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定制电力配套设备电压暂降和瞬时电阻快速检测算法研究 0 检测算法的研究 传统的能源消耗是基于系统的静态。近几年随着大量非线性、冲击性用电设备接入电网,加之对电能质量异常敏感的高精尖设备越来越多,暂态电能质量倍受关注。 电压暂降和瞬时断电是目前最受重视的暂态电能质量问题。针对此类问题,美国电科院率先提出了定制电力技术。其中的各种设备,包括动态电压恢复器(DVR)、固态切换开关(SSTS)等,有一个共同特点,即迅速检测出电压波形缺损,及时启动装置。为此,国内外学者进行了大量的研究[9,10,11,12,13,14,15,16],主要分为以下几方面: a.基于单一特征值的有效值法、峰值法; b.基于点对点(point to point)比较的波形相邻周期比较法、丢失电压(missing voltage)法; c.基于数学变换的方法,主要有傅里叶变换法、短时傅里叶变换法、小波变换法、αβ0变换法、dq0变换法、Dyn测度法、最小二乘法、卡尔曼滤波法等。 这里从国家电网公司重点研究项目———10 k V定制电力配套产品研制的实际出发,分析了目前较常用的检测算法的局限,首次提出将曲线拟合法运用于定制电力设备检测算法中,并在详细分析和比较中确认两采样值积曲线拟合法较适合。基于DSP仿真器上的编程仿真,证实了两采样值积曲线拟合法较之其他算法的实际运用可行性。 1 检测算法的一般局限性 1.1 滑动平均计算方法 根据连续周期信号有效值的定义,电压有效值可利用时间域一个周期数字均方根运算得到: 为了实时检测电压有效值的骤然变化,实际中常采用一个周期数据序列的滑动平均计算: 此方法虽然简单,但是由于对电压波形具有明显的平滑作用,实时性比较差;而且只能得到电压暂降的幅值,无法得到电压暂降的相位。 1.2 定制电力设备的判断 缺损电压等于期望的电压瞬时值减去电压暂降后的实际电压瞬时值,即 式中Δu为缺损电压;up为期望的电压瞬时值;usag 为电压暂降后的实际电压瞬时值。 通过判断Δu的大小决定是否检测出电压降到规定值以下,是否该启动定制电力设备。 局限性: a.此方法为点对点电压突变检测算法,受采集系统白噪影响较大,需增加判断时间,多点判断; b.期望电压瞬时值选取无标准,往往取前一周期对应采集点数据,受频率偏移影响较大; c.无法检测出电压相角变化大小; d.最大的问题是,采集电压瞬时值呈周期变化,求出的缺损电压瞬时值也呈周期变化,往往在0°时无法及时检测出电压缺损、在90°时易误检出电压缺损。 1.3 加密压监测 导数算法假设单相电压是正弦基波量,利用单相电压的导数值间接求出相电压的有效值,即假设t1时刻电压为 则t1时刻电压的导数为 式中 优点: 能快速计算出暂降后电压有效值和变化后电压相角。 局限性: a.求有效值时,需要开根号,求相角时需要求反正切,计算量很大; b.基于严格意义上的正弦基波量,对于幅值缓慢变化的电压量,会带来一定误差,且受频率偏移影响较大; c.求导运算方法,导致电压突变量以及谐波量引入的离散计算误差很大; d.两采样点相隔越近,则求导计算过程抗白噪能力越差,两采样点相隔越远,差分法求出的导数越不准。 1.4 相交流电压基波分量有效值 三相电压d-q变换法利用三相电压瞬时采样值,进行派克变换,求出d轴分量,其直流量对应三相交流电压基波分量有效值,即 此方法物理概念清晰,原理上能够迅速求出三相平衡电压有效值。 局限性: a.此方法针对三相平衡量有效,很难求出三相不平衡量各相电压有效值及电压相位; b.派克变换后d轴分量的二次以上谐波引入计算误差较大; c.变换公式中频率ω的误差具有累加性。 1.5 加快全面技术创新 基于配电网中三相电压不平衡情况较多,三相电压d-q分解法不适用,有些学者提出了利用单相电压延迟60°构造三相电压d-q变换法。 本算法利用单相电压延迟60°构造三相电压,再对虚拟三相电压进行派克变换,求出d轴分量,进而求出实际电压有效值。 构造三相虚拟电压公式如下(以正常a相电压为例): 接着,利用式(10)进行派克变换,求出d轴分量,进而求出三相交流电压基波分量有效值和相角。 优点: 原理清晰,能够实现单相电压相位和幅值的求解。 局限性: a.实际利用延迟120°电压值构造虚拟三相电压,引入三分之一周期延时; b.同样存在派克变换后d轴分量的二次以上谐波引入较大计算误差; c.变换公式中频率ω的误差具有累加性;d.计算量较大; e.更重要的是,构造本身严格假定信号工频周期性,会引入较大误差。 1.6 基于利益衡量方法的方法 此方法假设单相电压是标准的正弦基波量,利用单相电压的导数值间接求出虚拟的另外两相电压量。构造公式如下(以正常a相电压为例): 接着,利用式(10)进行派克变换,计算出d轴分量,进而求出三相