dq变换用于电压暂降瞬时检测的合理性分析罗超，陶顺，肖湘宁(新.docVIP

dq变换用于电压暂降瞬时检测的合理性分析 罗 超，陶 顺，肖湘宁 (新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京 102206) 摘要：基于dq变换的电压暂降检测方法具有良好的动态性能，因此适用于电压暂降的瞬时测量与实时补偿，在动态电压调节器等电力调节装置中应用广泛。关于dq变换能否瞬时检测电压暂降的特征量，国内的一些学者和电力工作者对此存在质疑。本文详细推导了基于dq变换的电压暂降检测方法的原理，并对其特性进行了分析，以解释该方法的合理性，最后利用PSCAD进行了仿真验证。 关键词：电压暂降;电能质量;dq变换;暂降幅值;相位跳变角 中图分类号： TM711 文献标识码： A 文章编号： 1 引言 电压暂降是指供电电压方均根值在短时间内突然下降到设定阈值以下，且经过短暂时间间隔后又重新恢复的现象[1]，其典型跌落时间小于1s。对于一次单相电压暂降事件通常用暂降幅值（或者称为残压值，或用暂降时的电压方均根值与额定电压的比值表示）、持续时间（在某一阈值下，暂降从发生到结束的时间）来描述其电磁扰动特性,并且用暂降发生次数来反映电压扰动影响的严重度。另外，由于某些用电设备（如可调速驱动装置）对暂降引起的供电电压相位跳变亦很敏感，因此相位跳变也是电压暂降的一个重要特征量。 随着现代电网的发展与用电设备的技术更新，电能质量问题日益突出，用户对电压质量要求也越来越高。其中，电压暂降与短时间中断已成为事件型电能质量的首要问题，美国EPRI多年来对电能质量研究工作的经验表明，引起终端用户电能质量问题最主要的原因就是电压暂降和短时间中断。为此，我国也于2012年启动并正在制定电压暂降国家标准。可以讲，开展电压暂降特征量的实时检测，对其影响的评估与治理，对相关标准的实施都有着重要的现实意义。目前，提出的分析方法有方均根值计算法、缺损电压计算方法、瞬时电压dq分解法、单相电压变换平均值法、峰值电压法、基波分量分量法及小波变换法等，各种方法都有其相应的特点，可适用于实时、非实时等不同场合。 其中，基于dq变换的电压暂降检测方法具有良好的动态性能[2]，能够实时快速检测出电压暂降的各个特征量，已有多篇文献对该方法进行了应用分析和改进[3-8]，但是并没有专门对其合理性进行深入的分析。本文从dq变换的电压暂降检测方法的原理出发，对其合理性进行了详细的推导分析，以供读者参考。 2 dq变换用于电压暂降检测的原理 对于理想的三相三线制系统，设其三相电压为 (1) 变换到dq坐标系的关系式为 (2) 其中，变换阵为 (3) 和是与a相电压同相位的正、余弦信号，可通过锁相环（PLL）获得。变换后的结果为: (4) 由式（4）可以知道，d轴分量（）反应了三相电压的模值（U）。换言之，通过对理想三相电压的dq变换，可“瞬时”求取各相电压的均方根值。 abc-dq坐标变换是针对三相电路而言，并不适用于单相电路。但是，可以根据理想对称三相三线制电路中各相电压之间幅值相同、相位依次滞后120o的关系，以被检测相电压为基准构造一个虚拟的对称三相系统电压，从而可利用上述的abc-dq变换进行被测相电压暂降模值的计算。数学推导如下：假定被测相是a相，由式（1）可知： (5) 不难看出，将所关心的a相电压延时60o即得到，再根据虚拟求出。如此，可对构造出的虚拟三相电压进行d-q变换。 假设当被测a相电压突然发生跌落，令相位跳变角为、方均根值为，并且变换阵式（3）中采用暂降前的a相的相位信息，则虚拟的abc三相电压和变换以后的dq轴电压分量（仍然假设波形为纯正弦时）满足以下关系式， (6) (7) 利用a相电压采样值，代入式(6)和式(7)，可瞬时计算出a相残留电压方均根值和相位跳变角分别为： (8) (9) 3 dq变换电压暂降检测方法的特性分析 纯正弦、平衡的三相系统电压变换到dq轴上后表现为单一的直流分量，它恰好等于交流系统工频电压的模值。从理论上讲，被检测相电压的方均根值可以“瞬时”确定。 事实上，以被测相a相为基准，由于在构造b、c相时利用了前1/6个周期的历史数据，因此在暂降发生后的1/6个周期方能感受到事件发生当时的电压变化状态。因此，所谓瞬时检测出暂降电压的方均根值，实际上需要延时1/6个周期。如果考虑到波形畸变且含有谐波分量，再计及直流滤波的延时时间，则瞬时检测的滞后时间还会更长些。但是就工程应用而言，电力电子动态恢复装置的响应时间一般为5ms左右，加上检测滞后时间的总延时时间为[5ms+(20/6)ms]≈8ms, 瞬时检测算法仍然可以满足动态补偿需要。因此，d