基于快速幅值估计的并网逆变器电压跌落检测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于快速幅值估计的并网逆变器电压跌落检测方法及系统，涉及电气工程领域。该检测方法包括电压采样、一阶低通滤波、坐标运算、电压正序幅值和负序幅值的计算、滑动平均滤波和故障类型判断。针对传统电压跌落检测方法检测速度慢的问题，该方法给出了一种快速幅值估计方案。该方案无需锁相环参与，根据实时采样电压数据进行并网电压正序幅值和负序幅值计算，提高了并网逆变器的电压跌落检测速度，方案简单易行，有利于并网逆变器低电压穿越运行。电压穿越运行。电压穿越运行。

【技术实现步骤摘要】
基于快速幅值估计的并网逆变器电压跌落检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及电气工程领域，具体涉及一种基于快速幅值估计的并网逆变器电压跌落检测方法及系统。

技术介绍

[0002]随着新能源发电系统的快速发展，并网逆变器作为主要的功率转换接口在电力系统中得到了广泛的应用。在电网短路故障的情况下，并网逆变器由于过载能力有限而大面积脱网，导致事故规模进一步扩大。为此，许多国家制定了详细的可再生能源电网规范，要求并网逆变器具有低电压穿越能力。并网逆变器快速准确地检测到电网故障类型和故障深度，不仅是并网逆变器低电压穿越的基础，也是并网逆变器发挥无功补偿作用的前提。
[0003]典型的并网逆变器故障检测方法大多通过分析电压数据特征和采用锁相环方案来实现。现有的电压幅值检测方法考虑了谐波、相角突变等因素，但都受到电压数据量和锁相环控制带宽的限制，导致电压幅值检测时间至少需要半个电网周期，仍未解决并网逆变器故障检测速度慢的问题，例如：
[0004]题为《电压有效值检测方法研究》(魏志轩，王永强，高秀丽，刘会，魏书田.电压有效值检测方法研究[J].电工技术，2008(10)∶35+38.)一文提出了一种有效值计算法，采样一个电网周期的电压数据进行均方根运算得到电压有效值，具有较高的检测精度和抗干扰能力，但存在一个电网周期的过渡时间，实时性差，检测时间较长。
[0005]题为《光伏并网逆变器低电压穿越与孤岛效应检测方法及装置》(李先允，周宇，王书征.光伏并网逆变器低电压穿越与孤岛效应检测方法及装置[P].江苏省：CN104678326B,2017
‑
09—12.)的专利利用正弦电压周期的最大值点或最小值点，计算出电压幅值，且在电网发生不对称故障时能够获取单相电压幅值，检测时间为四分之一电网周期。然而，电压存在谐波情况下，该方法难以准确检测电压幅值，极大地影响了电压幅值检测精度。
[0006]题为《一种基于短时傅里叶变换的电压闪变信号的检测》(胡殿刚，马喜平，赵凤展，等.一种基于短时傅里叶变换的电压闪变信号的检测[J].电网与清洁能源，2020，36(3)∶8.)的论文利用电压信号的短时傅里叶变换幅值矩阵中的基频谱序列，得到电压信号的工频幅值。该方法不仅适用于电压的稳态幅值检测，而且在电压短时时变下仍具有较高的检测精度。但检测速度受到电压历史数据的影响，计算时间较长。
[0007]题为《Modeling and Tuning of an Improved Delayed
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Signal
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Cancellation PLL For Microgrid Application》(Rasheduzzaman M，KimballJ.Modeling and Tuning of an Improved Delayed
‑
Signal
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Cancellation PLL For Microgrid Application[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,2018：1—1.)的论文提出了一种改进的延迟信号抵消锁相环，通过使用正序检测器和陷波器提高了电压幅值的检测速度和检测精度。但由于并网逆变器稳定性需求，锁相环的控制带宽通常设置的较小，电压幅值检测速度受到限制。
[0008]由以上分析可知，关于并网逆变器电压跌落检测方法已受到了广泛的关注与研
究，尤其是多种工况下的电压幅值检测精度提升方法，但对电压幅值检测速度提升方法的研究较少。部分研究虽能提升电压幅值检测速度，但降低了电压幅值检测精度，甚至会导致并网逆变器无法满足低电压穿越运行标准。
[0009]综上所述，现有电压跌落检测方法还存在以下问题：
[0010]1、在通过分析电压数据特征获取电压幅值时，很多方法至少需要半个电网周期的电压数据以确保电压幅值检测精度，但这种方法也会导致电压幅值检测时间延长。
[0011]2、在采用锁相环方案检测电压幅值时，受限于控制带宽，且增加预滤波器、陷波器等单元虽能降低频率波动、谐波对电压幅值检测精度的影响，但同时降低了电压幅值的检测速度。

