CN103852640A - 电网电压相位计算方法、装置及单相脉冲宽度调制整流器 - Google Patents

电网电压相位计算方法、装置及单相脉冲宽度调制整流器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电网电压相位计算方法、装置及单相脉冲宽度调制整流器。其中，所述方法包括：采集电网电压信号，得到第一电压信号；对所述第一电压信号进行信号处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度；对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标变换，生成第三电压信号；根据所述第三电压信号，得出电网电压的频率；根据所述电网电压的频率，得出电网电压相位。较现有技术，本发明无需硬件处理模块将单相交流电转换为方波信号的过程，进而避免了方波转换时存在的误差，另外，本发明可实时计算出电网电压任意时刻的相位，有助于进一步提高对电网电压锁相控制的精度。

Description

电网电压相位计算方法、装置及单相脉冲宽度调制整流器
技术领域
本发明涉及控制技术，尤其涉及一种电网电压相位计算方法、装置及单相脉冲宽度调制整流器。
背景技术
目前，电气化铁道电网大多采用单相供电。电力机车的单相PWM（PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制）整流器将电网提供的单相交流电转化为直流电，三相逆变器再将该直流电转化为三相交流电供给用于驱动列车行驶的电机，以保证列车平稳、快速运行。对电网电压的锁相控制是单相PWM整流器正常工作的关键，直接影响整流器的功率因数。而锁相控制的依据是电网电压相位。
现有技术中，单相PWM整流器需要借助硬件处理模块间接计算得出。即，通过硬件处理模块将电网提供的单相交流电信号转换为方波信号，再利用整流器控制芯片的捕获功能捕获方波信号的上升沿或下降沿，获得电网电压的0°或180°相位。所述硬件处理模块在将单相交流电信号转换为方波信号时存在误差，进而影响整流器控制芯片获得电网电压的0°或180°相位的准确性。另外，现有整流器控制芯片只能获取电网电压的0°和180°相位，对0°和180°之间的电网电压相位无法获得，最终影响对电网电压锁相控制的精度。
发明内容
本发明提供一种电网电压相位计算方法、装置及单相脉冲宽度调制整流器，以提高相位计算的准确度。
本发明的第一个方面是提供一种电网电压相位计算方法，包括：
采集电网电压信号，得到第一电压信号；
对所述第一电压信号进行信号处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度；
对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标变换，生成第三电压信号；
根据所述第三电压信号，得出电网电压的频率；
根据所述电网电压的频率，得出电网电压相位。
本发明的另一个方面是提供一种电网电压相位计算装置，包括：
采集模块，用于采集电网电压信号，得到第一电压信号；
信号处理模块，用于对所述第一电压信号进行信号处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度；
坐标变换模块，用于对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标变换，生成第三电压信号；
第一计算模块，用于根据所述第三电压信号，得出电网电压的频率；
第二计算模块，用于根据所述电网电压的频率，得出电网电压相位。
本发明的又一个方面是提供一种单相脉冲宽度调制整流器，包括本发明实施例提供的所述电网电压相位计算装置。
由上述技术方案可知，本发明实施例通过对采集到的第一电压信号进行信号处理，得出相位滞后于所述第一电压信号的第二电压信号，然后对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标转换，生成第三电压信号，最后根据所述第三电压信号计算得出电网电压相位。较现有技术，本发明实施例无需硬件处理模块将单相交流电转换为方波信号的过程，进而避免了方波转换时存在的误差，另外，本发明实施例可实时计算出电网电压任意时刻的相位，有助于进一步提高对电网电压锁相控制的精度。
附图说明
图1为本发明提供的电网电压相位计算方法实施例一的流程示意图；
图2为本发明提供的电网电压相位计算装置实施例一的结构示意图；
图3为本发明提供的电网电压相位计算装置实施例中第一计算模块的一具体实例的结构示意图；
图4为本发明提供的单相脉冲宽度调制整流器实施例一的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的电网电压相位计算方法实施例一的流程示意图。如图中所示，本实施例一所述的方法，包括：
步骤101、采集电网电压信号，得到第一电压信号。
步骤102、对所述第一电压信号进行信号处理，以使信号处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度。
具体地，对所述第一电压信号进行移相处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度。
步骤103、对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标变换，生成第三电压信号。
具体地，对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标变换，即Park变换，生成第三电压信号和第四电压信号，即q轴电压信号和d轴电压信号。
步骤104、根据所述第三电压信号，得出电网电压的频率。
具体地，首先，计算预设电压基准与所述第三电压信号的差值。然后，对所述差值进行比例积分（英文缩写PI）控制，生成电网电压频率变化量。最后，将所述频率变化量与预设频率相加，得出电网电压的频率。
步骤105、根据所述电网电压的频率，得出电网电压相位。
具体地，将所述电网电压的频率对时间进行积分计算，得出电网电压的相位。
