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專利名稱：正負序電量實時檢測的方法
技術領域：
本發明涉及一種正負序電量實時檢測的方法，屬于電氣控制領域。
背景技術：
對于各種基于VSC(Voltage Source Converter)的FACTS裝置、直*0%電 系統、風力發電變流控制系統APWM變流裝置需要實時檢測電壓和電流的 負序#,以a系統電壓不平衡引起的電流、電壓和功率等波動；對于 變壓器、電才A4空制與保護中也常需要決速地測量負序分量，才能有效的抑 制負序對系統的影響。
目前正負序電量4&則方法可分為以下幾類
(1) 基于各種瞬時無功功率理論的檢測方法，這類方法有2個J^陣點 ①該類方法需要電壓波形為參考，因而只能用于4企測電流中的諧波 分量，而不能用于檢測電壓中的諧波分量，而且當系統電壓有畸變 或不對稱時，該類方法需要首先獲取基波正序電壓^J:作為參考， 而如何從畸變、不對稱的三相電壓中實時提取基波正序^J:本身就 是一個需要解決的問題；②該類方法將^目功率的直流^t對應有 功電流，脈動^J:對應諧波電流。但負序電ifu(電壓)和正序電壓(電 流)相互作用的功率也是脈動的，因此這類方法不能實3M負序^i: 的實時^^解。
(2) 基于時域的瞬時對稱分量法，這類方法特點是構造旋轉向量，向量 的虛部為三相電量的瞬時值，實部可通過三角函數法、求導法等計 繊'J。
(3) 自適應檢測方法，這類方法^"和基于各種瞬時無功功率理論的檢 測方法有類似的2個特點。
(4) 基于帶通或帶阻濾波器的檢測方法，這類方法有2個^^#點①不 需要以電壓波形為參考，因而既能用于檢測電流中的諧波分量，也 能用于檢測電壓中的諧波分量；②過分依賴于濾波器參數的調整， 無法4M嘗濾波器引起的相移，易受系統頻率偏移的影響；由于濾波的延時作用，不利于正負序的瞬時檢測，且無法4M嘗采樣的電量的 相移。
可見，上述方法均存在實時性不足、實觀雄度過大等缺陷，不利于實
際的應用；針對上述問題，本發明提出了一種新型正負序電量實時檢測的 方法。

發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有正負序電量實時檢測方法的缺 點，提供一種算法簡單、適用范圍廣的正負序電量實時檢測的方法。
本發明解決^l支術問題所采用的技術方案如下正負序電量實時4^則 的方法，由具有數據處理功能軟件的數字分析系統實現，其功f^狹主要包 括電量采樣測量才狹、角度檢測才狹、坐標變換沖狹、正負序^*檢測的 數據運算才^:以瓦良坐標變換才M，本方法包括如下步驟
1) 、采樣測量模塊，對^目交流電量進行連續采樣，并將每次采樣結 果^^為與采樣時間順序相關的序列形式X^)、 ^(yt)、 ibN鄰兩 次采樣的時間間隔為A/("，其中下標A、 B、 CH^4^目分量，A:表示采
序列順序號；
2) 、角度才企測才臭塊，檢測采樣時刻與該電量同步旋轉的正序角度值 《(左)，取與該電量反相同步旋轉的負序角度值0_ ("=-《("，《("和
0_ W是關于采樣時間的序列；
3)、坐標變換4莫塊，進行三相電量瞬時值KA:)、 Xs(A:)、的Clark
變換； <formula>formula see original document page 5</formula>(1)
根據公式(1)計算得到a(A)、 / W序列，分別表示三相電量變換到 ot - (3兩相靜止坐標系下的a軸*和P軸分量；
4)、正負序^J:檢測的數據運算才狹，計算獲得cc-P兩相靜止坐標系下的正負序*;
將步驟2)中獲得的當前正序角度值《(A:)、負序角;l值義0t),上一個 采樣周期的正、負序角度值^(A:-1)、 A(A:-1);以林方法步驟3 )中獲 得的cx- P坐標系下的當前a(yt)、岸)分量，上一個采樣周期的— 1)、 風A-1)分量，帶入下式進4ti十算
(2)
<formula>formula see original document page 6</formula>其中，c =
cos(《(") —sin(《(A;)) cos(6>_(") -sin(e_(A:))' sin(S+(A:)) cos(《(A;)) sin(^(A:)) cos(^(A:))
