一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域，尤其涉及一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测方法及装置。

背景技术

作为信息技术产业的核心，芯片半导体产业是支撑国家经济社会发展和保障国家安全的战略性、基础性和先导性产业。半导体行业属于高端制造行业，使用了大量高精密仪器设备，导致其很容易受供电质量的影响。一旦出现供电质量问题导致设备停机，造成的直接和间接经济损失可高达上亿元。此外，随着5G、工业互联网的发展，互联网与传统产业进一步融合，数据中心也将成为各个行业赖以发展的基础性先导产业。数据中心对供电质量要求极高，一旦出现供电质量问题造成设备停机，导致数据中心的业务中断，会给企业造成巨大损失。

相关技术中，现有公布号为CN 101793918 A，名称为一种电压暂降检测方法，公开了一种三相电压暂降检测方法，该方法采用等值滤波网络对常规的dq算法输出进行滤波，避免了谐波放大，实现了电网电压的快速跟踪检测。2012年IEEE文献“Y.Kumsuwan andY.Sillapawicharn.A fast synchronously rotating reference frame-based voltagesag detection under practical grid voltages for voltage sag compensationsystems,6th IET International Conference on Power Electronics,Machines andDrives(PEMD 2012),2012,pp.1-5.”(“Y.Kumsuwan and Y.Sillapawicharn.一种基于同步旋转坐标系的电网电压暂降快速检测方法，第六届IET电力电子、机械和驱动国际会议，2012，1-5页”)提出了一种基于同步旋转坐标系的电压暂降检测方法。

在实现本发明过程中，发明人发现相关技术中至少存在以下问题：公布号为CN101793918A，名称为一种电压暂降检测方法，该方法在电网电压出现相位偏移或者相位翻转工况时，暂降检测结果容易出现偏差，不准确。《一种基于同步旋转坐标系的电网电压暂降快速检测方法》中，该方法采用了微分求导运算，对电压谐波较为敏感，在三相电网电压同时跌落或者电网电压出现相位偏移或者相位翻转工况时，暂降检测结果容易出现偏差，不准确。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种能够在多种工况下准确检测出电压暂降的适用于储能型UPS系统的电压暂降检测方法及装置。

为达到上述目的，本发明的第一方面提出了一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测方法，包括：

测量三相电网电压的实际值；

将三相电网电压的实际值转换成旋转坐标系下的三相电网电压的d轴分量和第一q轴分量，其中，d轴为有功电压轴，q轴为无功电压轴；

采用全通滤波器对第一q轴分量移相，得到第二q轴分量；

将第二q轴分量与d轴分量叠加，得到第一三相电网电压幅值；

对第一三相电网电压幅值中的谐波滤除，得到滤波后的三相电网电压幅值；

判断滤波后的三相电网电压幅值是否小于阈值，在判断结果为是的情况下，则确定发生电网电压暂降。

本发明提供的适用于储能型UPS系统的电压暂降检测方法，对第一q轴分量移相可以抵消d轴分量中2次谐波，得到准确的d轴分量。采用了全通滤波器对三相电网电压的第一q轴分量进行了移相，全通滤波器具有平坦的频率响应，并不衰减任何频率的信号，因此对电压谐波不敏感；本方法还滤除了电网电压的谐波，避免了谐波对检测结果的影响，因此本方法能够在单相电网电压跌落、两相电网电压跌落、三相电网电压跌落、电网电压相位偏移和电网电压相位翻转等多种工况下准确地检测出电压暂降。

在一种实施方式中，在将三相电网电压的实际值转换成旋转坐标系下的三相电网电压的d轴分量和第一q轴分量之前，所述方法还包括：对三相电网电压的实际值进行锁相，得到三相电网电压相位。

