CN103197158B - 一种三相电网缺相检测方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电网缺相检测方法，包括：通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压；通过处理器根据电压互感器获取的第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压；通过处理器根据第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。本发明还公开了一种三相电网缺相检测电路。本发明由于检测方法中采用了电压互感器获取电网侧的电压，因此解决了现有的检测电路中限流电阻损耗大、发热严重、电路可靠性不高等问题，同时，由于采用了处理器对线电压进行计算和根据线电压的大小进行判断，因此能够判断出三相电网的具体缺相情况。

Description

一种三相电网缺相检测方法及电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种三相电网缺相检测方法及电路。

背景技术

目前的SVG、变频器等产品，在电源输入缺相时，如果不进行保护，有可能会使产品或负载设备损坏，而SVG等电网治理类产品，如果在缺相时不进行保护，更有可能使补偿失控，注入大量不必要的无功与谐波，导致电网的其它设备损坏。因此，此类型的产品，输入缺相检测是很有必要的。

传统的缺相检测电路如图1所示，是用电阻R1、R2、R3衰减，经过二极管D1、D2、D3全波整流后，与电阻R4和电容C1分压滤波，分压滤波后通过光耦PC1的开关状态，控制PL信号是低电平、还是高电平来判断电网是在正常、缺相、还是断电状态。当R、S、T电网电压正常时，PC1原边两端电压为高电平，PC1副边导通，PL信号为低电平，此时判断为电网正常；当电网电压缺一相或两相时，PC1两端电压为脉动电压，PC1在导通与关断间循环进行，PL信号也为高低电平交替状态，此时判断电网为缺相；当三相电网电压断开时，PC1原边电压为0，PL信号为高电平，此时判断电网为掉电状态。

但是，上述的缺相检测电路限流电阻R1、R2、R3在电网电压正常时的损耗比较大，发热严重，电路可靠性不高，且当电网缺相时，上述方法不能判断出具体是哪一相缺相。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种三相电网缺相检测方法及电路，能够根据相间电网电压值之间的关系有效的判断出电网具体是缺的哪一相。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种三相电网缺相检测方法，包括：

通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压，并通过处理器根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压；

通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。

优选地，所述通过处理器根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压具体为：

U_tr=-(U_rs+U_st)；

其中，U_rs为第一路线电压，U_st为第二路线电压，U_tr为第三路线电压。

优选地，所述通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断的步骤具体为：

当所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的电压幅值相等时，判断三相电网不缺相；

当所述第一路线电压的电压幅值为零，第二路线电压和第三路线电压的电压幅值相等且相位相反时，判断三相电网缺R相；

当所述第一路线电压和第二路线电压的电压幅值均为第三路线电压的电压幅值的一半且相位相反时，判断三相电网缺S相；

当所述第二路线电压的电压幅值为零，第一路线电压和第三路线电压的电压幅值相等且相位相反时，判断三相电网缺T相。

优选地，所述通过处理器根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压的步骤后还包括：

对所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压进行绝对值处理，并对绝对值处理后的电压进行积分；

绝对值处理的公式为：

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{2}{N}\underset{n-\frac{N}{2}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|U\right|;$

其中，n为当前采样点，N为每周期采样点数。

优选地，所述通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断的步骤具体为：

当所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的电压值相等时，判断三相电网不缺相；

当所述第一路线电压的电压值为零，第二路线电压和第三路线电压的电压值相等时，判断三相电网缺R相；

当所述第一路线电压和第二路线电压的电压值均为第三路线电压的电压值的一半时，判断三相电网缺S相；

当所述第二路线电压的电压值为零，第一路线电压和第三路线电压的电压值相等时，判断三相电网缺T相。

优选地，所述通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断的步骤具体为：

当 $1.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}\≤({\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}+{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}})\≤2.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}$ 或

$1.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}\≤({\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}+{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}})\≤2.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}$ 或

时，判断三相电网不缺相；

当时，判断三相电网缺R相；

当时，判断三相电网缺S相；

当时，判断三相电网缺T相；

其中，为经过绝对值处理后的第一路线电压，为经过绝对值处理后的第二路线电压，为经过绝对值处理后的第三路线电压。

一种三相电网缺相检测电路，包括：

电压互感器电路，用于通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压；

处理器，用于根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压，并根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。

