CN108957154B - 一种电网相序识别的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电网相序识别的方法及其装置，其方法包括：采集三相电网下的各三相电压信号V_a、V_b、V_c；首先将各三相电压信号的相序标志设置为正序或者负序；根据所述两相静止坐标系的实时值V_α、V_β计算旋转矢量的模值M；将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d；基于模值M和分量V_d获取绝对判断值X；基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，所述三相电网的当前相序标志与设定的相序标志相一致，所述三相电网的当前相序标志为正序或负序。在本发明实施例中，整个计算模式比较简单，可以具体得出三相电网是处于正序、还是负序，还是存在异常行为，为后续的能量回馈作为判断依据。

Description

一种电网相序识别的方法及其装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种电网相序识别的方法及其装置。

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。

在三相交流电的应用领域，三相交流电的相序对三相用电设备的运行有重要的影响。例如在电梯能量回馈装置并网时，当能量回馈装置的输出和电网的相序不一致时，将引起很大的冲击电流，影响电网的稳定性，甚至损坏能量回馈装置的内部器件。由此有必要对三相电网的相序进行识别，实时调整能量回馈装置的并网策略，保证能量回馈装置的输出与电网的相序一致。

现有相序检测技术中，其整个实现过程需要复杂的正负序提取计算，其通过直接计算实际电网的正序分量和负序分量，通过计算出来的正负序分量的大小来判断电网是正序，还是负序，这个计算过程是比较复杂的。这些复杂的计算及判断方法需要占用大量的单片机运算资源，低廉的单片机无法满足要求。这将给一些成本较低的简易并网逆变器带来较大的成本压力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种电网相序识别的方法及其装置，其简单的设置相序标志，基于锁相环提取电网电压矢量在d轴上的分量，能快速实现。

为了解决上述问题，本发明提出了一种电网相序识别的方法，包括如下步骤：

采集三相电网下的各三相电压信号V_a、V_b、V_c；

首先将各三相电压信号的相序标志设置为正序或者负序，采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值V_α、V_β；

根据所述两相静止坐标系的实时值V_α、V_β计算旋转矢量的模值M，所述模值M计算公式为：

将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ，并基于旋转角θ对V_α、V_β进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d；

基于模值M和分量V_d获取绝对判断值X，所述绝对判断值X＝|M-V_d|；

基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，所述三相电网的当前相序标志与设定的相序标志相一致，所述三相电网的当前相序标志为正序或负序。

所述方法还包括：

若所述绝对判断值X不小于预设阈值时，重新将各三相电压信号的相序标志设定在负序或正序，并重新进行相序标志识别过程，若重新计算的绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，所述三相电网的当前相序标志与重新设定的相序标志一致，所述三相电网的当前相序标志为负序或正序，若重新计算的绝对判断值X不小于预设阈值时，则判断所述电网存在异常。

所述采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值V_α、V_β包括：

所述实时值V_α、V_β的计算公式如下：

其中：

其中u_a、u_b、u_c根据设定的相序标志及采集的电网电压来赋值，其中：

若在相序标志设置为正序时，则u_a＝V_a、u_b＝V_b、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为相电压，则u_a＝V_b、u_b＝V_a、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为线电压，则u_a＝-V_a、u_b＝-V_c、u_c＝-V_b。

所述基于旋转角θ对V_α、V_β进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d具体为：

V_d＝V_αcosθ+V_βsinθ。

所述基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功包括：

基于设定时长判断所述绝对判断值X与预设阈值的大小关系，所述绝对判断值X按照电压采集周期在基于所述设定时长上连续计算出的多次数值，若所述绝对判断值X的多次数值在超过所述设定时长持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功；或者

基于设定次数判断所述绝对判断值X与预设阈值的大小关系，所述绝对值判断X按照电压采集周期基于所述设定次数而连续计算出的多次数值，若按照预设次数而依次计算出的多次数值持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功。