在一种实施方式中，所述对第一q轴分量移相，得到第二q轴分量包括：采用全通滤波器对q轴分量移相90度或-90度，得到第二q轴分量。

在一种实施方式中，所述对第一三相电网电压幅值中的谐波滤除，得到滤波后的三相电网电压幅值包括：

对第一三相电网电压幅值中的6次谐波滤除，得到第二三相电网电压幅值；

对第二三相电网电压幅值中的7次以上的谐波滤除，得到第三三相电网电压幅值

在一种实施方式中，所述对第一三相电网电压幅值中的6次谐波滤除，得到第二三相电网电压幅值包括：

采用带阻滤波器对第一三相电网电压幅值中的6次谐波滤除，得到第二三相电网电压幅值。

在一种实施方式中，所述对第二三相电网电压幅值中的7次以上的谐波滤除，得到第三三相电网电压幅值包括：

采用低通滤波器对第二三相电网电压幅值中的7次以上的谐波滤除，得到第三三相电网电压幅值。

本发明第二方面提供一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测装置，包括：

测量单元，用于测量三相电网电压的实际值；

坐标转换单元，用于将三相电网电压的实际值转换成旋转坐标系下的三相电网电压的d轴分量和第一q轴分量，其中，d轴为有功电压轴，q轴为无功电压轴；

移相单元，用于采用全通滤波器对第一q轴分量移相，得到第二q轴分量；

叠加单元，用于将第二q轴分量与d轴分量叠加，得到第一三相电网电压幅值；

滤波单元，用于对第一三相电网电压幅值中的谐波滤除，得到滤波后的三相电网电压幅值；

判断单元，判断滤波后的三相电网电压幅值是否小于阈值，在判断结果为是的情况下，则确定发生电网电压暂降。

在一种实施方式中，一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测装置还包括：

锁相单元，用于对三相电网电压的实际值进行锁相，得到三相电网电压相位。

在一种实施方式中，所述移相单元具体用于：

采用全通滤波器对q轴分量移相90度或-90度，得到第二q轴分量。

在一种实施方式中，所述滤波单元包括：

第一滤波单元，用于对第一三相电网电压幅值中的6次谐波滤除，得到第二三相电网电压幅值；

第二滤波单元，用于对第二三相电网电压幅值中的7次以上的谐波滤除，得到第三三相电网电压幅值。

在一种实施方式中，所述第一滤波单元具体用于：

采用带阻滤波器对第一三相电网电压幅值中的6次谐波滤除，得到第二三相电网电压幅值。

在一种实施方式中，所述第二滤波单元具体用于：

采用低通滤波器对第二三相电网电压幅值中的7次以上的谐波滤除，得到第三三相电网电压幅值。

本发明第三方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述方法的步骤。

本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述方法的步骤。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例提出的一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测方法的流程示意图。

图2是本发明一实施例提出的一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测装置的结构示意图。

图3是本发明一实施例提出的电子设备的结构示意图。

图4是储能型UPS系统的原理框图。

图5是本发明一优选实施例提供的电压暂降检测装置的框图。

图6是A相电压跌落到0工况下，采用本实施例检测方法的三相电网电压波形和电网电压暂降结果的波形图。

图7是A相、B相电压跌落到0工况下，采用本实施例检测方法的三相电网电压波形和电网电压暂降结果的波形图。

图8是A相、B相和C相电压跌落到0工况下，采用本实施例检测方法的三相电网电压波形和电网电压暂降结果的波形图。

图9是A相电压偏移90度工况下，采用本实施例检测方法的三相电网电压波形和电网电压暂降结果的波形图。

图10是A相电压翻转180度工况下，采用本实施例检测方法的三相电网电压波形和电网电压暂降结果的波形图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明一实施例提出的一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测方法的流程示意图。在图1所示实施例中，流程的执行主体为储能型UPS系统的电压暂降检测方法。该方法的实现流程详述如下：