优选地，所述处理器包括：计算电路和判断电路；其中：

所述计算电路用于根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压；

所述判断电路用于根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。

优选地，所述电路还包括比例电路；其中：

所述比例电路分别与所述电压互感器和处理器连接，用于将所述第一路线电压和第二路线电压转换为弱电信号后，发送至所述处理器。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的一种三相电网缺相检测方法，首先通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压，然后通过处理器根据电压互感器获取到的第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压，并根据第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。由于检测方法中采用了电压互感器获取电网侧的电压，因此解决了现有的检测电路中限流电阻损耗大、发热严重、电路可靠性不高等问题，同时，由于采用了处理器对线电压进行计算和根据线电压的大小进行判断，因此能够判断出三相电网的具体缺相情况。

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为现有的缺相检测电路图；

图2为本发明实施例公开的一种三相电网缺相检测方法的流程图；

图3为本发明另一实施例公开的一种三相电网缺相检测方法的流程图；

图4为本发明实施例公开的一种三相电网缺相检测电路图；

图5为本发明公开的三相电网缺相检测方法的电路原理图；

图6为本发明公开的三相电网不缺相时的电压波形；

图7为本发明公开的三相电网缺R相时的电压波形；

图8为本发明公开的三相电网缺S相时的电压波形；

图9为本发明公开的三相电网缺T相时的电压波形；

图10为本发明公开的滑动积分求电压信号均值的波形图。

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三相电网缺相检测方法，能够根据相间电网电压值之间的关系有效的判断出电网具体是缺的哪一相。

如图2所示，一种三相电网缺相检测方法，包括：

S101、通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压，并通过处理器根据第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压；

S102、通过处理器根据第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。

在上述实施例中，首先通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压，然后通过处理器根据电压互感器获取到的第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压，并根据第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。由于检测方法中采用了电压互感器获取电网侧的电压，因此解决了现有的检测电路中限流电阻损耗大、发热严重、电路可靠性不高等问题，同时，由于采用了处理器对线电压进行计算和根据线电压的大小进行判断，因此能够判断出三相电网的具体缺相情况。

具体的，通过处理器根据第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压具体为：

U_tr=-(U_rs+U_st)；

其中，U_rs为第一路线电压，U_st为第二路线电压，U_tr为第三路线电压。

具体的，通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断具体为：

当第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的电压幅值相等时，判断三相电网不缺相；

当第一路线电压的电压幅值为零，第二路线电压和第三路线电压的电压幅值相等相位相反时，判断三相电网缺R相；

当第一路线电压和第二路线电压的电压幅值均为第三路线电压的电压幅值的一半相位相反时，判断三相电网缺S相；

当第二路线电压的电压幅值为零，第一路线电压和第三路线电压的电压幅值相等相位相反时，判断三相电网缺T相。

本发明的另一实施例在上述实施例的基础上还公开了一种三相电网缺相检测方法，如图3所示，包括：

S201、通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压，并通过处理器根据第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压；

S202、对所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压进行绝对值处理，并对绝对值处理后的电压进行积分；

具体的，绝对值处理的公式为：

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{2}{N}\underset{n-\frac{N}{2}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|U\right|;$

其中，n为当前采样点，N为每周期采样点数。

S203、通过处理器根据第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。

具体的，通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断具体为：

当所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的电压值相等时，判断三相电网不缺相；

当所述第一路线电压的电压值为零，第二路线电压和第三路线电压的电压值相等时，判断三相电网缺R相；

当所述第一路线电压和第二路线电压的电压值均为第三路线电压的电压值的一半时，判断三相电网缺S相；

当所述第二路线电压的电压值为零，第一路线电压和第三路线电压的电压值相等时，判断三相电网缺T相。

具体的，当考虑负序分量对各相幅值的影响时，通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断具体为：

当 $1.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}\≤({\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}+{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}})\≤2.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}$ 或

$1.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}\≤({\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}+{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}})\≤2.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}$ 或