cos(0+(k-l)) -sin(《(k-l)) cos(e_(k-l)) -sin(^—(k-l))
sin(《(k-l)) cos (k-l)) sin(^(k-l)) cos(S—(k-l))
得到a- |3兩相靜止坐標系下的當前正序分量a+(A:) 、 〃+0t)及當前負序 分量a-("、艮W的瞬時值；
5)、反坐標變換4莫塊，將步驟4)計算得到的oc-P兩相靜止坐標系下 的正序分量"+ (" 、 &及負序經a— (" 、 / _(A)進行反Clark變換；
<formula>formula see original document page 6</formula>(4)
根據公式(3)、 (4)得到當前^4目正序^Jr瞬時值X"(A:)、 + Xc + (Jt)和^目負序^J:瞬時值^-("、 Zs-(A:)、 Xc-("。
本發明的有益效果如下較傳^i&則方法，根據本發明所提出的正負序電量4全測的方法，算法簡單，實時性強，解決了復凄t計算、濾波器、構 造同步旋轉向量等方法帶來的運算復雜、算法延時等問題，保證了正負序
^f:檢測的實時性、準確性；避免了反三角函數計算，實際計算過程中不 需要計算M的角度值，只需要計算出角度值對應的正余弦值即可；適用 范圍廣、易于工程實現；可應用于電力系統等各種不對稱逸行及不對稱故 障的分析、電力電子電路動態電壓或電流的控制和4hf嘗中。


圖1為正負序電量實時^全測原理的示意圖。 圖2為正負序電量實時檢測方法的計算^f呈圖。 圖3為包含正負序分量的三相電量圖。 圖4為^目電量變換到a - P坐標系下的a - P ^J:圖。 圖5為檢測到的正序oc- P ^J:圖。 圖6為檢測到的負序a-(3^:圖。 圖7為檢測得到的正負序三相電量圖。
具體實施例方式
下面參照附圖并結合實例對本發明作ii一步詳細描述。但是本發明不 限于所給出的例子。
如圖l所示，為本正負序電量實時檢測工作示意圖，其功肯^^:主要 包括電量采樣測量模塊、角;1^^財莫塊、坐標變換才莫塊、正負序^Jr4^則 的數據運算模塊、反坐標變換才莫塊。用于方法實現的數字分析系統，可以 由運算芯片(DSP或其它)組成，主要完成與外部信號的通訊、測量量的 采集以及內部運算，實^^J"正負序電量的實時^r測。
如圖2所示為本發明提出的正負序電量實時檢測方法的流程圖，抬訓 步驟如下
1)、釆樣測量才狹對^f目交流電量(i^為包含正負序M的^目電 壓信號)進行連續采樣，并將每次采樣結果^^為與采樣時間順序相關的 序列形式仏("、CMA)、 f/c(",到目鄰兩次釆樣的時間間隔為A/(A;)(由凄史 字分析系統中的軟硬件確定)，其中下標A、 B、 C^J^4目^J:, A:表示采序列順序號；
2)、角度檢測才狹，檢測采樣時刻與該電量同步旋轉的正序角度值 《W,取與該電量反相同步旋轉的負序角度值^("=-《(*), 0+(;t)和 e_ 是關于采樣時間的序列；
3)、坐標變換才狹，進行三相電壓瞬時值"("、fMA:)、 f/(("的Clark 變換；
，
1 一
2
5
(5)
沖艮據公式(5)計^f尋到a-(3兩相靜止坐標系下的當前oc軸電壓^l:
4)、數據運算才狹將步驟2)中獲得的當前正序角度值《Ot)、負序角
度值義(yt);上一個采樣周期的正序角度值^(/t-l)、負序角度值《(it-l)以 及步驟3)中獲得的a-(3兩相靜止坐標系下當前[/。(A:)、 ^("分量；上一
個采樣周期同理得到的f/Jyt-1)、 ^(*-1)^*,帶入公式(2)進frH"算
(6)
—cos((9+(A:))-sin眠帥 00 一—，_
sin(《(/t))cos(6^(A:)) 00，
00 cos,))—si
/7艮("_ 00 sin,))cos(義(")
其中，c =
cos(A(A:)) — sin(《(yt)) cos(^(A:)) -sin(^—(A:))-
sin(A(A;)) cos(^+(A:)) sin(0—(") cos(0_(A:))
cos(0+(k-l)) -sin(《(k-l)) cos(^(k-l)) -sin(P_(k-l))
