CN109444506B - 一种交流系统电压测量与计算方法 - Google Patents

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Abstract

一种交流系统电压测量与计算方法，包括以下步骤：利用单片机根据交流系统的交流电压频率，利用AD采样一个周波每一路的采集点的交流电压输入信号；根据采样得到的交流电压输入信号，利用FFT计算相应的采集点电压的各次谐波有效值及角度；根据采集点的各次谐波有效值及角度，通过欧姆定律计算出交流系统中每一路电压的各次谐波有效值及角度；根据每一路电压的各次谐波有效值及角度，通过余弦定理公式计算出交流系统每一路所需要的电压值及角度。本发明简化线路连接，测量方便，特别适应三相交流用电场合的测量仪表。

Description

一种交流系统电压测量与计算方法
技术领域
本发明属于测量交流配电系统领域，尤其涉及一种可广泛用于工业场合的交流系统电压测量与计算方法。
背景技术
电力系统仪表，即可以满足三相四线系统测量也满足三相三线系统，以及任意系统。现在电压测量电路绝大多数要不采用N线和测量电路直接相连，要不N线和火线采用差动输入，这两种方法都有自身缺点，N线和测量电路直接相连受环境影响特别大，需要加很多保护电路，N线和火线采用差动输入时，N线连接，火线不连接，造成测量电压值，给客户造成很大困惑。三相三线系统需要A、B、C任意一相和N短接(该N为仪表的输入端，即三相四线系统N线输入端)，给客户接线带来困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种交流系统电压测量与计算方法，测量方便，简化接线操作，降低测量难度。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种交流系统电压测量与计算方法，包括以下步骤：
利用单片机根据交流系统的交流电压频率，利用AD采样一个周波每一路的采集点的交流电压输入信号；
根据采样得到的交流电压输入信号，利用FFT计算相应的采集点电压的各次谐波有效值及角度；
根据采集点的各次谐波有效值及角度，通过欧姆定律计算出交流系统中每一路电压的各次谐波有效值及角度；
根据每一路电压的各次谐波有效值及角度，通过余弦定理公式计算出交流系统每一路所需要的电压值及角度。
所述交流系统为三相四线交流系统，该三相四线交流系统包括A火线、B火线、C火线和N零线，其中A火线串联连接有电阻R1和电阻R5，B火线串联连接有电阻R2和电阻R6，C火线串联连接有电阻R3和电阻R7，N零线串联连接有电阻R4和电阻R8，电阻R5、电阻R6和电阻R7并联连接后与电阻R8连接；
利用AD采集一个周波4路交流电压输入信号，其中A火线采集电阻R1和电阻R5间的电压Uan，B火线采集电阻R2和电阻R6间的电压Ubn，C火线采集电阻R3和电阻R7间的电压Ucn，零线采集电阻R4和电阻R8间的电压Un'n；
根据采样得到的各采集点的电压，利用FFT计算电压Uan、Ubn、Ucn、Un'n的各次谐波有效值及角度；
通过欧姆定律计算出各线路的电压有效值，A火线UAn、B火线UBn、C火线UCn、零线UNn的各次谐波有效值，UAn＝(Uan*R1)/R5，UBn＝(Ubn*R2)/R6,UCn＝(Ucn*R3)/R7,UNn＝(Un'n*R4)/R8；
根据各线路的电压有效值、角度通过余弦定理公式计算出三路火线需要的电压值及角度，A火线、B火线、C火线需要的电压值分别是UAN、UBN、UCN，UAN＝SQRT(UNn*UNn+UAn*UAn-2*UNn*UAn*cosφ1)，φ1＝UNn的角度-UAn的角度；UBN＝SQRT(UNn*UNn+UBn*UBn-2*UNn*UBn*cosφ2)，φ2＝UNn的角度-UBn的角度；UCN＝SQRT(UNn*UNn+UCn*UCn-2*UNn*UCn*cosφ3)，φ3＝UNn的角度-UCn的角度。
所述交流系统为三相三线交流系统，该三相三线交流系统包括A火线、B火线、C火线，其中A火线串联连接有电阻R1和电阻R5，B火线串联连接有电阻R2和电阻R6，C火线串联连接有电阻R3和电阻R7；
利用AD采集一个周波3路交流电压输入信号，其中A火线采集电阻R1和电阻R5间的电压Uan，B火线采集电阻R2和电阻R6间的电压Ubn，C火线采集电阻R3和电阻R7间的电压Ucn；
根据采样得到的各采集点的电压，利用FFT计算电压Uan、Ubn、Ucn的各次谐波有效值及角度；
通过欧姆定律计算出各线路的电压有效值，A火线UAn、B火线UBn、C火线UCn的各次谐波有效值，UAn＝(Uan*R1)/R5，UBn＝(Ubn*R2)/R6,UCn＝(Ucn*R3)/R7；
