CN103197144A - 一种用于逆变装置的三相电相序检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于逆变装置的三相电相序检测方法，步骤是：交流侧开关合闸后，采集三相交流电的实时电压，通过基于交轴分量的锁相算法计算电压交轴分量和频率偏差；经过一段固定的锁相过程后，在半个工频周期的时间范围内，判断电压交轴分量或频率偏差是否大于预先设置的检测阈值，若连续N次大于，确定三相交流电相序错误或存在缺相故障；判断三相交流电各相电压在固定工频下的有效值是否均大于交流系统的最小电压输入值，若各相电压幅值正常，确定系统交流输入电压相序错误，置故障标志。此方法可在不增加任何硬件电路的条件下结合原有的锁相环算法方便地对三相交流电的相序关系进行检测，实现简单、准确、可靠的相序检测。

Description

一种用于逆变装置的三相电相序检测方法

技术领域

本发明属于电力电子领域，特别涉及一种三相电相序检测方法。

背景技术

三相交流电的相序关系对许多三相用电设备的正常运行有着至关重要的影响，因此在多数情况下必须使用测量仪器来确保正确的供电相序。比如在逆变器和整流器的控制算法中，三相电源相序的定义涉及到大量的数学变换以及PWM控制输出，如果三相电源输入端接线错误，就不能实现算法功能。又如机床、提升机等交流电牵引的电力传动设备，供电电压的相序决定着传动设备的运转方向，如果该类设备的供电相序一旦错误，其运转方向将发生改变，容易造成设备故障和人身伤害事故，因此在该类设备的控制中必须引入相序检测。

目前常用的三相电相序判断的方法基本有两种：一种是在三相三线交流电中接入不平衡负载，则各相负载上的电压将因其阻抗不同而出现不平衡，由此通过接不平衡负载后进行相电压检测的方式，即可判断出相序；另一种是利用三相电相位差2π/3的特点，通过硬件电路在各相电压过零点位置进行脉冲转换，然后通过单片机对三个脉冲的时序进行判断，从而检测出相序。这两种方法均需外加硬件电路，增加了系统复杂度，容易受到电网电压谐波干扰导致不准确的电压相位判断，可靠性较差；另外由于每个正弦周波中只有一个过零点，决定了其动态响应较慢。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种用于逆变装置的三相电相序检测方法，其可在不增加任何硬件电路的条件下结合原有的锁相环算法方便地对三相交流电的相序关系进行检测，实现简单、准确、可靠的相序检测。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种用于逆变装置的三相电相序检测方法，包括如下步骤：

（1）交流侧开关合闸后，采集三相交流电的实时电压，通过基于交轴分量的锁相算法计算电压交轴分量U_q和频率偏差Δf；

（2）经过一段固定的锁相过程后，根据预先设置的检测阈值U_{q_Limt}或Δf_{_Limt}，在半个工频周期的时间范围内，判断(|U_q|>U_{q_Limt})或(|Δf|>Δf_{_Limt})是否成立，只要前述任一不等式连续N次成立，则确定三相交流电相序错误或存在缺相故障；

（3）判断三相交流电各相电压在固定工频下的有效值U_sa、U_sb、U_sc是否均大于交流系统的最小电压输入值，若各相电压幅值正常，确定系统交流输入电压相序错误，置故障标志。

上述步骤（2）中，检测阈值取值为交流电压额定幅值的0.5～0.8倍。

采用上述方案后，本发明具有以下特点：

（1）利用软件锁相技术的鉴相结果作为判断条件实施交流电相序检测，不需增加任何硬件电路，不受电网电压谐波干扰，实现简单、可靠的检测；

（2）本发明在锁相后的半个工频周期即可得出检测结果，检测快速性好；

（3）本发明的判据条件不需另外计算，可完全由逆变器控制中采用的锁相算法提供，克服了目前外加硬件电路方法的不可靠性，保证检测的准确性和易实现性；

（4）本发明可应用在逆变器和不间断电源系统等领域，具有很高的实用意义。

附图说明

图1是基于交轴分量的锁相环原理图；

图2是相序检测模块的程序流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图2所示，本发明提供一种用于逆变装置的三相电相序检测方法，通过基于交轴分量的锁相算法计算电压交轴分量U_q和频率偏差Δf，根据电压交轴分量U_q和频率偏差Δf作为判断条件，简单可靠地判断三相电压相位，在相序正确的情况下，锁相后电压交轴分量U_q和频率偏差Δf近似为零；在相序错误或缺相的情况下，U_q或Δf表现为大幅值的双倍频波动。本发明正是基于前述原理，首先判断是否U_q或Δf存在大幅值波动，在排除缺相故障后即可诊断三相电压相序错误。

