫降剩余值為O.5時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，⑷電壓暫降剩余值為O.6時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(e)電壓暫降剩余值為O.75時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；圖15是含有基波(48Hz)，5%的3次諧波(144Hz)和10%的5次諧波(240Hz)時的被測電壓暫降剩余不同值時的電壓驟變特征表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；其中，(a)電壓暫降剩余O.25時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(b)電壓暫降剩余值為O.4時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(c)電壓暫降剩余值為O.5時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，⑷電壓暫降剩余值為O.6時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(e)電壓暫降剩余值為O.75時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；圖16是含有基波(52Hz)，5%的3次諧波(156Hz)和10%的5次諧波(260Hz)時的被測電壓暫降剩余不同值時的電壓驟變特征表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖；其中，(a)電壓暫降剩余O.25時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(b)電壓暫降剩余值為O.4時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(c)電壓暫降剩余值為O.5時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，⑷電壓暫降剩余值為O.6時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖，(e)電壓暫降剩余值為O.75時滯后特征的最長持續(xù)時間示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。圖2是電網(wǎng)電壓驟變的快速檢測方法流程圖。如圖2所示，本發(fā)明提供的電網(wǎng)電壓驟變的快速檢測方法包括步驟I:對被測電網(wǎng)電壓信號進行隔離變換，得到幅值為5V的電壓信號。電源設計對系統(tǒng)能否可靠工作有重要的影響，圖3是檢測電路電源設計圖，三相交流電經(jīng)過變壓器將電網(wǎng)電壓變換成全波橋式整流器電路要求的電壓，整流后再經(jīng)過電容濾波電路，采用LM7812和LM7912的三端集成穩(wěn)壓器得12V的額定輸出電壓VDD和-12V的額定輸出電壓VEE，作為信號處理電路的電源電壓，如圖3(a)所示。通過7805和7905的三端集成穩(wěn)壓器得到5V的額定輸出電壓和-5V的額定輸出電壓，作為信號調(diào)理電路的電源電壓,如圖3(b)所示。圖4是信號處理電路圖，對電網(wǎng)電壓被測信號隔離變換，形成幅值為5V的電壓信號，圖5是不含諧波分量的電壓信號的頻譜圖，其中(a)是被測電壓信號采樣圖，(b)是被測電壓信號頻譜圖；圖6是含有諧波分量的電壓信號的頻譜圖，其中(a)是被測電壓信號采樣圖，(b)是被測電壓信號頻譜圖。步驟2:將所述被測電壓信號分為兩路，一路被測電壓信號經(jīng)過調(diào)理電路將電壓值調(diào)理到0-3V，作為待測采樣信號；另一路被測電壓信號先采用前級電路進行處理，以使其檢測范圍擴大到10%至150%的標稱電壓，并且當信號驟降到10%以下時利用鎖相環(huán)的失鎖信號直接判斷驟變事件，前置處理電壓信號輸入鎖相環(huán)電路，再經(jīng)過由鎖相環(huán)和分頻器構(gòu)成的倍頻鎖相電路，進而得到O2.5V的工頻信號及其64倍頻信號，分別作為第一輸入信號和第二輸入信號。首先，將幅值為5V的電壓信號分為兩路，一路經(jīng)過調(diào)理電路，將電壓值調(diào)理到O3V的范圍內(nèi)，作為采樣信號接到DSP2812的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入引腳ADCINA0，用作被檢測的對象。其中TSl為OI.8V范圍內(nèi)可調(diào)電平，如圖7所示。O.5V和2.5V是鉗位電壓，由分壓得到，電路圖如圖8所示。之后，另一路信號為所跟蹤的對象信號，也即是被測的信號，先采用比較器進行前級處理，使其檢測范圍擴大到10%至150%的標稱電壓(稱為前置處理電壓信號)，當信號驟降到10%以下時，利用PLL的失鎖信號直接判斷驟變事件，從而保證電壓驟變的檢測不受電壓跌落深度的影響。接下來，將前置處理電壓信號經(jīng)過由鎖相環(huán)⑶4046和分頻器4040構(gòu)成的鎖相電路對電壓信號跟蹤并倍頻128倍。