根据各线路的电压有效值、角度通过余弦定理公式计算出三路火线需要的电压值及角度，A火线、B火线、C火线需要的电压值分别是UAB、UBC、UCA，UAB＝SQRT(UAn*UAn+UBn*UBn-2*UAn*UBn*cosφ1)，φ1＝UAn的角度-UBn的角度；UBC＝SQRT(UBn*UBn+UCn*UCn-2*UBn*UCn*cosφ2)，φ2＝UBn的角度-UCn的角度；UCA＝SQRT(UCn*UCn+UAn*UAn-2*UCn*UAn*cosφ3)，φ3＝UCn的角度-UAn的角度。
本发明特别适应三相交流用电场合的测量仪表，简化了接线操作，测量电压稳定，测量难度较低，提高了测量效率。
附图说明
附图1为本发明三相四线交流系统的实施例一示意图；
附图2为实施例一的电压计算示意图；
附图3为本发明三相三线交流系统的实施例二示意图；
附图4为实施例二的电压计算示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例一
如附图1和2所示，一种交流系统电压测量与计算方法，该方法针对的是三相四线交流系统，该三相四线交流系统包括A火线、B火线、C火线和N零线，其中A火线串联连接有电阻R1和电阻R5，B火线串联连接有电阻R2和电阻R6，C火线串联连接有电阻R3和电阻R7，N零线串联连接有电阻R4和电阻R8，电阻R5、电阻R6和电阻R7并联连接后与电阻R8连接，4路线路都连接到一个参考点,该参考点的电压为Un。具体步骤如下：
S1，单片机MCU交流电压频率利用AD采集一个周波4路交流电压输入信号，其中A火线采集电阻R1和电阻R5间的电压Uan，B火线采集电阻R2和电阻R6间的电压Ubn，C火线采集电阻R3和电阻R7间的电压Ucn，零线采集电阻R4和电阻R8间的电压Un'n。
S2，根据采样得到的各采集点的电压，利用FFT计算电压Uan、Ubn、Ucn、Un'n的各次谐波有效值及角度。
S3，通过欧姆定律计算出各线路的电压有效值，A火线UAn、B火线UBn、C火线UCn、零线UNn的各次谐波有效值，UAn＝(Uan*R1)/R5，UBn＝(Ubn*R2)/R6,UCn＝(Ucn*R3)/R7,UNn＝(Un'n*R4)/R8。从而得到各线路至参考点间的电压。
S5，根据各线路的电压有效值、角度通过余弦定理公式计算出三路火线需要的电压值及角度，A火线、B火线、C火线需要的电压值分别是UAN、UBN、UCN，UAN＝SQRT(UNn*UNn+UAn*UAn-2*UNn*UAn*cosφ1)，φ1＝UNn的角度-UAn的角度；UBN＝SQRT(UNn*UNn+UBn*UBn-2*UNn*UBn*cosφ2)，φ2＝UNn的角度-UBn的角度；UCN＝SQRT(UNn*UNn+UCn*UCn-2*UNn*UCn*cosφ3)，φ3＝UNn的角度-UCn的角度。计算得到每路线路所需要的电压值后，即可得到相应的频率，然后可再改变频率，再次按照上述步骤测量4路电压输入信号。
通过以上测量方式，不需要将N零线直接与测量电路连接，接线更加方便。
实施例二
如附图3和4所示，一种交流系统电压测量与计算方法，针对的交流系统为三相三线交流系统，该三相三线交流系统包括A火线、B火线、C火线，其中A火线串联连接有电阻R1和电阻R5，B火线串联连接有电阻R2和电阻R6，C火线串联连接有电阻R3和电阻R。
S1，利用AD采集一个周波3路交流电压输入信号，其中A火线采集电阻R1和电阻R5间的电压Uan，B火线采集电阻R2和电阻R6间的电压Ubn，C火线采集电阻R3和电阻R7间的电压Ucn。
S2，根据采样得到的各采集点的电压，利用FFT计算电压Uan、Ubn、Ucn的各次谐波有效值及角度。
S3,通过欧姆定律计算出各线路的电压有效值，A火线UAn、B火线UBn、C火线UCn的各次谐波有效值，UAn＝(Uan*R1)/R5，UBn＝(Ubn*R2)/R6,UCn＝(Ucn*R3)/R7。
S4，根据各线路的电压有效值、角度通过余弦定理公式计算出三路火线需要的电压值及角度，A火线、B火线、C火线需要的电压值分别是UAB、UBC、UCA，UAB＝SQRT(UAn*UAn+UBn*UBn-2*UAn*UBn*cosφ1)，φ1＝UAn的角度-UBn的角度；UBC＝SQRT(UBn*UBn+UCn*UCn-2*UBn*UCn*cosφ2)，φ2＝UBn的角度-UCn的角度；UCA＝SQRT(UCn*UCn+UAn*UAn-2*UCn*UAn*cosφ3)，φ3＝UCn的角度-UAn的角度。
三相三线系统采用该方式并不需要火线A、B、C任意一相和N短接，只需要接入A、B、C就可以，极大简化接线以及接线更合理。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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 (3)

