CN102809688A - 一种基于迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法 - Google Patents

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CN102809688A CN2012102438933A CN201210243893A CN102809688A CN 102809688 A CN102809688 A CN 102809688A CN 2012102438933 A CN2012102438933 A CN 2012102438933A CN 201210243893 A CN201210243893 A CN 201210243893A CN 102809688 A CN102809688 A CN 102809688A
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Abstract

本发明公开了一种基于迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法,属于电力供电系统,包括步骤一:采样A、B、C三相电压信号;步骤二:利用迭代傅里叶变换获得三相基波电压幅值和三相初始相位;步骤三:设置A、B、C三相基波电压的理论初始相位,计算三相电压初始相位与三相相基波电压理论初始相位之差;步骤四:获得A、B、C三相电压基波的实时相位;步骤五:将三相电压实时相位限制在区间内;步骤六:返回步骤一,重新采样进行下一个时刻的三相电压相位计算。本发明提出的三相电压实时相位的方法能够根据三相电压基波成分分析获得三相电压实时相位,较过零检测获得的相位更加精确与快速,更加适合电力电子领域的实时性要求。

Description

一种基于迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法
技术领域
本发明属于电力供电系统,涉及电力供电系统中动态无功补偿装置设计,具体为一种基于迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法。
背景技术
在钢铁、冶金等工业电力系统中,由于负荷的快速变动而需要对系统进行动态无功补偿,此时需要检测三相电压相位以进行同步的相控调整。常规的锁相环技术采用过零检测方法判断信号的相位,对于电压谐波较大的情况容易产生误判和调整时间过长等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法,该方法能够根据三相电压基波成分分析获得三相电压实时相位,较过零检测获得的相位更加精确与快速,更加适合电力电子领域的实时性要求。
本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法,包括以下几个步骤:
步骤一:采样A、B、C三相电压信号ua(k)、ub(k)、uc(k),其中a、b、c分别表示A、B、C三相,u表示电压,k为采样序号,令采样频率为fs
步骤二:针对采样获得的A、B、C三相电压信号ua(k)、ub(k)、uc(k),利用迭代傅里叶变换获得A、B、C三相基波电压幅值Ua、Ub、Uc和初始相位
Figure BDA00001885884700011
Figure BDA00001885884700012
其中U表示电压幅值,
Figure BDA00001885884700013
表示相位。
步骤三:设置A、B、C三相基波电压的理论初始相位
Figure BDA00001885884700014
分别为
Figure BDA00001885884700015
Figure BDA00001885884700016
Figure BDA00001885884700017
根据步骤二中获得的A、B、C三相电压的初始相位,计算A、B、C三相电压初始相位与A、B、C三相相基波电压理论初始相位之间的相位差
Figure BDA00001885884700018
其中
Figure BDA00001885884700019
步骤四:根据利用迭代傅里叶变换获得三相基波幅值和初始相位时所使用的A、B、C三相标准基波余弦实时相位
Figure BDA00001885884700021
获得A、B、C三相电压基波的实时相位
Figure BDA00001885884700022
分别为
Figure BDA00001885884700023
Figure BDA00001885884700024
步骤五:将A、B、C三相电压实时相位限制在[0  2π]区间内,具体方法为:若A相电压基波实时相位
Figure BDA00001885884700025
超出[0  2π]区间,则令
Figure BDA00001885884700027
则令若B相电压基波实时相位
Figure BDA00001885884700029
超出[0  2π]区间,
Figure BDA000018858847000210
则令
Figure BDA000018858847000211
则令
Figure BDA000018858847000212
若C相电压基波实时相位
Figure BDA000018858847000213
超出[0  2π]区间,若
Figure BDA000018858847000214
则令
Figure BDA000018858847000215
则令最终始终保持A、B、C三相电压实时相位处于在[0  2π]区间内。
步骤六:跳转执行步骤一,重新采样三相电压数据,进行下一个时刻的三相电压相位计算。
本发明的优点在于:
1、本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法,无需检测电压过零点即可利用采样数据进行分析以获得电压实时相位;
2、本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法,可以从任意时刻对电压进行采样以获得实时相位。
3、本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法,在每次采样间隔只需要进行一次加法、减法、反正弦运算即可获得实时相位,较传统的傅里叶变换具有更快的计算速度。
4、本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法,以三相电压各自初始相位为基准参考,能够实时调整各相电压实时相位,在电压相位波动时也能够获得准确的实时相位。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法流程图;
图2为实施例1中三相电压实测采样曲线;
图3为实施例1中频率f=50赫兹的单位余弦、正弦函数一个周期中的采样值;
图4为实施例1中本发明计算得到的A相电压第一个采样周期实时相位与电压归一化曲线;
图5为实施例1中本发明计算得到的A相电压前2个采样周期实时相位与电压归一化曲线;
图6为实施例1中基于传统锁相环技术获得的A相电压前6个采样周期实时相位与电压归一化曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提出一种迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法,如图1所示,具体包括以下几个步骤:
步骤一:采样A、B、C三相电压信号ua(k)、ub(k)、uc(k),其中a、b、c分别表示A、B、C三相,u表示电压,k为采样序号,令采样频率为fs
步骤二:针对采样获得的A、B、C三相电压信号ua(k)、ub(k)、uc(k),利用迭代傅里叶变换获得A、B、C三相基波电压幅值Ua、Ub、Uc和A、B、C三相初始相位
Figure BDA00001885884700031
其中U表示电压幅值,
Figure BDA00001885884700032
表示相位,a、b、c分别表示A、B、C三相。
由于A、B、C三相基波电压幅值和初始相位的计算方法完全相同,以A相基波电压幅值和初始相位的计算为例说明A、B、C三相基波电压幅值、初始相位计算方法。ua(k)为A相电压采样值,k为采样序号,fs为采样频率,f1为基波频率,基波角速度w为w=2πf1,则一个周期采样点数N为N=fs/f1
当采样序号k满足0<k≤N时,基波电压正弦幅值a1(k)和基波电压余弦幅值b1(k)的计算公式为:
a 1 ( k ) = a 1 ( k - 1 ) + 2 N u a ( k ) cos ( wkT s ) ,
b 1 ( k ) = b 1 ( k - 1 ) + 2 N u a ( k ) sin ( wkT s ) ,
