本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三相交流電壓跌落狀態(tài)的判斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于環(huán)境影響、地理限制和資源稀缺等問題，目前電力發(fā)電已逐步減少了對一次能源發(fā)電的依賴，實現(xiàn)了全局能源的優(yōu)化配置，水力發(fā)電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、海洋能發(fā)電和地熱發(fā)電等一系列新型可再生能源成為了研究的熱點?？稍偕茉吹陌l(fā)展也伴隨著其隨機性、間歇性、波動性和不可預測性等特點，當其大規(guī)模的接入電力系統(tǒng)時，會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和電能質(zhì)量帶來影響。

儲能系統(tǒng)是解決可再生能源接入問題的解決方案之一，并網(wǎng)型儲能系統(tǒng)一般由電池儲能單元、儲能能量轉(zhuǎn)換單元(powerconvertersystem，pcs)、升壓變壓器單元等部分組成。當儲能系統(tǒng)并網(wǎng)后，其輸出電能質(zhì)量、并網(wǎng)充放電規(guī)律，功率調(diào)節(jié)能力和響應特性將對電網(wǎng)的安全可靠性產(chǎn)生影響。同樣，電網(wǎng)的電能質(zhì)量、電壓頻率的波動也勢必對儲能系統(tǒng)存在影響。因此，儲能系統(tǒng)對電網(wǎng)的適應性尤其是電網(wǎng)電壓跌落時儲能變流系統(tǒng)的響應特性研究具有十分重要的意義。

最常見的故障屬于電壓幅值突變。電壓幅值突變指電網(wǎng)電壓幅值發(fā)生變化從而使數(shù)值偏離額定值的一種電網(wǎng)故障情況，其中電壓跌落是最常見的故障。所謂電壓跌落是指電網(wǎng)電壓在任意一處發(fā)生突然降值且經(jīng)過短時間后恢復正常工作的一種故障，造成它的原因主要是大型電網(wǎng)負載的不合理投入和相間發(fā)生短路故障以跌落深度和跌落持續(xù)時間作為性能指標導致的結(jié)果，前者由斷路故障類型和故障發(fā)生點的距離決定，后者則靠保護的類型決定。

目前，儲能能量轉(zhuǎn)換單元pcs(powerconversionsystem)均采用dsp控制器，當電壓跌落幅度較深時，在電壓驟降和恢復的過程中均會出現(xiàn)無規(guī)則電流及電壓振蕩現(xiàn)象，因此，需要提供一種三相交流電壓跌落狀態(tài)的判斷方法來克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種三相交流電壓跌落狀態(tài)的判斷方法，其判斷方法包括：將采樣電壓從三相靜止坐標系轉(zhuǎn)換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標系；在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下，解耦分離得到d軸直流電壓分量ud和q軸直流電壓分量uq；利用濾波d軸直流電壓分量ud和q軸直流電壓分量uq后得到的d軸直流電壓分量udflt和q軸直流電壓分量uqflt，判斷電網(wǎng)電壓是否跌落。

在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下，解耦分離得到d軸和q軸直流電壓分量ud和uq，具體包括：當正序電壓矢量u^p和負序電壓矢量uⁿ的初始角度分別為θ0^p和θ0ⁿ，正序和負序電壓的坐標轉(zhuǎn)換角度分別為θ0^p和θ0ⁿ-2ωt時，若以正序d軸和q軸旋轉(zhuǎn)為參考，正序直流電壓分量在d軸的計算公式如下所示：

正序直流電壓分量在q軸的計算公式如下所示：

為正序電壓矢量的d軸分量，為正序電壓矢量的q軸分量；為負序電壓矢量的d軸分量，為負序電壓矢量的q軸分量。

在旋轉(zhuǎn)坐標系下，解耦分離得到正序電壓和負序電壓的d軸和q軸分量，包括：當正序電壓矢量u^p和負序電壓矢量uⁿ的初始角度分別為θ0^p和θ0ⁿ，正序和負序電壓的坐標轉(zhuǎn)換角度分別為θ0^p+2ωt和θ0ⁿ時，若以負序d軸和q軸旋轉(zhuǎn)為參考，負序直流電壓分量在d軸的計算公式如下所示：

負序直流電壓分量在q軸的計算公式如下所示：

為正序電壓矢量的d軸分量，為正序電壓矢量的q軸分量；為負序電壓矢量的d軸分量，為負序電壓矢量的q軸分量。

在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下d軸和q軸的分量解耦方程如下所示：

和分別是坐標轉(zhuǎn)換角度為θ0^p和θ0ⁿ-2ωt時的d軸正序直流電壓分量和q軸正序直流電壓分量、和分別是坐標轉(zhuǎn)換角度為θ0^p+2ωt和θ0ⁿ時的d軸負序直流電壓分量和q軸負序直流電壓分量、為正序電壓矢量的d軸分量、為正序電壓矢量的q軸分量、為負序電壓矢量的d軸分量、為負序電壓矢量的q軸分量。

