專利名稱：三相電網電壓短路故障診斷方法
技術領域：
本發(fā)明屬于三相電網控制技術領域，涉及一種三相電網電壓短路故障診斷方法。
背景技術：
近年來，伴隨著太陽能、風能等新能源并網發(fā)電裝機容量的逐年上升，穿透率越來越高，因此三相電網的穩(wěn)定性及可靠性受到一定程度的影響。對于三相并網逆變器，當短路故障發(fā)生時，由于新能源發(fā)電功率與逆變器輸出功率瞬間相等，公用電網短路故障引起的電壓跌落，會導致并網逆變器輸出電流過大，出現(xiàn)過流保護，從而使三相并網逆變器脫離電網；對于三相公用電網，當短路故障發(fā)生時，高穿透率的大中型并網發(fā)電系統(tǒng)或發(fā)電站一旦由于電網異常脫網，將可能引起電力系統(tǒng)潮流變化，同時出現(xiàn)電網頻率異常，導致電網事故進一步惡化。因此，當電網發(fā)生短路故障導致電壓跌落時，如何在降低成本的同時又能保證準確、快速地診斷出短路故障類型，以采取相應的控制技術，保證并網發(fā)電裝置在電壓跌落過程中的允許時間內持續(xù)并網，從而避免電網故障的進一步惡化。目前三相電網電壓故障檢測方法有:①采用基波分量法，通過對三相電網相電壓采樣值進行基波分量的傅里葉變換來獲得基波電壓的快速變化■級dq變換法，通過采集三相相電壓，并變換到兩相旋轉坐標系下的直流分量來獲得基波相電壓幅值；③基于單相短路故障的改進型dq變換法，通過采集三相相電壓瞬時值，根據發(fā)生單相短路故障導致電壓跌落的相電壓，構造出新的對稱三相電壓，再變換到兩相旋轉坐標系得到直流分量，來獲得發(fā)生故障相的基波相電壓幅值；④正負序分離法，通過檢測三相相電壓，經過正序與負序旋轉變換，分離出正序與負序分量來獲得三相各自的基波電壓幅值。以上四種方法，均需要同時檢測電網三個相電壓；方法①與②只能檢測三相平衡電網電壓幅值，實際中電網發(fā)生短路故障時，多為單相、兩相、相間等不平衡故障，此時無法檢測出電網電壓幅值，也不能診斷具體短路故障類型；方法 ③適用于單相短路故障的相電壓幅值檢測及診斷；方法④適用于各類故障情況的檢測與診斷，但其計算量大，對信號采樣率的要求比較高，實現(xiàn)相對復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種三相電網電壓短路故障診斷方法，解決了現(xiàn)有技術在三相電網出現(xiàn)電壓故障時，檢測方法硬件成本高、診斷速度慢、工作效率低的問題。本發(fā)明所采用的技術方案是，一種三相電網電壓短路故障診斷方法，流程模塊包括線電壓采樣單元、線電壓實際幅值計算單元、相電壓實際幅值計算單元、短路故障類別判斷單元、k值計算單元、線電壓理論幅值計算單元、兩相故障類型診斷單元，其中，線電壓采樣單元的輸出端分別與線電壓實際幅值計算單元、相電壓實際幅值計算單元連接；線電壓實際幅值計算單元的輸出端分別與k值計算單元、兩相故障類型診斷單元連接；相電壓實際幅值計算單元通過短路故障類別判斷單元與k值計算單元連接；k值計算單元通過線電壓理論幅值計算單元與兩相故障類型診斷單元連接4值計算單元的輸入端還接受線電壓額定幅值給定，線電壓理論幅值計算單元的輸入端還接受相電壓額定幅值給定，其中:所述線電壓采樣單元，用于采樣獲取三相電網電壓的兩個線電壓瞬時值；所述線電壓實際幅值計算單元，用于根據采樣得到的兩個線電壓瞬時值，對其分別在半個基波周期內的積分值取平均后，再乘以相應比例系數(shù)，分別得到三個線電壓幅值；所述相電壓實際幅值計算單元，用于根據采樣得到的兩個線電壓瞬時值，結合三相平衡系統(tǒng)下三相電壓瞬時值之和為零的特點，計算得到三個相電壓瞬時值，然后對相電壓瞬時值在半個基波周期內的積分值取平均后，再乘以