其中采样周期Ts为Ts=1/fs,基波电压正弦幅值和基波电压余弦幅值的初始值a1(0)=b1(0)=0;
当采样序号k满足k>N时,基波电压正弦幅值a1(k)和基波电压余弦幅值b1(k)计算公式为:
a 1 ( k ) = a 1 ( k - 1 ) + 2 N u ( k ) cos ( wk T s ) - 2 N u ( k - N ) cos ( w ( k - N ) T s ) ,
b 1 ( k ) = b 1 ( k - 1 ) + 2 N u ( k ) sin ( wk T s ) - 2 N u ( k - N ) sin ( w ( k - N ) T s ) ,
根据以上公式,获得基波电压正弦幅值a1(k)和基波电压余弦幅值b1(k),则A相基波电压幅值Ua U a = a 1 ( k ) 2 + b 1 ( k ) 2 ;
当基波电压余弦幅值b1(k)满足b1(k)≤0时,基波电压初始相位
Figure BDA00001885884700044
当基波电压余弦幅值b1(k)满足b1(k)>0时,基波电压初始相位
Figure BDA00001885884700045
其中符号arccos表示求反余弦运算;
同理,得到B相、C相基波电压幅值、初始相位。
步骤三:设置A、B、C三相基波电压的理论初始相位分别为
Figure BDA00001885884700048
根据步骤二中获得的A、B、C三相电压初始相位,计算A、B、C三相电压初始相位与A、B、C三相基波电压理论初始相位之间的相位差
Figure BDA00001885884700049
Figure BDA000018858847000410
分别为
Figure BDA000018858847000411
步骤四:根据步骤二中利用迭代傅里叶变换获得三相基波幅值和初始相位时所使用的A、B、C三相标准基波余弦实时相位
Figure BDA000018858847000412
Figure BDA000018858847000413
获得A、B、C三相电压基波的实时相位
Figure BDA000018858847000414
分别为
步骤五:将A、B、C三相电压实时相位限制在[0  2π]区间内,具体方法为:若A相电压基波实时相位超出[0  2π]区间,即若
Figure BDA000018858847000417
则令
Figure BDA000018858847000418
则令
Figure BDA000018858847000420
同理,B、C相电压采用同样方法处理,若B相电压基波实时相位
Figure BDA00001885884700051
超出[0  2π]区间,即若
Figure BDA00001885884700052
则令
Figure BDA00001885884700053
Figure BDA00001885884700054
则令
Figure BDA00001885884700055
若C相电压基波实时相位
Figure BDA00001885884700056
超出[0  2π]区间,即若则令
Figure BDA00001885884700058
Figure BDA00001885884700059
则令
Figure BDA000018858847000510
最终始终保持A、B、C三相电压实时相位处于在[0  2π]区间内。
步骤六:跳转执行步骤一,重新采样三相电压数据,进行下一个时刻的三相电压相位计算。
本发明与传统的计算三相电压实时相位的不同点在于,本发明通过实时计算每一时刻的三相电压实时相位,计算方法更为准确,具有更快的锁相速度,避免了传统方法中通过傅里叶变化进行整周期采样计算相位的延迟性。同时本发明将A、B、C三相基波电压的理论初始相位
Figure BDA000018858847000511
分别设置为
Figure BDA000018858847000512
Figure BDA000018858847000514
作为相位原点,将利用傅里叶变换得到的三相电压初始相位与相位原点即理论初始相位之间的相位差用以调整三相电压实时相位,最终能够获得准确的三相电压实时相位。该三相电压实时相位的获取方法快速准确。
实施例1:
本实施例提供某钢厂6.5kV母线上接有一负荷系统,根据本发明提出的一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法,获得获得三相电压实时相位,具体为:
步骤一:采样A、B、C三相电压信号ua(k)、ub(k)、uc(k),设采样频率fs=100Hz,采样周期Ts=0.0001s,通过实际测量获得三相电压电压信号,三相电压曲线如图2所示。
基波电压频率f1=50Hz,w1=2πf1=314.15rad/s,一个周期采样点数
Figure BDA000018858847000515
一个周期三相电压信号采样的具体数据如表1所示。
步骤二:按照离散形式迭代傅里叶变换公式获得三相基波电压幅值和三相初始相位。其中采样序号k满足0<k≤N,A相基波电压幅值计算公式为 a 1 = 2 N &Sigma; i = 1 k u a ( i ) cos ( w 1 i T s ) b 1 = 2 N &Sigma; i = 1 k u a ( i ) sin ( w 1 i T s ) , a1表示基波电压余弦幅值,b1为基波电压正弦幅值,i表示采样序号取值,ua(i)表示A相电压第i个采样值,ub(i)表示B相电压第i个采样值,其中cos(w1iTs)、sin(w1iTs)为基波电压频率f1=50Hz的单位余弦、正弦函数一个周期中的幅值采样值,其曲线如图3所示,具体采样数据如表2所示。将表1和表2中数据按照上述采样点数k满足0<k≤N的基波电压幅值计算公式进行计算,以k=200时为例详细介绍本实施例中相位计算方法,此时a1(200)=284020,b1(200)=-874120,基波电压的幅值
Figure BDA00001885884700062
初始相位B、C相基波电压幅值和初始相位的计算方法与A相完全相同。
步骤三:设置A、B、C三相基波电压的理论初始相位
Figure BDA00001885884700064
分别为
Figure BDA00001885884700065
Figure BDA00001885884700066
计算三相电压的初始相位与理论初始相位之间的相位差。
计算A相电压的初始相位与理论初始相位之间的相位差为:
Figure BDA00001885884700067
当k=200时,基波电压频率f1=50Hz的A相标准基波余弦实时相位
Figure BDA00001885884700068
Figure BDA00001885884700069
B、C相标准基波余弦实时相位与A相的计算方法相同。
步骤四:根据步骤二中利用迭代傅里叶变换获得三相基波幅值和初始相位时所使用的A、B、C三相标准基波余弦实时相位
Figure BDA000018858847000610
获得A、B、C三相电压基波的实时相位
Figure BDA000018858847000611
分别为
Figure BDA000018858847000612
Figure BDA000018858847000613
计算此时A相电压实时相位为
Figure BDA000018858847000614
B、C相实时相位的计算方法与A相相同。
步骤五:根据实时相位区间限制规则,k=200时的A相电压的实时相位为:
Figure BDA000018858847000615
步骤六:跳转执行步骤一,重新采样三相电压数据,进行下一个时刻的相位计算。
上述表1和表2计算获得的A相电压实时相位与电压归一化曲线如图4所示,从图4中可以发现从采样开始时刻0.004秒经过0.011秒后本发明提出的计算三相电压实时相位的方法即已实现了A相电压的相位跟踪,跟踪速度约为半个基波周期。
若在步骤二中当采样点数k>200即k>N时,按照迭代傅里叶变换原理,A相基波电压幅值计算公式为:
a 1 ( k ) = a 1 ( k - 1 ) + 2 N u a ( k ) cos ( w 1 k T s ) - 2 N u a ( k - N ) cos ( w 1 ( k - N ) T s ) b 1 ( k ) = b 1 ( k - 1 ) + 2 N u a ( k ) sin ( w 1 kT s ) - 2 N u a ( k - N ) sin ( w 1 ( k - N ) T s ) ,
