CN103926477A - 一种电网电压同步信号处理方法 - Google Patents

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范瑞祥
徐在德
潘本仁
耿运涛
蔡鸿
王妍
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Abstract

一种电网电压同步信号处理方法，所述方法包括设计跟踪电网电压的精确无延时的方波信号发生电路，以及对该方波进行计数而生成电网电压同步相位的软件设计方法。所述方波信号发生电路由压敏电阻RV、电压互感器TV、低通滤波器、限幅电路及过零比较器及过零捕获模块组成。本发明方法简单、成本低廉但能够精确获得电网电压同步相位。通过对电压信号的变换，滤波限幅及其与零电位的比较获得跟随电网电压的方波信号；软件设计主要包括过零中断程序、下溢中断程序、下溢计数器及同步相位生成程序，通过对方波信号的计数、抗干扰处理及相位补偿，可以精确获得与电网电压同步的相位信息。

Description

一种电网电压同步信号处理方法
 
技术领域
本发明涉及一种电网电压同步信号的处理方法,属数字信号处理技术领域。
背景技术
随着旋转电机负载及非线性负载越来越多的应用于工业生产，电网中的无功及谐波电流补偿需求越来越迫切，而具有主动跟踪谐波及无功补偿功能的电力电子装置无疑是最好的选择。而要对电网中的无功及谐波进行主动跟踪治理，不论是在电压电流检测上还是在电压电流的输出上，都需要电网电压同步信号作为输出电压电流的相位基准。该信号的方便准确的获得，是电力电子装置实现有效控制的基础。目前，电网电压同步信号的获得要么依赖复杂高成本的硬件电路，要么以牺牲处理器时间的方式通过复杂的同步坐标变换、滤波及反变换获得，两种方式均不利于实际工程应用。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单、成本低廉但能够精确获得电网电压同步相位的方法。
实现本发明的技术方案是，所述方法包括设计跟踪电网电压的精确无延时的方波信号发生电路，以及对该方波进行计数而生成电网电压同步相位的软件设计方法。
本发明的方波信号发生电路主要由压敏电阻RV、电压互感器TV、低通滤波器、限幅电路及过零比较器及过零捕获模块组成。压敏电阻RV并联在电压互感器TV一次绕组上；电压互感器TV的二次绕组连接低通滤波器RC电路，二次绕组的一端串联电阻R后，电容C并联在二次绕组端；二个二极管一正一反与电容C并联；同时，双电压比较器集成电路LM393也与电容C并联。
压敏电阻主要为了防止电网过电压对后续电路产生影响，起保护作用。电压互感器采样电网电压将其变成电子电路所能承受的小信号，小信号通过低通滤波器滤除电网电压信号中的谐波毛刺，限幅电路主要是将小信号幅值限制在一定的范围之内以保护过零比较器，限幅之后的信号通过过零比较器与零电位比较产生方波信号，过零捕获模块捕获方波信号的下降沿在数字信号处理器内产生过零中断。
本发明的软件设计方法通过对方波信号进行计数获得每个控制周期/调制三角波周期的电网电压同步相位，其中还包括对干扰信号的抗干扰处理及由于RC滤波电路造成的电网电压同步相位偏移的补偿。
本发明软件设计方法包括过零中断程序、下溢中断程序、下溢计数器及同步相位生成程序的设计。通过对方波信号进行计数获得每个控制周期/调制三角波周期的电网电压同步相位，其中还包括对干扰信号的抗干扰处理及由于RC滤波电路造成的电网电压同步相位偏移的补偿，可以精确获得与电网电压同步的相位信息。
下溢中断为定时中断，可根据电力电子器件的开关频率确定定时时间，一般为电网频率的整数倍，倍数越高同步相位越准确。当过零中断被触发时，下溢计数器清零。之后下溢中断每触发一次，下溢计数器加一。然后同步相位生成程序根据下溢计数器产生电网电压同步相位。同步相位可用下式表示：同步相位=下溢计数值*2π/计数总值+补偿相位。
本发明的有益效果是，本发明电网电压同步信号处理方法采用软硬件结合，其硬件电路结构简单，能精确获得电网电压的同步相位。软件设计方法包括过零中断程序、下溢中断程序、下溢计数器及同步相位生成程序的设计。本发明适用于电网中电网电压同步信号处理。
附图说明
图1为电压同步信号处理方法硬件电路图；
图2为电压同步信号处理方法软件流程图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如图1和图2所示。
图1为硬件电路原理图。电压互感器原边采用511KD20压敏电阻对后续电路进行电网过电压保护，采用220V:5V电压互感器进行信号转换。为了防止谐波毛刺对电压过零点的影响，采用截至频率为100Hz的RC低通滤波器进行滤波。输入限幅之后输入LM393与零电位进行比较，输出占空比为0.5的方波，该方波的下降沿即是电压波形上升沿过零点，由此可得到零点跟踪电网电压的方波。
图2为软件流程框图。软件流程框图包括三个部分，过零中断、下溢中断和主函数。
过零中断由跟踪电网电压的方波的下降沿进行触发。正常情况下，每当出现一个方波下降沿，过零中断触发一次，对下溢计数器进行清零。
下溢中断为一个定时中断，一般可设置为一个调制用三角波周期，该周期远小于电网周期/方波周期。正常情况下，每当下溢中断事件发生时，下溢计数器加一。
在上述正常情况下，相当于以三角波周期对电网周期/方波周期进行计数，或将电网周期/方波周期以三角波周期划分为N（N=电网周期/三角波周期，本发明以125us三角波周期为例，N=160）等分。那么同步相位=下溢计数值*2π/计数总值，由此可以得到同步相位。
在某些异常情况下，如毛刺干扰时，可能造成过零中断被误触发，对于这种异常情况的考虑， 可以以下溢计数器的计数值为条件，如果在过零中断发生时，下溢计数器计数值明显小于需要达到的计数值时，此时不予清零计数器可消除此次干扰。同样，如果下溢计数器的值明显大于需要达到的计数值时，过零中断还没有检测到电网电压的过零点，说明过零电路受到了干扰，此时清零下溢计数器重新开始计数。这样可以避免干扰等情况对同步相位获取的影响。
由于过零电路中RC滤波器对正弦信号有一定的延迟作用，可以通过在主程序中对信号延迟进行一定的补偿，提高过零信号的精度。