sin(《(k-l)) cos(《(k陽1)) sin(P—(k-l)) cos(0—(k-l))
獲得a-P兩相靜止坐標系下的當前正序電壓瞬時值C/。+(yt)、 "&(" 及當前負序電壓的瞬時值f/^Ot)、 t/^(";
5)、將步驟4)計算得到的當前a-(3兩相靜止坐標系下的正序^t "。+(W 、 (A)及負序分量"』("、"々—(W進行反Clark變換；<formula>formula see original document page 9</formula>
根據公式(7)、 (8)得到當前三相電壓正序分量瞬時值仏+ ("、
""W、 "r + ("和三相電壓的負序分量瞬時值^-(^:)、 "s-("、 C/c —("。
本發明是在^目電壓正負序才&則中的應用說明，不限于本實施例，還 可以包括其它的應用形式，但對于本發明所使用的控制原JM方法具有通 用性。
以下給出的算法結a明本發明提出的新型正負序電量實時;^則的方 法切實有效，實時性強，可以效果明顯地將正負序^J:分別檢測得到，充 分^f見本發明的實時性和易實現1"生。
該算例為 一個幅值為1、頻率為50Hz、持續時間為0~0.3s的正序三 相對稱電量，在0.1 0,2s間設置了電量凹陷，產生幅值為0.5、頻率為50Hz 的負序^目電量如圖3所示，來沖梨以^4目電量的畸變。經iii^算在第3步 得到當前包括正負序^J:的a-e^i:如圖4;經步驟4運算后分別得到a -0坐標系下的當前正序^4及負序^1:，如圖5和圖6所示；經步驟5分 別得到當前正序及負序^f目電量的瞬時值，如圖7所示。可見經it^發明 方法的實施，正負序電量進行了實時有效的檢測。圖中尖峰式誤差是兩采 樣時刻下(ii^采樣時間間隔設為0.0001s)電量瞬時釆樣值間出現的非模 型誤差。
本發明提出的新型正負序電量實時檢測方法的實施部分，具有實現方便、通用性良好的特點，更具有重要的現實意義。
權利要求
1、正負序電量實時檢測的方法，由具有數據處理功能軟件的數字分析系統實現，其功能模塊主要包括電量采樣測量模塊、角度檢測模塊、坐標變換模塊、正負序分量檢測的數據運算模塊以及反坐標變換模塊，本方法包括如下步驟1)、采樣測量模塊，對三相交流電量進行連續采樣，并將每次采樣結果保存為與采樣時間順序相關的序列形式XA(k)、XB(k)、XC(k)，且相鄰兩次采樣的時間間隔為Δt(k)，其中下標A、B、C代表三相分量，k表示采序列順序號；2)、角度檢測模塊，檢測采樣時刻與該電量同步旋轉的正序角度值θ+(k)，取與該電量反相同步旋轉的負序角度值θ_(k)＝-θ+(k)，θ+(k)和θ_(k)是關于采樣時間的序列；
2、 根據權利要求l所述的正負序電量實時檢測的方法，其特征是步驟2)中，枱鍘采樣時刻的與該電量同步旋轉的角y^列形式《W，采用PLL鎖相環方式實現。
3、 根據權利要求1所述的正負序電量實時檢測的方法，其特征是所述 的^目電量瞬時值AXA)、 Z (/t)、 Zc("為三相電壓或^目電流。
全文摘要
正負序電量實時檢測的方法，步驟如下采樣獲得三相交流電量X_A(k)、X_B(k)、X_C(k)；檢測采樣時刻與該電量同步旋轉的正序角度值θ₊(k)，取與該電量反相同步旋轉的負序角度值θ_-(k)＝-θ₊(k)；將三相交流電量的瞬時值變換到αβ坐標系下的α(k)、β(k)分量；將當前采樣時刻角度值θ₊和θ_-，αβ坐標系下的α(k)、β(k)分量；上次采樣時刻的角度值θ₊(k-1)和θ_-(k-1)以及上一采樣時刻的α(k-1)、β(k-1)分量作為已知量，計算得出αβ坐標系下當前正序分量α₊(k)、β₊(k)及當前負序分量α_-(k)、β_-(k)的瞬時值；最后進行反Clark變換，得到當前三相正序分量X_A+(k)、X_B+(k)、X_C+(k)和三相負序分量X_A-(k)、X_B-(k)、X_C-(k)。
文檔編號G01R29/16GK101509945SQ20091002485
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月27日 優先權日2009年2月27日
發明者劉雪菁, 偉 王, 智 王 申請人:國網電力科學研究院;南京南瑞集團公司