逆变装置的数字化控制系统中需要通过锁相环实现系统的同步控制算法，基于交轴分量的锁相技术具有实现简单、响应速度快的特点，结合图1所示，该锁相技术将三相电压u_sa、u_sb、u_sc通过abc/dq坐标变换后，获取三相电压的交轴分量U_q。假定相序正确的三相电压分别为u_sa=U_ssinωt，

控制系统相位为θ^*，则经过abc/dq变换后得到电压交轴分量U_q=U_ssin(ωt-θ^*)。当控制系统相位θ^*与A相电压u_sa实际相位相同时，交轴分量U_q即为0。通过锁相控制器将电压交轴分量控制为0，即可追踪系统电压频率变化，调整控制系统的相位角。锁相控制器输出频率偏差Δf反映了控制系统频率与实际电压频率的偏差，由此可以获得锁相频率f_PLL。将该频率进行积分就可获得实际电压的相位角。由于该锁相算法的调用频率远高于工频频率，因此可在几个ms内完成相位跟踪，锁相精度高，动态响应速度快。

本发明利用基于交轴分量的锁相算法实现交流电压相序检测功能。假定系统接入相序错误的三相电压，分别为 $u_{\mathrm{sa}}=U_s\sin (\mathrm{\ωt}+\frac{2}{\text{3}}\mathrm{\π}),$ $u_{\mathrm{sb}}=U_s\sin (\mathrm{\ωt}-\frac{2}{3}\mathrm{\π}),$ u_sc=U_ssinωt，控制系统相位为θ^*，则经过abc/dq变换后得到电压交轴分量

通常控制系统对锁相环输出频率偏差Δf限制在一定的波动范围，因此此时交轴分量U_q近似为幅值为U_s的二倍频波动，则锁相控制器经PI算法输出的频率偏差值也将体现为较大幅值的二倍频波动。

本发明一种用于逆变装置的三相电相序检测方法，包括如下步骤：

（1）交流侧开关合闸后，控制系统采集三相交流电的实时电压，开始按照正常的锁相控制参数进行锁相计算，包括abc/dq坐标变换和锁相控制器计算，得到瞬时的电压交轴分量U_q或频率偏差Δf，完成正常的控制频率调节和锁相控制算法；

（2）经过一段固定的锁相过程后，如果相序正确，则控制系统相位θ^*与A相电压实际相位相同，交轴分量U_q和频率偏差Δf均接近为0；否则如相序错误或存在缺相，交轴分量U_q和频率偏差Δf表现为大幅值的正负波动。根据预先设置的检测阈值U_{q_Limt}或Δf_{_Limt}，在半个工频周期的时间范围内，判断(|U_q|>U_{q_Limt})或(|Δf|>Δf_{_Limt})是否成立。以检测阈值U_{q_Limt}为例，相序错误下计算的U_q最大值为交流电压额定幅值U_s，因此U_{q_Limt}一般可取为(0.5～0.8)U_s；Δf_{_Limt}可根据锁相控制器的参数调试确定。若上述条件连续N次成立，可排除采样干扰和计算误差因素，确定三相交流电相序错误或存在缺相故障，N为大于等于1的正整数，可根据实际情况进行设定；

（3）判断三相交流电各相电压在固定工频下的有效值U_sa、U_sb、U_sc是否均大于交流系统的最小电压输入值，若各相电压幅值正常，可确定系统交流输入电压相序错误，置故障标志。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于逆变装置的三相电相序检测方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）交流侧开关合闸后，采集三相交流电的实时电压，通过基于交轴分量的锁相算法计算电压交轴分量U_q和频率偏差Δf；

（2）经过一段固定的锁相过程后，根据预先设置的检测阈值U_{q_Limt}或Δf_{_Limt}，在半个工频周期的时间范围内，判断(|U_q|>U_{q_Limt})或(|Δf|>Δf_{_Limt})是否成立，只要前述任一不等式连续N次成立，则确定三相交流电相序错误或存在缺相故障；

（3）判断三相交流电各相电压在固定工频下的有效值U_sa、U_sb、U_sc是否均大于交流系统的最小电压输入值，若各相电压幅值正常，确定系统交流输入电压相序错误，置故障标志。

2.如权利要求1所述的一种用于逆变装置的三相电相序检测方法，其特征在于：所述步骤（2）中，检测阈值取值为交流电压额定幅值的0.5～0.8倍。

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