倍頻信號經(jīng)過分頻器4040的128分頻后，在4腳得到O5V的工頻信號，同時，倍頻信號經(jīng)過分頻器4040的2分頻后，在9腳得到O5V的工頻信號的64倍頻信號。由于DSP2812的輸入電壓信號要求在O3.3V范圍內(nèi)，故將O5V的工頻信號及其64倍頻信號經(jīng)過分壓分別得到O2.5V的工頻信號及其64倍頻信號，如圖9所示。步驟3:經(jīng)過捕獲第一輸入信號獲得被測信號在每個周期的起始點，同時確定標準信號的周期起始點，保證檢測方法具有頻率的自適用性，檢測結(jié)果不受被測信號頻率變化的影響。將O2.5V的工頻信號作為DSP2812的捕獲單元引腳CAP1_QEP1輸入信號(第一輸入信號)，利用捕獲單元來尋找每周期被測信號以及標準信號的起始點，開啟AD中斷。步驟4:當?shù)诙斎胄盘栍傻碗娖睫D(zhuǎn)換為高電平時，啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器將該時刻的被測采樣信號值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。64倍頻信號作為外部中斷申請輸入引腳XINT2_ADCS0C的輸入信號(第二輸入信號)，當XINT2_ADCS0C從低電平轉(zhuǎn)為高電平時，啟動ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，DSP讀入后用于后續(xù)進一步運算、比較。步驟5:判斷驟變事件，具體是I)設定一個周期內(nèi)的等間隔采樣點個數(shù)N，則每個采樣間隔對應的角度為2π/N，則在一個周期中第k個采樣點的標準正弦數(shù)字信號瞬時值為OWu[k)=lImcos(~-k)(2)N其中，Um為標稱電壓幅值，k=l,2，…，N-1。將u(k)(k=0,I,2……N-1)預先計算好，并存放在程序存儲器中，在檢測時直接調(diào)用并與被測信號瞬時值進行比較，減小了運算量。2)將采樣得到的被測電壓信號值Ui(k)存放在一個數(shù)組里，對這個數(shù)組按照調(diào)理電路公式(3)u’(k)=6-5Ui(k)(3)推算回去，得到了的電網(wǎng)被測電壓信號值u'(k)。u’(k)為一個周期中某一時刻的被測信號瞬時值，u(k)為與被測信號瞬時值對應的標準正弦數(shù)字信號瞬時值，AU為電網(wǎng)電壓最大允許波動閾值。被測信號采樣值u’(k)與標準信號數(shù)字值u(k)的差值即為當前時刻被測信號的瞬時變化量，當|u(k)_u’(k)I<AU時，電網(wǎng)電壓信號正常；當|u(k)-u’(k)|>AU時，電網(wǎng)電壓信號發(fā)生了驟變，實現(xiàn)了對電網(wǎng)電壓驟變無延遲的檢測。將|u(k)_u'(k)I與AU比較的結(jié)果由DSP的一個I/O口輸出，若|u(k)_u'(k)I>AU，則該I/O口輸出低電平，若|u(k)_u’(k)I<AU，則該I/O口輸出高電平。對于單相電壓暫降的特征，當電壓故障發(fā)生在過零點附近時，由于電壓不高，電壓驟變表現(xiàn)為滯后特征，有可能出現(xiàn)Iu(k)-u’(k)I(AU。此時電壓幅值并不高，即使發(fā)生電壓驟變，也不會對設備造成危害，但是，這種滯后的電壓暫降特征是正弦周期信號本身固有的。本發(fā)明下面對電壓暫降的這種滯后特征進行定量的分析，并通過實驗驗證了這種特征的客觀存在性。通過計算對電壓暫降的這種滯后特征做定量分析，當電壓故障發(fā)生在過零點附近JT時，電壓跌落后剩余值為u’(k)，有可能|U(k)-U'(k)I(八1其中./(々)=〖/,05($^)，I!(Ι=pH,,COSi^-k)，p為電壓暫降剩余值，電網(wǎng)電壓最大允許波動量取λU=10%Umo通過計算得到k的范圍，k取整數(shù)，則k所取的整數(shù)值為電壓驟變表現(xiàn)為滯后特征時的采樣點，這些采樣點持續(xù)的時間即為電壓驟變表現(xiàn)為滯后特性的最長持續(xù)時間。例如取U，(k)=0.8u(k)，N=64，Um=5V,ΛU=10%Um,則有u(^k)-u(α)|=0.2X5COSj^-/f<10%X5⑷得10.67<k<21.33(5)所以k=ll,12，13，14，15，16，17，18，19，20，21(6)最長持續(xù)時間為t=llX0.3125=3.4375ms(7)則t為電網(wǎng)電壓暫降剩余O.SUn時，電壓驟變表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間。按照上面的計算方法得到電壓暫降剩余不同值時，電壓驟變表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間，列舉見表I:P0.8O.70.60.50.40.25t/ms3.442.191.561.560.940.94表I:電壓暫降剩余不同值時電壓驟變表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間表其中，第一行是電壓暫降剩余值P用u’(k)/u(k)表示，第二行是電壓驟變表現(xiàn)為滯后的最長持續(xù)時間，用t表示。由表可知，電壓暫降剩余值越小，電壓驟變表現(xiàn)為滯后特征的最長持續(xù)時間越短。