CN105259429A - 一种三相电相序判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相电相序判断方法，基于前周期的电压矢量与上一周期的电压矢量所在象限判断三相电的相序，该相序判断计算量小，方法简单，大大减小了处理器的负担，提高相序检测效率；可以广泛应用于断相、输入谐波等恶劣工况下、简单实用，抗干扰能力强，可快速地获得三相电的相序信息。

Description

一种三相电相序判断方法

技术领域

本发明涉及电力学领域，特别是一种三相电相序判断方法。

背景技术

在电子、电力、仪表、自动控制和电力电子设备中，往往需要检测判断三相交流电源的相序，如果相序有误就需要及时形成保护。特别是对于只允许单向旋转的设备而言，如果相序有误可能造成其旋转件损坏；如载人电梯因相序的改变，使运行方向与预定方向相反，可能危及人身安全。这时就有必要采取措施进行相序检测。

早期的相序检测常由电容、电阻组成，虽然结构简单，但电容值较大、功耗较大且体积也大。现有的相序检测方法使用的数字逻辑或单片机，逻辑较为复杂且容易产生误判。

另，公开号为CN101320063B发明名称为三相交流电相序检测装置及方法，需要经过角频率计算才能判断三相交流电的相序方向；公开号为CN104459354A发明名称为一种三相交流电网相序检测方法及装置，需要根据所述三相电压正序分量的两相旋转坐标计算三相电压正序分量的幅值，根据所述三相电压负序分量的两相旋转坐标计算三相电压正序分量的幅值；以上通过计算角频率或幅值，计算方法复杂，通过此类方法判断相序可靠性比较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种三相电相序判断方法，简单实用，抗干扰能力强，可快速地获得三相电的相序信息。

本发明的采用以下方案实现：一种三相电相序判断方法，包括步骤S1：实时采样三相电信号的瞬时值U_a、U_b、U_c；具体还包括以下步骤：

步骤S2：将当前周期采样的三相电信号的瞬时值通过公式 $\left[\begin{array}{c}{u}_x\\ u_y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2M& -M& -M\\ 0& N& -N\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_a\\ U_b\\ U_c\end{array}\right]$ 变换得到在平面内旋转的电压矢量 $\tilde{u}\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}{\tilde{u}}_x\\ {\tilde{u}}_y\end{array}\right],$ 其中，M为正整数，N为正整数；

步骤S3：确定当前周期的平面内旋转的电压矢量所在的象限；

步骤S4：判断当前周期的电压矢量与上一周期的电压矢量所在象限是否相同或互为对角象限，若是进入步骤S5，否则进入步骤S6；

步骤S5：令全局变量R(k)＝R(k-1)，进入步骤S7；

步骤S6：判断当前周期的电压矢量是否在上一周期的电压矢量所在象限沿着逆时针方向的相邻象限，若是令全局变量R(k)＝R(k-1)+A；否则令全局变量R(k)＝R(k-1)-A，其中A为大于零的自然数；

步骤S7：判断R(k)是否满足Rmin＜R(k)＜Rmax，若是返回步骤S1，否则进入步骤S8，其中Rmin≤-1，Rmax≥1；

步骤S8：判断R(k)是否大于0，若是则三相电处于正序状态，否则三相电处于逆序状态。

进一步的，A取值为1，M取值为1,N取值为1。

进一步的，所述Rmin＝-128，Rmax＝128。

进一步的，当u_x＞0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第一象限；

当u_x＜0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第二象限；

当u_x＜0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第三象限；

当u_x＞0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第四象限。

进一步的，所述第一象限与所述第三象限互为对角象限；

所述第二象限与所述第四象限互为对角象限；

所述第一象限为第四象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第二象限为第一象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第三象限为第二象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第四象限为第三象限沿着逆时针方向的相邻象限。

本发明还提供了另一种三相电相序判断方法，包括步骤S1：实时采样三相电信号的瞬时值U_a、U_b、U_c；具体还包括以下步骤：

步骤S2：将当前周期采样的三相电信号的瞬时值通过公式 $\left[\begin{array}{c}{u}_x\\ u_y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2M& -M& -M\\ 0& N& -N\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_a\\ U_b\\ U_c\end{array}\right]$ 变换得到在平面内旋转的电压矢量 $\tilde{u}\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}{\tilde{u}}_x\\ {\tilde{u}}_y\end{array}\right],$ 其中M为正整数，N为正整数；

步骤S3：确定当前周期的平面内旋转的电压矢量所在的象限；

步骤S4：判断当前周期的电压矢量与上一周期的电压矢量所在象限是否相同或互为对角象限，若是进入步骤S5，否则进入步骤S6；

步骤S5：令全局变量R(k)＝R(k-1)，进入步骤S7；

步骤S6：判断当前周期的电压矢量是否在上一周期的电压矢量所在象限沿着逆时针方向的相邻象限，若是令全局变量R(k)＝R(k-1)-A，否则全局变量R(k)＝R(k-1)+A，其中A为大于零的自然数；

步骤S7：判断R(k)是否满足Rmin＜R(k)＜Rmax，若是返回步骤S1，否则进入步骤S8，其中Rmin≤-1，Rmax≥1；

步骤S8：判断R(k)是否大于0，若是则三相电处于逆序状态，否则三相电处于正序状态。

其中，A取值为1，M取值为1,N取值为1。

进一步的，所述Rmin＝-128，Rmax＝128。

进一步的，当u_x＞0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第一象限；

当u_x＜0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第二象限；

当u_x＜0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第三象限；

当u_x＞0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第四象限。

进一步的，所述第一象限与所述第三象限互为对角象限；

所述第二象限与所述第四象限互为对角象限；

所述第一象限为第四象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第二象限为第一象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第三象限为第二象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第四象限为第三象限沿着逆时针方向的相邻象限。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果。

1)相序判断计算量小，方法简单，大大减小了处理器的负担，提高相序检测效率。

2)本发明可以广泛应用于断相、输入谐波等恶劣工况下：A、在输入缺相、断相情况下，在静态坐标变换至平面坐标后在xy平面上的投影仍然满足逆时针、顺时针旋转的特性，此时，平面旋转电压矢量变成压缩的椭圆形状；B、在输入谐波的工况下，静态坐标变换至平面坐标的旋转情况会稍微变得复杂些，但大体仍然不会改变其逆时针、顺时针旋转的主要特性。虽然矢量在旋转过程中有返复运动，但在周期内仍然是会按逆、顺时针运动；C、零序电压情况下，在三相输入完全相同的情况(即输入为零序电压)，此时由于三相电压完全一样，在空间上即为在一根直线上往复运动。因此，通过坐标变换投影在xy平面上即为一个点，此时完全破坏了电压矢量在平面上旋转的条件。因此在此工况下算法特性表现为不加不减，或者在零值附近摆动；

3)简单实用，抗干扰能力强，可快速地获得三相电的相序信息。

附图说明

图1为本发明的实施例1的原理图；

图2为本发明的实施例1所提供方法的流程原理图；

图3为本发明的实施例2所提供方法的流程原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

以下两个实施例M取值为1,N取值为1,M、N取值可以相同，也可以不相同。

实施例一。

如图1、图2所示，本实施例提供了一种三相电相序判断方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：实时采样三相电信号的瞬时值U_a、U_b、U_c；

步骤S2：将当前周期采样的三相电信号的瞬时值通过公式 $\left[\begin{array}{c}{u}_x\\ u_y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2M& -M& -M\\ 0& N& -N\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_a\\ U_b\\ U_c\end{array}\right]$ 变换得到在平面内旋转的电压矢量 $\tilde{u}\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}{\tilde{u}}_x\\ {\tilde{u}}_y\end{array}\right],$ 其中，M为正整数，N为正整数；

步骤S3：确定当前周期的平面内旋转的电压矢量所在的象限；

其中，当u_x＞0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第一象限；

当u_x＜0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第二象限；

当u_x＜0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第三象限；

当u_x＞0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第四象限；

步骤S4：判断当前周期的电压矢量与上一周期的电压矢量所在象限是否相同或互为对角象限，若是进入步骤S5，否则进入步骤S6；

其中，所述第一象限与所述第三象限互为对角象限；

所述第二象限与所述第四象限互为对角象限；

所述第一象限为第四象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第二象限为第一象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第三象限为第二象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第四象限为第三象限沿着逆时针方向的相邻象限。

步骤S5：令全局变量R(k)＝R(k-1)，进入步骤S7；

步骤S6：判断当前周期的电压矢量是否在上一周期的电压矢量所在象限沿着逆时针方向的相邻象限，若是令全局变量R(k)＝R(k-1)+A，否则全局变量R(k)＝R(k-1)-A，其中A为大于零的自然数，优先地，本实施例A取值为1；

步骤S7：判断R(k)是否满足Rmin＜R(k)＜Rmax，若是返回步骤S1，否则进入步骤S8，其中Rmin≤-1，Rmax≥1，优先地，Rmin＝-128，Rmax＝128；Rmin和Rmax的取值不限于本实施例，可以根据实际情况进行设置，如Rmin＝-256，Rmax＝256；需要说明的是，|Rmin|＝Rmax，也可以为|Rmin|≠Rmax；

步骤S8：判断R(k)是否大于0，若是则三相电处于逆序状态，否则三相电处于正序状态。

实施例二。

如图3所示，本实施例提供了一种三相电相序判断方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：实时采样三相电信号的瞬时值U_a、U_b、U_c；

步骤S2：将当前周期采样的三相电信号的瞬时值通过公式 $\left[\begin{array}{c}{u}_x\\ u_y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2M& -M& -M\\ 0& N& -N\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_a\\ U_b\\ U_c\end{array}\right]$ 变换得到在平面内旋转的电压矢量 $\tilde{u}\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}{\tilde{u}}_x\\ {\tilde{u}}_y\end{array}\right],$ 其中M为正整数，N为正整数；

步骤S3：确定当前周期的平面内旋转的电压矢量确定所在的象限；

其中，当u_x＞0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第一象限；

当u_x＜0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第二象限；

当u_x＜0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第三象限；

当u_x＞0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第四象限。

步骤S4：判断当前周期的电压矢量与上一周期的电压矢量所在象限是否相同或互为对角象限，若是进入步骤S5，否则进入步骤S6；

所述第一象限与所述第三象限互为对角象限；

所述第二象限与所述第四象限互为对角象限；

所述第一象限为第四象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第二象限为第一象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第三象限为第二象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第四象限为第三象限沿着逆时针方向的相邻象限。

步骤S5：令全局变量R(k)＝R(k-1)，进入步骤S7；

步骤S6：判断当前周期的电压矢量是否在上一周期的电压矢量所在象限沿着逆时针方向的相邻象限，若是令全局变量R(k)＝R(k-1)-1，否则全局变量R(k)＝R(k-1)+1；

步骤S7：判断R(k)是否满足-128＜R(k)＜128，若是返回步骤S1，否则进入步骤S8；

步骤S8：判断R(k)是否大于0，若是则三相电处于正序状态，否则三相电处于逆序状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种三相电相序判断方法，包括步骤S1：实时采样三相电信号的瞬时值U_a、U_b、U_c；其特征在于：还包括以下步骤：

步骤S2：将当前周期采样的三相电信号的瞬时值通过公式 $\left[\begin{array}{c}{u}_x\\ u_y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2M& -M& -M\\ 0& N& -N\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_a\\ U_b\\ U_c\end{array}\right]$ 变换得到在平面内旋转的电压矢量 $\tilde{u}\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}{\tilde{u}}_x\\ {\tilde{u}}_y\end{array}\right],$ 其中，M为正整数，N为正整数；

步骤S3：确定当前周期的平面内旋转的电压矢量所在的象限；

步骤S4：判断当前周期的电压矢量与上一周期的电压矢量所在象限是否相同或互为对角象限，若是进入步骤S5，否则进入步骤S6；

步骤S5：令全局变量R(k)＝R(k-1)，进入步骤S7；

步骤S6：判断当前周期的电压矢量是否在上一周期的电压矢量所在象限沿着逆时针方向的相邻象限，若是令全局变量R(k)＝R(k-1)+A；否则令全局变量R(k)＝R(k-1)-A，其中A为大于零的自然数；

步骤S7：判断R(k)是否满足Rmin＜R(k)＜Rmax，若是返回步骤S1，否则进入步骤S8，其中Rmin≤-1，Rmax≥1；

步骤S8：判断R(k)是否大于0，若是则三相电处于正序状态，否则三相电处于逆序状态。

2.根据权利要求1所述的一种三相电相序判断方法，其特征在于：A取值为1，M取值为1,N取值为1。

3.根据权利要求1所述的一种三相电相序判断方法，其特征在于：所述Rmin＝-128，Rmax＝128。

4.根据权利要求1所述的一种三相电相序判断方法，其特征在于：

当u_x＞0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第一象限；

当u_x＜0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第二象限；

当u_x＜0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第三象限；

当u_x＞0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第四象限。

5.根据权利要求4所述的一种三相电相序判断方法，其特征在于：

所述第一象限与所述第三象限互为对角象限；

所述第二象限与所述第四象限互为对角象限；

所述第一象限为第四象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第二象限为第一象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第三象限为第二象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第四象限为第三象限沿着逆时针方向的相邻象限。

6.一种三相电相序判断方法，包括步骤S1：实时采样三相电信号的瞬时值U_a、U_b、U_c；其特征在于：还包括以下步骤：

步骤S2：将当前周期采样的三相电信号的瞬时值通过公式 $\left[\begin{array}{c}{u}_x\\ u_y\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}2M& -M& -M\\ 0& N& -N\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{U}_a\\ U_b\\ U_c\end{array}\right]$ 变换得到在平面内旋转的电压矢量 $\tilde{u}\left(k\right)=\left[\begin{array}{c}{\tilde{u}}_x\\ {\tilde{u}}_y\end{array}\right],$ 其中M为正整数，N为正整数；

步骤S3：确定当前周期的平面内旋转的电压矢量所在的象限；

步骤S4：判断当前周期的电压矢量与上一周期的电压矢量所在象限是否相同或互为对角象限，若是进入步骤S5，否则进入步骤S6；

步骤S5：令全局变量R(k)＝R(k-1)，进入步骤S7；

步骤S6：判断当前周期的电压矢量是否在上一周期的电压矢量所在象限沿着逆时针方向的相邻象限，若是令全局变量R(k)＝R(k-1)-A，否则全局变量R(k)＝R(k-1)+A，其中A为大于零的自然数；

步骤S7：判断R(k)是否满足Rmin＜R(k)＜Rmax，若是返回步骤S1，否则进入步骤S8，其中Rmin≤-1，Rmax≥1；

步骤S8：判断R(k)是否大于0，若是则三相电处于逆序状态，否则三相电处于正序状态。

7.根据权利要求6所述的一种三相电相序判断方法，其特征在于：A取值为1，M取值为1,N取值为1。

8.根据权利要求6所述的一种三相电相序判断方法，其特征在于：所述Rmin＝-128，Rmax＝128。

9.根据权利要求6所述的一种三相电相序判断方法，其特征在于：

当u_x＞0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第一象限；

当u_x＜0且u_y＞0,所述的电压矢量处于第二象限；

当u_x＜0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第三象限；

当u_x＞0且u_y＜0,所述的电压矢量处于第四象限。

10.根据权利要求9所述的一种三相电相序判断方法，其特征在于：

所述第一象限与所述第三象限互为对角象限；

所述第二象限与所述第四象限互为对角象限；

所述第一象限为第四象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第二象限为第一象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第三象限为第二象限沿着逆时针方向的相邻象限；

所述第四象限为第三象限沿着逆时针方向的相邻象限。