本发明提供了一种三相交流电压跌落状态的判断方法及系统，其判断方法包括：将采样电压从三相静止坐标系转换至两相旋转坐标系；在两相旋转坐标系下，解耦分离得到d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq；利用滤波d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq后得到的d轴直流电压分量Udflt和q轴直流电压分量Uqflt，判断电网电压是否跌落。本发明通过提升了系统对电压跌落和恢复状态判断的快速性及准确性，实现了对系统的快速控制和保护。
1.一种三相交流电压跌落状态的判断方法，其特征在于，所述判断方法包括：将采样电压从三相静止坐标系转换至两相旋转坐标系；
在所述两相旋转坐标系下，解耦分离得到d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq；
利用滤波所述d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq后得到的d轴直流电压分量Udflt和q轴直流电压分量Uqflt，判断电网电压是否跌落。
2.根据权利要求1所述的判断方法,其特征在于，所述在所述两相旋转坐标系下，解耦分离得到d轴和q轴直流电压分量Ud和Uq，具体包括：P N P N
当正序电压矢量U和负序电压矢量U的初始角度分别为θ0和θ0 ，正序和负序电压的坐标转换角度分别为θ0P和θ0N-2ωt时，若以正序d轴和q轴旋转为参考，正序直流电压分量在d轴的计算公式如下所示：正序直流电压分量在q轴的计算公式如下所示：
为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量； 为负序电压矢量的d轴分量， 为负序电压矢量的q轴分量。
3.根据权利要求1所述的判断方法,其特征在于，所述在所述旋转坐标系下，解耦分离得到正序电压和负序电压的d轴和q轴分量，具体包括：当正序电压矢量UP和负序电压矢量UN的初始角度分别为θ0P和θ0N，正序和负序电压的坐标转换角度分别为θ0P+2ωt和θ0N时，若以负序d轴和q轴旋转为参考，负序直流电压分量在d轴的计算公式如下所示：负序直流电压分量在q轴的计算公式如下所示：
为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量； 为负序电压矢量的d轴分量， 为负序电压矢量的q轴分量。
4.根据权利要求2或3所述的电压跌落状态的判断方法，其特征在于，进一步包括：在所述两相旋转坐标系下d轴和q轴的分量解耦方程如下所示：和 分别是坐标转换角度为θ0P和θ0N-2ωt时的d轴正序直流电压分量和q轴正序直流电压分量、 和 分别是坐标转换角度为θ0P+2ωt和θ0N时的d轴负序直流电压分量和q轴负序直流电压分量、 为正序电压矢量的d轴分量、 为正序电压矢量的q轴分量、 为负序电压矢量的d轴分量、 为负序电压矢量的q轴分量。
5.根据权利要求4所述的电压跌落状态的判断方法,其特征在于，进一步包括：正序电压矢量和负序电压矢量的d轴分量叠加得到d轴控制分量udr；
正序电压矢量和负序电压矢量的q轴分量叠加得到q轴控制分量uqr。
6.根据权利要求5所述的电压跌落状态的判断方法,其特征在于，进一步包括：d轴直流电压分量ud和q轴和直流电压分量uq计算公式如下所示：式中，u′dr和u′qr分别为经过PI调节的d轴和q轴电流环输出，Δudr和Δuqr分别为d轴和q轴电压的补偿项。
7.根据权利要求1所述的电压跌落状态的判断方法，其特征在于，所述利用滤波所述d轴直流电压分量Ud和所述q轴直流电压分量Uq后得到的Udflt和Uqflt，具体包括：所述d轴直流电压分量ud和所述q轴直流电压分量uq经低通滤波器得到udflt和uqflt。
8.根据权利要求7所述的电压跌落状态的判断方法，其特征在于,所述判断电网电压是否跌落，具体包括：用下式对电网电压跌落标志位进行判读，当
式中， 为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量，Udrop为预设值。
