CN106597092A - 一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，包括构建虚拟的离散正弦信号；采样获得三相交流电压采样值序列，并且记录相应的参考角度；基于3S/2R变换获得电压的瞬时D，Q值；构建反馈函数，使得Q目标为0，将角度修正值映射到计算机定时中断点，求得修正过后角度所处定时中断数以及精确时间在两次中断间的相对位置；将运算结果映射到虚拟正弦信号中，获得锁相角度；对该角度做相位补偿；记录运算结果产生的过零点的整数部分和小数部分，更新频率运算计数器，直到下一个过零点产生，求出两次过零点之间的整数部分差和小数部分差，再与定时中断周期相乘，获取准确的频率。本发明的适用范围广，计算结果准确，计算速度快。

Description

一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法
技术领域
本发明公开了一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，涉及三相交流电压锁相和频率获取技术领域，更具体的，涉及一种高精度定点计算机适用的快速锁相和频率获取方法。
背景技术
现有交流锁相测频方法通常包括以下几种：
1、硬件锁相环测频电路方法，该方法受限于硬件设计能力，往往需要高衰减值的低通滤波的外电路，还需要高要求的电源回路，对电路设计要求较高，且增加成本。
2、傅立叶分解法，基于离散傅立叶分解算法可以获得相位和频率结果，但是离散傅立叶分解需要大量运算，普通廉价定点单片机/DSP难以实现快速运算，故有很大局限性。
3、软件过零点检测，电路简单算法简单，但是遇到搞干扰时，过零点极易受到扰动，实际应用中很难广泛适用。
现有技术中缺少一种针对高精度定点计算机的快速锁相和频率获取方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，通过模拟通道的电压采集和软件中的虚拟正弦波的配合使用，能够快速计算出被测电压信号的相位与频率参数。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，利用通道采样模拟量获取三相交流电压值，进而获取锁相角度和频率，具体步骤包括，
步骤一、建立虚拟的50Hz正弦和余弦信号，将上述信号离散在以定时中断周期为基准的常数数组中；
步骤二、建立实际电压在虚拟正弦和余弦信号中的映射关系，获取当前采样点在虚拟三角函数中的对应的N值，在连续两个采样N和N+1中的相对位置M，利用N和M计算出精确的该时刻处的正弦和余弦值，完成锁相；
步骤三、对电压通道进行采样，获取实时采样值，计算出该时刻的3S/2R变换，求得电压的瞬时有功分量D和无功分量Q；
步骤四、将步骤三的运算结果映射到虚拟正弦信号中，获得锁相角度；对该角度做相位补偿，补偿因采样和运算产生的固定延时；
步骤五：记录运算结果产生的过零点的整数部分和小数部分，更新频率运算计数器，直到下一个过零点产生，求出两次过零点之间的整数部分差和小数部分差，再与定时中断周期相乘，获取准确的频率。
作为本发明的进一步优选方案，步骤一中，将所述虚拟的50Hz正弦和余弦信号离散为2n个元素的数组，sin[2n]和cos[2n]。
作为本发明的进一步优选方案，步骤二中，正弦值的计算方法为：
sin＝sin[N]+((sin[N+1]-sin[N])×M/X)；
余弦值计算方法为：
cos＝cos[N]+((cos[N+1]-cos[N])×M/X)；
其中，X为自设的2Π所分的点数，取3.14的整数倍。
作为本发明的进一步优选方案，步骤三中，对于采样值不考虑噪音，不进行滤波，达到最快采样效果。
作为本发明的进一步优选方案，所述2n的取值为128。
作为本发明的进一步优选方案，所述步骤四包括，将经过步骤三得到的有功电流D和无功电流Q的值送入软件控制器，以Q＝0为目标，计算出该次采样后相角变化的修正值，即N和M。
作为本发明的进一步优选方案，所述步骤五包括，当N值超过设定的阈值时，判定出现过零点，过零点出现时更新计数器CNT＝0，并且记录M值，等待下一个周期出现过零点时取计数器CNT值作为整数，ΔM作为小数，以定时器中断周期T为时基，计算出交流电周期，ΔM为M值的变化量。其中，所述设定的阈值为2n，当N值大于等于2n时，将N对2n取模，并将该点视为过零点，同时启动计数器CNT计数，记录M值，在下次过零点来临时计算交流电频率。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明的适用范围广，基于最广泛使用的定点单片机的电压测频锁相的综合方法；计算结果准确，计算速度快。
附图说明
图1是本发明中，所述软件控制器的结构示意图；
图2是本发明中，下一次过零点来临时计算交流电频率的步骤示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，利用通道采样模拟量获取三相交流电压值，进而获取锁相角度和频率，具体步骤包括，
步骤一、建立虚拟的50Hz正弦和余弦信号，将上述信号离散在以定时中断周期为基准的常数数组中；
步骤二、建立实际电压在虚拟正弦和余弦信号中的映射关系，获取当前采样点在虚拟三角函数中的对应的N值，在连续两个采样N和N+1中的相对位置M，利用N和M计算出精确的该时刻处的正弦和余弦值，完成锁相；
步骤三、对电压通道进行采样，获取实时采样值，计算出该时刻的3S/2R变换，求得电压的瞬时有功分量D和无功分量Q；