步骤S102，测量三相电网电压的实际值。

在本实施例中，可以使用常规的方法采样三相电网电压实际值，并记为U

步骤S104，将三相电网电压的实际值转换成旋转坐标系下的三相电网电压的d轴分量和第一q轴分量，其中，d轴为有功电压轴，q轴为无功电压轴；

本实施例中，通过同步旋转坐标变换将步骤S102中采样的三相电网电压实际值U

转换的计算公式为：

式中，θ为的三相电网电压的相位。

步骤S106，采用全通滤波器对第一q轴分量移相，得到第二q轴分量。

移相的作用是抵消d轴分量中的2次谐波，得到准确的d轴分量。采用全通滤波器移相的目的是避免电压谐波对暂降检测结果的影响，保证暂降检测结果的准确性。

所用的全通滤波器传递函数H

式中，ω

步骤S108，将第二q轴分量与d轴分量叠加，得到第一三相电网电压幅值。

本实施例中，将步骤S106中得到的移相90°后的三相电网电压第二q轴分量U

步骤S110，对第一三相电网电压幅值中的谐波滤除，得到滤波后的三相电网电压幅值。

本实施例中，滤除谐波的目的避免线路中的谐波干扰，得到更加精准的三相电网电压幅值。

步骤S112，判断滤波后的三相电网电压幅值是否小于阈值，在判断结果为是的情况下，则确定发生电网电压暂降。

本实施例中，将滤波后的三相电网电压幅值与电网电压暂降的阈值进行比较得到电网电压暂降检测结果，如果滤波后的三相电网电压幅值大于阈值，则确定发生了电网电压暂降，反之，则确定没有发生电网电压暂降。

通过上述步骤，由于对第一q轴分量移相可以抵消d轴分量中2次谐波，可以得到准确的d轴分量。全通滤波器具有平坦的频率响应，并不衰减任何频率的信号，因此对电压谐波不敏感；本实施例方法还滤除了电网电压的谐波，避免了谐波对检测结果的影响，因此本方法能够在单相电网电压跌落、两相电网电压跌落、三相电网电压跌落、电网电压相位偏移和电网电压相位翻转等多种工况下准确地检测出电压暂降。

在上述实施例的基础上，在一些实施例中，在步骤S104之前还包括步骤S103：对三相电网电压的实际值进行锁相，得到锁相后的三相电网电压相位。

本实施例中，步骤S103对步骤S102中采样的三相电网电压实际值U

作为一种可能实现的方式，为了尽可能减少滤波环节带来的延时，PLL(Phaselocked loop)锁相环采用单同步坐标系软件锁相环。单同步坐标系软件锁相环不含有任何的滤波环节，而其他的锁相环都带有一定的滤波环节，有延时，因而锁相环采用单同步坐标系软就可以减少滤波环节带来的延时，体现了滤波的快速性。

在一些实施例中，步骤S106具体包括：

作为一种可能实现的方式，采用全通滤波器对第一q轴分量U

需要说明的是，当三相电网电压发生单相、两相跌落时，经过旋转坐标变换出来的三相电网电压的d轴分量和第一q轴分量中含有2次谐波，而且d轴分量中的2次谐波与第一q轴分量中的2次谐波相差90度。故将第一q轴分量移相90度或-90度，然后与d轴分量叠加，从而抵消d轴分量中2次谐波，得到准确的d轴分量。

在一些实施例中，步骤S110具体包括：

步骤S1102，对第一三相电网电压幅值中的6次谐波滤除，得到第二三相电网电压幅值。

本实施例中，采用带阻滤波器对第一三相电网电压幅值U

由于实际电网中主要含有5、7次谐波，其他次数的谐波很少，5、7次谐波经过同步旋转坐标变换均变成了6次谐波。为了降低谐波滤除的复杂度，提高检测效率，本实施例中采用带阻滤波器的目的是尽可能将6次谐波滤除，所用的带阻滤波器传递函数H