时，判断三相电网不缺相；

当时，判断三相电网缺R相；

当时，判断三相电网缺S相；

当时，判断三相电网缺T相；

其中，为第一路线电压，为第二路线电压，为第三路线电压。

本发明还公开了一种三相电网缺相检测电路，如图4所示，包括：电压互感器电路和处理器；其中：

电压互感器电路用于通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压，并将获取的第一路线电压和第二路线电压发送至与其连接的处理器；

处理器根据接收到的第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压，并根据第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。

具体的，处理器包括：计算电路和判断电路；其中：

计算电路用于根据第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压；

判断电路用于根据第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。

下面通过具体的实例对本发明的原理进行详细的描述，如图5所示为三相电网缺相检测方法的电路原理图，其中，R、S、T为高压电网三相输入，Q1、Q2为用户现场的电压互感器，r、s、t为互感器的副边，对于SVG，用户一般都会提供电压互感器，通过电压互感器副边，经过下一级的比例电路，得出与电网电压相对应的弱电信号，最终把弱电信号Urs及Ust送给处理器进行判断处理，系统仅采集两路线电压信号Urs与Ust，第三路电压信号Utr由所采集的两路信号进行计算得到，计算公式如下：

U_tr=-(U_rs+U_st)

假设三相电网线电压为：

其中Ep为电压正序分量幅值，En为电压负序分量幅值。考虑负序分量的影响，电网基波允许不平衡度为2%以内。即：

$\frac{E_N}{E_P}\≤2\%$

如此小含量的负序分量对判断条件影响较小，通过放宽判定条件可处理含有负序分量时的情况，同时认为电网中所含有的谐波分量在三相分布均衡，因此分析中可不考虑负序分量和谐波分量的影响

下面根据图3分别分析各种缺相情况时三相线电压关系。

不缺相时，此时输入电压为：

根据由互感器检测电路，不难得出：

所得各相电压波形如图6所示，各相电压信号幅值相等。

缺R相时，互感器Q1上的RS之间不构成回路，无电压输入，此时输入电压为：

根据由互感器检测电路，不难得出：

所得各相电压波形如图7所示，可以看出RS之间无电压，ST之间电压保持不变，TR之间电压与ST之间电压幅值相同，相位相反。

缺S相时，RT之间输入构成回路，因为缺少S相，Q1、Q2输入电压均为RT输入电压的一半：

根据由互感器检测电路，不难得出：

所得各相电压波形如图8所示，可以看出TR之间电压保持不变，RS、ST之间电压为TR之间电压幅值一半，相位相反。

缺T相时，互感器Q2上的ST之间不构成回路，无电压输入此时输入电压为：

根据由互感器检测电路，不难得出：

所得各相电压波形如图9所示，可以看出ST之间无电压，RS之间电压保持不变，TR之间电压与ST之间电压幅值相同，相位相反。

由于上述的所采集的信号均为正弦信号，无法直接判断他们之间的大小关系，为便于分析，对采集到的线电压信号进行绝对值处理后进行积分，将其转换为直流信号，使用的处理公式如下：

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{2}{N}\underset{n-\frac{N}{2}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|U\right|$

为减少计算量，该积分公式采用滑动积分的方式，仅进行2次加法和一次乘法可求出积分值。积分过程如图10所示。其中n为当前采样点，N为每周期采样点数，经过绝对值计算后电网电压信号无负半周部分。对半周期信号进行积分可求的电压信号平均值经过处理后可得正常情况与缺相时各相电压均值分别为：

不缺相时

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}=\frac{2\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\\ {\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}=\frac{2\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\\ {\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}=\frac{2\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\end{array}\right.$

缺R相时

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}=0\\ {\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}=\frac{2\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\\ {\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}=\frac{2\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\end{array}\right.$

缺S相时

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}=\frac{\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\\ {\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}=\frac{\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\\ {\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}=\frac{2\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\end{array}\right.$

缺T相时

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}=\frac{2\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\\ {\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}=0\\ {\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}=\frac{2\sqrt{3}{E}_P}{\mathrm{\π}}\end{array}\right.$

