一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法及装置与流程

本发明属于不对称电网故障检测相关领域，具体涉及一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法及装置。

背景技术：

1、三相负载不平衡会导致三相系统的不对称，从而导致并网逆变器两端的电压不对称。精确的相位角检测是电网交互变流器(如逆变器和有源整流器)与电网同步所需的必要工具。在众多的技术中，锁相环是应用最广泛的电网同步方法。虽然锁相环技术被广泛应用，但当电网电压出现幅值和相位偏差时，锁相环技术在相位角检测方面可能会出现性能下降的问题。此外，随着分布式电源的普及，电压不对称现象在含高渗透率分布式电源的电力系统中越来越常见。不对称电压条件下，准确的相位角检测成为保证系统稳定性和电能质量的关键因素，也是判断电网故障的关键特征量。

2、针对不对称电压条件下相位角检测问题，目前主要是通过对锁相环结构的设计，以实现在不对称条件下获得更好的性能。有学者提出了一种基于自适应滤波的增强三相锁相环(epll)，但由于锁相环滤波器参数是基于标称频率进行调谐的，因此由于频率的变化，epll的性能会下降。有学者提出了一种基于二阶广义积分器(sogi)的锁相环，用于电网畸变条件下的精确相角检测，但三相系统需要三个sogi-pll的组合，增加了系统控制的复杂度。对于三相系统，同步参考系锁相环(srf-pll)是一种直接检测节点电压相位角的方法，然而，srf-pll方法只有在三相电压对称且为正弦波的情况下才能准确地工作。

3、综上所述，现有不对称三相系统的相位角检测及电网失电故障检测方面仍存在不足。为此，提出一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，通过信号重构实现了精确和快速的相位角检测，并根据输出频率判断电网是否出现失电故障。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法及装置，用于解决锁相环技术在相位角检测方面可能会出现性能下降的问题。

