CN104931781B - 三相四线电路中电量相位角的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相四线电路中电量相位角的测量方法及装置。该测量方法包括：获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值；根据矢量值确定矢量多边形；以及根据矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角。通过本发明，解决了相关技术中由于对电量相位角的直接测量，导致三相四线电路中电量相位角准确率较低的问题，进而达到了提升测量三相四线电路电量相位角准确率的效果。

Description

三相四线电路中电量相位角的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体而言，涉及一种三相四线电路中电量相位角的测量方法及装置。

背景技术

在低压三相四线系统中，常用测量电压电流的工具是万用表，但万用表只能测量三相电压电流向量的大小，不能测量三相电压和电流的相位角。因此对于三相四线系统在实际测量情况下，三相电压和电流的幅值容易测量，但相位角难以测量。相关技术中能够测量电压电流相位角的仪器主要是电能质量分析仪，其内部测量原理大部分采用电压、电流的过零点计算器相位角，但是其造价较高，测试过程复杂，导致电量相位角准确率较低。

针对相关技术中由于对电量相位角的直接测量，导致三相四线电路中电量相位角准确率较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三相四线电路中电量相位角的测量方法及装置，以解决相关技术中由于对电量相位角的直接测量，导致三相四线电路中电量相位角准确率较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种三相四线电路中电量相位角的测量方法。该测量方法包括：获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值；根据矢量值确定矢量多边形；以及根据矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角。

进一步地，电量相位角包括电压相位角，获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值包括：获取三相四线电路中三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值，根据矢量值确定矢量多边形包括：根据三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值确定矢量三角形，根据矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角包括：依据矢量三角形计算三相四线电路中电压相位角。

进一步地，在依据矢量三角形计算三相四线电路中电压相位角之后，该测量方法还包括：根据三个相电压中的第一相电压和三个相电压中的第二相电压计算三个相电压中的第三相电压的计算值；获取第三相电压的实际测量值；以及根据第三相电压的计算值和第三相电压的实际测量值确定电压相位角的误差。

进一步地，电量相位角包括电流相位角，获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值包括：获取三相四线电路中四个线电流；获取四个线电流中任意两个线电流的电流矢量值，根据矢量值确定矢量多边形包括：根据电流矢量值和四个线电流确定电流四边形，根据矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角包括：依据电流四边形计算三相四线电路中电流相位角。

进一步地，在依据电流四边形确定三相四线电路中电流相位角之后，该测量方法还包括：获取电流矢量的实际测量值；以及根据电流矢量值和电流矢量的实际测量值确定电流相位角的误差。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种三相四线电路中电量相位角的测量装置。该测量装置包括：第一获取单元，用于获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值；第一确定单元，用于矢量值确定矢量多边形；以及第一计算单元，用于矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角。

进一步地，电量相位角包括电压相位角，第一获取单元包括：第一获取模块，用于获取三相四线电路中三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值，第一确定单元包括：第一确定模块，用于三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值确定矢量三角形，第一计算单元包括：第一计算模块，用于矢量三角形计算三相四线电路中电压相位角。

进一步地，该测量装置还包括：第二计算单元，用于三个相电压中的第一相电压和三个相电压中的第二相电压计算三个相电压中的第三相电压的计算值；第二获取单元，用于获取第三相电压的实际测量值；以及第二确定单元，用于第三相电压的计算值和第三相电压的实际测量值确定电压相位角的误差。

进一步地，电量相位角包括电流相位角，第一获取单元包括：第二获取模块，用于获取三相四线电路中四个线电流；第三获取模块，用于获取四个线电流中任意两个线电流的电流矢量值，第一确定单元包括：第二确定模块，用于电流矢量值和四个线电流确定电流四边形，第一计算单元包括：第二计算模块，用于依据电流四边形计算三相四线电路中电流相位角。

进一步地，该测量装置还包括：第三获取单元，用于获取电流矢量的实际测量值；以及第三确定单元，用于电流矢量值和电流矢量的实际测量值确定电流相位角的误差。

通过本发明，采用以下步骤：获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值；根据矢量值确定矢量多边形；以及根据矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角，解决了相关技术中由于对电量相位角的直接测量，导致三相四线电路中电量相位角准确率较低的问题，进而达到了提升测量三相四线电路电量相位角准确率的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法中三个线电压的闭合三角形的矢量图；