A相电压第二个周期采样数据如表3所示,以第251个采样点为例,k=251,ua(251)=3.38E-12,此时实时相位应该为0、180°或者360°,按照上述A相基波电压幅值计算公式可得a1(251)=284020,b1(251)=-874120,A相电压幅值 A 1 = a 1 ( 251 ) 2 + b 1 ( 251 ) 2 = 9191 , 初始相位
Figure BDA00001885884700073
初始相位与理论初始相位之间的相位差为:
Figure BDA00001885884700074
标准基波余弦实时相位为
Figure BDA00001885884700075
则此时A相电压实时相位为
Figure BDA00001885884700076
表1和表3两个周期的A相电压采样点经过本发明提出的实时相位计算方法获得的A相电压实时相位如图5所示,从图5中时刻0.004s至0.024s之间的相位斜率发生变化可知A相相位经过一个周期的调整后即可准确实现实时跟踪。
比较传统的实时相位计算方法与本发明提出的实时相位计算方法,如图6所示的基于传统实时相位计算方法获得的A相电压实时相位曲线,可以发现传统实时相位计算方法经过大约6个周期才实现A相电压相位锁定,较本发明提出的实时相位计算方法达到的锁相速度延迟5个周期。从图5和图6的对比可知本发明提出的实时相位计算方法较传统实时相位计算方法具有更快的锁相速度。
表1:三相电压一个周期的采样数据
  序号   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  ua   3113.34   2840.175   2564.207   2285.709   2004.955   1722.222   1437.789   1151.938   864.9495   577.1077
  ub   5932.402   6149.979   6361.488   6566.718   6765.468   6957.542   7142.749   7320.906   7491.84   7655.379
  uc   -9045.74   -8990.15   -8925.7   -8852.43   -8770.42   -8679.76   -8580.54   -8472.84   -8356.79   -8232.49
  序号   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20
  ua   288.6963   1.13E-12   -288.696   -577.108   -864.95   -1151.94   -1437.79   -1722.22   -2004.95   -2285.71
  ub   7811.364   7959.639   8100.06   8232.487   8356.789   8472.844   8580.538   8679.763   8770.423   8852.427
  uc   -8100.06   -7959.64   -7811.36   -7655.38   -7491.84   -7320.91   -7142.75   -6957.54   -6765.47   -6566.72
  序号   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30
  ua   -2564.21   -2840.18   -3113.34   -3383.43   -3650.19   -3913.34   -4172.63   -4427.8   -4678.6   -4924.78
  ub   8925.695   8990.155   9045.742   9092.402   9130.089   9158.766   9178.404   9188.984   9190.496   9182.938
  uc   -6361.49   -6149.98   -5932.4   -5708.97   -5479.9   -5245.43   -5005.78   -4761.19   -4511.9   -4258.15
  序号   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40
  ua   -5166.11   -5402.33   -5633.23   -5858.56   -6078.12   -6291.67   -6499.02   -6699.95   -6894.27   -7081.79
  ub   9166.317   9140.651   9105.963   9062.29   9009.672   8948.164   8877.824   8798.724   8710.939   8614.559
  uc   -4000.21   -3738.32   -3472.73   -3203.73   -2931.56   -2656.49   -2378.81   -2098.77   -1816.67   -1532.77
  序号   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50
  ua   -7262.31   -7435.68   -7601.7   -7760.22   -7911.08   -8054.13   -8189.24   -8316.27   -8435.08   -8545.58
  ub   8509.677   8396.396   8274.83   8145.097   8007.326   7861.653   7708.221   7547.182   7378.695   7202.927
  uc   -1247.36   -960.721   -673.132   -384.879   -96.2462   192.4818   481.0198   769.0831   1056.387   1342.649
  序号   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60
  ua   |   -8741.16   -8826.06   -8902.25   -8969.65   -9028.2   -9077.84   -9118.53   -9150.21   -9172.86
  ub   7020.049   6830.244   6633.698   6430.606   6221.167   6005.589   5784.084   5556.87   5324.173   5086.222
  uc   1627.586   1910.916   2192.361   2471.642   2748.484   3022.613   3293.76   3561.656   3826.037   4086.642
  序号   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70
  ua   -9186.46   -9191   -9186.46   -9172.86   -9150.21   -9118.53   -9077.84   -9028.2   -8969.65   -8902.25
  ub   4843.251   4595.5   4343.214   4086.642   3826.037   3561.656   3293.76   3022.613   2748.484   2471.642
  uc   4343.214   4595.5   4843.251   5086.222   5324.173   5556.87   5784.084   6005.589   6221.167   6430.606
  序号   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80
  ua   -8826.06   -8741.16   -8647.64   -8545.58   -8435.08   -8316.27   -8189.24   -8054.13   -7911.08   -7760.22
  ub   2192.361   1910.916   1627.586   1342.649   1056.387   769.0831   481.0198   192.4818   -96.2462   -384.879
  uc   6633.698   6830.244   7020.049   7202.927   7378.695   7547.182   7708.221   7861.653   8007.326   8145.097