所述将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ包括：

基于αβ坐标变换的锁相算法对实时值V_α、V_β进行锁相环处理。

所述方法之后还包括：

基于识别出的三相电网的当前相序状态调整PWM驱动信号，以调整能量回馈装置中的并网策略。

相应的，本实施例还提出了一种电网相序识别装置，所述装置包括：电压采集模块、相序识别模块和锁相环模块，其中：

电压采集模块，用于采集三相电网下的各三相电压信号V_a、V_b、V_c；

锁相环模块，用于将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ；

相序识别模块基于电压采集模块所采集到的V_a、V_b、V_c和锁相环模块所得到的电网电压矢量的旋转角θ执行如权利要求1至6任一项所述的相序识别过程。

相应的，本发明还提出了一种能量回馈装置，包括如权利要求8所述的电网相序识别装置，所述能量回馈装置还包括三相逆变桥电路，并网控制模块，所述相序识别装置将所识别出的当前相序状态输入至并网控制模块，所述并网控制模块基于所述当前相序状态产生PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给三相逆变桥电路，以驱动三相逆变桥电路工作。

所述并网控制模块在电网存在异常时，关闭所有PWM驱动信号；在当前相序状态为正序或负序时，产生PWM驱动信号发送至三相逆变桥电路，以驱动三相逆变桥电路工作。

在本发明实施例中，将采集到的三相电压信号先至于正序或者负序模式进行模值计算，且采用锁相环技术获取到电网电压矢量在d轴上的分量，若相序识别标志与实际电网相序一致，基于锁相环得到的旋转角θ即为电网电压的旋转角，因此应用旋转角θ计算得到的D轴分量与电网电压的模值相等，在相序一致的情况下，基于模值和分量V_d获取到的绝对判断值X理论上为0，因此设置相匹配的一个较小的阈值进行判断，若X小于该阈值，则当前设置的相序标志与实际的电网相序一致。若第一次计算的X值大于等于该阈值，则再重新设定相序标志，若重新设定的相序标志进行重新计算的情况下，其X小于该阈值，则重新设置的相序标志与实际的电网相序一致，若还存在计算出的X大于等于该阈值，则判定该三相电网存在异常。整个计算模式比较简单，若相序标识前提设置的好，在第一次就可以识别出相序状态，若设置的不好在第二次也可以进行相序状态的检测，这种两步设置相序标识的行为，可以具体得出三相电网是处于正序、还是负序，还是存在异常行为，为后续的能量回馈作为判断依据，实时调整能量回馈装置的并网策略，保证能量回馈装置的输出与电网的相序一致。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中的电网相序识别方法的流程图；

图2是本发明实施例中的能量回馈装置结构示意图；

图3是本发明实施例中的基于αβ坐标系变换的锁相控制原理图。

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作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。

本发明实施例所涉及的电网相序识别的方法，其采集三相电网下的各三相电压信号V_a、V_b、V_c；首先将各三相电压信号的相序标志设置为正序或者负序，采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值Vα、V_β；根据所述两相静止坐标系的实时值V_α、V_β计算旋转矢量的模值M，所述模值M计算公式为：

将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ，并基于旋转角θ对V_α、V_β进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d；基于模值M和分量V_d获取绝对判断值X，所述绝对判断值X＝|M-V_d|；基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，所述三相电网的当前相序标志与设定的相序标志相一致，所述三相电网的当前相序标志为正序或负序。

图1示出了本发明实施例中的电网相序识别方法的流程图，具体包括如下步骤：

S101、采集三相电网下的各三相电压信号；

即针对三相电网上采集三相电网下的各三相电压信号V_a、V_b、V_c；

S102、首先将各三相电压信号的相序标志设置为正序，采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值；

首先将各三相电压信号的相序标志设置为正序，采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值V_α、V_β；这里是给相序标志赋初始值，目的是在执行第二步时用来确定clark变换用的三相电压信号如何取值。一开始不知道是正序还是负序，所以先假定它是正序。系统执行完所有步骤后，才知道正确的相序标志。