相應比例系數(shù)，分別得到三個相電壓幅值；所述短路故障類別判斷單元，用于根據三個相電壓幅值大小關系，判斷當前故障屬于三相對地短路故障、兩相故障、單相對地短路故障中的哪一類；所述k值計算單元，用于計算發(fā)生故障的兩相線電壓實際幅值與線電壓額定幅值之間的比值；所述線電壓理論幅值計算單元，用于計算發(fā)生短路故障的一相與未發(fā)生短路故障的一相之間的線電壓幅值，該線電壓理論幅值通過其與相電壓額定幅值與k值的函數(shù)關系計算得到；所述兩相故障類型診斷單元，用于校驗線電壓實際幅值與理論計算幅值是否相等，且該線電壓僅指發(fā)生短路故障的一相與未發(fā)生短路故障的一相之間的線電壓，若實際幅值與理論計算幅值相等，則表明發(fā)生了兩相對地短路故障，若不相等則表明發(fā)生了兩相之間短路故障。本發(fā)明的有益效果是:采用兩個電壓傳感器對電網兩個線電壓瞬時值進行檢測，再根據相應公式計算三個相電壓幅值，通過比較三個相電壓幅值大小關系，來診斷短路故障類型，在半個電網電壓周期內即可診斷出短路故障類型，硬件成本低，診斷速度快，實用性強。


圖1是本發(fā)明三相電網電壓短路故障診斷方法的應用環(huán)境示意圖；圖2是本發(fā)明三相電網電壓短路故障診斷方法實施例的診斷框圖。圖中，1.線電壓采樣單元，2.線電壓實際幅值計算單元，3.相電壓實際幅值計算單元，4.短路故障類別判斷單元，5.k值計算單元，6.線電壓理論幅值計算單元，7.兩相故障類型診斷單元。
具體實施例方式如圖1所示，是本發(fā)明的三相電網電壓短路故障診斷方法的應用環(huán)境示意圖。能量變換系統(tǒng)G將太陽能、風能等可再生能源變換為與三相公用電網電壓同頻率、同相位的三相交流電，G的三個輸出端分別與三相電網的a相、b相、c相對應連接；電壓傳感器Tl(或稱電壓互感器)的兩個輸入端分別與a相電網、b相電網連接，用來測量電網a相與b相之間的線電壓，Tl的輸出端為米樣系統(tǒng)提供米樣信號；電壓傳感器T2的兩個輸入端分別與b相電網、c相電網連接，用來測量電網b相與c相之間的線電壓，T2的輸出端為采樣系統(tǒng)提供采樣信號。如圖2所示，是本發(fā)明三相電網電壓短路故障診斷方法實施例的示意圖。本發(fā)明方法的流程模塊包括線電壓采樣單元1、線電壓實際幅值計算單元2、相電壓實際幅值計算單元3、短路故障類別判斷單元4、k值計算單元5、線電壓理論幅值計算單元6、兩相故障類型診斷單元7，其中的線電壓采樣單元I的輸出端分別與線電壓實際幅值計算單元2、相電壓實際幅值計算單元3連接；線電壓實際幅值計算單元2的輸出端分別與k值計算單元5、兩相故障類型診斷單元7連接；相電壓實際幅值計算單元3通過短路故障類別判斷單元4與k值計算單元5連接；k值計算單元5通過線電壓理論幅值計算單元6與兩相故障類型診斷單元7連接；k值計算單元5的輸入端還接受線電壓額定幅值給定,線電壓理論幅值計算單元6的輸入端還接受相電壓額定幅值給定。所述線電壓采樣單元1，用于采樣獲取三相電網電壓的兩個線電壓瞬時值；所述線電壓實際幅值計算單元2，用于根據采樣得到的兩個線電壓瞬時值，對其分別在半個基波周期內的積分值取平均后，再乘以相應比例系數(shù)，分別得到三個線電壓幅值；所述相電壓實際幅值計算單元3，用于根據采樣得到的兩個線電壓瞬時值，結合三相平衡系統(tǒng)下三相電壓瞬時值之和為零的特點，計算得到三個相電壓瞬時值，然后對相電壓瞬時值在半個基波周期內的積分值取平均后，再乘以相應比例系數(shù)，分別得到三個相電壓幅值；所述短路故障類別判斷單元4，用于根據三個相電壓幅值大小關系，判斷當前故障屬于三相對地短路故障、兩相故障、單相對地短路故障等三大類故障中的哪一類；所述k值計算單元5，用于計算發(fā)生故障的兩相線電壓實際幅值與線電壓額定幅值之間的比值；

