一种改进的单相电路电压暂降检测方法

/中国矿业大学（北京） 机电与信息工程学院 王彦文 李希年/

0 引言

现代工业的高度自动化和复杂工艺对电能质量提出了更高的要求，其中电压暂降是电能质量的重要指标之一。电压暂降，俗称“晃电”，是指电力系统在运行过程中，由于雷击、短路故障重合闸、企业内外部电网故障和大型设备起动等原因造成的电压瞬间较大幅度波动或者短时断电又恢复的现象[1]，其典型持续时间50~167ms，幅值0.5~0.9pu[2]。

由雷击导致的电网单相接地故障是电压暂降的主要原因，其造成的电压跌落不会低于额定值的33%[3]。电压暂降对化工企业的正常运行有重大影响，轻则使部分电动机、变频器和接触器跳闸，造成企业生产的中断，重则发生爆炸等设备事故和人身安全事故[4]。

为了减小电压暂降对生产过程的影响，DC—BANK、DVR与快切等补偿装置在工业中获得了广泛应用，而电压暂降的快速检测是实现电压暂降补偿的前提条件。

本文分析了αβ变换法实现电压暂降检测的不足，并提出了一种改进的检测方法。

1 αβ变换法原理

αβ坐标变换法的原理为将单相电路的瞬时电压变换到αβ静止坐标系，然后经αβ/dq旋转坐标变换实现对电压暂降的检测[5]。

假定单相瞬时电压为

其中，U为额定电压的有效值，k为暂降程度，θ为相角跳变（以下简称为相角），暂降前k=1，θ=0。

图1中，电压向量U与dq坐标系同步，两者相对于αβ静止坐标系均以角速度w旋转，其在αβ坐标系两轴上的投影分别为Uα与Uβ。

2 改进的αβ变换法

针对上述问题，本文提出利用较小的延时来构造信号Uβ。任意延时Δt下，

3 仿真分析

图1 αβ坐标系与dq坐标系间的变换

实际电力系统中发生的电压暂降多为单相事件， Matlab/Simulink环境下，对电力系统发生单相电压暂降的情况进行仿真。设定单相电压的有效值为220V，频率50Hz，在0.04~0.12s间发生电压暂降，电压幅值跌落至120V，并伴随有21。相角跳变，其电压波形如图2所示。

图2 电压暂降波形

可根据实测的单相瞬时电压构造αβ坐标系中的Uα与Uβ，令电压的瞬时值U1=Uα，将超前Uα 90。的分量作为当前量Uβ，即

经正序αβ/dq变换，可得到dq坐标系下电压的直流分量Ud与UQ

从而，电压的幅值与相角为

上述αβ变换中，Uβ由Uα延时90。（T/4）构造，两者数据不同步会造成检测起止时刻的短时扰动；为了克服其不足，文献[6]提出通过对Uα求导来构造Uβ，但暂降起止时刻信号的不连续导致求导运算产生突变，同样会造成检测中的短时扰动。

仿真中设定采样频率为20kHz，即每周期采样400点，图3为对应的检测结果，其中延时90。与延时30。分别为采用文献[5]与本文提出的方法所得到的检测结果。

可以看出，数据越同步，检测起止时刻的扰动越小、精度越高，越能快速检测到电压暂降的情况，有利于电压暂降的实时补偿。

图3 电压暂降的检测结果

4 结束语

本文提出的改进αβ检测法能够快速、精确地检测到电压暂降的幅值与相角，有效克服了原检测算法的不足，可应用于实际的电压暂降补偿装置中。

[1] 张子富.化工企业连续供电方式的实现.电气应用[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.炼化企业“晃电”影响分析及对策[J].电气应用,2011(03):44-47．

[5] 杨亚飞,颜湘武,娄尧林.一种新的电压骤降特征量检测方法[J].电力系统自动化,2004,28(4):41-44．

[6] 张庆超,肖玉龙.一种改进的电压暂降检测方法[J].电工技术学报,2006,21(2):123-126．