本发明实施例中采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值V_α、V_β的计算公式如下：

其中：

其中u_a、u_b、u_c根据设定的相序标志及采集的电网电压来赋值，其中：

若在相序标志设置为正序时，则u_a＝V_a、u_b＝V_b、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为相电压，则u_a＝V_b、u_b＝V_a、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为线电压，则u_a＝-V_a、u_b＝-V_c、u_c＝-V_b。

由于首次设置过程中，设置相序标志为正序，本方法步骤中u_a＝V_a、u_b＝V_b、u_c＝V_c，以此内容代入公式中进行计算过程。

S103、根据所述两相静止坐标系的实时值、计算旋转矢量的模值M；

具体实施过程中，根据所述两相静止坐标系的实时值V_α、V_β计算旋转矢量的模值M，所述模值M计算公式为：

S104、将实时值进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角，并基于旋转角进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量；

具体实施过程中，将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ，并基于旋转角θ对V_α、V_β进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d，这里的V_d＝V_αcosθ+V_βsinθ，这里基于αβ坐标变换的锁相算法对实时值V_α、V_β进行锁相环处理。

S105、基于模值和分量获取绝对判断值；

基于模值M和分量V_d获取绝对判断值X，所述绝对判断值X＝|M-V_d|。

S106、绝对判断值是否小于预设阈值，若小于预设阈值则进入S107，否则继续S108；

具体实施过程中，基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，该三相电网的当前相序标志与设定的相序标志相一致，即三相电网的当前相序标志为负序。整个实施过程中，需要基于设定时长判断该绝对判断值X与预设阈值的大小关系，若该绝对判断值X在超过所述设定时长持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功。这里设定X值持续性小于预设阀值，是为了降低干扰，减少误差，增强判断的稳定性和可靠性。因为X的计算是周期性的比如每几十微秒计算一次；在机芯预设阈值判断时，连续多次计算X都小于设定阀值，才认为锁相成功。因此这里描述为持续时间超过设定时长。在本发明实施例中，本发明时间内的持续时间会存在多次采集各三相电压信号的过程，即按照预设的周期性对各三相电压信号进行采集，比如持续时间为1ms，其所采集的周期性为50us，在持续性时间为1ms内会存在20次的计算过程，即在20次的计算过程中都需要小于预设阈值情况，才能满足总体的判断条件。

具体实施过程中，可以基于设定时长判断绝对判断值X与预设阈值的大小关系，该绝对判断值X按照电压采集周期在基于所述设定时长上连续计算出的多次数值，若所述绝对判断值X的多次数值在超过所述设定时长持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功；也可以基于设定次数判断所述绝对判断值X与预设阈值的大小关系，所述绝对值判断X按照电压采集周期基于所述设定次数联系计算出的多次数值，若按照预设次数而依次计算出的多次数值持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功。即在具体实施过程中，采集三相电压过程是持续的周期性过程，比如所采集的周期性为30us，那么在第一次采集时，先进入正序求值过程，若第一次X值小于预设阈值，则下一次采集，也进入正序求职过程，直至整个X值小于预设阈值满足相应条件，这里的相应条件，一个是设定时长达到，即1ms的设定时长，那么在采集到34次时，所有计算出的X值都小于预设阈值，则该锁相成功；另一个是设定此处达到，即在采集达到33次时，所有计算出的X值都小于预设阈值，则该锁相成功，这里具体的设定时长、预设次数可以根据场景应用需求来完成，这里的设定时长至少保障有2个连续的X值计算出，预设次数至少保障2个连续的电压采集次数。若X值在设定时长或预设次数内存在大于预设阈值的情况，则需要重新设定相序标志进行计算过程。

具体实施过程中，这里的预设阈值依据具体应用的情况确定，比如在电网波动比较大的地方，该预设阀值可设置大一点，增加相序识别的稳定性。如果相序识别标志与实际电网相序一致，则锁相环得到的θ就是电网电压的旋转角，因此应用θ计算得到的d轴分量就等于电网电压的模值M。所以理想情况下计算得到的X应该等于0。因此这里设置一个较小的阀值用于判断，若X小于该阀值，则认为当前设定的相序标志与实际的电网相序一致。