對于三相電壓暫降的特征，電網(wǎng)電壓故障可分為對稱短路故障(三相接地短路故障)和非對稱短路故障(單相接地短路故障，兩相接地短路故障和相間短路)。這四種類型電壓暫降的向量圖如圖10所示。權(quán)利要求1.一種電網(wǎng)電壓驟變的快速檢測方法，其特征是所述方法包括步驟I:對被測電網(wǎng)電壓信號進行隔離變換，得到幅值為5V的電壓信號；步驟2:將所述被測電壓信號分為兩路，一路被測電壓信號經(jīng)過調(diào)理電路將信號調(diào)理到0-3V范圍，作為采樣信號；另一路被測電壓信號先采用前級電路進行處理，以提高跟蹤弱小信號的靈敏度，檢測范圍擴大到10%至150%的標稱電壓，當信號驟降到10%以下時利用PLL的失鎖信號直接判斷驟變事件，從而保證電壓驟變的檢測不受電壓跌落深度的影響，前級處理信號再經(jīng)過由鎖相環(huán)和分頻器構(gòu)成的鎖相電路，進而得到O2.5V的工頻信號及其64倍頻信號，分別作為第一輸入信號和第二輸入信號；步驟3:經(jīng)過捕獲第一輸入信號獲得被測信號在每個周期的起始點，同時確定標準信號的周期起始點，保證檢測方法具有頻率的自適用性，檢測結(jié)果不受被測信號頻率變化的影響；步驟4:當?shù)诙斎胄盘栍傻碗娖睫D(zhuǎn)換為高電平時，啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器將該時刻的被測采樣信號值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，DSP讀入后用于后續(xù)進一步運算、比較；步驟5:判斷驟變事件，具體是1)設定一個周期內(nèi)的等間隔采樣點個數(shù)N，并根據(jù)公式W(k)=Vmcos(f/0計算每個采樣點的標準正弦數(shù)字信號瞬時值；其中，U(k)為第k個采樣點的標準正弦數(shù)字信號瞬時值，Um為標稱電壓幅值，k=l,2,...,N-I；2)被測信號采樣值u’(k)與標準信號數(shù)字值u(k)的差值即為當前時刻被測信號的瞬時變化量，當|u(k)-u’(k)I(ΛU時，電網(wǎng)電壓信號正常；當|u(k)-u’(k)I>AU時，電網(wǎng)電壓信號發(fā)生了驟變；其中，u'(k)為被測電網(wǎng)電壓信號且u’(k)=6-5Ui(k)，Ui(k)為第k個采樣點的采樣信號，AU為電網(wǎng)電壓最大允許波動閾值。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述使前置處理電壓信號經(jīng)過由鎖相環(huán)和分頻器構(gòu)成的鎖相電路，進而得到O2.5V的工頻信號及其64倍頻信號，具體是先將前置處理電壓信號經(jīng)過由鎖相環(huán)和分頻器構(gòu)成的鎖相電路，對前置處理電壓信號跟蹤并倍頻128倍；倍頻信號經(jīng)過分頻器的128分頻后，得到O5V的工頻信號，同時，倍頻信號經(jīng)過分頻器的2分頻后，得到O5V的工頻信號的64倍頻信號；將O5V的工頻信號及其64倍頻信號經(jīng)過分壓分別得到O2.5V的工頻信號及其64倍頻信號，分別作為第一輸入信號和第二輸入信號。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是當電網(wǎng)電壓信號發(fā)生的驟變?yōu)閱蜗嚯妷簳航禃r，所述方法還包括利用電壓暫降剩余值計算電壓驟變滯后的最長持續(xù)時間。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是當故障發(fā)生在電壓過零點附近時，單相電壓暫降表現(xiàn)出滯后特性；而對于三相中性點不接地或并網(wǎng)變壓器通過Y/Λ或Λ/Y聯(lián)接組方式接入電網(wǎng)的終端設備來說，即使在其中一相過零點附近發(fā)生了電壓暫降時，其電壓驟降表現(xiàn)出滯后特性，而其它兩相電壓不在過零點附件，不受電壓驟變滯后特性的影響，因此，采用三相電壓驟變瞬時值檢測方法可以實現(xiàn)準確無延時檢測。全文摘要本發(fā)明公開了分布式發(fā)電監(jiān)測
技術(shù)領域：
中的電網(wǎng)電壓驟變的快速檢測方法。包括對被測電網(wǎng)電壓信號進行隔離變換，得到幅值為5V的電壓信號；將被測電壓信號分為兩路，一路被測電壓信號經(jīng)過調(diào)理電路后作為被測采樣信號；另一路被測電壓信號先采用前級電路進行處理，再經(jīng)過倍頻鎖相電路，得到第一輸入信號和第二輸入信號;通過第一輸入信號確定被測信號及其對應標準信號的周期起始點；當?shù)诙斎胄盘栍傻碗娖睫D(zhuǎn)換為高電平時，將該時刻被測采樣信號值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并與標準信號對應時刻的數(shù)字值比較，確定電網(wǎng)電壓是否發(fā)生驟變。本發(fā)明能夠無延時地檢測到電壓的驟變，實時性好,且檢測的準確性不受電網(wǎng)頻率變化和電壓驟變幅度的影響。文檔編號G01R19/25GK102841244SQ20121034910公開日2012年12月26日申請日期2012年9月19日優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日發(fā)明者顏湘武,張波,甄子健,張青利,肖湘寧申請人:華北電力大學(保定)