[发明专利]电网电压跌落时刻电压相角跳变检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电网电压跌落时刻电压相角跳变检测方法，属于电气控制领域。

背景技术

电压跌落是电网最为常见的故障，有三相对称故障以及单相和两相对地故障、相间故障等非对称故障。电压跌落的深度不等，最低可到零，持续时间为0.5个电网电压周期到数秒。根据电路的基本原理，任一三相交流电压(电流)总可以分解为正序、负序、零序以及其它分量的和。当交流电压或电流三相平衡(即三相的幅值相等、相位互差120°、正方向旋转)时，只含有正序分量；当电网电压发生非对称故障，三相电压不平衡或畸变时，在电压或电流中除正序分量外还将含有负序分量。

研究表明，在电网故障产生过程及电压恢复过程，由于电网电压发生变化，电压相角也将随之出现跳变，即“相角跳变”。一般地，三相交流电压可以表示为其中，|V₊|表示正序分量幅值，|V_-|表示负序分量幅值，分别表示电压正序分量和负序分量的初始角度，2πf×t是由常规PLL锁相环方法可以检测得到的电压相角角度。当电压三相对称时，电压只有正序分量，上述表达式第二部分的负序分量为零；当三相电压发生不对称时故障时，电网电压中还包含三相负序分量。如图1给出的是发生对称跌落故障的某一相电压波形，图2为该相电压发生跌落时相角跳变的示意图，图中可见，在0.1s-0.15s跌落期间，电压幅值和电压相角在电压跌落时刻和电压恢复时刻都会发生跳变。因此，三相电压发生对称跌落故障时应实时修正正序电压相角的跳变量，如下例，表示为表示故障发生过程的正序电压相角跳变量，是故障前与故障中电压相角之间的相角差；当三相电压发生非对称故障时，修正正序电压相角跳变量的同时，还应实时检测出现的负序电压及其相角用于负序分量的检测与抑制控制中，表示负序电压相角。

随着风力发电技术的迅速发展，风力发电装机容量的不断扩大，局部地区风电占电能供应的比例逐渐升高。若像过去那样为保证风电机组的安全，即使电网出现比较轻微的故障，风电机组也要与电网解列，脱离电网，它们就失去了对电网电压的支持能力，这可能导致严重的连锁反应，加剧电网故障。面对这种情况，西欧一些风电占能源供应比例较大的国家已相继制定了新的电网运行准则，提出了低电压穿越(Low Voltage Ride Through——LVRT)标准，对并网风电场提出了强制性要求。即是要求风电场在电网出现电压跌落故障时，须维持一定时间与电网连结而不解列，甚至要求风电场在此过程中能提供无功以支持电网电压的恢复。在我国，电力部门也对风力发电机或者风场提出了一系列的要求。

目前国内外已有许多文献报道了风电机组LVRT方面的研究成果。对于目前比较流行的双馈型风力发电机组而言，由于双馈发电机定子与电网直接相连接，变流器仅能对发电机实施部分控制，并且双馈电机定子电压方程又具有欠阻尼特性，这样在电网电压发生跌落故障时，使双馈电机产生较大的电磁过渡过程。通常情况下，变流器和发电机的控制方法都是基于电机磁链定向或电网电压定向的矢量控制，定向角度精度对控制效果有重要影响。而传统的角度检测定向方法，无法在相角发生跳变时快速跟踪角度的变化，实现相角跳变的实时检测和控制补偿，因此在定向控制的过渡过程中将不可避免的出现较大偏差，无法进行正确地控制，在电网故障恢复过程中也无法实施相应的相角补偿恢复控制；电网电压深度跌落时甚至会造成双馈电机转子回路的过流和过压，使得双馈变流器中的网侧变流器和机侧变流器无法正常运行，最终导致保护性跳机，难以实现发电机组的低电压穿越。对于全功率型风力发电机组，由于采用全功率变流器，使风力发电机与电网之间完全隔离，电网电压跌落故障不会直接影响到发电机本身的运行，而其网侧变流器由于通常采用基于电网电压定向的矢量控制，因此，电网故障下定向角度的准确检测与正确控制将影响到机组的运行和控制特性。

由此可见，电网发生故障后，准确检测故障过程的角度跳变量，是实现对风力发电机组在电网故障期间正确控制的难点，并且对于机组在故障恢复中快速补偿恢复过程的相角跳变值改善控制效果、实现风电机组的低电压穿越都具有重要现实意义。而现有采用的离散傅立叶计算(DFT)等方法，运算量过大，计算时间长，且实时性差，无法达到满意的效果。针对上述问题，本发明提出了一种新型电网电压跌落时刻电压相角跳变的检测方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有电网电压跌落时刻电压相角跳变检测方法的缺点，提供一种算法简单、适用范围广的电网电压跌落时刻电压相角跳变检测方法。