  序号   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90
  ua   -7601.7   -7435.68   -7262.31   -7081.79   -6894.27   -6699.95   -6499.02   -6291.67   -6078.12   -5858.56
  ub   -673.132   -960.721   -1247.36   -1532.77   -1816.67   -2098.77   -2378.81   -2656.49   -2931.56   -3203.73
  uc   8274.83   8396.396   8509.677   8614.559   8710.939   8798.724   8877.824   8948.164   9009.672   9062.29
  序号   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100
  ua   -5633.23   -5402.33   -5166.11   -4924.78   -4678.6   -4427.8   -4172.63   -3913.34   -3650.19   -3383.43
  ub   -3472.73   -3738.32   -4000.21   -4258.15   -4511.9   -4761.19   -5005.78   -5245.43   -5479.9   -5708.97
  uc   9105.963   9140.651   9166.317   9182.938   9190.496   9188.984   9178.404   9158.766   9130.089   9092.402
  序号   101   102   103   104   105   106   107   108   109   110
  ua   -3113.34   -2840.18   -2564.21   -2285.71   -2004.95   -1722.22   -1437.79   -1151.94   -864.95   -577.108
  ub   -5932.4   -6149.98   -6361.49   -6566.72   -6765.47   -6957.54   -7142.75   -7320.91   -7491.84   -7655.38
  uc   9045.742   8990.155   8925.695   8852.427   8770.423   8679.763   8580.538   8472.844   8356.789   8232.487
  序号   111   112   113   114   115   116   117   118   119   120
  ua   -288.696   5.91E-12   288.6963   577.1077   864.9495   1151.938   1437.789   1722.222   2004.955   2285.709
  ub   -7811.36   -7959.64   -8100.06   -8232.49   -8356.79   -8472.84   -8580.54   -8679.76   -8770.42   -8852.43
  uc   8100.06   7959.639   7811.364   7655.379   7491.84   7320.906   7142.749   6957.542   6765.468   6566.718
  序号   121   122   123   124   125   126   127   128   129   130
  ua   2564.207   2840.175   3113.34   3383.433   3650.186   3913.337   4172.627   4427.798   4678.6   4924.784
  ub   -8925.7   -8990.15   -9045.74   -9092.4   -9130.09   -9158.77   -9178.4   -9188.98   -9190.5   -9182.94
  uc   6361.488   6149.979   5932.402   5708.969   5479.903   5245.428   5005.777   4761.186   4511.896   4258.154
  序号   131   132   133   134   135   136   137   138   139   140
  ua   5166.108   5402.334   5633.229   5858.564   6078.117   6291.672   6499.018   6699.951   6894.271   7081.787
  ub   -9166.32   -9140.65   -9105.96   -9062.29   -9009.67   -8948.16   -8877.82   -8798.72   -8710.94   -8614.56
  uc   4000.209   3738.316   3472.735   3203.726   2931.555   2656.491   2378.806   2098.773   1816.669   1532.772
  序号   141   142   143   144   145   146   147   148   149   150
  ua   7262.315   7435.675   7601.698   7760.218   7911.08   8054.135   8189.241   8316.265   8435.083   8545.576
  ub   -8509.68   -8396.4   -8274.83   -8145.1   -8007.33   -7861.65   -7708.22   -7547.18   -7378.7   -7202.93
  uc   1247.362   960.7211   673.1323   384.8791   96.24617   -192.482   -481.02   -769.083   -1056.39   -1342.65
  序号   151   152   153   154   155   156   157   158   159   160
  ua   8.65E+03   8741.16   8826.059   8902.248   8969.651   9028.202   9077.844   9118.526   9150.21   9172.864
  ub   -7020.05   -6830.24   -6633.7   -6430.61   -6221.17   -6005.59   -5784.08   -5556.87   -5324.17   -5086.22
  uc   -1627.59   -1910.92   -2192.36   -2471.64   -2748.48   -3022.61   -3293.76   -3561.66   -3826.04   -4086.64
  序号   161   162   163   164   165   166   167   168   169   170
  ua   9186.465   9191   9186.465   9172.864   9150.21   9118.526   9077.844   9028.202   8969.651   8902.248
  ub   -4843.25   -4595.5   -4343.21   -4086.64   -3826.04   -3561.66   -3293.76   -3022.61   -2748.48   -2471.64
  uc   -4343.21   -4595.5   -4843.25   -5086.22   -5324.17   -5556.87   -5784.08   -6005.59   -6221.17   -6430.61
  序号   171   172   173   174   175   176   177   178   179   180
