用于检测矢量偏移的方法和设备技术

本发明专利技术提供了用于检测AC电力系统中的矢量偏移的方法和设备，该设备包括：频率测量装置(10)，其适于确定AC电力系统的频率；求导装置(20)，其适于确定该频率的时间导数；滤波装置(30)，适于对该频率的时间导数进行滤波；以及检测装置(40、50、60、70)，其适于：在具有AC电力系统的基本周期的长度的时段期间针对经滤波的该频率的时间导数计算时间导数；确定所计算的时间导数之中的正时间导数的数目和负时间导数的数目；以及响应于所确定的正时间导数的数目和负时间导数的数目之间的差的绝对值超过预定阈值而检测到AC电力系统中的矢量偏移。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于检测AC电力系统中的矢量偏移的方法和设备。
技术介绍
在AC电力系统中，矢量偏移或电压矢量偏移的概念例如通常是指以下情形：由于AC电力系统中的负荷或发电的突变而导致AC电力系统的电压波的周期长度发生突变。因此，单个周期变为随时间而偏移，即所述周期变长或变短。因此，相位角提前暂时不对应于与AC电力系统的真正频率相关的正常提前速率。例如，与AC电力系统有关的矢量偏移的检测可以被用在用于检测发电机与网络的断开(孤岛情形)的矢量偏移继电器中。检测AC电力系统中的矢量偏移的另一可能的目的是与频率测量和频率保护有关。在实践中，针对频率保护的频率测量可能会测量相位角的提前。在频率保护中，真正的网络频率是相关的，而不是由干扰所引起的视在频率。正如上面已经说明的，例如，当连接或断开AC电力系统中的负荷或发电时，可能会发生矢量偏移，从而导致如下情形：相位角提前暂时不对应于与真正网络频率相关的正常提前速率。频率测量可能会错误地将这个认为是频率偏差，并且频率保护可能会不必要地跳闸。因此，以下将会是有益的：检测系统中的矢量偏移，以便能够断定在矢量偏移现象期间频率测量可能不正确。用于检测AC电力系统中的矢量偏移的现有方案的问题在于其灵敏度可能不足，并且因此它们可能仅能够检测相对大的矢量偏移。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种方法和一种用于实现该方法的设备，以解决或至少减轻上述问题或者至少提供一种替选方案。利用由在独立权利要求中陈述的内容所表征的方法和设备来实现本专利技术的目的。在从属权
利要求中描述了本专利技术的优选实施方式。本专利技术基于如下构思：通过识别由矢量偏移所引起的系统的电压波形中的特征图案来检测AC电力系统中的矢量偏移。本专利技术的方案的优点在于其提供了良好的灵敏度，并且甚至能够检测到AC电力系统中的相对小的矢量偏移。此外，可以快速检测矢量偏移；基本上在0.5至1倍的AC电力系统的基本周期内。附图说明在下文中，将结合优选实施方式并参照附图来更详细地描述本专利技术，在附图中：图1示出了根据实施方式的设备的框图的示例；图2示出了根据实施方式的频率测量的框图的示例；图3示出了根据实施方式的曲线图的示例；以及图4示出了根据实施方式的曲线图的示例。具体实施方式本专利技术的应用不限于任何特定系统，而是可以与各种AC(交流电)电力系统结合使用。此外，本专利技术的使用不限于例如采用任何特定基本频率或任何特定电压水平的系统。在其中实现各种实施方式的AC电力系统例如可以是三相AC系统。这样的AC电力系统的示例包括各种电力网，例如配电网、输电网以及其部件或部分。AC电力系统的基本频率例如可以是50Hz或60Hz。图1示出了根据实施方式的设备的框图。根据实施方式，检测AC电力系统中的矢量偏移包括首先确定AC电力系统的频率。这可以在被配置成对AC电力系统(未示出)的频率进行测量的频率测量框10中执行。根据实施方式，确定AC电力系统的频率可以通过比较AC电力系统的电压的第一相位角与AC电力系统的电压的第二相位角来执行，以使得第一相位角和第二相位角与间隔开AC电力系统的基本周期的时间点相对应，其中，AC电力系统的电压的第一相位角和第二相位角借助于离散傅里叶变换来确定，该离散傅里叶变换具有与AC电力系统的基本周期相对应的
长度。图2示出了频率测量框10的示例。频率测量框10可以从AC电力系统中接收以适当的采样频率进行采样的电压信息，以用于确定AC电力系统的频率。电压信息可以来自AC电力系统的一个相U1B(线电压或相电压)或来自所有相U1A、U2A和U3A。然后，一相电压或多相电压分别在傅里叶变换框100A或100B中经受滑动窗口类型的离散傅里叶变换(DFT)。优选地，在每次执行时，滑动窗口类型的离散傅里叶变换提前一个样本。根据实施方式，离散傅里叶变换可以借助于快速傅里叶变换(FFT)来执行。傅里叶变换的长度优选地与基本周期(即AC电力系统的基本频率的倒数)相对应，所述基本周期例如可以是1/50s或1/60s。在使用来自所有相的电压(框100A)的情况下，优选地在正相序(PPS)框110中处理该结果。