步骤四、将步骤三的运算结果映射到虚拟正弦信号中，获得锁相角度；对该角度做相位补偿，补偿因采样和运算产生的固定延时；
步骤五：记录运算结果产生的过零点的整数部分和小数部分，更新频率运算计数器，直到下一个过零点产生，求出两次过零点之间的整数部分差和小数部分差，再与定时中断周期相乘，获取准确的频率。
作为本发明的进一步优选方案，步骤一中，将所述虚拟的50Hz正弦和余弦信号离散为2n个元素的数组，sin[2n]和cos[2n]。
作为本发明的进一步优选方案，步骤二中，正弦值的计算方法为：
sin＝sin[N]+((sin[N+1]-sin[N])×M/X)；
余弦值计算方法为：
cos＝cos[N]+((cos[N+1]-cos[N])×M/X)；
其中，X为自设的2Π所分的点数，取3.14的整数倍。
作为本发明的进一步优选方案，步骤三中，对于采样值不考虑噪音，不进行滤波，达到最快采样效果。
作为本发明的进一步优选方案，所述步骤四包括，将经过步骤三得到的有功电流D和无功电流Q的值送入软件控制器，以Q＝0为目标，计算出该次采样后相角变化的修正值，即N和M。所述软件控制器的结构示意图如图1所示，在这一具体实施例中，所述2n的取值为128。
作为本发明的进一步优选方案，所述步骤五包括，当N值超过设定的阈值时，判定出现过零点，过零点出现时更新计数器CNT＝0，并且记录M值，等待下一个周期出现过零点时取计数器CNT值作为整数，ΔM作为小数，以定时器中断周期T为时基，计算出交流电周期，ΔM为M值的变化量。其中，所述设定的阈值为2n，当N值大于等于2n时，将N对2n取模，并将该点视为过零点，同时启动计数器CNT计数，记录M值，在下次过零点来临时计算交流电频率。下一次过零点来临时计算交流电频率的步骤示意图如图2所示。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，其特征在于：利用通道采样模拟量获取三相交流电压值，进而获取锁相角度和频率，具体步骤包括，
步骤一、建立虚拟的50Hz正弦和余弦信号，将上述信号离散在以定时中断周期为基准的常数数组中；
步骤二、建立实际电压在虚拟正弦和余弦信号中的映射关系，获取当前采样点在虚拟三角函数中的对应的N值，在连续两个采样N和N+1中的相对位置M，利用N和M计算出精确的该时刻处的正弦和余弦值，完成锁相；
步骤三、对电压通道进行采样，获取实时采样值，计算出该时刻的3S/2R变换，求得电压的瞬时有功分量D和无功分量Q；
步骤四、将步骤三的运算结果映射到虚拟正弦信号中，获得锁相角度；对该角度做相位补偿，补偿因采样和运算产生的固定延时；
步骤五：记录运算结果产生的过零点的整数部分和小数部分，更新频率运算计数器，直到下一个过零点产生，求出两次过零点之间的整数部分差和小数部分差，再与定时中断周期相乘，获取准确的频率。
2.如权利要求1所述的一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，其特征在于：步骤一中，将所述虚拟的50Hz正弦和余弦信号离散为2n个元素的数组，得到sin[2n]和cos[2n]。
3.如权利要求1所述的一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，其特征在于：步骤二中，正弦值的计算方法为：
sin＝sin[N]+((sin[N+1]-sin[N])×M/X)；
余弦值计算方法为：
cos＝cos[N]+((cos[N+1]-cos[N])×M/X)；
其中，X为自设的2Π所分的点数，取3.14的整数倍。
4.如权利要求1所述的一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，其特征在于：步骤三中，对于采样值不考虑噪音，不进行滤波，达到最快采样效果。
5.如权利要求1或2所述的一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，其特征在于：所述2n的取值为128。
6.如权利要求1所述的一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，其特征在于：所述步骤四包括，将经过步骤三得到的电压的有功分量D和无功分量Q的值送入软件控制器，以Q＝0为目标，计算出该次采样后相角变化的修正值，整数部分N和小数部分M。
7.如权利要求5所述的一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，其特征在于：所述步骤五包括，当N值超过设定的阈值时，判定出现过零点，过零点出现时更新计数器CNT＝0，并且记录M值，等待下一个周期出现过零点时取计数器CNT值作为整数，ΔM作为小数，以定时器中断周期T为时基，计算出交流电周期，ΔM为M值的变化量。
8.如权利要求6所述的一种高精度抗干扰定点计算机三相电压测频锁相算法，其特征在于：步骤五中，所述设定的阈值为2n，当N值大于等于2n时，将N对2n取模，并将该点视为过零点，同时启动计数器CNT计数，记录M值，在下次过零点来临时计算交流电频率。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111030681A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 先控捷联电气股份有限公司 一种数字锁相方法及装置