正序電壓矢量和負序電壓矢量的d軸分量疊加得到d軸控制分量udr；

正序電壓矢量和負序電壓矢量的q軸分量疊加得到q軸控制分量uqr。

d軸直流電壓分量ud和q軸和直流電壓分量uq計算公式如下所示：

式中，u′dr和u′qr分別為經(jīng)過pi調(diào)節(jié)的d軸和q軸電流環(huán)輸出，δudr和δuqr分別為d軸和q軸電壓的補償項。

利用濾波d軸直流電壓分量ud和q軸直流電壓分量uq后得到的udflt和uqflt，具體包括：d軸直流電壓分量ud和q軸直流電壓分量uq經(jīng)低通濾波器得到udflt和uqflt。

判斷電網(wǎng)電壓是否跌落，具體包括：用下式對電網(wǎng)電壓跌落標志位進行判讀，當

時，發(fā)生電壓跌落電網(wǎng)跌落標志位為1；

式中，為正序電壓矢量的d軸分量，為正序電壓矢量的q軸分量，udrop為預設值。

其判斷系統(tǒng)包括：轉(zhuǎn)換模塊，用于將采樣電壓從三相靜止坐標系轉(zhuǎn)換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標系；解耦分離模塊，用于在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下，解耦分離得到d軸直流電壓分量ud和q軸直流電壓分量uq；判斷模塊，利用濾波d軸直流電壓分量ud和q軸直流電壓分量uq后得到的d軸直流電壓分量udflt和q軸直流電壓分量uqflt，判斷電網(wǎng)電壓是否跌落。

解耦分離模塊，具體用于：當正序電壓矢量u^p和負序電壓矢量uⁿ的初始角度分別為θ0^p和θ0ⁿ，正序和負序電壓的坐標轉(zhuǎn)換角度分別為θ0^p和θ0ⁿ-2ωt時，若以正序d軸和q軸旋轉(zhuǎn)為參考，正序直流電壓分量在d軸的計算公式如下所示：

正序直流電壓分量在q軸的計算公式如下所示：

為正序電壓矢量的d軸分量，為正序電壓矢量的q軸分量；為負序電壓矢量的d軸分量，為負序電壓矢量的q軸分量。

解耦分離模塊，具體用于：當正序電壓矢量u^p和負序電壓矢量uⁿ的初始角度分別為θ0^p和θ0ⁿ，正序和負序電壓的坐標轉(zhuǎn)換角度分別為θ0^p+2ωt和θ0ⁿ時，若以負序d軸和q軸旋轉(zhuǎn)為參考，負序直流電壓分量在d軸的計算公式如下所示：

負序直流電壓分量在q軸的計算公式如下所示：

為正序電壓矢量的d軸分量，為正序電壓矢量的q軸分量；為負序電壓矢量的d軸分量，為負序電壓矢量的q軸分量。

在兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下d軸和q軸的分量解耦方程如下所示：

和分別是坐標轉(zhuǎn)換角度為θ0^p和θ0ⁿ-2ωt時的d軸正序直流電壓分量和q軸正序直流電壓分量、和分別是坐標轉(zhuǎn)換角度為θ0^p+2ωt和θ0ⁿ時的d軸負序直流電壓分量和q軸負序直流電壓分量、為正序電壓矢量的d軸分量、為正序電壓矢量的q軸分量、為負序電壓矢量的d軸分量、為負序電壓矢量的q軸分量。

正序電壓矢量和負序電壓矢量的d軸分量疊加得到d軸控制分量udr；

正序電壓矢量和負序電壓矢量的q軸分量疊加得到q軸控制分量uqr。

d軸直流電壓分量ud和q軸直流電壓分量uq計算公式如下所示：

式中，u′dr和u′qr分別為經(jīng)過pi調(diào)節(jié)的d軸和q軸電流環(huán)輸出，δudr和δuqr分別為d軸和q軸電壓的補償項。

d軸直流電壓分量ud和所述q軸直流電壓分量uq經(jīng)低通濾波器得到udflt和uqflt。

用下式對電網(wǎng)電壓跌落標志位進行判讀，當

時，發(fā)生電壓跌落電網(wǎng)跌落標志位為1；

式中，為正序電壓d軸分量，為正序電壓q軸分量，udrop為預設值。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明采用的正負序解耦的方式可以提高對電網(wǎng)電壓跌落方式的判讀。

2、本發(fā)明通過提升了系統(tǒng)對電壓跌落和恢復狀態(tài)判斷的快速性及準確性，實現(xiàn)了對系統(tǒng)的快速控制和保護。

3、本發(fā)明可以提高儲能能量轉(zhuǎn)換單元pcs對于電壓跌落時對電壓判斷的響應速度，尤其是電壓跌落較深時，實現(xiàn)系統(tǒng)對于電壓在跌落和恢復時電壓的精確判斷，從而提高儲能變流器對于電網(wǎng)電壓跌落工況下的響應能力和控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的濾波過程示意圖；