  ua   8826.059   8741.16   8647.635   8545.576   8435.083   8316.265   8189.241   8054.135   7911.08   7760.218
  ub   -2192.36   -1910.92   -1627.59   -1342.65   -1056.39   -769.083   -481.02   -192.482   96.24617   384.8791
  uc   -6633.7   -6830.24   -7020.05   -7202.93   -7378.7   -7547.18   -7708.22   -7861.65   -8007.33   -8145.1
  序号   181   182   183   184   185   186   187   188   189   190
  ua   7601.698   7435.675   7262.315   7081.787   6894.271   6699.951   6499.018   6291.672   6078.117   5858.564
  ub   673.1323   960.7211   1247.362   1532.772   1816.669   2098.773   2378.806   2656.491   2931.555   3203.726
  uc   -8274.83   -8396.4   -8509.68   -8614.56   -8710.94   -8798.72   -8877.82   -8948.16   -9009.67   -9062.29
  序号   191   192   193   194   195   196   197   198   199   200
  ua   5633.229   5402.334   5166.108   4924.784   4678.6   4427.798   4172.627   3913.337   3650.186   3383.433
  ub   3472.735   3738.316   4000.209   4258.154   4511.896   4761.186   5005.777   5245.428   5479.903   5708.969
  uc   -9105.96   -9140.65   -9166.32   -9182.94   -9190.5   -9188.98   -9178.4   -9158.77   -9130.09   -9092.4
表2:基波电压频率f1=50Hz的单位余弦、正弦函数一个周期中的幅值采样值
  序号   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  余弦采样   1   0.999507   0.998027   0.995562   0.992115   0.987688   0.982287   0.975917   0.968583   0.960294
  正弦采样   0   0.031411   0.062791   0.094108   0.125333   0.156434   0.187381   0.218143   0.24869   0.278991
  序号   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20
  余弦采样   0.951057   0.940881   0.929776   0.917755   0.904827   0.891007   0.876307   0.860742   0.844328   0.827081
  正弦采样   0.309017   0.338738   0   0.397148   0.425779   0.45399   0.481754   0.509041   0.535827   0.562083
  序号   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30
  余弦采样   0.809017   0.790155   0.770513   0.750111   0.728969   0.707107   0.684547   0.661312   0.637424   0.612907
  正弦采样   0.587785   0.612907   0.637424   0.661312   0.684547   0.707107   0.728969   0.750111   0.770513   0.790155
  序号   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40
  余弦采样   0.587785   0.562083   0.535827   0.509041   0.481754   0.45399   0.425779   0.397148   0.368125   0.338738
  正弦采样   0.809017   0.827081   0.844328   0.860742   0.876307   0.891007   0.904827   0.917755   0.929776   0.940881
  序号   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50
  余弦采样   0.309017   0.278991   0.24869   0.218143   0.187381   0.156434   0.125333   0.094108   0.062791   0.031411
  正弦采样   0.951057   0.960294   0.968583   0.975917   0.982287   0.987688   0.992115   0.995562   0.998027   0.999507
  序号   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60
  余弦采样   6.12E-17   -0.03141   -0.06279   -0.09411   -0.12533   -0.15643   -0.18738   -0.21814   -0.24869   -0.27899
  正弦采样   1   0.999507   0.998027   0.995562   0.992115   0.987688   0.982287   0.975917   0.968583   0.960294
  序号   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70
  余弦采样   -0.30902   -0.33874   -0.36812   -0.39715   -0.42578   -0.45399   -0.48175   -0.50904   -0.53583   -0.56208
  正弦采样   0.951057   0.940881   0.929776   0.917755   0.904827   0.891007   0.876307   0.860742   0.844328   0.827081
  序号   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80
  余弦采样   -0.58779   -0.61291   -0.63742   -0.66131   -0.68455   -0.70711   -0.72897   -0.75011   -0.77051   -0.79016
  正弦采样   0.809017   0.790155   0.770513   0.750111   0.728969   0.707107   0.684547   0.661312   0.637424   0.612907
  序号   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90
  余弦采样   -0.80902   -0.82708   -0.84433   -0.86074   -0.87631   -0.89101   -0.90483   -0.91775   -0.92978   -0.94088