根据上述各种情况所得三相电压均值结果，可得出如下结论：

三相正常时任意两相均值之和为第三相均值的2倍，当存在缺相时该条件无法满足，即可用此条件判断电网电压是否存在缺相情况。若系统缺相，其中两相均值之和等于第三相均值。判断使用三相之间的电压关系，与额定电压无关，因此该方法具有通用性，适合任意电压等级缺相判断。

考虑负序分量对各相幅值的影响，适当放宽判断限定条件，电网电压正常时三相之间的关系为：设该判断条件为判据A

或者设该判断条件为判据B

或者设该判断条件为判据C

缺R相时：设该判断条件为判据D

缺S相时：设该判断条件为判据E

缺T相时：设该判断条件为判据F

当电网出现缺两相的情况时，采集到的电压均为0，将缺两相判定为掉电，理论情况下掉电时三相电网电压值均为0，实际情况中考虑放宽判定条件，当三相电压值均处于较小的范围之内时判定为掉电。掉电判据为：且且设该判断条件为判据G，系统掉电时无需做缺相判断。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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 (7)

1.一种三相电网缺相检测方法，其特征在于，包括：

通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压，并通过处理器根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压；

通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断；

所述通过处理器根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压具体为：

U_tr＝-(U_rs+U_st)；

其中，U_rs为第一路线电压，U_st为第二路线电压，U_tr为第三路线电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断的步骤具体为：

当所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的电压幅值相等时，判断三相电网不缺相；

当所述第一路线电压的电压幅值为零，第二路线电压和第三路线电压的电压幅值相等且相位相反时，判断三相电网缺R相；

当所述第一路线电压和第二路线电压的电压幅值均为第三路线电压的电压幅值的一半且相位相反时，判断三相电网缺S相；

当所述第二路线电压的电压幅值为零，第一路线电压和第三路线电压的电压幅值相等且相位相反时，判断三相电网缺T相。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过处理器根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压的步骤后还包括：

对所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压进行绝对值处理，并对绝对值处理后的电压进行积分；

绝对值处理的公式为：

$\stackrel{\‾}{U}=\frac{2}{N}\underset{n-\frac{N}{2}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\left|U\right|;$

其中，n为当前采样点，N为每周期采样点数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断的步骤具体为：

当所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的电压值相等时，判断三相电网不缺相；

当所述第一路线电压的电压值为零，第二路线电压和第三路线电压的电压值相等时，判断三相电网缺R相；

当所述第一路线电压和第二路线电压的电压值均为第三路线电压的电压值的一半时，判断三相电网缺S相；

当所述第二路线电压的电压值为零，第一路线电压和第三路线电压的电压值相等时，判断三相电网缺T相。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过处理器根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断的步骤具体为：

当 $1.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}\≤({\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}+{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}})\≤2.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}}$ 或

$1.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}\≤({\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{rs}}+{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{tr}})\≤2.5{\stackrel{\‾}{U}}_{\mathrm{st}}$ 或

时，判断三相电网不缺相；

当时，判断三相电网缺R相；

当时，判断三相电网缺S相；

当时，判断三相电网缺T相；

其中，为经过绝对值处理后的第一路线电压，为经过绝对值处理后的第二路线电压，为经过绝对值处理后的第三路线电压。

6.一种三相电网缺相检测电路，其特征在于，所述电路包括：

电压互感器电路，用于通过电压互感器获取电网侧的第一路线电压和第二路线电压；

处理器，用于根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压，并根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断；所述处理器包括：计算电路和判断电路；其中：

所述计算电路用于根据所述第一路线电压和第二路线电压计算出第三路线电压，具体为：

U_tr＝-(U_rs+U_st)；

其中，U_rs为第一路线电压，U_st为第二路线电压，U_tr为第三路线电压；

所述判断电路用于根据所述第一路线电压、第二路线电压和第三路线电压的大小关系对三相电网缺相进行判断。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电路还包括比例电路；其中：

所述比例电路分别与所述电压互感器和处理器连接，用于将所述第一路线电压和第二路线电压转换为弱电信号后，发送至所述处理器。