圖2為本發(fā)明的電壓跌落的判斷示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細說明。

儲能能量轉(zhuǎn)換單元pcs采用dsp芯片作為主控制器，其對于電網(wǎng)電壓跌落的狀態(tài)判斷均通過標志位來實現(xiàn)。當pcs正常工作時，檢測到電網(wǎng)電壓跌落標志位＝0；當pcs檢測到電壓跌落發(fā)生時，電網(wǎng)電壓跌落標志位＝1。

首先，將采樣后得到的三相電壓進行3s/2r的變換即從三相靜止坐標系轉(zhuǎn)換至兩相旋轉(zhuǎn)坐標系和正負序電壓分量的分離，此時正負序分量是電壓分量值，且沒有濾波，利用濾波后得到udflt和uqflt判斷電網(wǎng)電壓是否跌落。

由于在平衡情況下負序分量為0，電壓量均投影在正序分量下，在不平衡情況下正序分量和負序分量是互補的，因此通過對正序分量的判讀即可知本次電壓跌落是否發(fā)生不平衡跌落且跌落深度是多少。

在三相不平衡的跌落情況下，pcs通過正負序解耦分離的方式來實現(xiàn)對并網(wǎng)點電壓的判斷和控制，即通過正負序解耦方式對不平衡的電壓實現(xiàn)分離。

若以正序dq旋轉(zhuǎn)坐標系為參考，正序電壓以正旋轉(zhuǎn)方向同步旋轉(zhuǎn)(逆時針)，負序電壓則以負旋轉(zhuǎn)方向同步旋轉(zhuǎn)(順時針)。設正負序電壓矢量u^p和uⁿ的初始角度為θ0^p和θ0ⁿ，那么正負序電壓的坐標轉(zhuǎn)換角度為θ0^p和θ0ⁿ-2ωt，正序直流電壓分量在d軸上的表達式為

同理，正序直流電壓分量在q軸上的表達式為

若以負序dq旋轉(zhuǎn)坐標系為參考，那么正負序電壓的坐標變換角度為θ0^p+2ωt和θ0ⁿ，負序直流電壓分量在d軸上的表達式為

同理，負序直流電壓分量在q軸上的表達式為

綜上，得出電壓矢量在正負參考系下的公式：

通過上式可以得到所需的解耦方程式為

表示正序電壓矢量的d軸分量，表示正序電壓矢量的q軸分量；表示負序電壓矢量的d軸分量，表示負序電壓矢量的q軸分量。

本發(fā)明通過對旋轉(zhuǎn)坐標系下電壓的分解來實現(xiàn)對電壓的快速判斷以便于后續(xù)的控制。

在兩相旋轉(zhuǎn)坐標下d軸控制分量和q軸控制分量計算公式如下所示：

下文以平衡電壓下為例，即

ud與uq是在兩相旋轉(zhuǎn)坐標下的參考電壓，其有三部分組成：經(jīng)過pi調(diào)節(jié)的電流環(huán)輸出u′d和u′q,電壓的補償項δudr和δuqr以及兩相旋轉(zhuǎn)坐標下電網(wǎng)電壓udr和uqr。

如圖1所示，在程序中當直流分量ud和uq加入低通濾波器后，得到濾波后的udflt和uqflt值。

fc表示濾波器的截止頻率，fs表示dsp的采樣頻率。

如果濾波器的濾波次數(shù)越高，濾波后的幅值就會越小，其幅值衰減度與濾波器的截止頻率有關(guān)。此外，當電壓跌落時，udflt與uqflt的響應時間也與濾波器的個數(shù)以及截止頻率有關(guān)，個數(shù)越多，截止頻率越低，響應時間越慢。

當時，判定為跌落，電網(wǎng)電壓跌落標志位為1。其中：是正序電壓d軸分量；是正序電壓q軸分量，udrop為預設值。

如圖2所示，t0時刻電壓跌落時，通過使能標志位flag_ud使得系統(tǒng)判斷電壓已開始跌落，裝置進入低電壓模式運行，與此同時，標志位flag_ud2使能，此時電壓進入跌落區(qū)間，t0+0.1以前內(nèi)采用2000hz的濾波頻率，由于濾波頻率高，因此該電壓采樣的值保真且響應速度較快；經(jīng)過5個計算周期后，即0.1ms，此時電壓已離開跌落區(qū)間，再降低濾波頻率為5hz，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)下電壓的精確濾波，t1時刻，標志位flag_ud復位至零，此時電壓恢復至正常電壓狀態(tài)，標志位flag_ud3使能，電壓進入恢復區(qū)間，此時濾波頻率又切換至2000hz，實現(xiàn)快速濾波。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

本申請是參照根據(jù)本申請實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。