摘要

随着可再生能源的迅速发展，风力发电在电力系统中的比重逐渐增加，为了确保风电系统能够在电网故障时继续稳定运行，新的电力系统运行导则要求风电机组具备低电压穿越（LVRT）能力，而实现LVRT功能的前提是快速准确地检测出电网电压跌落故障，本文详细介绍和讨论了几种常规检测方法和改进的坐标变换检测方法的工作原理及其优缺点，并通过仿真实验对这些方法进行了比较分析。

风电机组在电网电压发生跌落时，必须能够持续并稳定地运行，这一能力即被称为低电压穿越（Low Voltage Ride Through, LVRT），为了实现这一功能，快速准确地检测出电网电压跌落故障是关键，传统的电压跌落检测方法包括有效值计算法、峰值电压法和基波分量法等，但这些方法通常需要较长的检测时间，难以满足现代风电系统对响应速度的要求，研究更加高效和准确的电压跌落检测方法具有重要的现实意义。

常规检测方法

有效值计算法

有效值计算法通过计算一个周期内电压均方根值来判断是否发生了电压跌落，其优点是原理简单，易于实现；缺点是响应速度较慢，通常需要一个周期以上的采样数据才能得出准确结果，无法满足快速检测的需求。

峰值电压法

峰值电压法通过检测电压波形的峰值来判断电压是否发生跌落，这种方法的优点是实现简单，响应速度较快；缺点是容易受到噪声干扰，导致误判，对于不对称跌落，峰值电压法可能无法准确反映实际电压情况。

基波分量法

基波分量法通过提取电压信号中的基波分量来判断电压是否发生跌落，该方法在一定程度上提高了抗干扰能力，但仍存在响应速度慢的问题，尤其是在电压波动较大的情况下，准确性会受到影响。

改进的坐标变换检测方法

dq坐标变换法

dq坐标变换法是一种常用的改进方法，通过将三相静止坐标系下的电压转换为两相旋转坐标系下的直流分量，可以更快速地检测出电压跌落，该方法对于三相对称跌落有较好的效果，但对单相不对称跌落的检测效果较差。

优点：

- 响应速度较快，适用于三相对称跌落；

- 算法相对简单，易于实现。

缺点：

- 对单相不对称跌落的检测效果不佳；

- 容易受到谐波和噪声的影响。

改进dq变换法

为了克服传统dq变换法的缺点，研究人员提出了改进的dq变换法，这种方法通过引入额外的坐标变换和滤波手段，提高了对不对称跌落的检测能力。

优点：

- 提高了对不对称跌落的检测能力；

- 保持了较快的响应速度。

缺点：

- 算法复杂度增加，计算量较大；

- 对谐波和噪声仍然敏感。

正序电压检测方法

正序电压检测方法通过提取电压信号中的正序分量来判断电压是否发生跌落，该方法特别适用于复杂电网电压故障，如三相不对称跌落。

优点：

- 适用于各种类型的电压跌落，包括不对称跌落；

- 抗干扰能力强。

缺点：

- 算法复杂度高，实现难度较大；

- 需要较长的计算时间。

仿真比较与分析

为了验证上述方法的有效性，本文采用MATLAB/Simulink平台进行了仿真实验，仿真模型包括典型的风电机组模型和不同类型（三相对称跌落、单相不对称跌落、三相不对称跌落）的电压跌落情况。

仿真结果分析

1. 有效值计算法

仿真结果表明，有效值计算法在电压跌落发生后的一个周期内能够准确检测出跌落，但响应时间较长，约为20ms，难以满足快速检测的要求。

2. 峰值电压法

峰值电压法在电压跌落发生后的半个周期内即可检测出跌落，响应速度明显快于有效值计算法，由于噪声干扰的存在，该方法在某些情况下会出现误判。

3. 基波分量法

基波分量法在一个周期内能够准确检测出电压跌落，但其响应速度仍然较慢，且在电压波动较大时准确性有所下降。

4. dq坐标变换法

dq坐标变换法在三相对称跌落情况下表现出色，响应速度快且准确度高，但在单相不对称跌落情况下，检测效果不理想，容易出现漏检现象。

5. 改进dq变换法

改进dq变换法在各类电压跌落情况下均表现出较好的检测效果，特别是在单相不对称跌落情况下，检测准确性显著提高，但算法复杂度较高，计算量大。

6. 正序电压检测方法

正序电压检测方法在所有测试情况下均能准确检测出电压跌落，且抗干扰能力强，其计算复杂度最高，响应速度相对较慢。

结论与展望

本文详细介绍和讨论了几种常规检测方法和改进的坐标变换检测方法的工作原理及其优缺点，并通过仿真实验进行了比较分析，结果表明，不同的检测方法各有优劣，适用于不同类型的电网电压跌落情况。

- 有效值计算法和基波分量法适用于对响应速度要求不高的场合；

- 峰值电压法适用于需要快速响应的场合，但易受噪声干扰；

- dq坐标变换法和改进dq变换法在三相对称跌落情况下表现优异，但不对称跌落情况下仍需改进；

- 正序电压检测方法适用于复杂电网电压故障，但计算复杂度较高。

未来的研究应着重于进一步提高检测方法的响应速度和准确性，特别是在不对称跌落情况下的表现，结合多种检测方法的优点，开发出混合型检测算法，也是一个值得探索的方向。

参考文献

[1]胡书举,李建林,李梅.风电系统实现LVRT的电网电压跌落检测方法[J].电工技术学报,2008,23(9):1-7.DOI:10.3321/j.issn:1000-6753.2008.09.001.

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