9.一种三相交流电压跌落状态的判断系统，其特征在于，所述判断系统包括：转换模块，用于将采样电压从三相静止坐标系转换至两相旋转坐标系；
解耦分离模块，用于在所述两相旋转坐标系下，解耦分离得到d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq；
判断模块，利用滤波d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq后得到的d轴直流电压分量Udflt和q轴直流电压分量Uqflt，判断电网电压是否跌落。
10.根据权利要求9所述的判断系统,其特征在于，所述解耦分离模块，具体用于：当正序电压矢量UP和负序电压矢量UN的初始角度分别为θ0P和θ0N，正序和负序电压的坐标转换角度分别为θ0P和θ0N-2ωt时，若以正序d轴和q轴旋转为参考，正序直流电压分量在d轴的计算公式如下所示：正序直流电压分量在q轴的计算公式如下所示：
为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量； 为负序电压矢量的d轴分量， 为负序电压矢量的q轴分量。
11.根据权利要求9所述的判断系统,其特征在于，所述解耦分离模块，具体用于：当正序电压矢量UP和负序电压矢量UN的初始角度分别为θ0P和θ0N，正序和负序电压的坐标转换角度分别为θ0P+2ωt和θ0N时，若以负序d轴和q轴旋转为参考，负序直流电压分量在d轴的计算公式如下所示：负序直流电压分量在q轴的计算公式如下所示：
为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量； 为负序电压矢量的d轴分量， 为负序电压矢量的q轴分量。
12.根据权利要求10或11所述的判断系统，其特征在于，进一步包括：在所述两相旋转坐标系下d轴和q轴的分量解耦方程如下所示：和 分别是坐标转换角度为θ0P和θ0N-2ωt时的d轴正序直流电压分量和q轴正序直流电压分量、 和 分别是坐标转换角度为θ0P+2ωt和θ0N时的d轴负序直流电压分量和q轴负序直流电压分量、 为正序电压矢量的d轴分量、 为正序电压矢量的q轴分量、 为负序电压矢量的d轴分量、 为负序电压矢量的q轴分量。
13.根据权利要求12所述的判断系统,其特征在于，进一步包括：正序电压矢量和负序电压矢量的d轴分量叠加得到d轴控制分量Udr；
正序电压矢量和负序电压矢量的q轴分量叠加得到q轴控制分量Uqr。
14.根据权利要求13所述的判断系统,其特征在于，进一步包括：d轴直流电压分量ud和q轴直流电压分量uq计算公式如下所示：式中，u′dr和u′qr分别为经过PI调节的d轴和q轴电流环输出，Δudr和Δuqr分别为d轴和q轴电压的补偿项。
15.根据权利要求9所述的判断系统，其特征在于，所述判断模块，具体用于：所述d轴直流电压分量ud和所述q轴直流电压分量uq经低通滤波器得到udflt和uqflt。
16.根据权利要求15所述的判断系统，其特征在于,进一步包括：用下式对电网电压跌落标志位进行判读，当
式中， 为正序电压d轴分量， 为正序电压q轴分量，Udrop为预设值。
一种三相交流电压跌落状态的判断方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种三相交流电压跌落状态的判断方法及系统。
背景技术
[0002] 由于环境影响、地理限制和资源稀缺等问题，目前电力发电已逐步减少了对一次能源发电的依赖，实现了全局能源的优化配置，水力发电、风力发电、光伏发电、生物质能发电、海洋能发电和地热发电等一系列新型可再生能源成为了研究的热点。可再生能源的发展也伴随着其随机性、间歇性、波动性和不可预测性等特点，当其大规模的接入电力系统时，会对电力系统的稳定性、可靠性和电能质量带来影响。
[0003] 储能系统是解决可再生能源接入问题的解决方案之一，并网型储能系统一般由电池储能单元、储能能量转换单元(Power ConverterSystem，PCS)、升压变压器单元等部分组成。当储能系统并网后，其输出电能质量、并网充放电规律，功率调节能力和响应特性将对电网的安全可靠性产生影响。同样，电网的电能质量、电压频率的波动也势必对储能系统存在影响。因此，储能系统对电网的适应性尤其是电网电压跌落时储能变流系统的响应特性研究具有十分重要的意义。