1.一种交流系统电压测量与计算方法，包括以下步骤：
利用单片机根据交流系统的交流电压频率，利用AD采样一个周波每一路的采集点的交流电压输入信号；
根据采样得到的交流电压输入信号，利用FFT计算相应的采集点电压的各次谐波有效值及角度；
根据采集点的各次谐波有效值及角度，通过欧姆定律计算出交流系统中每一路电压的各次谐波有效值及角度；
根据每一路电压的各次谐波有效值及角度，通过余弦定理公式计算出交流系统每一路所需要的电压值及角度。
2.根据权利要求1所述的交流系统电压测量与计算方法，其特征在于，所述交流系统为三相四线交流系统，该三相四线交流系统包括A火线、B火线、C火线和N零线，其中A火线串联连接有电阻R1和电阻R5，B火线串联连接有电阻R2和电阻R6，C火线串联连接有电阻R3和电阻R7，N零线串联连接有电阻R4和电阻R8，电阻R5、电阻R6和电阻R7并联连接后与电阻R8连接；
利用AD采集一个周波4路交流电压输入信号，其中A火线采集电阻R1和电阻R5间的电压Uan，B火线采集电阻R2和电阻R6间的电压Ubn，C火线采集电阻R3和电阻R7间的电压Ucn，零线采集电阻R4和电阻R8间的电压Un'n；
根据采样得到的各采集点的电压，利用FFT计算电压Uan、Ubn、Ucn、Un'n的各次谐波有效值及角度；
通过欧姆定律计算出各线路的电压有效值，A火线UAn、B火线UBn、C火线UCn、零线UNn的各次谐波有效值，UAn＝(Uan*R1)/R5，UBn＝(Ubn*R2)/R6,UCn＝(Ucn*R3)/R7,UNn＝(Un'n*R4)/R8；
根据各线路的电压有效值、角度通过余弦定理公式计算出三路火线需要的电压值及角度，A火线、B火线、C火线需要的电压值分别是UAN、UBN、UCN，UAN＝SQRT(UNn*UNn+UAn*UAn-2*UNn*UAn*cosφ1)，φ1＝UNn的角度-UAn的角度；UBN＝SQRT(UNn*UNn+UBn*UBn-2*UNn*UBn*cosφ2)，φ2＝UNn的角度-UBn的角度；UCN＝SQRT(UNn*UNn+UCn*UCn-2*UNn*UCn*cosφ3)，φ3＝UNn的角度-UCn的角度。
3.根据权利要求1所述的交流系统电压测量与计算方法，其特征在于，所述交流系统为三相三线交流系统，该三相三线交流系统包括A火线、B火线、C火线，其中A火线串联连接有电阻R1和电阻R5，B火线串联连接有电阻R2和电阻R6，C火线串联连接有电阻R3和电阻R7；
利用AD采集一个周波3路交流电压输入信号，其中A火线采集电阻R1和电阻R5间的电压Uan，B火线采集电阻R2和电阻R6间的电压Ubn，C火线采集电阻R3和电阻R7间的电压Ucn；
根据采样得到的各采集点的电压，利用FFT计算电压Uan、Ubn、Ucn的各次谐波有效值及角度；
通过欧姆定律计算出各线路的电压有效值，A火线UAn、B火线UBn、C火线UCn的各次谐波有效值，UAn＝(Uan*R1)/R5，UBn＝(Ubn*R2)/R6,UCn＝(Ucn*R3)/R7；
根据各线路的电压有效值、角度通过余弦定理公式计算出三路火线需要的电压值及角度，A火线、B火线、C火线需要的电压值分别是UAB、UBC、UCA，UAB＝SQRT(UAn*UAn+UBn*UBn-2*UAn*UBn*cosφ1)，φ1＝UAn的角度-UBn的角度；UBC＝SQRT(UBn*UBn+UCn*UCn-2*UBn*UCn*cosφ2)，φ2＝UBn的角度-UCn的角度；UCA＝SQRT(UCn*UCn+UAn*UAn-2*UCn*UAn*cosφ3)，φ3＝UCn的角度-UAn的角度。
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