式中，ω

本实施例中，采用低通滤波器对第二三相电网电压幅值U

作为一种可能实现的方式，所用的低通滤波器为巴特沃斯低通滤波器，为了尽可能降低滤波器延时，采用一阶巴特沃斯低通滤波器，其传递函数H

式中，ω

本实施例方法中的步骤S110采用带阻滤波器与低通滤波器相结合的滤波方式能够在单相电网电压跌落、两相电网电压跌落、三相电网电压跌落、电网电压相位偏移和电网电压相位翻转等多种工况下快速检测出电压暂降。

在一些实施例中，步骤S112具体包括：

本实施例中，将步骤S112中得到的带阻-低通滤波后的第三三相电网电压幅值U

基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提供一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测装置2。

参照图2，本发明实施例装置包括：

测量单元21，用于测量三相电网电压的实际值；

坐标转换单元22，用于将三相电网电压的实际值转换成旋转坐标系下的三相电网电压的d轴分量和第一q轴分量，其中，d轴为有功电压轴，q轴为无功电压轴；

移相单元23，用于对第一q轴分量移相，得到第二q轴分量；

叠加单元24，用于将第二q轴分量与d轴分量叠加，得到第一三相电网电压幅值；

滤波单元25，用于对第一三相电网电压幅值中的谐波滤除，得到滤波后的三相电网电压幅值；

判断单元26，用于判断滤波后的三相电网电压幅值是否小于阈值，在判断结果为是的情况下，则确定发生电网电压暂降。

在一些实施例中，适用于储能型UPS系统的电压暂降检测装置3还包括：

锁相单元，用于对三相电网电压的实际值进行锁相，得到三相电网电压相位。

可选的，移相单元具体用于：采用全通滤波器对第一q轴分量移相90度或-90度，得到第二q轴分量。

可选的，滤波单元25进一步包括：

第一滤波单元，用于对第一三相电网电压幅值中的6次谐波滤除，得到第二三相电网电压幅值；

第一滤波单元具体用于：采用带阻滤波器对第一三相电网电压幅值中的6次谐波滤除，得到第二三相电网电压幅值。

第二滤波单元，用于对第二三相电网电压幅值中的7次以上的谐波滤除，得到第三三相电网电压幅值；

第二滤波单元具体用于：采用低通滤波器对第二三相电网电压幅值中的7次以上的谐波滤除，得到第三三相电网电压幅值。

需要说明的是，本发明实施例提供的上述装置的各个单元，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

基于上述目的，参照图3，本发明实施例的第三个方面提出了一种电子设备3，包括存储器31、处理器30以及存储在存储器31中并可在处理器上运行的计算机程序32，处理器30执行计算机程序32时实现如上述各个方法实施例的步骤。

参照图4，储能变流器作为一种电子设备，当电网电压出现暂降或者中断时，通过计算机程序快速识别并控制快速开关断开电网，同时控制储能型UPS系统向负载供电，以实现电网电压暂降模式下高质量持续性稳定供电。

基于上述目的，本发明实施例的第四个方面提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如如上述各个方法实施例的步骤。

下面结合一个优选实施例，对上述实施例中涉及到的内容进行说明。

参照图5，一种适用于储能型UPS系统的电压暂降检测装置，包括锁相环、全通滤波器、带阻滤波器、低通滤波器和比较输出模块，比较输出模块的功能与上述实施例中的判断模块一致。

本优选实施例提供的适用于储能型UPS系统的电压暂降检测装置对三相电网电压的测试结果如图6-图10所示。

图6为A相电压跌落到0工况下采用本发明实施例检测方法时的三相电网电压U

图7为A、B相电压跌落到0工况下采用本发明实施例检测方法时的三相电网电压U

图8为A、B、C相电压跌落到0工况下采用本发明实施例检测方法时的三相电网电压U

图9为A相电压偏移90°工况下采用本发明实施例检测方法时的三相电网电压U

图10为A相电压翻转180°工况下采用本发明实施例检测方法时的三相电网电压U

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。