[0004] 最常见的故障属于电压幅值突变。电压幅值突变指电网电压幅值发生变化从而使数值偏离额定值的一种电网故障情况，其中电压跌落是最常见的故障。所谓电压跌落是指电网电压在任意一处发生突然降值且经过短时间后恢复正常工作的一种故障，造成它的原因主要是大型电网负载的不合理投入和相间发生短路故障以跌落深度和跌落持续时间作为性能指标导致的结果，前者由断路故障类型和故障发生点的距离决定，后者则靠保护的类型决定。
[0005] 目前，储能能量转换单元PCS(power conversion system)均采用DSP控制器，当电压跌落幅度较深时，在电压骤降和恢复的过程中均会出现无规则电流及电压振荡现象，因此，需要提供一种三相交流电压跌落状态的判断方法来克服现有技术的不足。
发明内容
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种三相交流电压跌落状态的判断方法，其判断方法包括：将采样电压从三相静止坐标系转换至两相旋转坐标系；在两相旋转坐标系下，解耦分离得到d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq；利用滤波d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq后得到的d轴直流电压分量Udflt和q轴直流电压分量Uqflt，判断电网电压是否跌落。
[0007] 在两相旋转坐标系下，解耦分离得到d轴和q轴直流电压分量Ud和Uq，具体包括：当正序电压矢量UP和负序电压矢量UN的初始角度分别为θ0P和θ0N，正序和负序电压的坐标转换P N角度分别为θ0 和θ0-2ωt时，若以正序d轴和q轴旋转为参考，正序直流电压分量在d轴的计算公式如下所示：
[0008]
[0009] 正序直流电压分量在q轴的计算公式如下所示：
[0010]
[0011] 为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量； 为负序电压矢量的d轴分量， 为负序电压矢量的q轴分量。
[0012] 在旋转坐标系下，解耦分离得到正序电压和负序电压的d轴和q轴分量，包括：当正序电压矢量UP和负序电压矢量UN的初始角度分别为θ0P和θ0N，正序和负序电压的坐标转换角度分别为θ0P+2ωt和θ0N时，若以负序d轴和q轴旋转为参考，负序直流电压分量在d轴的计算公式如下所示：
[0013]
[0014] 负序直流电压分量在q轴的计算公式如下所示：
[0015]
[0016] 为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量； 为负序电压矢量的d轴分量， 为负序电压矢量的q轴分量。
[0017] 在两相旋转坐标系下d轴和q轴的分量解耦方程如下所示：
[0018]
[0019] 和 分别是坐标转换角度为θ0P和θ0N-2ωt时的d轴正序直流电压分量和q轴正序直流电压分量、 和 分别是坐标转换角度为θ0P+2ωt和θ0N时的d轴负序直流电压分量和q轴负序直流电压分量、 为正序电压矢量的d轴分量、 为正序电压矢量的q轴分量、为负序电压矢量的d轴分量、 为负序电压矢量的q轴分量。
[0020] 正序电压矢量和负序电压矢量的d轴分量叠加得到d轴控制分量udr；
[0021] 正序电压矢量和负序电压矢量的q轴分量叠加得到q轴控制分量uqr。
[0022] d轴直流电压分量ud和q轴和直流电压分量uq计算公式如下所示：
[0023]
[0024] 式中，u′dr和u′qr分别为经过PI调节的d轴和q轴电流环输出，Δudr和Δuqr分别为d轴和q轴电压的补偿项。
[0025] 利用滤波d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq后得到的Udflt和Uqflt，具体包括：d轴直流电压分量ud和q轴直流电压分量uq经低通滤波器得到udflt和uqflt。
[0026] 判断电网电压是否跌落，具体包括：用下式对电网电压跌落标志位进行判读，当[0027] 时，发生电压跌落电网跌落标志位为1；