所述線電壓理論幅值計算單元6，用于計算發(fā)生短路故障的一相與未發(fā)生短路故障的一相之間的線電壓幅值，該線電壓理論幅值通過其與相電壓額定幅值與k值的函數(shù)關系計算得到；所述兩相故障類型診斷單元7，用于校驗線電壓實際幅值與理論計算幅值是否相等，且該線電壓僅指發(fā)生短路故障的一相與未發(fā)生短路故障的一相之間的線電壓，若實際幅值與理論計算幅值相等，則表明發(fā)生了兩相對地短路故障，若不相等則表明發(fā)生了兩相之間短路故障。本發(fā)明流程中的各個單元的工作配合過程如下:線電壓采樣單元1，用于對圖1中兩個電壓傳感器Tl與T2的輸出信號分別進行采樣，從而獲取a相與b相之間的線電壓瞬時值Vab (n)、b相與c相之間的線電壓瞬時值vb。(n)，并通過公式(I)計算c相與a相之間的線電壓瞬時值(η),其中，η表示第η次采樣，且O彡η彡(Nc-1)，Nc為半個電網電壓周期內的采樣次數(shù)，vca (n) =-vab (n) -vbc (η) ； (I)線電壓實際幅值計算單元2，用于根據三個線電壓瞬時值Vab(n) ,Vbc(η)、ν。 ，通過公式⑵計算a相與b相之間的線電壓幅值vabD1、b相與c相之間的線電壓幅值vbcm、c相與a相之間的線電壓幅值V.。
權利要求
1.一種三相電網電壓短路故障診斷方法，其特征在于:流程模塊包括線電壓采樣單元(I)、線電壓實際幅值計算單元(2)、相電壓實際幅值計算單元(3)、短路故障類別判斷單元(4)、k值計算單元(5)、線電壓理論幅值計算單元(6)、兩相故障類型診斷單元(7)，其中的線電壓采樣單元(I)的輸出端分別與線電壓實際幅值計算單元(2)、相電壓實際幅值計算單元(3)連接；線電壓實際幅值計算單元(2)的輸出端分別與k值計算單元(5)、兩相故障類型診斷單元(7)連接；相電壓實際幅值計算單元(3)通過短路故障類別判斷單元(4)與k值計算單元(5)連接；k值計算單元(5)通過線電壓理論幅值計算單元(6)與兩相故障類型診斷單元(7)連接；k值計算單元(5)的輸入端還接受線電壓額定幅值給定，線電壓理論幅值計算單元(6)的輸入端還接受相電壓額定幅值給定，其中: 所述線電壓采樣單元(I)，用于采樣獲取三相電網電壓的兩個線電壓瞬時值； 所述線電壓實際幅值計算單元(2)，用于根據采樣得到的兩個線電壓瞬時值，對其分別在半個基波周期內的積分值取平均后，再乘以相應比例系數(shù)，分別得到三個線電壓幅值； 所述相電壓實際幅值計算單元(3)，用于根據采樣得到的兩個線電壓瞬時值，結合三相平衡系統(tǒng)下三相電壓瞬時值之和為零的特點，計算得到三個相電壓瞬時值，然后對相電壓瞬時值在半個基波周期內的積分值取平均后，再乘以相應比例系數(shù)，分別得到三個相電壓幅值； 所述短路故障類別判斷單元(4)，用于根據三個相電壓幅值大小關系，判斷當前故障屬于三相對地短路故障、兩相故障、單相對地短路故障中的哪一類； 所述k值計算單元(5)，用于計算發(fā)生故障的兩相線電壓實際幅值與線電壓額定幅值之間的比值； 所述線電壓理論幅值計算單元(6)，用于計算發(fā)生短路故障的一相與未發(fā)生短路故障的一相之間的線電壓幅值，該線電壓理論幅值通過其與相電壓額定幅值與k值的函數(shù)關系計算得到； 所述兩相故障類型診斷單元(7)，用于校驗線電壓實際幅值與理論計算幅值是否相等，且該線電壓僅指發(fā)生短路故障的一相與未發(fā)生短路故障的一相之間的線電壓，若實際幅值與理論計算幅值相等，則表明發(fā)生了兩相對地短路故障，若不相等則表明發(fā)生了兩相之間短路故障。