图3是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法中相电压和线电压关系的示意图；

图4是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法中作图法求解O点位置的示意图；

图5是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法中电流四边形的示意图；以及

图6是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量装置的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明的实施例，提供了一种三相四线电路中电量相位角的测量方法。

图1是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下的步骤S101至步骤S103：

步骤S101，获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值。

具体地，获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值包括：获取三相四线电路中线电量的矢量值；获取三相四线电路中相电量的矢量值；获取三相四线电路中线电量和相电量的矢量值。

步骤S102，根据矢量值确定矢量多边形。

上述的矢量多边形可以为三角形，也可以为四边形。

步骤S103，根据矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角。

本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量方法，通过获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值；根据矢量值确定矢量多边形；以及根据矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角，解决了相关技术中由于对电量相位角的直接测量，导致三相四线电路中电量相位角准确率较低的问题，进而达到了提升测量三相四线电路电量相位角准确率的效果。

在本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量方法中，电量相位角包括电压相位角，获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值包括：获取三相四线电路中三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值，根据矢量值确定矢量多边形包括：根据三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值确定矢量三角形，根据矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角包括：依据矢量三角形计算三相四线电路中电压相位角。

在依据矢量三角形计算三相四线电路中电压相位角之后，该测量方法还包括：根据三个相电压中的第一相电压和三个相电压中的第二相电压计算三个相电压中的第三相电压的计算值；获取第三相电压的实际测量值；以及根据第三相电压的计算值和第三相电压的实际测量值确定电压相位角的误差。

例如，已知：Uab、Ubc、Uca、Ua、Ub和Uc；求解：θab、θbc、θca。

根据基尔霍夫电压原理，三个线电压Uab、Ubc、Uca的矢量和为0，其中，三个矢量所构成的图形是一个闭合的三角形。此时，已知Uab、Ubc、Uca的值，即三角形的三个边的边长是一定的，根据三角形的稳定性，该三角形是唯一的。图2是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法中三个线电压的闭合三角形的矢量图。如图2所示。由于a、b、c三相的电压是测量的a、b、c对N线的电压，因此，其具有共同的电压矢量的起点。同时，根据基尔霍夫电压定律，三相电压和三线电压满足如图3所示的关系，图3是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法中相电压和线电压关系的示意图。如果求解出O点的位置，就可以求出θab、θbc、θca。

已知唯一的线电压三角形和三个相电压Ua、Ub、Uc大小，求点O的位置。此时可以通过作图法求出点O的位置，图4是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法中作图法求解O点位置的示意图。如图4所示，分别以A、B两个顶点为圆心，以Ua、Ub为半径进行画圆，根据图3的结论，两个圆必有交点，并且两个圆的交点就是所求的O点。

通过本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量方法，没有用到Uc的值，即求出了三相电压的相位，同时可以求出Uc的计算值。此时，可以通过Uc的实际测量值和Uc的计算值进行相减，所得的结果可以用来判断测量误差的大小。

因此，在三相四线电路中，当三相电压为正弦波时，若测量已知Uab、Ubc、Uca、Ua、Ub、Uc中的任意5项的幅值，可以求解出三相电压的相位角θab、θbc、θca以及第6项的幅值。若在测量中对第6项进行了测量，则第6相的测量值和计算值的差可以用来判定测量误差的大小。

在本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量方法中，电量相位角包括电流相位角，获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值包括：获取三相四线电路中四个线电流；获取四个线电流中任意两个线电流的电流矢量值，根据矢量值确定矢量多边形包括：根据电流矢量值和四个线电流确定电流四边形，根据矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角包括：依据电流四边形计算三相四线电路中电流相位角。

在依据电流四边形确定三相四线电路中电流相位角之后，该测量方法还包括：获取电流矢量的实际测量值；以及根据电流矢量值和电流矢量的实际测量值确定电流相位角的误差。

具体地，在三相四线系统中，可以方便的测量出三相电流和N线电流的值即Ia、Ib、Ic和In，根据基尔霍夫电流定律，有如下的关系：

该四个向量可以构成一个闭合的四边形，图5是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量方法中电流四边形的示意图，如图5所示，四边形不具有稳定性，如果其四条边长固定，它不是唯一的。因此必须要固定其一条斜边的长度才可以此四边形变为唯一的。而该斜边的值即矢量Ia、Ib、Ic和In中任意两个的矢量和，即a、b、c和n任意两条线路的电流和。在工程应用中，用电流霍尔传感器可以较轻松的测量a、b、c和n中的任意两条线路电流矢量和的值。若该四边形变为唯一，则可以求出三相电流的相角θab、θbc和θca。