[0028] 式中， 为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量，Udrop为预设值。
[0029] 其判断系统包括：转换模块，用于将采样电压从三相静止坐标系转换至两相旋转坐标系；解耦分离模块，用于在两相旋转坐标系下，解耦分离得到d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq；判断模块，利用滤波d轴直流电压分量Ud和q轴直流电压分量Uq后得到的d轴直流电压分量Udflt和q轴直流电压分量Uqflt，判断电网电压是否跌落。
[0030] 解耦分离模块，具体用于：当正序电压矢量UP和负序电压矢量UN的初始角度分别为θ0P和θ0N，正序和负序电压的坐标转换角度分别为θ0P和θ0N-2ωt时，若以正序d轴和q轴旋转为参考，正序直流电压分量在d轴的计算公式如下所示：
[0031]
[0032] 正序直流电压分量在q轴的计算公式如下所示：
[0033]
[0034] 为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量； 为负序电压矢量的d轴分量， 为负序电压矢量的q轴分量。
[0035] 解耦分离模块，具体用于：当正序电压矢量UP和负序电压矢量UN的初始角度分别为θ0P和θ0N，正序和负序电压的坐标转换角度分别为θ0P+2ωt和θ0N时，若以负序d轴和q轴旋转为参考，负序直流电压分量在d轴的计算公式如下所示：
[0036]
[0037] 负序直流电压分量在q轴的计算公式如下所示：
[0038]
[0039] 为正序电压矢量的d轴分量， 为正序电压矢量的q轴分量； 为负序电压矢量的d轴分量， 为负序电压矢量的q轴分量。
[0040] 在两相旋转坐标系下d轴和q轴的分量解耦方程如下所示：
[0041]
[0042] 和 分别是坐标转换角度为θ0P和θ0N-2ωt时的d轴正序直流电压分量和q轴正序直流电压分量、 和 分别是坐标转换角度为θ0P+2ωt和θ0N时的d轴负序直流电压分量和q轴负序直流电压分量、 为正序电压矢量的d轴分量、 为正序电压矢量的q轴分量、为负序电压矢量的d轴分量、 为负序电压矢量的q轴分量。
[0043] 正序电压矢量和负序电压矢量的d轴分量叠加得到d轴控制分量Udr；
[0044] 正序电压矢量和负序电压矢量的q轴分量叠加得到q轴控制分量Uqr。
[0045] d轴直流电压分量ud和q轴直流电压分量uq计算公式如下所示：
[0046]
[0047] 式中，u′dr和u′qr分别为经过PI调节的d轴和q轴电流环输出，Δudr和Δuqr分别为d轴和q轴电压的补偿项。
[0048] d轴直流电压分量ud和所述q轴直流电压分量uq经低通滤波器得到udflt和uqflt。
[0049] 用下式对电网电压跌落标志位进行判读，当
[0050] 时，发生电压跌落电网跌落标志位为1；
[0051] 式中， 为正序电压d轴分量， 为正序电压q轴分量，Udrop为预设值。
[0052] 与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
[0053] 1、本发明采用的正负序解耦的方式可以提高对电网电压跌落方式的判读。
[0054] 2、本发明通过提升了系统对电压跌落和恢复状态判断的快速性及准确性，实现了对系统的快速控制和保护。
[0055] 3、本发明可以提高储能能量转换单元PCS对于电压跌落时对电压判断的响应速度，尤其是电压跌落较深时，实现系统对于电压在跌落和恢复时电压的精确判断，从而提高储能变流器对于电网电压跌落工况下的响应能力和控制。
附图说明
[0056] 图1为本发明的滤波过程示意图；
[0057] 图2为本发明的电压跌落的判断示意图。
具体实施方式
[0058] 下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0059] 储能能量转换单元PCS采用DSP芯片作为主控制器，其对于电网电压跌落的状态判断均通过标志位来实现。当PCS正常工作时，检测到电网电压跌落标志位＝0；当PCS检测到电压跌落发生时，电网电压跌落标志位＝1。
