一种dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法与流程

1.本发明属于电力领域，特别涉及一种新型dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法。


背景技术：

2.海上风机的离岸距离越来越远，发电容量越来越大，高压直流输电(high voltage direct current，hvdc)的接入电网的方式逐渐成为更好的选择。当采用hvdc时，风力发电机与交流电网之间因直流线路相互解耦，当电网中出现故障时，直流母线电压上升，严重时可能导致风电场进行停机保护。因此，必须使用一定的手段使得hvdc输电线路能够穿越网侧的故障，即当电网发生故障时，风电场需维持一段时间与电网连接而不解列，甚至要求风电场在这一过程中能够提供无功以支持电网电压的恢复即低电压穿越，这就是海上风电柔直接入电力系统的低电压穿越(low voltage ride through，lvrt)问题。而实现风电场和风机lvrt的首要前提就是快速准确的检测电网的电压幅值故障。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供一种dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法。
4.本发明的dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法，包括步骤：
5.转换：将三相静止坐标系下的三相电压u
a
、u
b
、u
c
转换成为两相旋转坐标系下的电压u
d
、u
q
；
6.延迟信号消除：将所述两相旋转坐标系下的电压u
q
进行延时处理，并获取两相旋转坐标系d轴和q轴上的正序分量和
7.进一步，
8.所述两相旋转坐标系下的电压u
d
、u
q
满足：
[0009][0010]
其中，a
u
，b
u
为三相电网的电压幅值，t为时间，ω为三相电压的工作频率。
[0011]
进一步，
[0012]
所述将所述两相旋转坐标系下的电压u
q
进行延时处理为：
[0013][0014]
其中，
[0015]
t为三相电压的电压基波的周期。
[0016]
进一步，
[0017]
所述两相旋转坐标系d轴和q轴上的正序分量和满足
[0018][0019]
进一步，
[0020]
对所述两相旋转坐标系d轴和q轴上的正序分量和进行pi控制和积分。
[0021]
进一步，
[0022]
通过积分电路进行所述积分。
[0023]
进一步，
[0024]
由所述两相旋转坐标系d轴和q轴上的正序分量和的变化检测电网三相电压的电压幅值的跌落。
[0025]
本发明的dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法能在极短的时间内检测到电压幅值的变化，因此非常适合对时效性要求较高的海上风电低压穿越应用场合。
[0026]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]
图1示出了根据本发明实施例的时间延时t/8的锁相环；
[0029]
图2示出了根据本发明实施例的时间延时t/8的锁相环中延迟信号消除单元；
[0030]
图3示出了根据本发明实施例的电网三相电压跌落示意图；
[0031]
图4示出了根据本发明实施例的电网三相电压跌落时变化示意图；
[0032]
图5示出了根据本发明实施例的电网a相电压跌落示意图；
[0033]
图6示出了根据本发明实施例的电网a相电压跌落时变化示意图；
[0034]
图7示出了根据本发明实施例的d轴上的正序分量检测速度对比的示意图；
[0035]
图8示出了根据本发明实施例的q轴上的正序分量检测速度对比的示意图。
具体实施方式
[0036]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
参见图1和图2。本发明的dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法如下。
[0038]
当电网电压不平衡时，无论是出现单相接地故障还是两相短路故障，总有两相的电压相同。因此，将发生不对称故障的三相电网电压表示为
[0039][0040]
式(1)中，u
a
，u
b
，u
c
分别为三相电网的三相电压，ω为三相电压的工作频率，a
u
，b
u
为三相电网的电压幅值，t为时间。
[0041]
图1所示为时间延时t/8的锁相环。如图1所示，经过克拉克(clark)变换和帕克(park)变换，可将三相静止坐标系下的三相电压u
a
、u
b
、u
c
转换成为两相旋转坐标系下的电压u
d
、u
q
，所述转换通过如下dq变换过程实现：