Claims (3)

1.一种电网电压同步信号处理方法，其特征在于，所述方法包括设计跟踪电网电压的精确无延时的方波信号发生电路，以及对该方波进行计数而生成电网电压同步相位的软件设计方法；
所述方波信号发生电路由压敏电阻RV、电压互感器TV、低通滤波器、限幅电路及过零比较器及过零捕获模块组成；压敏电阻RV并联在电压互感器TV一次绕组上；电压互感器TV的二次绕组连接低通滤波器RC电路，二次绕组的一端串联电阻R后，电容C并联在二次绕组端；二个二极管一正一反与电容C并联；同时，双电压比较器集成电路LM393也与电容C并联。
2.根据权利要求1所述的一种电网电压同步信号处理方法，其特征在于，所述方波信号发生电路通过电压互感器进行信号变换，RC滤波电路滤除谐波畸变，限幅电路保护比较器芯片，比较器芯片获得与跟随电网电压的方波信号。
3.根据权利要求1所述的一种电网电压同步信号处理方法，其特征在于，所述软件设计包括过零中断程序、下溢中断程序、下溢计数器及同步相位生成程序，通过对方波信号进行计数获得每个控制周期/调制三角波周期的电网电压同步相位，其中还包括对干扰信号的抗干扰处理及由于RC滤波电路造成的电网电压同步相位偏移的补偿，可以精确获得与电网电压同步的相位信息。
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