因此，在三相四线电路中，当三相电流为正弦波时，若测量已知Ia、Ib、Ic和In的幅值及1个a、b、c和n任意两条线路电流矢量和的幅值(简称圈和)，可以求解出三相电流的相位角θab、θbc和θca。若要评估测量的误差，需要测量2个以上a、b、c和n任意两条线路电流矢量和的幅值。

在依据电流四边形确定三相四线电路中电流相位角之后，该测量方法还包括：根据电压相位角和电流相位角确定第一相阻抗角；以及根据第一相阻抗角确定第二相阻抗角和/或第一相阻抗角的阻抗角功率。

根据第一相阻抗角确定第一相阻抗角的阻抗角功率包括：根据第一相阻抗角确定第一相阻抗角的功率因素；以及根据第一相功率因素计算出第一相阻抗角的功率。

具体地，在三相四线电路中，当三相电流为正弦波时，若测量已知Uab、Ubc、Uca、Ua、Ub和Uc中的任意5项的幅值，以及Ia、Ib、Ic和In的幅值和1个a、b、c和n任意两条线路电流矢量和的幅值(简称圈和)可以求出Ua、Ub、Uc和Ia、Ib、Ic的θab、θbc、θca。此时，只需要知道再a相负荷的阻抗角就可以对b相、c相的阻抗角进行求解。同时可以求出其功率及功率因数。

在本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量方法中，可通过设置测量电路，将电流信号转化为电压型号，然后测量Ua、Uia(Ia转化为电压信号后的矢量值)和Uuaia(Ua与Uia矢量值的差)，然后用解三角形的方法将a相阻抗角度求出。则整个测量过程不涉及到直接测量角度的问题。

需要说明的是，本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量方法只针对理想正弦波进行分析。如果三相系统中含有谐波，应通过傅里叶分解或其它方法求出三相、线电压和电流的基波分量的值。然后进行求解，得到电量的相位角。

综上所述，在本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量方法中，通过测量电压电流向量的大小就可以计算出其正序、负序、零序分量，并且可以求出不平衡度。同时，由于避免了直接对相位的测量，缩减了测量环节，增加了测量精度，从而提升测量三相四线电路电量相位角准确率。使得对电压电流向量的测量不再需要测量各相的相角，因此减少了对测量仪器功能和测量环节的需求，使得测量更加经济、便捷。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

本发明实施例还提供了一种三相四线电路中电量相位角的测量装置，需要说明的是，本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量装置可以用于执行本发明实施例所提供的用于三相四线电路中电量相位角的测量方法。以下对本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量装置进行介绍。

图6是根据本发明实施例的三相四线电路中电量相位角的测量装置的示意图。如图6所示，该装置包括：第一获取单元10、第一确定单元20和第一计算单元30。

具体地，第一获取单元10，用于获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值；第一确定单元20，用于矢量值确定矢量多边形；以及第一计算单元30，用于矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角。

本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量装置，通过第一获取单元10获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值；第一确定单元20矢量值确定矢量多边形；以及第一计算单元30矢量多边形计算三相四线电路中的电量相位角，解决了相关技术中由于对电量相位角的直接测量，导致三相四线电路中电量相位角准确率较低的问题，进而达到了提升测量三相四线电路电量相位角准确率的效果。

可选地，在本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量装置中，电量相位角包括电压相位角，第一获取单元10还包括：第一获取模块，用于获取三相四线电路中三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值，第一确定单元20还包括：第一确定模块，用于三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值确定矢量三角形，第一计算单元30还包括：第一计算模块，用于矢量三角形计算三相四线电路中电压相位角。

可选地，在本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量装置中，该测量装置还包括：第二计算单元，用于三个相电压中的第一相电压和三个相电压中的第二相电压计算三个相电压中的第三相电压的计算值；第二获取单元，用于获取第三相电压的实际测量值；以及第二确定单元，用于第三相电压的计算值和第三相电压的实际测量值确定电压相位角的误差。