本实施例通过对采集到的第一电压信号进行信号处理，得出相位滞后于所述第一电压信号的第二电压信号，然后对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标转换，生成第三电压信号，最后根据所述第三电压信号计算得出电网电压相位。较现有技术，本实施例无需硬件处理模块将单相交流电转换为方波信号的过程，进而避免了转换时存在的误差，另外，本发明实施例可实时计算出电网电压任意时刻的相位，有助于进一步提高对电网电压锁相控制的精度。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
如图2所示，本发明提供的电网电压相位计算装置实施例一的结构示意图。如图中所示，所述电网电压相位计算装置包括：采集模块1、信号处理模块2、坐标变换模块3、第一计算模块4和第二计算模块5。其中，所述采集模块1用于采集电网电压信号，得到第一电压信号。所述信号处理模块2用于对所述第一电压信号进行信号处理，以使信号处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度。所述坐标变换模块3用于对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标变换，生成第三电压信号。所述第一计算模块4用于根据所述第三电压信号，得出电网电压的频率。所述第二计算模块5用于根据所述电网电压的频率，得出电网电压相位。本实施例所述的电网电压相位计算装置可实现上述方法实施例所述的过程。
本实施例通过对采集到的第一电压信号进行信号处理，得出相位滞后于所述第一电压信号的第二电压信号，然后对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标转换，生成第三电压信号，最后根据所述第三电压信号计算得出电网电压相位。较现有技术，本实施例无需硬件处理模块将单相交流电转换为方波信号的过程，进而避免了转换时存在的误差，另外，本发明实施例可实时计算出电网电压任意时刻的相位，有助于进一步提高对电网电压锁相控制的精度。
进一步地，上述实施例一中所述的信号处理模块具体用于对所述第一电压信号进行移相处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度。
进一步地，上述实施例所述的电网电压相位计算装置中所述第一计算模块可采用如图3所示的结构实现。具体地，所述第一计算模块4包括：第一计算单元41、比例积分控制单元42和第二计算单元43。其中，所述第一计算单元41用于计算预设电压基准与所述第三电压信号的差值。所述比例积分控制单元42用于对所述差值进行比例积分控制，生成电网电压频率变化量。所述第二计算单元43用于将所述频率变化量与预设频率相加，得出电网电压的频率。
进一步地，上述实施例中所述第二计算模块具体用于将所述电网电压的频率对时间进行积分计算，得出电网电压的相位。
如图4所示，本发明提供的单相脉冲宽度调制整流器实施例一的结构示意图。本实施例所述单相脉冲宽度调制整流器包括电网电压相位计算装置10。所述电网电压相位计算装置10可具体采用上述各实施例提供的所述电网电压相位计算装置，具体工作原理如上述各实施例所述的相关内容，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电网电压相位计算方法，其特征在于，包括：
采集电网电压信号，得到第一电压信号；
对所述第一电压信号进行信号处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度；
对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标变换，生成第三电压信号；
根据所述第三电压信号，得出电网电压的频率；
根据所述电网电压的频率，得出电网电压相位。
2.根据权利要求1所述的电网电压相位计算方法，其特征在于，所述对所述第一电压信号进行信号处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度，具体为：
对所述第一电压信号进行移相处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度。
3.根据权利要求1所述的电网电压相位计算方法，其特征在于，所述根据所述第三电压信号，得出电网电压的频率，包括：
计算预设电压基准与所述第三电压信号的差值；
对所述差值进行比例积分控制，生成电网电压频率变化量；
将所述频率变化量与预设频率相加，得出电网电压的频率。
4.根据权利要求1~3中任一所述的电网电压相位计算方法，其特征在于，所述根据所述电网电压的频率，得出电网电压相位，具体为：
将所述电网电压的频率对时间进行积分计算，得出电网电压的相位。
5.一种电网电压相位计算装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集电网电压信号，得到第一电压信号；
信号处理模块，用于对所述第一电压信号进行信号处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度；
坐标变换模块，用于对所述第一电压信号和第二电压信号进行旋转坐标变换，生成第三电压信号；
第一计算模块，用于根据所述第三电压信号，得出电网电压的频率；
第二计算模块，用于根据所述电网电压的频率，得出电网电压相位。
6.根据权利要求5所述的电网电压相位计算装置，其特征在于，所述信号处理模块，具体用于对所述第一电压信号进行移相处理，以使处理后生成的第二电压信号的相位滞后于所述第一电压信号90度。
7.根据权利要求5所述的电网电压相位计算装置，其特征在于，所述第一计算模块，包括：
第一计算单元，用于计算预设电压基准与所述第三电压信号的差值；
比例积分控制单元，用于对所述差值进行比例积分控制，生成电网电压频率变化量；
第二计算单元，用于将所述频率变化量与预设频率相加，得出电网电压的频率。
8.根据权利要求5~7中任一所述的电网电压相位计算装置，其特征在于，所述第二计算模块，具体用于将所述电网电压的频率对时间进行积分计算，得出电网电压的相位。
9.一种单相脉冲宽度调制整流器，其特征在于，包括上述权利要求5~8中任一所述的电网电压相位计算装置。
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