  正弦采样   0.587785   0.562083   0.535827   0.509041   0.481754   0.45399   0.425779   0.397148   0.368125   0.338738
  序号   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100
  余弦采样   -0.95106   -0.96029   -0.96858   -0.97592   -0.98229   -0.98769   -0.99211   -0.99556   -0.99803   -0.99951
  正弦采样   0.309017   0.278991   0.24869   0.218143   0.187381   0.156434   0.125333   0.094108   0.062791   0.031411
  序号   101   102   103   104   105   106   107   108   109   110
  余弦采样   -1   -0.99951   -0.99803   -0.99556   -0.99211   -0.98769   -0.98229   -0.97592   -0.96858   -0.96029
  正弦采样   1.22E-16   -0.03141   -0.06279   -0.09411   -0.12533   -0.15643   -0.18738   -0.21814   -0.24869   -0.27899
  序号   111   112   113   114   115   116   117   118   119   120
  余弦采样   -0.95106   -0.94088   -0.92978   -0.91775   -0.90483   -0.89101   -0.87631   -0.86074   -0.84433   -0.82708
  正弦采样   -0.30902   -0.33874   -0.36812   -0.39715   -0.42578   -0.45399   -0.48175   -0.50904   -0.53583   -0.56208
  序号   121   122   123   124   125   126   127   128   129   130
  余弦采样   -0.80902   -0.79016   -0.77051   -0.75011   -0.72897   -0.70711   -0.68455   -0.66131   -0.63742   -0.61291
  正弦采样   -0.58779   -0.61291   -0.63742   -0.66131   -0.68455   -0.70711   -0.72897   -0.75011   -0.77051   -0.79016
  序号   131   132   133   134   135   136   137   138   139   140
  余弦采样   -0.58779   -0.56208   -0.53583   -0.50904   -0.48175   -0.45399   -0.42578   -0.39715   -0.36812   -0.33874
  正弦采样   -0.80902   -0.82708   -0.84433   -0.86074   -0.87631   -0.89101   -0.90483   -0.91775   -0.92978   -0.94088
  序号   141   142   143   144   145   146   147   148   149   150
  余弦采样   -0.30902   -0.27899   -0.24869   -0.21814   -0.18738   -0.15643   -0.12533   -0.09411   -0.06279   -0.03141
  正弦采样   -0.95106   -0.96029   -0.96858   -0.97592   -0.98229   -0.98769   -0.99211   -0.99556   -0.99803   -0.99951
  序号   151   152   153   154   155   156   157   158   159   160
  余弦采样   7.04E-16   0.031411   0.062791   0.094108   0.125333   0.156434   0.187381   0.218143   0.24869   0.278991
  正弦采样   -1   -0.99951   -0.99803   -0.99556   -0.99211   -0.98769   -0.98229   -0.97592   -0.96858   -0.96029
  序号   161   162   163   164   165   166   167   168   169   170
  余弦采样   0.309017   0.338738   0.368125   0.397148   0.425779   0.45399   0.481754   0.509041   0.535827   0.562083
  正弦采样   -0.95106   -0.94088   -0.92978   -0.91775   -0.90483   -0.89101   -0.87631   -0.86074   -0.84433   -0.82708
  序号   171   172   173   174   175   176   177   178   179   180
  余弦采样   0.587785   0.612907   0.637424   0.661312   0.684547   0.707107   0.728969   0.750111   0.770513   0.790155
  正弦采样   -0.80902   -0.79016   -0.77051   -0.75011   -0.72897   -0.70711   -0.68455   -0.66131   -0.63742   -0.61291
  序号   181   182   183   184   185   186   187   188   189   190
  余弦采样   0.809017   0.827081   0.844328   0.860742   0.876307   0.891007   0.904827   0.917755   0.929776   0.940881
  正弦采样   -0.58779   -0.56208   -0.53583   -0.50904   -0.48175   -0.45399   -0.42578   -0.39715   -0.36812   -0.33874
  序号   191   192   193   194   195   196   197   198   199   200
  余弦采样   0.951057   0.960294   0.968583   0.975917   0.982287   0.987688   0.992115   0.995562   0.998027   0.999507
  正弦采样   -0.30902   -0.27899   -0.24869   -0.21814   -0.18738   -0.15643   -0.12533   -0.09411   -0.06279   -0.03141
表3:A相电压第二个周期采样数据
  序号   240   241   242   243   244   245   246   247   248   249
 A相电压   3113.34   2840.175   2564.207   2285.709   2004.955   1722.222   1437.789   1151.938   864.9495   577.1077
  序号   250   251   252   253   254   255   256   257   258   259
 A相电压   288.6963   3.38E-12   -288.696   -577.108   -864.95   -1151.94   -1437.79   -1722.22   -2004.95   -2285.71