[0060] 首先，将采样后得到的三相电压进行3s/2r的变换即从三相静止坐标系转换至两相旋转坐标系和正负序电压分量的分离，此时正负序分量是电压分量值，且没有滤波，利用滤波后得到udflt和uqflt判断电网电压是否跌落。
[0061] 由于在平衡情况下负序分量为0，电压量均投影在正序分量下，在不平衡情况下正序分量和负序分量是互补的，因此通过对正序分量的判读即可知本次电压跌落是否发生不平衡跌落且跌落深度是多少。
[0062] 在三相不平衡的跌落情况下，PCS通过正负序解耦分离的方式来实现对并网点电压的判断和控制，即通过正负序解耦方式对不平衡的电压实现分离。
[0063] 若以正序dq旋转坐标系为参考，正序电压以正旋转方向同步旋转(逆时针)，负序电压则以负旋转方向同步旋转(顺时针)。设正负序电压矢量UP和UN的初始角度为θ0P和θ0N，那么正负序电压的坐标转换角度为θ0P和θ0N-2ωt，正序直流电压分量在d轴上的表达式为[0064]
[0065] 同理，正序直流电压分量在q轴上的表达式为
[0066]
[0067] 若以负序dq旋转坐标系为参考，那么正负序电压的坐标变换角度为θ0P+2ωt和θ0N，负序直流电压分量在d轴上的表达式为
[0068]
[0069] 同理，负序直流电压分量在q轴上的表达式为
[0070]
[0071] 综上，得出电压矢量在正负参考系下的公式：
[0072]
[0073] 通过上式可以得到所需的解耦方程式为
[0074]
[0075] 表示正序电压矢量的d轴分量， 表示正序电压矢量的q轴分量； 表示负序电压矢量的d轴分量， 表示负序电压矢量的q轴分量。
[0076] 本发明通过对旋转坐标系下电压的分解来实现对电压的快速判断以便于后续的控制。
[0077] 在两相旋转坐标下d轴控制分量和q轴控制分量计算公式如下所示：
[0078]
[0079] 下文以平衡电压下为例，即
[0080] ud与uq是在两相旋转坐标下的参考电压，其有三部分组成：经过PI调节的电流环输出u′d和u′q,电压的补偿项Δudr和Δuqr以及两相旋转坐标下电网电压udr和uqr。
[0081]
[0082] 如图1所示，在程序中当直流分量ud和uq加入低通滤波器后，得到滤波后的udflt和uqflt值。
[0083]
[0084] fc表示滤波器的截止频率，fs表示DSP的采样频率。
[0085] 如果滤波器的滤波次数越高，滤波后的幅值就会越小，其幅值衰减度与滤波器的截止频率有关。此外，当电压跌落时，udflt与uqflt的响应时间也与滤波器的个数以及截止频率有关，个数越多，截止频率越低，响应时间越慢。
[0086] 当 时，判定为跌落，电网电压跌落标志位为1。其中：是正序电压d轴分量； 是正序电压q轴分量，Udrop为预设值。
[0087] 如图2所示，t0时刻电压跌落时，通过使能标志位Flag_Ud使得系统判断电压已开始跌落，装置进入低电压模式运行，与此同时，标志位Flag_Ud2使能，此时电压进入跌落区间，t0+0.1以前内采用2000Hz的滤波频率，由于滤波频率高，因此该电压采样的值保真且响应速度较快；经过5个计算周期后，即0.1ms，此时电压已离开跌落区间，再降低滤波频率为5Hz，实现稳态下电压的精确滤波，t1时刻，标志位Flag_Ud复位至零，此时电压恢复至正常电压状态，标志位Flag_Ud3使能，电压进入恢复区间，此时滤波频率又切换至2000Hz，实现快速滤波。
[0088] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0089] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0090] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0091] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0092] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