技术实现思路

[0012]本专利技术旨在保证电压幅值检测精度的前提下，提升电压幅值检测速度，提出了一种基于快速幅值估计的并网逆变器电压跌落检测方法。与传统电压幅值检测方法相比，该方法无需锁相环参与，且基于实时获取的电压数据获取电压幅值，消除了电压数据量对电压幅值检测时间的影响。
[0013]本专利技术的目的是这样实现的。本专利技术提供了一种基于快速幅值估计的并网逆变器电压跌落检测方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1，记电网基频为f
g
，并网逆变器采样频率为f
s
，一个电网基波内的采样次数为N，N＝f
s
/f
g
；按等时间间隔对并网逆变器的并网电压进行N+M次采样，共得到N+M个并网电压采样值，将该N+M个并网电压采样值组成一个序列E，E＝{u
k1
，u
k2
，...，u
kN
，u
k(N+1)
，...，u
k(N+M)
}，其中，k为相序，k＝a,b,c，M为多采样次数，M和N均为正整数，M＜N；
[0015]从u
k1
开始且每次推后一个并网电压采样值，分M+1次从序列E中截取包括N个并网电压采样值的序列，并组成M+1个采样数组X
m
，m为采样数组X
m
的序号，m＝0，1，...，M，在每一个采样数组X
m
中均包含N个并网电压采样值，将其中任意一个并网电压采样值记为并网电压u
ink
，i＝1，2，...，N；
[0016]步骤2，通过低通滤波器对采样数组X
m
中的每一个并网电压u
imk
进行一阶低通滤波，得到滤除低次谐波后的并网电压，并记为滤波电压u
′
imb
；
[0017]步骤3，将滤波电压u
′
imk
表达为u
′
ima
，u
′
imb
，u
′
imc
，然后经过Clarke变换，得到两相静止坐标系下的α轴滤波电压u
imα
和β轴滤波电压u
imβ
；
[0018]步骤4，根据步骤3得到的α轴滤波电压u
imα
和β轴滤波电压u
imβ
，经过幅值计算公式得到滤波电压正序幅值e
im1
和滤波电压负序幅值e
im2
；
[0019]步骤5，对滤波电压正序幅值e
im1
和滤波电压负序幅值e
im2
进行滑动平均滤波，得到并网电压正序幅值e
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于快速幅值估计的并网逆变器电压跌落检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，记电网基频为f
g
，并网逆变器采样频率为f
s
，一个电网基波内的采样次数为N，N＝f
s
/f
g
；按等时间间隔对并网逆变器的并网电压进行N+M次采样，共得到N+M个并网电压采样值，将该N+M个并网电压采样值组成一个序列E，E＝{u
k1
，u
k2
，...，u
kN
，u
k(N+1)
，...，u
k(N+M)
}，其中，k为相序，k＝a，b，c，M为多采样次数，M和N均为正整数，M＜N；从u
k1
开始且每次推后一个并网电压采样值，分M+1次从序列E中截取包括N个并网电压采样值的序列，并组成M+1个采样数组X
m
，m为采样数组X
m
的序号，m＝0，1，...，M，在每一个采样数组X
m
中均包含N个并网电压采样值，将其中任意一个并网电压采样值记为并网电压u
imk
，i＝1，2，...，N；步骤2，通过低通滤波器对采样数组X
m
中的每一个并网电压u
imk
进行一阶低通滤波，得到滤除低次谐波后的并网电压，并记为滤波电压u
′
imk
；步骤3，将滤波电压u
′
imk
表达为u
′
ima
，u
′
imb
，u
′
imc
，然后经过Clarke变换，得到两相静止坐标系下的α轴滤波电压u
imα
和β轴滤波电压u
imβ
；步骤4，根据步骤3得到的α轴滤波电压u
imα
和β轴滤波电压u
imβ
，经过幅值计算公式得到滤波电压正序幅值e
im1
和滤波电压负序幅值e
im2
；步骤5，对滤波电压正序幅值e
im1
和滤波电压负序幅值e
im2
进行滑动平均滤波，得到并网电压正序幅值e
m1
和并网电压负序幅值e
m2
；步骤6，记并网电压的额定值为E
rate
，通过并网逆变器电压跌落状态的检测，进行故障类型判断。2.根据权利要求1所述的一种基于快速幅值估计的并网逆变器电压跌落检测方法，其特征在于，步骤1所述M+1个采样数组X
m
的形成过程如下：引入数组X，X＝{x1，x2，...，x
i
，...，x
N
}，其中x
i
为数组X中的任意一个元素，并记为元素x
i
，设定数组X中的所有元素的初始值均为0；采样并将得到的N+M个并网电压采样值组成一个序列E；第一次从序列E中截取{u
k1
，u
k2
，...，u
kN
}段...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，王继磊，付新鑫，韩峰，高博，徐斌，彭勃，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：