  序号   260   261   262   263   264   265   266   267   268   269
 A相电压   -2564.21   -2840.18   -3113.34   -3383.43   -3650.19   -3913.34   -4172.63   -4427.8   -4678.6   -4924.78
  序号   270   271   272   273   274   275   276   277   278   279
 A相电压   -5166.11   -5402.33   -5633.23   -5858.56   -6078.12   -6291.67   -6499.02   -6699.95   -6894.27   -7081.79
  序号   280   281   282   283   284   285   286   287   288   289
 A相电压   -7262.31   -7435.68   -7601.7   -7760.22   -7911.08   -8054.13   -8189.24   -8316.27   -8435.08   -8545.58
  序号   290   291   292   293   294   295   296   297   298   299
 A相电压   -8647.64   -8741.16   -8826.06   -8902.25   -8969.65   -9028.2   -9077.84   -9118.53   -9150.21   -9172.86
  序号   300   301   302   303   304   305   306   307   308   309
 A相电压   -9186.46   -9191   -9186.46   -9172.86   -9150.21   -9118.53   -9077.84   -9028.2   -8969.65   -8902.25
  序号   310   311   312   313   314   315   316   317   318   319
 A相电压   -8826.06   -8741.16   -8647.64   -8545.58   -8435.08   -8316.27   -8189.24   -8054.13   -7911.08   -7760.22
  序号   320   321   322   323   324   325   326   327   328   329
 A相电压   -7601.7   -7435.68   -7262.31   -7081.79   -6894.27   -6699.95   -6499.02   -6291.67   -6078.12   -5858.56
  序号   330   331   332   333   334   335   336   337   338   339
 A相电压   -5633.23   -5402.33   -5166.11   -4924.78   -4678.6   -4427.8   -4172.63   -3913.34   -3650.19   -3383.43
  序号   340   341   342   343   344   345   346   347   348   349
 A相电压   -3113.34   -2840.18   -2564.21   -2285.71   -2004.95   -1722.22   -1437.79   -1151.94   -864.95   -577.108
  序号   350   351   352   353   354   355   356   357   358   359
 A相电压   -288.696   1.18E-11   288.6963   577.1077   864.9495   1151.938   1437.789   1722.222   2004.955   2285.709
  序号   360   361   362   363   364   365   366   367   368   369
 A相电压   2564.207   2840.175   3113.34   3383.433   3650.186   3913.337   4172.627   4427.798   4678.6   4924.784
  序号   370   371   372   373   374   375   376   377   378   379
 A相电压   5166.108   5402.334   5633.229   5858.564   6078.117   6291.672   6499.018   6699.951   6894.271   7081.787
  序号   380   381   382   383   384   385   386   387   388   389
 A相电压   7262.315   7435.675   7601.698   7760.218   7911.08   8054.135   8189.241   8316.265   8435.083   8545.576
  序号   390   391   392   393   394   395   396   397   398   399
 A相电压   8647.635   8741.16   8826.059   8902.248   8969.651   9028.202   9077.844   9118.526   9150.21   9172.864
  序号   400   401   402   403   404   405   406   407   408   409
 A相电压   9186.465   9191   9186.465   9172.864   9150.21   9118.526   9077.844   9028.202   8969.651   8902.248
  序号   410   411   412   413   414   415   416   417   418   419
 A相电压   8826.059   8741.16   8647.635   8545.576   8435.083   8316.265   8189.241   8054.135   7911.08   7760.218
  序号   420   421   422   423   424   425   426   427   428   429
 A相电压   7601.698   7435.675   7262.315   7081.787   6894.271   6699.951   6499.018   6291.672   6078.117   5858.564
  序号   430   431   432   433   434   435   436   437   438   439
 A相电压   5633.229   5402.334   5166.108   4924.784   4678.6   4427.798   4172.627   3913.337   3650.186   3383.433
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (2)

1.一种迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法,其特征在于:具体包括以下几个步骤:
步骤一:采样A、B、C三相电压信号ua(k)、ub(k)、uc(k),其中a、b、c分别表示A、B、C三相,u表示电压,k为采样序号,令采样频率为fs
步骤二:针对采样获得的A、B、C三相电压信号ua(k)、ub(k)、uc(k),利用迭代傅里叶变换获得A、B、C三相基波电压幅值Ua、Ub、Uc和初始相位
Figure FDA00001885884600011
Figure FDA00001885884600012
其中U表示电压幅值,
Figure FDA00001885884600013
表示相位;
步骤三:设置A、B、C三相基波电压的理论初始相位
Figure FDA00001885884600014
分别为
Figure FDA00001885884600015
Figure FDA00001885884600016
根据步骤二中获得的A、B、C三相电压的初始相位,计算A、B、C三相电压初始相位与A、B、C三相相基波电压理论初始相位之间的相位差