2、为解决上述问题，本发明按以下技术方案实现：

3、本发明提供了一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，该方法包括以下步骤：

4、将三相不对称系统线电压，转换为以vab为参考电压的变量形式；

5、对vbc幅值增益参数和相角偏差进行计算与修正；

6、对不对称系统线电压进行归一化重构，变换为对称的三相电压，并给出有效解判据；

7、将直接相位角与归一化重构线电压相结合，输出相位角θab；

8、将不连续的θab转换为连续的频率f，当检测到电网参考电压vll与频率f均下降到预定阈值时，则判断电网出现失电故障。

9、在一种实施方式中，所述将三相不对称系统线电压，转换为以vab为参考电压的变量形式，包括：

10、根据不对称三相系统的两个线电压vab和vbc测量值，选择a相和b相之间的电压vab作为参考，将三相不对称系统线电压表示为：

11、

12、式中，k1和k2为电压幅值增益变量，k1＞0和k2＞0定义了电压幅度的不同性；vll是参考电压的幅度，δθ1和δθ2是相位角偏差。

13、在一种实施方式中，所述对vbc幅值增益参数和相角偏差进行计算与修正，包括：

14、对参考电压vab的半周波检测计算得参考线电压幅值vll，并对该过程进行实时更新；

15、计算电压vbc的幅度，用电压vbc的幅度除以参考线电压幅值vll获得k1的值；

16、利用电压vbc表达式计算得出δθ1，当θab＝π/2时，在参考电压的每个信号由正到负过零点，δθ1可以表示为：

17、

18、考虑离散采样引起的误差，对每个周期的δθ1进行修正。

19、在一种实施方式中，所述考虑离散采样引起的误差，对每个周期的δθ1进行修正，包括：

20、定义vab0为参考信号vab的归一化振幅，在vab过零点角度误差估计为δθe＝sin-1(vab0)，则修正后的δθ1为：

21、

22、在一种实施方式中，对不对称系统线电压进行归一化重构，变换为对称的三相电压，包括：

23、定义归一化重构电压变量为：

24、

25、式中，和是三个归一化重构线电压，为对称的三相电压。

26、在一种实施方式中，有效解判据获得过程包括：

27、用替换cos(θab-(2π/3))，用替换sin(θab-(2π/3))，可计算vbc表达式为：

28、

29、将用vbc表示，则：

30、

31、求解vbc的解，并引入标志位函数确定两个解中的有效值为：

32、

33、式中，和分别表示两个解，在任何情况下只有一个有效。

34、在一种实施方式中，所述有效解判据为：

35、当和都满足时，更新标志值{0,1}，标志状态更改为：如果flag＝1；否则flag＝0。

36、在一种实施方式中，将直接相位角与归一化重构线电压结合过程中，令vab和vbc为输入电压，和为归一化重构线电压。

37、在一种实施方式中，所述将不连续的θab转换为连续的频率f的方法为：

38、将不连续的θab与s/(τs+1)结合，将时间导数算子与一阶低通滤波器相结合，其截止频率由ωc＝2πfc＝1/τ定义。

39、本发明还提供了一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测装置，该装置包括：

40、转换模块，用于将三相不对称系统线电压，转换为以vab为参考电压的变量形式；

41、修正模块，用于对vbc幅值增益参数和相角偏差进行计算与修正；

42、信号重构模块，用于对不对称系统线电压进行归一化重构，变换为对称的三相电压，并给出有效解判据；

43、直接相位角检测模块，用于检测直接相位角；

44、所述直接相位角检测模块与信号重构模块级联，输出相位角θab；

45、转换及判断模块，用于将不连续的θab转换为连续的频率f，当检测到电网参考电压vll与频率f均下降到预定阈值时，则判断电网出现失电故障。

46、本发明有益效果：

47、本发明该方法与传统锁相环技术不同，不需要任何比例积分控制器，大大降低了检测相角的复杂度和延迟。本发明设计了信号重构模块将三相不对称系统线电压进行归一化重构，变换为对称的三相电压；并直接相位角检测模块与信号重构模块级联，直接输出相位角并通过转换模块将不连续的相位角转换为连续的频率。实现了精确和快速的相位角检测和失电故障检测，当检测到电网参考电压和频率下降到预定阈值时，可判断电网出现失电故障。

技术特征：

1.一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，其特征在于，所述将三相不对称系统线电压，转换为以vab为参考电压的变量形式，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，其特征在于，所述对vbc幅值增益参数和相角偏差进行计算与修正，包括：

4.根据权利要求3所述的一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，其特征在于，所述。

5.根据权利要求1所述的一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，其特征在于，对不对称系统线电压进行归一化重构，变换为对称的三相电压，包括：

6.根据权利要求5所述的一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，其特征在于，有效解判据获得过程包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，其特征在于，所述有效解判据为：

8.根据权利要求7所述的一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，其特征在于，将直接相位角与归一化重构线电压结合过程中，令vab和vbc为输入电压，和为归一化重构线电压。

9.根据权利要求1所述的一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法，其特征在于，所述将不连续的θab转换为连续的频率f的方法为：

10.一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测装置，其特征在于，该装置包括：

技术总结
本发明公开了一种基于直接相位角检测同步的不对称电网失电故障检测方法及装置，该方法包括：将三相不对称系统线电压，转换为以v<subgt;ab</subgt;为参考电压的变量形式；对v<subgt;bc</subgt;幅值增益参数和相角偏差进行计算与修正；对不对称系统线电压进行归一化重构，变换为对称的三相电压，并给出有效解判据；将直接相位角与归一化重构线电压相结合，输出相位角θ<subgt;ab</subgt;；将不连续的θ<subgt;ab</subgt;转换为连续的频率f，当检测到电网参考电压V<subgt;LL</subgt;与频率f均下降到预定阈值时，则判断电网出现失电故障。本发明解决了锁相环技术在相位角检测方面可能会出现性能下降的问题，大大降低了检测相角的复杂度和延迟。实现了精确和快速的相位角检测和失电故障检测。

技术研发人员：张栋,谢雨函,王晓璐,尹铭玮,张伍军,狄然
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司徐州市铜山区供电分公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15