首先假定相序标志为正序了，这里判断到X小于阀值，则说明相序标志与实际电网相序是一致的，所以电网相序也为正序。若这里X大于阀值，说明相序标志与电网相序不一致，也就是电网相序不是正序，因此把相序标志设置为负序，再执行一次相序识别过程。再次进行相序识别过程中若X小于阀值，则当前电网相序可以确认为负序，如果X还是大于预设阀值，则认为电网异常了。

S107、三相电网的当前相序标志与设定的相序标志相一致，该三相电网的当前相序标志为正序；

S108、将各三相电压信号的相序标志设置为负序，采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值；

在第一次将各三相电压信号的相序标志设置为正序之后，整个相序识别过程发现当前相序标志不能匹配到所设置的相序标志，需要将相序标志赋初始值进行改变，将初始赋值为正序的情况改为负序的情况重新计算过程。

本发明实施例中采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值V_α、V_β的计算公式如下：

其中：

其中u_a、u_b、u_c根据设定的相序标志及采集的电网电压来赋值，其中：

若在相序标志设置为正序时，则u_a＝V_a、u_b＝V_b、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为相电压，则u_a＝V_b、u_b＝V_a、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为线电压，则u_a＝-V_a、u_b＝-V_c、u_c＝-V_b。

这里第二次设置过程中，设置相序标志为负序，本方法步骤结合相序标志和电网电压的情况，以此内容代入公式中进行计算过程。

S109、根据所述两相静止坐标系的实时值、计算旋转矢量的模值M；

具体实施过程中，根据所述两相静止坐标系的实时值V_α、V_β计算旋转矢量的模值M，所述模值M计算公式为：

S110、将实时值进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角，并基于旋转角进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量；

具体实施过程中，将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ，并基于旋转角θ对V_α、V_β进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d，这里的V_d＝V_αcosθ+V_βsinθ，这里基于αβ坐标变换的锁相算法对实时值V_α、V_β进行锁相环处理，图3示出了本发明实施例中的基于αβ坐标系变换的锁相控制原理图，该基于αβ坐标变换的锁相算法包括步骤：

1)计算实际电网电压矢量的旋转角θ_f的正弦值和余弦值，计算公式：

2)计算虚拟角θ和实际电网电压矢量旋转角的误差θ_err，计算公式：θ_err＝sinθ_fcosθ-cosθ_fsinθ。

3)将θ_err送入一个PI控制器，经过PI调节后得到误差信号ω^*。

4)将ω^*加上额定的电网角频率2πf，得到实际的角频率ω＝2πf+ω^*。

5)最后经过一个积分环节得到虚拟角θ。即

T为从计算开始到当前时刻经过的总时间。

以上过程，虚拟角θ初始值为0；经过PI调节器的作用，最后使得θ＝θ_f。

基于该锁相环机制下，其可以适于三相电网平衡状态，也适于三相电网不平衡状态、或者电网谐波很大时，这种锁相环机制只是为了得到最终的电网电压矢量的旋转角θ，其只是作为一个参考对象而获取分量进行对比分析，其整个锁相环所得到的旋转角误差小，满足后续分析的准确率要求。