Figure FDA00001885884600017
其中
Figure FDA00001885884600018
步骤四:根据利用迭代傅里叶变换获得三相基波幅值和初始相位时所使用的A、B、C三相标准基波余弦实时相位
Figure FDA00001885884600019
获得A、B、C三相电压基波的实时相位
Figure FDA000018858846000110
分别为
Figure FDA000018858846000111
Figure FDA000018858846000112
步骤五:将A、B、C三相电压实时相位限制在[0  2π]区间内,具体方法为:若A相电压基波实时相位
Figure FDA000018858846000113
超出[0  2π]区间,则令
Figure FDA000018858846000115
则令
Figure FDA000018858846000116
若B相电压基波实时相位超出[0  2π]区间,
Figure FDA000018858846000118
则令
Figure FDA000018858846000119
则令
Figure FDA000018858846000120
若C相电压基波实时相位
Figure FDA000018858846000121
超出[0  2π]区间,若则令则令
Figure FDA000018858846000124
最终始终保持A、B、C三相电压实时相位处于在[0  2π]区间内;
步骤六:跳转执行步骤一,重新采样三相电压数据,进行下一个时刻的三相电压相位计算。
2.根据权利要求1所述的一种迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法,其特征在于:所述的步骤二中利用迭代傅里叶变换获得A、B、C三相基波电压幅值Ua、Ub、Uc和初始相位
Figure FDA00001885884600021
具体为:
ua(k)为A相电压采样值,k为采样序号,fs为采样频率,f1为基波频率,基波角速度w为w=2πf1,则一个周期采样点数N为N=fs/f1
当采样序号k满足0<k≤N时,基波电压正弦幅值a1(k)和基波电压余弦幅值b1(k)的计算公式为:
a 1 ( k ) = a 1 ( k - 1 ) + 2 N u a ( k ) cos ( wkT s ) ,
b 1 ( k ) = b 1 ( k - 1 ) + 2 N u a ( k ) sin ( wkT s ) ,
其中采样周期Ts为Ts=1/fs,基波电压正弦幅值和基波电压余弦幅值的初始值a1(0)=b1(0)=0;
当采样序号k满足k>N时,基波电压正弦幅值a1(k)和基波电压余弦幅值b1(k)计算公式为:
a 1 ( k ) = a 1 ( k - 1 ) + 2 N u ( k ) cos ( wk T s ) - 2 N u ( k - N ) cos ( w ( k - N ) T s ) ,
b 1 ( k ) = b 1 ( k - 1 ) + 2 N u ( k ) sin ( wk T s ) - 2 N u ( k - N ) sin ( w ( k - N ) T s ) ,
根据以上公式,获得基波电压正弦幅值a1(k)和基波电压余弦幅值b1(k),则A相基波电压幅值Ua U a = a 1 ( k ) 2 + b 1 ( k ) 2 ;
当基波电压余弦幅值b1(k)满足b1(k)≤0时,基波电压初始相位
Figure FDA00001885884600027
当基波电压余弦幅值b1(k)满足b1(k)>0时,基波电压初始相位
Figure FDA00001885884600028
其中符号arccos表示求反余弦运算;
同理,得到B相、C相基波电压幅值、初始相位。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103383414A (zh) * 2013-07-10 2013-11-06 珠海许继芝电网自动化有限公司 一种应用于配电终端的电压夹角的计算方法
CN108490236A (zh) * 2018-01-31 2018-09-04 许继集团有限公司 一种交流单相电压幅值的解算方法及装置
CN110780110A (zh) * 2019-11-19 2020-02-11 浙江南德电气有限公司 一种基波电压过零点自动检测方法、系统及采样装置
CN112255457A (zh) * 2020-09-22 2021-01-22 天津电气科学研究院有限公司 适用于自动准同期装置的相角差测量方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6397157B1 (en) * 1999-07-02 2002-05-28 General Electric Company Method and apparatus for real time measurement of three phase electrical parameters
CN101408568A (zh) * 2007-10-12 2009-04-15 深圳科士达科技股份有限公司 一种测量交流电的电信号相位的方法及装置
CN102385003A (zh) * 2011-11-07 2012-03-21 清华大学 检测电力系统中电压信号或电流信号频率和相位的方法
CN102495282A (zh) * 2011-12-27 2012-06-13 国电南瑞科技股份有限公司 一种交流电压频率的测量方法
CN102508029A (zh) * 2011-09-26 2012-06-20 北京东标电气股份有限公司 一种用于电网相位角跟踪的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6397157B1 (en) * 1999-07-02 2002-05-28 General Electric Company Method and apparatus for real time measurement of three phase electrical parameters
CN101408568A (zh) * 2007-10-12 2009-04-15 深圳科士达科技股份有限公司 一种测量交流电的电信号相位的方法及装置
CN102508029A (zh) * 2011-09-26 2012-06-20 北京东标电气股份有限公司 一种用于电网相位角跟踪的方法
CN102385003A (zh) * 2011-11-07 2012-03-21 清华大学 检测电力系统中电压信号或电流信号频率和相位的方法
CN102495282A (zh) * 2011-12-27 2012-06-13 国电南瑞科技股份有限公司 一种交流电压频率的测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
胡为兵: "电力系统实时相位同步方法的研究和比较", 《电测与仪器》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103383414A (zh) * 2013-07-10 2013-11-06 珠海许继芝电网自动化有限公司 一种应用于配电终端的电压夹角的计算方法
CN103383414B (zh) * 2013-07-10 2015-09-30 珠海许继芝电网自动化有限公司 一种应用于配电终端的电压夹角的计算方法
CN108490236A (zh) * 2018-01-31 2018-09-04 许继集团有限公司 一种交流单相电压幅值的解算方法及装置
CN108490236B (zh) * 2018-01-31 2020-08-11 许继集团有限公司 一种交流单相电压幅值的解算方法及装置
CN110780110A (zh) * 2019-11-19 2020-02-11 浙江南德电气有限公司 一种基波电压过零点自动检测方法、系统及采样装置
CN110780110B (zh) * 2019-11-19 2022-03-25 浙江南德电力设备制造有限公司 一种基波电压过零点自动检测方法、系统及采样装置
CN112255457A (zh) * 2020-09-22 2021-01-22 天津电气科学研究院有限公司 适用于自动准同期装置的相角差测量方法
CN112255457B (zh) * 2020-09-22 2022-06-07 天津电气科学研究院有限公司 适用于自动准同期装置的相角差测量方法

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