CN103077155B

CN103077155B - 一种电力系统相量角度的计算方法

Info

Publication number: CN103077155B
Application number: CN201210579637.1A
Authority: CN
Inventors: 邓东红; 龙宇平; 张志峰; 潘前华; 李焕文
Original assignee: HNAC Technology Co Ltd
Current assignee: HNAC Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-12-27
Also published as: CN103077155A

Abstract

本发明公开了一种电力系统相量角度的计算方法，包括：根据正切或余切值设计一个查询表格，将正切值从0开始按相同的步长增加至1，每一个步长值的通过反正切计算出来的结果按顺序形成查询表格的一个元素，元素的实际值根据需要计算的精度设计出小数位输出；根据相量的实部虚部，计算出正切值，若正切值大于1，则计算出余切值，并取绝对值，获得计算结果；调用查询表格数据，通过将角度或对应的弧度值在复数平面上分成八个区，根据八个区的特征获取实际的角度或弧度结果。本发明可以解决计算花销和计算精度之间的矛盾，在同样的CPU中使用此算法，运算时间优于系统调用函数，精度可以根据查询表格的设计满足应用上的需求。

Description

一种电力系统相量角度的计算方法

技术领域

本发明涉及相量角度的计算方法，更具体的说涉及一种电力系统相量角度的计算方法。

背景技术

电力系统的相量的角度是一个重要的观测量，电力系统的方向计算、阻抗计算、相序判断等需要实时测量其值，并根据其值的变化作出相应的控制措施。电力系统常用的角度计算方法，采用CPU提供的系统函数，包括反余弦、反正弦、反正切或反余切，但不管是以上哪种方法，计算时间依赖于CPU的运算速度，对于电力系统的自动化设备来说，使用于测控领域的CPU主频有限，针对实时性要求比较高的场合，需要设计一种简易的算法，解决计算花销与计算精度之间的矛盾，使其既能易于在电力系统测控装置上实现，又能满足工程上的误差要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电力系统相量角度的计算方法，可以解决计算花销和计算精度之间的矛盾，在同样的CPU中使用此算法，运算时间优于系统调用函数，精度可以根据查询表格的设计满足应用上的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种电力系统相量角度的计算方法，包括：

(1)根据正切或余切值设计一个查询表格，将正切值从0开始按相同的步长增加至1，每一个步长值的通过反正切计算出来的结果按顺序形成查询表格的一个元素，元素的实际值根据需要计算的精度设计出小数位输出；

(2)根据相量的实部虚部，计算出正切值，若正切值大于1，则计算出余切值，并取绝对值，获得计算结果；

(3)调用查询表格数据，通过将角度或对应的弧度值在复数平面上分成八个区，根据八个区的特征获取实际的角度或弧度结果。

优选地，所述计算查询表格元素的公式为：

tbl[n]＝arctg(B*n)*K，(0≤n，n≤(B+1)/B)；

其中tbl[]为查询表格，B为设定的步长，arctg(B*n)计算结果可以根据需要输出为角度或弧度值，K为表格计算精度，n为从0开始自然增长的整数。

优选地，所述根据相量的实部虚部，计算出正切值，若正切值大于1，则计算出余切值，并取绝对值，获得计算结果具体为：

令需要计算的相量值为R+jX，计算顺序及公式如下：

M＝|R/X|*k，(|R|<|X|)；

M＝|X/R|*k，(|R|>|X|)；

B＝B*k；

temp＝M/B，(temp取整)；

Ang_temp＝tbl[temp]+(M-temp*B)*(tbl[temp+1]-tbl[temp])/B；

其中，Ang_temp为计算的角度或弧度结果，M为小于等于1的正切或余切值。

优选地，所述通过将角度或对应的弧度值在复数平面上分成八个区具体为：

1区：[0°,45°]或[0,π/4]；此时R≥0，X≥0，|R|≥|X|

2区：[45°,90°]或[π/4,π/2]；此时R≥0，X≥0，|R|≤|X|

3区：[90°,135°]或[π/2,3π/4]；此时R≤0，X≥0，|R|≤|X|

4区：[135°,180°]或[3π/4,π]；此时R≤0，X≥0，|R|≥|X|

5区：[180°,225°]或[π,5π/4]；此时R≤0，X≤0，|R|≥|X|

6区：[225°,270°]或[5π/4,3π/2]；此时R≤0，X≤0，|R|≤|X|

7区：[270°,315°]或[3π/2,7π/4]；此时R≥0，X≤0，|R|≤|X|

8区：[315°,360°]或[7π/4,2π]；此时R≥0，X≤0，|R|≥|X|。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的电力系统相量角度的计算方法，适用于当前电力系统应用的所有CPU系统，使其不依赖于CPU的系统调用函数，在运算速度上大大优于调用系统函数的时间，无需进行复杂的计算就能得到相量的角度值，既能易于在电力系统测控装置上实现，又能满足工程上的误差要求，解决了计算花销与计算精度之间的矛盾。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种电力系统相量角度的计算方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种电力系统相量角度的计算方法，可以解决计算花销和计算精度之间的矛盾，在同样的CPU中使用此算法，运算时间优于系统调用函数，精度可以根据查询表格的设计满足应用上的需求。

如图1所示，一种电力系统相量角度的计算方法，包括：

S101、根据正切或余切值设计一个查询表格，将正切值从0开始按相同的步长增加至1，每一个步长值的通过反正切计算出来的结果按顺序形成查询表格的一个元素，元素的实际值根据需要计算的精度设计出小数位输出；

