CN102508029A - 一种用于电网相位角跟踪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于电网相位角跟踪的方法，包括步骤：1)采集电网三相相电压，得到三相电压瞬时值；2)根据3/2变换，得到电网电压在两相静止坐标下分量U_α，U_β；3)用反正切变换，求出电网瞬时相角；4)求出即时步长值，Δθ＝θ_i-θ_i-1；5)当|Δθ|＞4π/3时，求出此工频周期内相位步长：θ_s＝T/K6)确定上下包络线：L_H(i)＝θ_s×i+θ_s/3，L_L(i)＝θ_s×i_θ_s/3；7)在L_H(i)≥θ(i)≥L_L(i)，令θ(i)为真实值；当θ(i)＞L_H(i)，则令L_H(i)为真实值；当θ(i)＜L_L(i)，则令L_L(i)为真实值。本发明能够对电网的相角及频率进行精确地计算。

Description

一种用于电网相位角跟踪的方法

技术领域

本发明涉及电力供电技术，尤其是涉及一种用于电网相位角跟踪的方法。

背景技术

目前，电网相序及相角检测大多采用硬件锁相环和软件锁相环方法，硬件锁相环一般采用电网电压过零点跟踪电网频率，而后用倍频锁相电路计算电网相位角。软件锁相环亦是基于捕获硬件锁相中过零点脉冲，然后进行一系列锁相计算，而电网电压在过零点附近，容易受到干扰，有重复过零现象发生，而采用滞环比较电路虽然避免了重复过零，却又带来了过零点检测不准确的问题。

近来，由于高速信号处理器的发展，计算速度越来越快，而成本又不断下降，那么进行复杂的三角正余弦、正切、反正切计算已经可行。由于电网是一个频率微变，而三相电压又不是理想的正弦波，尤其在工业环境中，大量容性、感性负载及二极管、晶闸管整流负载影响下，电网波形会发生一定的畸变，导致简单的三角运算并不能精确地计算电网的相角及频率。

发明内容

本发明的目的在于采用一种绘制包络线的方法来约束电网相角，进而可求出电网的周期及频率。

为实现本发明的目的，提出一种用于电网相位角跟踪的方法，该方法包括步骤：

1)采集电网三相相电压，得到三相电压瞬时值；

2)根据3/2变换，得到电网电压在两相静止坐标下分量U_α，U_β；

3)用反正切变换，求出电网瞬时相角；

4)求出即时步长值，Δθ＝θ_i-θ_i-1；

5)当|Δθ|＞4π/3时，求出此工频周期内相位步长：θ_s＝T/K

6)确定上下包络线：L_H(i)＝θ_s×i+θ_s/3，L_L(i)＝θ_s×i_θ_s/3；

7)在L_H(i)≥θ(i)≥L_L(i)，令θ(i)为真实值；

当θ(i)＞L_H(i)，则令L_H(i)为真实值；

当θ(i)＜L_L(i)，则令L_L(i)为真实值。

本发明的上述方法能够对电网的相角及频率进行精确地计算。

附图说明

图1包络线L_H，L_L的示意图；

图2是本发明电网相位角跟踪流程图。

其中，U_a、U_b和U_c分别是a相电压、b相电压和c相电压，e_α和e_β分别是和α轴电压和β轴电压；i为采集次数；θ_i为第i次相位角；Δθ为即时相位步长，θ_s为相位角步长；T为电网周期；T_s为采集周期；L_H(i)为上包络线；L_L(i)为下包络线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

利用微处理器采集经过调理电路处理过的电网三相相电压，并将其转化数字量，得到U_a、U_b和U_c三相瞬时值，根据电机控制理论中经典的3/2变换，得到U_α，U_β变换阵；

$\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\α}}\\ U_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_a\\ U_b\\ U_c\end{array}\right]$

再利用反正切变换，求出电网瞬时相角：

${\mathrm{\θ}}_i=\arctan \frac{U_{\mathrm{\α}}}{U_{\mathrm{\β}}}$

本发明采用绘制包络线的方法来约束电网相角，进而可求出电网的周期及频率。图1是包络线L_H，L_L的示意图。

根据图2所示电网相位角跟踪流程具体绘制包络线的方法如下：

其中，采样周期设为20K，那么对应每个工频周期(50Hz左右)有400个左右的采样点，采样点足以准确地绘制出包络线L_H，L_L。

首先由上述两个变换公式得到电网相角瞬时值，求出即时相位步长值，Δθ＝θ_i-θ_i-1，如果一旦|Δθ|＞4π/3，此时定义为电网的相角为0，从此时开始计数，直到下一次|Δθ|＞4π/3，这时采集了一个完整的工频周期。由此，根据一个工频采集次数K和采集周期Ts可以计算出工频周期T＝K·Ts，那么相临两个采样周期中，角度差|Δθ|应与2π/K相接近。在新的工频周期中，采用上一周期中所计算的步长θ_s＝2π/K，那么，

L_H(i)＝θ_s·i+θ_s/3，

L_L(i)＝θ_s·i_θ_s/3

在最新得到的角度瞬时值θ(i)中，如果L_H(i)≥θ(i)≥L_L(i)，则认为θ(i)为真实值，如果θ(i)＞L_H(i)，则令L_H(i)为真实值，如果θ(i)＜L_L(i)，则令L_L(i)为真实值。由于电网频率相对较稳定，即使波形发生畸变，也可将相角稳定地预测，不致于导致计算出现较大波动。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于网相位角跟踪的方法，其特征在于包括步骤：

1)采集电网三相相电压，得到三相电压瞬时值；

2)根据3/2变换，得到电网电压在两相静止坐标下分量U_α，U_β；

3)用反正切变换，求出电网瞬时相角；

4)求出即时步长值，Δθ＝θ_i-θ_i-1；

5)当|Δθ|＞4π/3时，求出此工频周期内相位步长：θ_s＝T/K

6)确定上下包络线：L_H(i)＝θ_s×i+θ_s/3，L_L(i)＝θ_s×i_θ_s/3；

7)在L_H(i)≥θ(i)≥L_L(i)，令θ(i)为真实值；

当θ(i)＞L_H(i)，则令L_H(i)为真实值；

当θ(i)＜L_L(i)，则令L_L(i)为真实值。

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