S111、基于模值和分量获取绝对判断值；

具体实施过程中，基于模值M和分量V_d获取绝对判断值X，所述绝对判断值X＝|M-V_d|。

S112、绝对判断值是否小于预设阈值，若绝对判断值小于预设阈值则进入S113，若绝对判断值不小于预设阈值则进入S114；

具体实施过程中，基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，该三相电网的当前相序标志与设定的相序标志相一致，即三相电网的当前相序标志为负序。整个实施过程中，需要基于设定时长判断该绝对判断值X与预设阈值的大小关系，若该绝对判断值X在超过所述设定时长持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功。这里设定X值持续性小于预设阀值，是为了降低干扰，减少误差，增强判断的稳定性和可靠性。因为X的计算是周期性的比如每几十微秒计算一次；在机芯预设阈值判断时，连续多次计算X都小于设定阀值，才认为锁相成功。因此这里描述为持续时间超过设定时长。在本发明实施例中，本发明时间内的持续时间会存在多次采集各三相电压信号的过程，即按照预设的周期性对各三相电压信号进行采集，比如持续时间为1ms，其所采集的周期性为50us，在持续性时间为1ms内会存在20次的计算过程，即在20次的计算过程中都需要小于预设阈值情况，才能满足总体的判断条件。

具体实施过程中，可以基于设定时长判断绝对判断值X与预设阈值的大小关系，该绝对判断值X按照电压采集周期在基于所述设定时长上连续计算出的多次数值，若所述绝对判断值X的多次数值在超过所述设定时长持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功；也可以基于设定次数判断所述绝对判断值X与预设阈值的大小关系，所述绝对值判断X按照电压采集周期基于所述设定次数联系计算出的多次数值，若按照预设次数而依次计算出的多次数值持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功。即在具体实施过程中，采集三相电压过程是持续的周期性过程，比如所采集的周期性为30us，那么在第一次采集时，先进入正序求值过程，若第一次X值小于预设阈值，则下一次采集，也进入正序求职过程，直至整个X值小于预设阈值满足相应条件，这里的相应条件，一个是设定时长达到，即1ms的设定时长，那么在采集到34次时，所有计算出的X值都小于预设阈值，则该锁相成功；另一个是设定此处达到，即在采集达到33次时，所有计算出的X值都小于预设阈值，则该锁相成功，这里具体的设定时长、预设次数可以根据场景应用需求来完成，这里的设定时长至少保障有2个连续的X值计算出，预设次数至少保障2个连续的电压采集次数。若X值在设定时长或预设次数内存在大于预设阈值的情况，则说明本次锁相环失败，三相电网存在异常情况。

具体实施过程中，这里的预设阈值依据具体应用的情况确定，比如在电网波动比较大的地方，该预设阀值可设置大一点，增加相序识别的稳定性。如果相序识别标志与实际电网相序一致，则锁相环得到的θ就是电网电压的旋转角，因此应用θ计算得到的d轴分量就等于电网电压的模值M。所以理想情况下计算得到的X应该等于0。因此这里设置一个较小的阀值用于判断，若X小于该阀值，则认为当前设定的相序标志与实际的电网相序一致。

首先假定相序标志为正序了，这里判断到X小于阀值，则说明相序标志与实际电网相序是一致的，所以电网相序也为正序。若这里X大于阀值，说明相序标志与电网相序不一致，也就是电网相序不是正序，因此把相序标志设置为负序，再执行一次相序识别过程。再次进行相序识别过程中若X小于阀值，则当前电网相序可以确认为负序，如果X还是大于预设阀值，则认为电网异常了。

S113、三相电网的当前相序标志与重新设定的相序标志相一致，该三相电网的当前相序标志为负序；

S114、三相电网存在异常。

需要说明的是，在基于识别出的三相电网的当前相序状态调整PWM驱动信号，以调整能量回馈装置中的并网策略，即将所识别出的当前相序状态输入至并网控制模块，所述并网控制模块基于所述当前相序状态产生PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给三相逆变桥电路，以驱动三相逆变桥电路工作。具体的，并网控制模块在电网存在异常时，关闭所有PWM驱动信号；在当前相序状态为正序或负序时，产生PWM驱动信号发送至三相逆变桥电路，以驱动三相逆变桥电路工作。即在判断出当前相序状体即S107步骤、S113步骤、S114步骤的情况下，可以将这些步骤所对应的相序状态发送至并网控制模块，由并网控制模块根据相序状态完成相应的并网控制过程。