2.根據權利要求1所述的三相電網電壓短路故障診斷方法，其特征在于:所述的線電壓采樣單元(I)通過兩個電壓傳感器采樣得到對應線電壓瞬時值Vab(n)、vbc(η)，并通過以下公式計算線電壓瞬時值(η): vca (n) =-vab (n) -vbc (η)， 其中，η表示第η次采樣，且O彡η彡(Nc-1)，Nc為半個電網電壓周期內的采樣次數(shù)。
3.根據權利要求1所述的三相電網電壓短路故障診斷方法，其特征在于:所述線電壓實際幅值計算單元(2)中，三個線電壓實際幅值Vabm、Vbc;m、Vc;am通過以下公式計算:
4.根據權利要求1所述的三相電網電壓短路故障診斷方法，其特征在于:所述相電壓實際幅值計算單元(3)中,三個相電壓瞬時值va(n)、vb(η)、V。(η)通過以下公式計算:
5.根據權利要求1所述的三相電網電壓短路故障診斷方法，其特征在于:所述的短路故障類別判斷單元(4)中，根據Vam、Vbm、Vm之間的大小關系，將短路故障類別劃分為單相故障、三相故障、兩相故障共三種類別，并進一步確定是哪一個單相發(fā)生對地短路故障，或三相同時發(fā)生對地短路故障，包括以下步驟: 步驟a)若三個相電壓幅值v 、Vbffl, Vcffl相等，且小于相電壓額定幅值vpm，則確定診斷為發(fā)生三相對地短路故障； 步驟b)若三個相電壓幅值v 、Vbffl, Vcffl中某兩相的幅值相等，且大于另外一相的幅值，則確定診斷幅值相等的兩相電壓正常，而剩余的另外一相發(fā)生單相對地短路故障； 步驟C)若三個相電壓幅值v 、Vbffl, Vcffl中某兩相的幅值相等，且小于另外一相的幅值，則確定診斷幅值較大的一相電壓正常，而幅值相等的兩相發(fā)生故障。
6.根據權利要求5所述的三相電網電壓短路故障診斷方法，其特征在于:所述的k值計算單元(5)中的k值通過以下公式計算: k_Vlm—flt/Vlm， 其中，Vlffl flt為步驟C中發(fā)生故障的兩相線電壓實際幅值，Vlffl為線電壓額定幅值。
7.根據權利要求5所述的三相電網電壓短路故障診斷方法，其特征在于:所述的線電壓理論幅值計算單元(6)中的理論幅值指，發(fā)生短路故障的一相與未發(fā)生短路故障的一相之間的線電壓幅值Vlnufltn，由以下公式計算:
8.根據權利要求2所述的三相電網電壓短路故障診斷方法，其特征在于:所述的兩個電壓傳感器的設 置是，其中的電壓傳感器Tl的兩個輸入端分別與a相電網、b相電網連接，用來測量電網a相與b相之間的線電壓，Tl的輸出端為采樣系統(tǒng)提供采樣信號；電壓傳感器T2的兩個輸入端分別與b相電網、c相電網連接，用來測量電網b相與c相之間的線電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三相電網電壓短路故障診斷方法，其中短路故障類別判斷單元，用于根據相電壓幅值，判斷屬于三相對地短路、兩相故障、單相對地短路等三大類故障中的哪一類；k值計算單元，用于計算實時線電壓幅值與線電壓額定值的比值；兩相故障類型診斷單元，用于根據校驗線電壓幅值的理論值與實際檢測值是否相等，來診斷兩相故障類型屬于對地短路、還是相間短路。本發(fā)明方法通過使用兩個電壓傳感器，在半個電網電壓周期內即可診斷短路故障類型，硬件成本低，診斷速度快，實用性強，其應用價值具有廣泛的市場化前景。
文檔編號G01R31/02GK103149494SQ20131004838
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月6日 優(yōu)先權日2013年2月6日
發(fā)明者安少亮, 孫向東, 張琦, 王建淵, 宋衛(wèi)章 申請人:西安理工大學