[0042][0043]
式(2)中，
[0044][0045]
式(3)中θ为坐标旋转角。
[0046]
计算可得电压u
d
、u
q
为
[0047][0048]
经过ωt
‑
θ＝π/2定向，u
d
和u
q
分别为
[0049][0050]
再将u
q
进行延迟信号消除(delayed signal cancelation，dsc)处理，具体而言，如图2所示，时间延时t/8的锁相环中的dsc单元是将u
q
分别延时八分之一和四分之一个周期，得到
[0051][0052]
其中，t为电压基波的周期。运算后得到d轴和q轴上的正序分量为：
[0053][0054]
因而，通过时间延迟，正序分量计算，pi控制以及积分电路1/s进行积分，可以消除u
d
和u
q
中的两倍频分量，从而通过d轴和q轴上的正序分量准确检测出电网的电压幅值的变化。
[0055]
通过在matlab/simulink中搭建仿真模型进行模拟，当电网电压三相或单相跌落到原来的10％时，时间延迟t/8方法仿真结果如图3
‑
图6所示。
[0056]
图3所示为电网三相电压跌落示意图。由图3可知，电网三相电压u
a
，u
b
和u
c
(即式(1)中u
a
，u
b
，u
c
)的幅度在0.04s跌落到原来的10％。图4为对应于图3的电网三相电压u
a
，u
b
和u
c
的幅度跌落时d轴和q轴上的正序分量的变化示意图，即图4示出了通过时间延迟t/8方法所得到的对应于图3的电网三相电压u
a
，u
b
和u
c
的d轴和q轴上的正序分量的d轴和q轴上的正序分量如何随时间而变化。图4中的d轴正序分量在0.04s跌落明显，因而可通过时间延迟t/8方法由d轴正序分量的变化准确的检测到电网三相电压的电压幅值的跌落。
[0057]
图5所示为电网a相电压u
a
跌落示意图，图6为对应于图5的电网a相电压u
a
(即式(1)中u
a
)跌落时d轴和q轴上的正序分量的变化示意图，示出了时间延迟t/8方法对应于图5所检测到的电网a相电压u
a
的d轴和q轴上的正序分量如何随时间而变化。图5中，电网a相电压在0.04s跌落到原来的10％。图6中的d轴和q轴上的正序分量中，电网a相电压在0.04s跌落到原来的10％。图6中的d轴和q轴上的正序分量在0.04s均有明显变化，跌落明显，u
q
由0值跌落明显但又迅速恢复为0值，因而可通过时间延迟t/8方法由和的变化准确的检测到电网a相电压的电压幅值的跌落。
[0058]
图3、图4所示为对称的电压幅值故障的工况，即电网电压跌落后三相电压是为对称。图5、图6为不对称的电压幅值故障的工况，即电网电压跌落后三相电压是为不对称。从图3至图6中可以看出，无论电网发生对称还是不对称的电压幅值故障，本发明的dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法都能快速准确的检测到电压幅值的跌落。
[0059]
图7示出了d轴上的正序分量的检测速度对比的示意图，图8示出了q轴上的正序分量检测速度对比的示意图。具体而言，图7和图8是将本发明的dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法与常规应用于αβ轴的dsc方法、双二阶广义积分(double second
‑
order generalized integrator，dsogi)方法、自适应陷波器(adaptive notch filter，
anf)方法的检测结果相比，得到图7和图8所示的结果。在图7和图8中，a和a1代表本发明的dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法的检测结果，b和b1代表常规应用于αβ轴的dsc方法的检测结果，c和c1代表自适应陷波器方法的检测结果，d和d1代表双二阶广义积分方法的检测结果。本发明的dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法中，d轴上的正序分量用于电网电压幅值检测，q轴上的正序分量用于相位同步。由图7和图8可知，本发明的dq变换的风电变流器电网电压故障检测方法对坐标变换过后的q轴分量进行两次八分之一周期的延时，仅需2.5ms就可以检测到电网电压幅值的变化，检测速度快与其它三种方法。
[0060]
本方法基于dsc的思想，将dsc单元应用于dq坐标系。通过对u
q
的两次时间延迟，消除电网电压不平衡时u
d
和u
q
中出现的频率为基波频率两倍的交流分量，能在极短的时间内检测到电压幅值的变化，因此非常适合对时效性要求较高的海上风电低压穿越应用场合。
[0061]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。