基于图1所述的方法，其将采集到的三相电压信号先至于正序模式进行模值计算，且采用锁相环技术获取到电网电压矢量在d轴上的分量，若相序识别标志与实际电网相序一致，基于锁相环得到的旋转角θ即为电网电压的旋转角，因此应用旋转角θ计算得到的D轴分量与电网电压的模值相等，在相序一致的情况下，基于模值和分量V_d获取到的绝对判断值X理论上为0，因此设置相匹配的一个较小的阈值进行判断，若X小于该阈值，则当前设置的相序标志与实际的电网相序一致。若第一次计算的X值大于等于该阈值，则再重新设定相序标志，若重新设定的相序标志进行重新计算的情况下，其X小于该阈值，则重新设置的相序标志与实际的电网相序一致，若还存在计算出的X大于等于该阈值，则判定该三相电网存在异常。整个计算模式比较简单，若相序标识前提设置的好，在第一次就可以识别出相序状态，若设置的不好在第二次也可以进行相序状态的检测，这种两步设置相序标识的行为，可以具体得出三相电网是处于正序、还是负序，还是存在异常行为，为后续的能量回馈作为判断依据，实时调整能量回馈装置的并网策略，保证能量回馈装置的输出与电网的相序一致。在整个阈值判断的过程中，设定一个持续时长来进行阈值判断过程，即在这个持续时长内的多次采集过程都需要满足阈值判断的条件，才能认定整个锁相成功。本发明实施例通过定义相序标志，即先设定电网的相序标志为正序进行匹配计算过程，若匹配计算过程失败，再后设定电网的相序标志为负序进行匹配计算过程。如果两次匹配计算过程都失败，则说明整个电网存在异常，若第一次计算正确则说明初始设定的相序标志就是当前的电网相序标志，若第二次计算正确则说明再次设定的相序标志就是当前的电网相序标志。本发明实施例所采取的方法相对比技术中是直接计算实际电网的正序分量和负序分量来说整个计算过程简单可行，计算过程不复杂。

图1所示的方法，其在采集三相电网过程中，首先将相序标志设置为正序进行处理，具体实施过程中，也可以将相序标志设置为负序进行处理，不管是先将相序标志设置为正序，还是先将相序标志设置为负序，其整个实施例都可以参考图1所示的方法流程来完成，这里不再一一赘述。

具体的，图2还示出了本发明实施例的中的能量回馈装置结构示意图，包括三相逆变桥电路A1、电压采集模块A2、锁相环A3、相序识别模块A4、并网控制模块A5，其中三相逆变桥电路A1包括第一桥臂、第二桥臂及第三桥臂；电压采集模块A2采集三相电网电压，并送给锁相环A3即锁相环模块、相序识别模块A4及并网控制模块A5；锁相环A3根据输入的三相电网电压计算出电网电压矢量的旋转角，该旋转角会送入相序识别模块A4用于相序识别的计算；相序识别模块A4识别相序，并把识别结果送入并网控制模块A5，并网控制模块A5根据相序产生不同的PWM驱动信号，以驱动三相逆变桥电路。并网控制模块A5调整PWM驱动信号具体为：若电网异常，则关闭所有PWM驱动信号；若电网为正序，则三组PWM驱动信号依次送给三个逆变桥臂；若电网为负序，则把第一组PWM送给第二桥臂，第二组PWM送给第一桥臂，第三组PWM送给第三桥臂。

即本发明实施例所示的电网相序识别装置，包括：电压采集模块、相序识别模块和锁相环模块，其中：电压采集模块，用于采集三相电网下的各三相电压信号V_a、V_b、V_c；锁相环模块，用于将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ相序识别模块基于电压采集模块所采集到的V_a、V_b、V_c和锁相环模块所得到的电网电压矢量的旋转角θ执行相序识别过程。

整个相序识别模块的具体识别过程可以是，首先将各三相电压信号的相序标志设置为正序或者负序，采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值V_α、V_β；根据所述两相静止坐标系的实时值V_α、V_β计算旋转矢量的模值M，所述模值M计算公式为：

基于旋转角θ对V_α、V_β进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d；基于模值M和分量V_d获取绝对判断值X，所述绝对判断值X＝|M-V_d|；基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，所述三相电网的当前相序标志与设定的相序标志相一致，所述三相电网的当前相序标志为正序或负序。

该相序识别模块在所述绝对判断值X不小于预设阈值时，重新将各三相电压信号的相序标志设定在负序或正序，并重新进行相序标志识别过程，若重新计算的绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，所述三相电网的当前相序标志与重新设定的相序标志一致，所述三相电网的当前相序标志为负序或正序，若重新计算的绝对判断值X不小于预设阈值时，则判断所述电网存在异常。

具体实施过程中，该采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值V_α、V_β包括：

所述实时值V_α、V_β的计算公式如下：

其中：

其中u_a、u_b、u_c根据设定的相序标志及采集的电网电压来赋值，其中：

若在相序标志设置为正序时，则u_a＝V_a、u_b＝V_b、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为相电压，则u_a＝V_b、u_b＝V_a、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为线电压，则u_a＝-V_a、u_b＝-V_c、u_c＝-V_b。

这里的基于旋转角θ对V_α、V_β进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d具体为：

V_d＝V_αcosθ+V_βsinθ。

这里的基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功包括：基于设定时长判断所述绝对判断值X与预设阈值的大小关系，所述绝对判断值X按照电压采集周期在基于所述设定时长上连续计算出的多次数值，若所述绝对判断值X的多次数值在超过所述设定时长持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功；或者基于设定次数判断所述绝对判断值X与预设阈值的大小关系，所述绝对值判断X按照电压采集周期基于所述设定次数而连续计算出的多次数值，若按照预设次数而依次计算出的多次数值持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功。

这里的锁相环模块基于αβ坐标变换的锁相算法对实时值V_α、V_β进行锁相环处理。图3示出了本发明实施例中锁相环模块中基于αβ坐标系变换的锁相控制原理图，该基于αβ坐标变换的锁相算法包括步骤：

1)计算实际电网电压矢量的旋转角θ_f的正弦值和余弦值，计算公式：

2)计算虚拟角θ和实际电网电压矢量旋转角的误差θ_err，计算公式：θ_err＝sinθ_fcosθ-cosθ_fsinθ。

3)将θ_err送入一个PI控制器，经过PI调节后得到误差信号ω^*。

4)将ω^*加上额定的电网角频率2πf，得到实际的角频率ω＝2πf+ω^*。

5)最后经过一个积分环节得到虚拟角θ。即

T为从计算开始到当前时刻经过的总时间。

以上过程，虚拟角θ初始值为0；经过PI调节器的作用，最后使得θ＝θ_f。

基于该锁相环机制下，其可以适于三相电网平衡状态，也适于三相电网不平衡状态、或者电网谐波很大时，这种锁相环机制只是为了得到最终的电网电压矢量的旋转角θ，其只是作为一个参考对象而获取分量进行对比分析，其整个锁相环所得到的旋转角误差小，满足后续分析的准确率要求

本发明实施例所示的一种能量回馈装置，其包括了电网相序识别装置，所述能量回馈装置还包括三相逆变桥电路，并网控制模块，所述相序识别装置将所识别出的当前相序状态输入至并网控制模块，所述并网控制模块基于所述当前相序状态产生PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给三相逆变桥电路，以驱动三相逆变桥电路工作。所述并网控制模块在电网存在异常时，关闭所有PWM驱动信号；在当前相序状态为正序或负序时，产生PWM驱动信号发送至三相逆变桥电路，以驱动三相逆变桥电路工作。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本发明实施例所提供的电网相序识别的方法及其装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种电网相序识别的方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集三相电网下的各三相电压信号V_a、V_b、V_c；

首先将各三相电压信号的相序标志设置为正序或者负序，采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值V_α、V_β；

根据所述两相静止坐标系的实时值V_α、V_β计算旋转矢量的模值M，所述模值M计算公式为：

将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ，并基于旋转角θ对V_α、V_β进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d；

基于模值M和分量V_d获取绝对判断值X，所述绝对判断值X＝|M-V_d|；

基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，所述三相电网的当前相序标志与设定的相序标志相一致，所述三相电网的当前相序标志为正序或负序；

所述方法还包括：

若所述绝对判断值X不小于预设阈值时，重新将各三相电压信号的相序标志设定在负序或正序，并重新进行相序标志识别过程，若重新计算的绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功，所述三相电网的当前相序标志与重新设定的相序标志一致，所述三相电网的当前相序标志为负序或正序，若重新计算的绝对判断值X不小于预设阈值时，则判断所述电网存在异常。

2.如权利要求1所述的电网相序识别的方法，其特征在于，所述采用clark变换把三相电压信号转换为两相静止坐标系的实时值V_α、V_β包括：

所述实时值V_α、V_β的计算公式如下：

其中：

其中u_a、u_b、u_c根据设定的相序标志及采集的电网电压来赋值，其中：

若在相序标志设置为正序时，则u_a＝V_a、u_b＝V_b、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为相电压，则u_a＝V_b、u_b＝V_a、u_c＝V_c；

若在相序标志设置为负序时，且采集的电网电压为线电压，则u_a＝-V_a、u_b＝-V_c、u_c＝-V_b。

3.如权利要求1所述的电网相序识别的方法，其特征在于，所述基于旋转角θ对V_α、V_β进行Park变换，计算得到电网电压矢量在d轴上的分量V_d具体为：

V_d＝V_αcosθ+V_βsinθ。

4.如权利要求1所述的电网相序识别的方法，其特征在于，所述基于所述绝对判断值X与预设阈值进行比较，若所述绝对判断值X小于预设阈值，则判断所述锁相成功包括：

基于设定时长判断所述绝对判断值X与预设阈值的大小关系，所述绝对判断值X按照电压采集周期在基于所述设定时长上连续计算出的多次数值，若所述绝对判断值X的多次数值在超过所述设定时长持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功；或者

基于设定次数判断所述绝对判断值X与预设阈值的大小关系，所述绝对判断值 X按照电压采集周期基于所述设定次数而连续计算出的多次数值，若按照预设次数而依次计算出的多次数值持续小于预设阈值，则判断所述锁相成功。

5.如权利要求1所述的电网相序识别的方法，其特征在于，所述将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ包括：

基于αβ坐标变换的锁相算法对实时值V_α、V_β进行锁相环处理。

6.如权利要求1至5任一项所述的电网相序识别的方法，其特征在于，所述方法之后还包括：

基于识别出的三相电网的当前相序状态调整PWM驱动信号，以调整能量回馈装置中的并网策略。

7.一种电网相序识别装置，其特征在于，所述装置包括：电压采集模块、相序识别模块和锁相环模块，其中：

电压采集模块，用于采集三相电网下的各三相电压信号V_a、V_b、V_c；

锁相环模块，用于将实时值V_α、V_β进行锁相环处理，得到电网电压矢量的旋转角θ；

相序识别模块基于电压采集模块所采集到的V_a、V_b、V_c和锁相环模块所得到的电网电压矢量的旋转角θ执行如权利要求1至5任一项所述的相序识别过程。

8.一种能量回馈装置，其特征在于，包括如权利要求7所述的电网相序识别装置，所述能量回馈装置还包括三相逆变桥电路，并网控制模块，所述相序识别装置将所识别出的当前相序状态输入至并网控制模块，所述并网控制模块基于所述当前相序状态产生PWM驱动信号，并将所述PWM驱动信号发送给三相逆变桥电路，以驱动三相逆变桥电路工作。

9.如权利要求8所述的能量回馈装置，其特征在于，所述并网控制模块在电网存在异常时，关闭所有PWM驱动信号；在当前相序状态为正序或负序时，产生PWM驱动信号发送至三相逆变桥电路，以驱动三相逆变桥电路工作。

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