然后，来自傅里叶变换框100B或来自正相序(PPS)框110的的结果(优选地采用虚部(IM)和实部(RE)的形式)可以在atan2()框120中被处理，其中atan2()框120输出相应的相位角信息。最后，接收相位角信息的频率计算框130可以基于AC电力系统的电压的第一相位角与AC电力系统的电压的第二相位角之间的差来确定AC电力系统的频率f，以使得第一相位角和第二相位角与间隔开由AC电力系统的基本周期的时间点相对应。根据实施方式，可以根据下面公式来获得在给定时间处的频率f：df＝((2*π+角度1–角度2)-2*π)/(2*π)，以及f＝(1+df)*fn，其中，角度1(以弧度为单位)是在给定时间处的相位角，角度2(以弧度为单位)是在比给定时间早一个基本周期的时间处的相位角，以及fn是AC电力系统的基本频率。如果在频率变化时角度以其它方式为不连续的，则在使用上述公式时角度1可能必须加上2*π或减去2*π(取决于角度的表示形式)。在矢量偏移期间，原始未经滤波的频率f引起对称金字塔形频率偏差，该对称金字塔形频率偏差具有恒定长度的侧边(在标称频率下)或近似恒定长度的侧边，并且等于AC电力的基本周期(例如在50Hz系统中，1/50s＝20ms)。为了检测和辨别矢量偏移，可以利用这种属性。根据实施方式，这可以按如下方式来实现：在确定频率f之后，在框20中确定频率的时间导数df/dt。然后，利
用移动窗口滤波器对频率的时间导数df/dt进行滤波，其中，该移动窗口滤波器的窗口具有AC电力系统的基本周期(例如在50Hz系统中为20ms)的长度。滤波的目的是提高稳定性，并且对频率的上升或下降进行放大。窗口具有基本周期的长度，以便对具有基本周期的持续时间的事件进行放大，并且有助于将这样事件与其它更短持续时间事件或更长持续时间事件分开。根据实施方式，移动窗口滤波器可以是移动均值(移动平均值)滤波器或移动中值滤波器。框30例示了移动均值滤波器MM(df/dt)，该移动均值滤波器MM(df/dt)可以根据下面通式来计算，例如：MM(df/dt)＝[df/dt(M)+df/dt(M-1)+……+df/dt(M-n-1)]/n其中，n＝样本数目。根据第一替选实施方式，接下来，在框40中，在具有AC电力系统的基本周期的长度的时段期间，针对经滤波的频率的时间导数计算时间导数。因此，例如在移动中值滤波的情况下，在具有AC电力系统的基本周期(例如在50Hz系统中为20ms)的长度的时段期间计算d(MM(df/dt))/dt。执行此以使能够检查该频率在具有AC电力系统的基本周期的长度的时段内恒定上升或恒定下降。然后，在框50中，对所计算的时间导数之中的正时间导数的数目和负时间导数的数目进行确定。根据实施方式，为了与噪声和其它干扰分开，仅考虑幅度大于预定下限幅度阈值的时间导数和/或幅度小于预定上限幅度阈值的时间导数。在此之后，在框60中，对所确定的正时间导数的数目与所确定的负时间导数的数目之间的差的绝对值进行确定。最后，在框7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测AC电力系统中的矢量偏移的方法，所述方法包括：a)基于所述AC电力系统的电压的第一相位角与所述AC电力系统的电压的第二相位角之间的差来确定所述AC电力系统的频率，所述第一相位角和所述第二相位角与间隔开所述AC电力系统的基本周期的时间点相对应，其中，借助于滑动窗口类型的离散傅里叶变换来确定所述AC电力系统的电压的所述第一相位角和所述第二相位角，所述滑动窗口类型的离散傅里叶变换具有与所述AC电力系统的基本周期相对应的长度；b)确定所述频率的时间导数；c)利用移动窗口滤波器对所述频率的时间导数进行滤波，其中，所述移动窗口滤波器的窗口具有所述AC电力系统的基本周期的长度；以及或者d)在具有所述AC电力系统的基本周期的长度的时段期间针对经滤波的所述频率的时间导数来计算时间导数；e)确定在步骤d)中所获得的正时间导数的数目和负时间导数的数目；以及f)响应于在步骤e)中所获得的正时间导数的数目与负时间导数的数目之间的差的绝对值超过预定阈值而检测到所述AC电力系统中的矢量偏移，或者g)在具有所述AC电力系统的基本周期的长度的第一时段期间针对经滤波的所述频率的时间导数来计算时间导数；h)确定在步骤g)中所获得的正时间导数的数目和负时间导数的数目；i)如果步骤h)中所获得的正时间导数的数目与负时间导数的数目之间的差的绝对值超过预定阈值，则在第二时段期间针对经滤波的所述频率的时间导数计算时间导数，所述第二时段紧跟着所述第一时段且具有所述AC电力系统的基本周期的长度；j)确定在步骤i)中所获得的正时间导数的数目和负时间导数的数目；以及k)响应于在步骤j)中所获得的正时间导数的数目与负时间导数的数目之间的差的绝对值超过所述预定阈值而检测到所述AC电力系统中的矢量偏移。...