可选地，在本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量装置中，电量相位角包括电流相位角，第一获取单元10还包括：第二获取模块，用于获取三相四线电路中四个线电流；第三获取模块，用于获取四个线电流中任意两个线电流的电流矢量值，第一确定单元20还包括：第二确定模块，用于电流矢量值和四个线电流确定电流四边形，第一计算单元30还包括：第二计算模块，用于依据电流四边形计算三相四线电路中电流相位角。

可选地，在本发明实施例提供的三相四线电路中电量相位角的测量装置中，该测量装置还包括：第三获取单元，用于获取电流矢量的实际测量值；以及第三确定单元，用于电流矢量值和电流矢量的实际测量值确定电流相位角的误差。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三相四线电路中电量相位角的测量方法，其特征在于，包括：

获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值；

根据所述矢量值确定矢量多边形；以及

根据所述矢量多边形计算所述三相四线电路中的电量相位角；

其中，所述电量相位角包括电压相位角，

获取所述三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值包括：

获取所述三相四线电路中三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值，

根据所述矢量值确定矢量多边形包括：

根据所述三个线电压和所述三个相电压中任意五项的矢量值确定矢量三角形，

根据所述矢量多边形计算所述三相四线电路中的电量相位角包括：

依据所述矢量三角形计算所述三相四线电路中电压相位角；

或者，所述电量相位角包括电流相位角，

获取所述三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值包括：

获取所述三相四线电路中四个线电流；

获取所述四个线电流中任意两个线电流的电流矢量值，

根据所述矢量值确定矢量多边形包括：

根据所述电流矢量值和所述四个线电流确定电流四边形，

根据所述矢量多边形计算所述三相四线电路中的电量相位角包括：

依据所述电流四边形计算所述三相四线电路中电流相位角。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在依据所述矢量三角形计算所述三相四线电路中电压相位角之后，所述测量方法还包括：

根据所述三个相电压中的第一相电压和所述三个相电压中的第二相电压计算所述三个相电压中的第三相电压的计算值；

获取所述第三相电压的实际测量值；以及

根据所述第三相电压的计算值和所述第三相电压的实际测量值确定所述电压相位角的误差。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在依据所述电流四边形确定所述三相四线电路中电流相位角之后，所述测量方法还包括：

获取电流矢量的实际测量值；以及

根据所述电流矢量值和所述电流矢量的实际测量值确定所述电流相位角的误差。

4.一种三相四线电路中电量相位角的测量装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取三相四线电路中线电量和/或相电量的矢量值；

第一确定单元，用于所述矢量值确定矢量多边形；以及

第一计算单元，用于所述矢量多边形计算所述三相四线电路中的电量相位角；

其中，所述电量相位角包括电压相位角，

所述第一获取单元包括：

第一获取模块，用于获取所述三相四线电路中三个线电压和三个相电压中任意五项的矢量值，

所述第一确定单元包括：

第一确定模块，用于所述三个线电压和所述三个相电压中任意五项的矢量值确定矢量三角形，

所述第一计算单元包括：

第一计算模块，用于所述矢量三角形计算所述三相四线电路中电压相位角；

或者所述电量相位角包括电流相位角，

所述第一获取单元包括：

第二获取模块，用于获取所述三相四线电路中四个线电流；

第三获取模块，用于获取所述四个线电流中任意两个线电流的电流矢量值，

所述第一确定单元包括：

第二确定模块，用于所述电流矢量值和所述四个线电流确定电流四边形，

所述第一计算单元包括：

第二计算模块，用于依据所述电流四边形计算所述三相四线电路中电流相位角。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：

第二计算单元，用于所述三个相电压中的第一相电压和所述三个相电压中的第二相电压计算所述三个相电压中的第三相电压的计算值；

第二获取单元，用于获取所述第三相电压的实际测量值；以及

第二确定单元，用于所述第三相电压的计算值和所述第三相电压的实际测量值确定所述电压相位角的误差。

6.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：

第三获取单元，用于获取电流矢量的实际测量值；以及

第三确定单元，用于所述电流矢量值和所述电流矢量的实际测量值确定所述电流相位角的误差。