S102、根据相量的实部虚部，计算出正切值，若正切值大于1，则计算出余切值，并取绝对值，获得计算结果；

S103、调用查询表格数据，通过将角度或对应的弧度制在复数平面上分成八个区，根据八个区的特征获取实际的角度或弧度结果。

具体的，根据正切或余切值设计一个查询表格，将正切值从0开始按相同的步长B(B<1)增加至1，每一个步长值的通过反正切(弧度)计算出来的结果按顺序形成查询表格的一个元素，元素的实际值根据需要计算的精度设计为0、1、2、3…等不同的小数位输出。

其中，计算查询表格tbl[]各元素的公式如下：

tbl[n]＝arctg(B*n)*K，(0≤n，n≤(B+1)/B)；

其中tbl[]为查询表格，B为设定的步长，arctg(B*n)计算结果可以根据需要输出为角度或弧度值，K为表格计算精度(0、1、2、3…位小数对应K值1、10、100、1000…)，n为0开始自然增长的整数。

查询表格根据需要预先设计好，以B＝0.0256，K＝100，元素输出以角度为例，查询表格如下：

tbl[]＝{0,147,293,439,585,729,873…}

根据相量的实部虚部，计算出正切值，若正切值大于1，则计算出余切值，并取绝对值，获得计算结果，令需要计算的相量值为R+jX，具体计算公式及说明如下：

M＝|R/X|*k，|R|<|X|)；

M＝|X/R|*k，|R|>|X|)；

B＝B*k；

temp＝M/B，(temp取整)；

Ang_temp＝tbl[temp]+(M-temp*B)*(tbl[temp+1]-tbl[temp])/B；

其中Ang_temp为临时计算的角度或弧度结果，M为小于等于1的正切或余切值。

以上计算公式，在支持除法指令及浮点运算的CPU中，可以将k设为1,使其不参与运算，在不支持除法指令和浮点运算的CPU中可以进行简单处理如下：

设定k＝10000，按查询表格设定，此时，

B＝B*10000＝256；(步长可以设定为2的冥次方，方便移位处理)

temp＝M>>8；(采用右移指令提高运算速度，右移8位等同于除以256)

Ang_temp＝tbl[temp]+((M-(temp<<8))*(tbl[temp+1]-tbl[temp]))>>8；

通过将角度或对应的弧度值在复数平面上分成八个区，分别如下：

1区：[0°,45°]或[0,π/4]；此时R≥0，X≥0，|R|≥|X|

2区：[45°,90°]或[π/4,π/2]；此时R≥0，X≥0，|R|≤|X|

3区：[90°,135°]或[π/2,3π/4]；此时R≤0，X≥0，|R|≤|X|

4区：[135°,180°]或[3π/4,π]；此时R≤0，X≥0，|R|≥|X|

5区：[180°,225°]或[π,5π/4]；此时R≤0，X≤0，|R|≥|X|

6区：[225°,270°]或[5π/4,3π/2]；此时R≤0，X≤0，|R|≤|X|

7区：[270°,315°]或[3π/2,7π/4]；此时R≥0，X≤0，|R|≤|X|

8区：[315°,360°]或[7π/4,2π]；此时R≥0，X≤0，|R|≥|X|。

根据八个区的特征，很容易的可以通过简单的逻辑判断和加减法运算来计算出相量R+jX的实际角度或弧度值。

在上述实施例中，本发明公开的电力系统相量角度的计算方法，适用于当前电力系统应用的所有CPU系统，使其不依赖于CPU的系统调用函数，在运算速度上大大优于调用系统函数的时间，无需进行复杂的计算就能得到相量的角度值，既能易于在电力系统测控装置上实现，又能满足工程上的误差要求，解决了计算花销与计算精度之间的矛盾。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种电力系统相量角度的计算方法，其特征在于，包括：

(1)根据电力系统相量的正切或余切值设计一个查询表格，将正切值从0开始按相同的步长增加至1，每一个步长值的通过反正切计算出来的结果按顺序形成查询表格的一个元素，元素的实际值根据需要计算的精度设计出小数位输出；计算查询表格元素的公式为：

tbl[n]＝arctg(B*n)*k，0≤n，n≤(B+1)/B；

其中tbl[]为查询表格，B为设定的步长，arctg(B*n)计算结果根据需要输出为角度或弧度值，k为表格计算精度，n为从0开始自然增长的整数；

(2)根据相量的实部虚部，计算出正切值，若正切值大于1，则计算出余切值，并取绝对值，获得计算结果；获得计算结果步骤为：

相量值为R+jX，计算过程如下：

M＝|R/X|*k，|R|<|X|；

M＝|X/R|*k，|R|>|X|；

B＝B*k；

temp＝M/B，temp取整；

Ang_temp＝tbl[temp]+(M-temp*B)*(tbl[temp+1]-tbl[temp])/B；

其中，k代表计算精度，Ang_temp为计算的角度或弧度结果，M为小于等于1的正切或余切值；

(3)调用查询表格数据，通过将角度或对应的弧度值在复数平面上分成八个区，根据八个区的特征获取实际的角度或弧度结果；八个区具体为：

1区：[0°,45°]或[0,π/4]；此时R≥0，X≥0，|R|≥|X|

2区：[45°,90°]或[π/4,π/2]；此时R≥0，X≥0，|R|≤|X|

3区：[90°,135°]或[π/2,3π/4]；此时R≤0，X≥0，|R|≤|X|

4区：[135°,180°]或[3π/4,π]；此时R≤0，X≥0，|R|≥|X|

5区：[180°,225°]或[π,5π/4]；此时R≤0，X≤0，|R|≥|X|

6区：[225°,270°]或[5π/4,3π/2]；此时R≤0，X≤0，|R|≤|X|

7区：[270°,315°]或[3π/2,7π/4]；此时R≥0，X≤0，|R|≤|X|

8区：[315°,360°]或[7π/4,2π]；此时R≥0，X≤0，|R|≥|X|。