【技术特征摘要】
2015.05.13 EP 15167513.91.一种用于检测AC电力系统中的矢量偏移的方法，所述方法包括：a)基于所述AC电力系统的电压的第一相位角与所述AC电力系统的电压的第二相位角之间的差来确定所述AC电力系统的频率，所述第一相位角和所述第二相位角与间隔开所述AC电力系统的基本周期的时间点相对应，其中，借助于滑动窗口类型的离散傅里叶变换来确定所述AC电力系统的电压的所述第一相位角和所述第二相位角，所述滑动窗口类型的离散傅里叶变换具有与所述AC电力系统的基本周期相对应的长度；b)确定所述频率的时间导数；c)利用移动窗口滤波器对所述频率的时间导数进行滤波，其中，所述移动窗口滤波器的窗口具有所述AC电力系统的基本周期的长度；以及或者d)在具有所述AC电力系统的基本周期的长度的时段期间针对经滤波的所述频率的时间导数来计算时间导数；e)确定在步骤d)中所获得的正时间导数的数目和负时间导数的数目；以及f)响应于在步骤e)中所获得的正时间导数的数目与负时间导数的数目之间的差的绝对值超过预定阈值而检测到所述AC电力系统中的矢量偏移，或者g)在具有所述AC电力系统的基本周期的长度的第一时段期间针对经滤波的所述频率的时间导数来计算时间导数；h)确定在步骤g)中所获得的正时间导数的数目和负时间导数的数目；i)如果步骤h)中所获得的正时间导数的数目与负时间导数的数目之间的差的绝对值超过预定阈值，则在第二时段期间针对经滤波的所述频率的时间导数计算时间导数，所述第二时段紧跟着所述第一时段且具有所述AC电力系统的基本周期的长度；j)确定在步骤i)中所获得的正时间导数的数目和负时间导数的数目；以及k)响应于在步骤j)中所获得的正时间导数的数目与负时间导数的数目之间的差的绝对值超过所述预定阈值而检测到所述AC电力系统中的矢量偏移。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动窗口滤波器是移动均值滤波器或移动中值滤波器。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述AC电力系统的基本周期是1/50s或1/60s。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述离散傅里叶变换借助于快速傅里叶变换来执行。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在步骤e)或者在步骤h)和步骤j)中，仅考虑幅度大于预定下限幅度阈值的时间导数和/或幅度小于预定上限幅度阈值的时间导数。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括：响应于检测到所述AC电力系统中的矢量偏移，在预定时段内阻止所述AC电力系统的频率保护的跳闸。7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在步骤e)或者在步骤h)和步骤j)中，仅考虑幅度大于预定下限幅度阈值的时间导数和/或幅度小于预定上限幅度阈值的时间导数，并且其中，所述方法包括响应于检测到所述AC电力系统中的矢量偏移而在预定时段内阻止所述AC电力系统的频率保护的跳闸。8.一种用于检测AC电力系统中的矢量偏移的设备，所述设备包括：频率测量装置(10)，其适于基于所述AC电力系统的电压的第一相位角与所述AC电力系统的电压的第二相位角之间的差来确定所述AC电力系统的频率，所述第一相位角和所述第二相位角与间隔开所述AC电力系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷·索米，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH