CN105467214B - 一种电压相位获取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种电压相位获取方法和装置，所述方法获取分别基于第一零点时刻、第二零点时刻计算出的预设相电压在当前的第一相位、第二相位，其中，第一零点时刻基于预设的相电压采样检测方式获得，第二零点时刻基于EACP脉冲捕获方式获得；并在两相位的差值绝对值达到预设阈值时，采用第一相位作为该相电压的当前相位。可见，本申请基于预设的相电压采样检测方式，为相电压提供了一种参考相位，基于该参考相位，可有效识别基于ECAP脉冲捕获方式获取的相位是否准确，并在不准确即ECAP捕获相位失败时，采用该参考相位作为相电压的当前相位，从而本申请解决了ECAP捕获相位失败的问题，提升了大功率可控整流系统的稳定性及可靠性。

Description

一种电压相位获取方法和装置

技术领域

本发明属于大功率可控整流领域，尤其涉及一种电压相位获取方法和装置。

背景技术

在三相可控整流系统或三相PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)系统中，为了使输入电流达到高功率因数，减少对电网的谐波污染，需保证输入的三相电流与输入的三相电压同相位。而为了使输入电流与电压同相位，一般情况下，需要首先检测输入电压的相位。

目前多基于硬件ECAP(Enhanced CAPture，增强型捕获)脉冲捕获的方式获取电压相位，参考图1，基于硬件ECAP脉冲捕获方式的电压相位获取方法具体包括：采用比较器将三相电压中的某一相电压处理成反映电压相位的方波，并通过CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)对得到的方波进行ECAP脉冲捕获，得到该相电压的相位零点，之后将所述相位零点所对应的时刻作为零点时刻开始计时，从而在此基础上，可基于计数器的计时情况实时计算出该相电压的相位，而其余两相电压的相位则可依据与该相电压的相位差计算得出，实际应用中，考虑到电网波动，一般通过实时的ECAP捕获来对相电压的相位零点进行跟踪。

此方式在小功率三相可控整流系统中，可以达到可靠获取电压相位的目的，但在大功率三相可控整流系统(50kw以上)中，由于干扰能量增大，系统中的电流及PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)波会对比较器电路产生较大干扰，极易引起比较器输出方波异常，进而导致ECAP相位捕获失败(ECAP捕获的相位零点不准确，从而计算出的相位不准确)，此情况下，系统会因相位获取失败而停机保护，从而会严重影响大功率可控整流系统的稳定性及可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电压相位获取方法和装置，旨在解决现有电压相位获取方法存在的ECAP捕获相位失败进而停机保护的问题，提升大功率可控整流系统的稳定性及可靠性。

为此，本发明公开如下技术方案：

一种电压相位获取方法，包括：

获取三相电压中第一预设相电压当前的第一相位；所述第一相位基于第一零点时刻计算得到，所述第一零点时刻基于预设的相电压采样检测方式获得；

获取所述第一预设相电压当前的第二相位；所述第二相位基于第二零点时刻计算得到，所述第二零点时刻基于增强型捕获EACP脉冲捕获方式获得；

判断所述第一相位、所述第二相位间的差值绝对值是否达到预设阈值；

如果达到所述预设阈值，则采用所述第一相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

上述方法，优选的，所述基于预设的相电压采样检测方式获得所述第一零点时刻包括：

获取所述第一预设相电压在连续三个采样时刻k-1，k，k+1的电压值：e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)；获取第二预设相电压在所述采样时刻k的电压值e_v(k)；其中，所述第二预设相电压的相位滞后所述第一预设相电压的相位2π/3；

检测所述电压值e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)以及e_v(k)是否满足以下条件：|e_u(k-1)|＜＝e_op、|e_u(k)|＜＝e_op、|e_u(k+1)|＜＝e_op，且e_v(k)＜0；其中，e_op为预设的电压阈值；

如果满足所述条件，则将所述采样时刻k所在的时间作为所述第一零点时刻。

上述方法，优选的，所述基于所述第一零点时刻计算所述第一相位包括：

获取当前时间，所述当前时间以所述第一零点时刻为起点进行计时得到；

利用所述当前时间，并基于预设的电压相位计算公式计算所述第一预设相电压的第一相位。

上述方法，优选的，还包括：

如果未达到所述预设阈值，则采用所述第二相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

上述方法，优选的，还包括：

依据与所述第一预设相电压间的相位差，分别计算三相电压中所述第一预设相电压除外的其余两相电压的相位。

一种电压相位获取装置，包括：

第一相位获取模块，用于获取三相电压中第一预设相电压当前的第一相位；所述第一相位基于第一零点时刻计算得到，所述第一零点时刻基于预设的相电压采样检测方式获得；

第二相位获取模块，用于获取所述第一预设相电压当前的第二相位；所述第二相位基于第二零点时刻计算得到，所述第二零点时刻基于增强型捕获EACP脉冲捕获方式获得；

判断模块，用于判断所述第一相位、所述第二相位间的差值绝对值是否达到预设阈值；

第一相位确定模块，用于在达到所述预设阈值时，采用所述第一相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

上述装置，优选的，所述第一相位获取模块包括零点时刻获取单元，所述零点时刻获取单元包括：

电压值获取子单元，用于获取所述第一预设相电压在连续三个采样时刻k-1，k，k+1的电压值：e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)；以及获取第二预设相电压在所述采样时刻k的电压值e_v(k)；其中，所述第二预设相电压的相位滞后所述第一预设相电压的相位2π/3；

检测子单元，用于检测所述电压值e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)以及e_v(k)是否满足以下条件：|e_u(k-1)|＜＝e_op，|e_u(k)|＜＝e_op，|e_u(k+1)|＜＝e_op，且e_v(k)＜0；其中，e_op为预设的电压阈值；

零点时刻确定子单元，用于在满足所述条件时，将所述采样时刻k所在的时间作为所述第一零点时刻。

上述装置，优选的，所述第一相位获取模块包括相位计算单元，所述相位计算单元包括：

时间获取子单元，用于获取当前时间，所述当前时间以所述第一零点时刻为起点进行计时得到；

相位计算子单元，用于利用所述当前时间，并基于预设的电压相位计算公式计算所述第一预设相电压的第一相位。

上述装置，优选的，还包括：

第二相位确定模块，用于在未达到所述预设阈值时，采用所述第二相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

上述装置，优选的，还包括：

其余相位计算模块，用于依据与所述第一预设相电压间的相位差，分别计算三相电压中所述第一预设相电压除外的其余两相电压的相位。

由以上方案可知，本申请分别获取基于第一零点时刻计算出的预设相电压在当前的第一相位，以及基于第二零点时刻计算出的该相电压在当前的第二相位，其中，第一零点时刻基于预设的相电压采样检测方式获得，第二零点时刻基于EACP脉冲捕获方式获得；并在两相位的差值绝对值达到预设阈值时，采用第一相位作为该相电压的当前相位。可见，本申请基于预设的相电压采样检测方式，为相电压提供了一种参考相位，基于该参考相位，可有效识别基于ECAP脉冲捕获方式获取的相位是否准确，并在不准确即ECAP捕获相位失败时，采用该参考相位作为相电压的当前相位，从而本申请解决了ECAP捕获相位失败的问题，提升了大功率可控整流系统的稳定性及可靠性。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是基于硬件ECAP方式获取电压相位的原理图；

图2是本发明实施例一提供的电压相位获取方法流程图；

图3是本发明实施例一提供的相电压采样示意图；

图4是本发明实施例二提供的电压相位获取方法流程图；

图5-图7是本发明实施例三提供的电压相位获取装置的结构示意图。

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做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。

实施例一

本发明实施例一公开一种电压相位获取方法，参考图2，所述方法可以包括以下步骤：

S201：获取三相电压中第一预设相电压当前的第一相位；所述第一相位基于第一零点时刻计算得到，所述第一零点时刻基于预设的相电压采样检测方式获得。

为解决现有技术中基于硬件ECAP脉冲捕获方式获取电压相位时存在的ECAP捕获相位失败，进而导致三相可控整流系统停机保护这一问题，本申请提供一种软硬件方式相结合获取电压相位的方法。具体地，在基于硬件ECAP获取电压相位的基础上，提供一种基于预设的相电压采样检测方式的电压相位获取方法，即提供一种软件方式的电压相位获取方法，并将软件方式获取的电压相位作为参考相位，来识别基于硬件ECAP方式获取的相位是否准确，在识别出不准确即ECAP捕获相位失败时，采用该参考相位作为相电压的当前相位。

本步骤提供基于软件方式获取电压相位的具体过程。

首先通过对三相电压中的任一相电压进行采样，并检测采样点的相电压值来获取该相电压的相电压零点/相位零点。具体地，参考图3，假设三相输入电压分别为e_u、e_v、e_w，其中，e_v、e_w的相位相比e_u分别滞后2π/3和4π/3，并假设对相电压e_u进行采样。

如果检测出相电压e_u在连续三个采样时刻k-1，k，k+1的相电压值：e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)以及相电压e_v在采样时刻k的相电压值e_v(k)满足以下条件：|e_u(k-1)|＜＝e_op，|e_u(k)|＜＝e_op，|e_u(k+1)|＜＝e_op，且e_v(k)＜0；则认为e_u(k)为相电压e_u的相电压零点，进而认为采样时刻k所在的时间为相电压e_u的零点时刻。

其中，e_op为预设的电压阈值，对于50HZ、380V的工频电压来说，e_op一般取10V左右。

在获取相电压e_u的零点时刻后，以该零点时刻为起点进行计时，从而在此基础上可依据计数器的计时情况，并基于相应电压相位计算公式实时计算相电压e_u的相位。

实际应用中，考虑到电网波动(需及时对相电压零点进行跟踪)，并结合考虑采样干扰(不宜进行实时采样)，可采用预设的时间间隔，周期性检测相电压的相电压零点/相位零点，比如每间隔10-20个工频周期检测一次相电压零点等，对于50HZ、380V的工频电压来说，在每个检测周期内，采样的时间间隔一般取0.1-0.2ms。

S202：获取所述第一预设相电压当前的第二相位；所述第二相位基于第二零点时刻计算得到，所述第二零点时刻基于增强型捕获EACP脉冲捕获方式获得。

本步骤对基于硬件ECAP方式获取电压相位的过程进行简要介绍。参考图1，三相输入电压e_u、e_v、e_w中的任一相经过比较器运算得到反映该相电压相位的方波，为与软件方式中检测的相电压保持一致，此处仍以相电压e_u为例，比较器具体将e_u与电位0点进行比较，若e_u＞0，则输出方波高电平，若e_u＜0，则输出方波低电平。

之后，CPU的ECAP对方波的上升沿进行捕获，当捕获到方波上升沿时，认为捕获到相电压e_u的相位零点，ECAP内部的计数器从此零点处开始计时，在此基础上，通过该计数器的计数值换算得到e_u的实时相位。

需要说明的是，实际应用场景中，所述第一相位、第二相位的获取顺序不必局限于本申请步骤所描述的顺序，技术人员可依据实际需求自行设定为先获取第一相位，或先获取第二相位，或两者同时获取。

S203：判断所述第一相位、所述第二相位间的差值绝对值是否达到预设阈值。

在得到基于软件方式的相电压(如e_u)第一相位，以及基于硬件ECAP方式的相电压第二相位之后，本申请以所述第一相位为参考相位，来识别基于所述硬件方式获取的第二相位是否准确，具体地，通过第一相位、第二相位的差值来判断硬件ECAP方式所获取相位的准确性。

S204：如果达到所述预设阈值，则采用所述第一相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

如果基于软件方式获取的第一相位、基于硬件方式获取的第二相位之间的差值绝对值δ达到预设阈值，即δ≥e_δ(其中，e_δ为设定的相位差阈值，一般取0.2弧度)，则认为基于硬件ECAP方式获取的相位不准确，即硬件ECAP获取相位失败(比较器输出方波异常)。

在识别出硬件ECAP获取相位失败时，本申请采用基于软件方式获取的所述第一相位作为相电压的当前相位。从而解决了硬件ECAP获取相位失败的问题，此时三相可控整流系统仍能获得较为准确的电压相位，不必再停机保护，从而避免了三相可控整流系统中因硬件干扰而引起的相位获取失败及停机保护这一现象的发生。

而对于三相电压中其余两相电压的相位值，如e_v、e_w，则可依据与相电压e_u的相位差计算得出。

由以上方案可知，本申请分别获取基于第一零点时刻计算出的预设相电压在当前的第一相位，以及基于第二零点时刻计算出的该相电压在当前的第二相位，其中，第一零点时刻基于预设的相电压采样检测方式获得，第二零点时刻基于EACP脉冲捕获方式获得；并在两相位的差值绝对值达到预设阈值时，采用第一相位作为该相电压的当前相位。可见，本申请基于预设的相电压采样检测方式，为相电压提供了一种参考相位，基于该参考相位，可有效识别基于ECAP方式捕获的相位零点是否准确，并在不准确即ECAP捕获相位失败时，采用该参考相位作为相电压的当前相位，从而本申请解决了ECAP捕获相位失败的问题，提升了大功率可控整流系统的稳定性及可靠性。

实施例二

本实施例二继续对实施例一的方案进行补充，参考图4，所述电压相位获取方法还可以包括以下步骤：

S205：如果未达到所述预设阈值，则采用所述第二相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

即具体地，如果基于软件方式获取的第一相位、基于硬件方式获取的第二相位之间的差值绝对值δ未达到预设阈值，即δ＜e_δ，则认为基于硬件ECAP方式获取的相位准确，从而仍采用基于硬件ECAP方式获取的相位为相电压的当前相位。

同样地，对于三相电压中其余两相电压的相位值，如e_v、e_w，可分别依据其与已知相电压e_u的相位差计算得出。

实施例三

本实施例三公开一种电压相位获取装置，参考图5，所述电压相位获取装置包括第一相位获取模块100、第二相位获取模块200、判断模块300和第一相位确定模块400。

第一相位获取模块100，用于获取三相电压中第一预设相电压当前的第一相位；所述第一相位基于第一零点时刻计算得到，所述第一零点时刻基于预设的相电压采样检测方式获得。

所述第一相位获取模块100包括零点时刻获取单元，所述零点时刻获取单元包括电压值获取子单元、检测子单元和零点时刻确定子单元。

电压值获取子单元，用于获取所述第一预设相电压在连续三个采样时刻k-1，k，k+1的电压值：e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)；以及获取第二预设相电压在所述采样时刻k的电压值e_v(k)；其中，所述第二预设相电压的相位滞后所述第一预设相电压的相位2π/3。

检测子单元，用于检测所述电压值e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)以及e_v(k)是否满足以下条件：|e_u(k-1)|＜＝e_op，|e_u(k)|＜＝e_op，|e_u(k+1)|＜＝e_op，且e_v(k)＜0；其中，e_op为预设的电压阈值。

零点时刻确定子单元，用于在满足所述条件时，将所述采样时刻k所在的时间作为所述第一零点时刻。

所述第一相位获取模块100还包括相位计算单元，所述相位计算单元包括时间获取子单元和相位计算子单元。

时间获取子单元，用于获取当前时间，所述当前时间以所述第一零点时刻为起点进行计时得到；

相位计算子单元，用于利用所述当前时间，并基于预设的电压相位计算公式计算所述第一预设相电压的第一相位。

第二相位获取模块200，用于获取所述第一预设相电压当前的第二相位；所述第二相位基于第二零点时刻计算得到，所述第二零点时刻基于增强型捕获EACP脉冲捕获方式获得。

判断模块300，用于判断所述第一相位、所述第二相位间的差值绝对值是否达到预设阈值。

第一相位确定模块400，用于在达到所述预设阈值时，采用所述第一相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

参考图6，所述电压相位获取装置还可以包括第二相位确定模块500，用于在未达到所述预设阈值时，采用所述第二相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

参考图7，所述电压相位获取装置还可以包括其余相位计算模块600，用于依据与所述第一预设相电压间的相位差，分别计算三相电压中所述第一预设相电压除外的其余两相电压的相位。

对于本发明实施例三公开的电压相位获取装置而言，由于其与实施例一至实施例二公开的电压相位获取方法相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见实施例一至实施例二中电压相位获取方法部分的说明即可，此处不再详述。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

为了描述的方便，描述以上系统或装置时以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、第三和第四等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电压相位获取方法，其特征在于，包括：

获取三相电压中第一预设相电压当前的第一相位；所述第一相位基于第一零点时刻计算得到，所述第一零点时刻基于预设的相电压采样检测方式获得；

获取所述第一预设相电压当前的第二相位；所述第二相位基于第二零点时刻计算得到，所述第二零点时刻基于增强型捕获EACP脉冲捕获方式获得；

判断所述第一相位、所述第二相位间的差值绝对值是否达到预设阈值；

如果达到所述预设阈值，则采用所述第一相位作为所述第一预设相电压的当前相位；

其中，所述基于预设的相电压采样检测方式获得所述第一零点时刻包括：

获取所述第一预设相电压在连续三个采样时刻k-1，k，k+1的电压值：e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)；获取第二预设相电压在所述采样时刻k的电压值e_v(k)；其中，所述第二预设相电压的相位滞后所述第一预设相电压的相位2π/3；检测所述电压值e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)以及e_v(k)是否满足以下条件：|e_u(k-1)|＜＝e_op、|e_u(k)|＜＝e_op、|e_u(k+1)|＜＝e_op，且e_v(k)＜0；其中，e_op为预设的电压阈值；如果满足所述条件，则将所述采样时刻k所在的时间作为所述第一零点时刻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一零点时刻计算所述第一相位包括：

获取当前时间，所述当前时间以所述第一零点时刻为起点进行计时得到；

利用所述当前时间，并基于预设的电压相位计算公式计算所述第一预设相电压的第一相位。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：

如果未达到所述预设阈值，则采用所述第二相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

依据与所述第一预设相电压间的相位差，分别计算三相电压中所述第一预设相电压除外的其余两相电压的相位。

5.一种电压相位获取装置，其特征在于，包括：

第一相位获取模块，用于获取三相电压中第一预设相电压当前的第一相位；所述第一相位基于第一零点时刻计算得到，所述第一零点时刻基于预设的相电压采样检测方式获得；

第二相位获取模块，用于获取所述第一预设相电压当前的第二相位；所述第二相位基于第二零点时刻计算得到，所述第二零点时刻基于增强型捕获EACP脉冲捕获方式获得；

判断模块，用于判断所述第一相位、所述第二相位间的差值绝对值是否达到预设阈值；

第一相位确定模块，用于在达到所述预设阈值时，采用所述第一相位作为所述第一预设相电压的当前相位；

其中，所述第一相位获取模块包括零点时刻获取单元，所述零点时刻获取单元包括：

电压值获取子单元，用于获取所述第一预设相电压在连续三个采样时刻k-1，k，k+1的电压值：e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)；以及获取第二预设相电压在所述采样时刻k的电压值e_v(k)；其中，所述第二预设相电压的相位滞后所述第一预设相电压的相位2π/3；

检测子单元，用于检测所述电压值e_u(k-1)，e_u(k)，e_u(k+1)以及e_v(k)是否满足以下条件：|e_u(k-1)|＜＝e_op，|e_u(k)|＜＝e_op，|e_u(k+1)|＜＝e_op，且e_v(k)＜0；其中，e_op为预设的电压阈值；

零点时刻确定子单元，用于在满足所述条件时，将所述采样时刻k所在的时间作为所述第一零点时刻。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一相位获取模块包括相位计算单元，所述相位计算单元包括：

时间获取子单元，用于获取当前时间，所述当前时间以所述第一零点时刻为起点进行计时得到；

相位计算子单元，用于利用所述当前时间，并基于预设的电压相位计算公式计算所述第一预设相电压的第一相位。

7.根据权利要求5-6任意一项所述的装置，其特征在于，还包括：

第二相位确定模块，用于在未达到所述预设阈值时，采用所述第二相位作为所述第一预设相电压的当前相位。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

其余相位计算模块，用于依据与所述第一预设相电压间的相位差，分别计算三相电压中所述第一预设相电压除外的其余两相电压的相位。