CN111257627A (zh) * 2020-03-04 2020-06-09 南京保合太和电力科技有限公司 一种基于三相电压实现的软件测频方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1190293A1 (ru) * 1974-03-13 1985-11-07 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Фазометр
JPS6488164A (en) * 1987-09-30 1989-04-03 Hitachi Ltd Frequency detecting device
JPH09196976A (ja) * 1996-01-19 1997-07-31 Meidensha Corp 周波数検出方法
CN102832931A (zh) * 2012-09-18 2012-12-19 浙江昱能光伏科技集成有限公司 基于不完整周期电网电压信号的鉴相方法、装置及锁相环
CN103185837A (zh) * 2013-03-25 2013-07-03 华中科技大学 一种电力系统频率测量的方法
KR20140017057A (ko) * 2012-07-30 2014-02-11 한국전기연구원 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법 및 시스템
CN104090151A (zh) * 2014-04-14 2014-10-08 西安工程大学 交流电网电压信号过零点精确检测方法
CN104237633A (zh) * 2014-09-05 2014-12-24 许继集团有限公司 一种频率快速测量方法
CN104821591A (zh) * 2015-05-14 2015-08-05 东方日立(成都)电控设备有限公司 基于静止型动态无功调节装置的功率因数补偿控制方法
CN104899398A (zh) * 2015-06-23 2015-09-09 广州供电局有限公司 硬件在环仿真系统中信号延时补偿方法与系统
CN105548699A (zh) * 2015-12-04 2016-05-04 广东电网有限责任公司电力科学研究院 获取电力信号的提高频率基准正弦函数序列的方法和系统

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1190293A1 (ru) * 1974-03-13 1985-11-07 Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола Фазометр
JPS6488164A (en) * 1987-09-30 1989-04-03 Hitachi Ltd Frequency detecting device
JPH09196976A (ja) * 1996-01-19 1997-07-31 Meidensha Corp 周波数検出方法
KR20140017057A (ko) * 2012-07-30 2014-02-11 한국전기연구원 전력계통의 상태에 따른 적응형 위상추종 방법 및 시스템
CN102832931A (zh) * 2012-09-18 2012-12-19 浙江昱能光伏科技集成有限公司 基于不完整周期电网电压信号的鉴相方法、装置及锁相环
CN103185837A (zh) * 2013-03-25 2013-07-03 华中科技大学 一种电力系统频率测量的方法
CN104090151A (zh) * 2014-04-14 2014-10-08 西安工程大学 交流电网电压信号过零点精确检测方法
CN104237633A (zh) * 2014-09-05 2014-12-24 许继集团有限公司 一种频率快速测量方法
CN104821591A (zh) * 2015-05-14 2015-08-05 东方日立(成都)电控设备有限公司 基于静止型动态无功调节装置的功率因数补偿控制方法
CN104899398A (zh) * 2015-06-23 2015-09-09 广州供电局有限公司 硬件在环仿真系统中信号延时补偿方法与系统
CN105548699A (zh) * 2015-12-04 2016-05-04 广东电网有限责任公司电力科学研究院 获取电力信号的提高频率基准正弦函数序列的方法和系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘晖等: "基于数字锁相技术的交流采样及其信号处理", 《研究与开发》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111030681A (zh) * 2019-12-31 2020-04-17 先控捷联电气股份有限公司 一种数字锁相方法及装置
CN111030681B (zh) * 2019-12-31 2022-12-27 先控捷联电气股份有限公司 一种数字锁相方法及装置
CN111257627A (zh) * 2020-03-04 2020-06-09 南京保合太和电力科技有限公司 一种基于三相电压实现的软件测频方法

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