CN111398653B - 一种三相交流电幅值波动分析方法及系统 - Google Patents

一种三相交流电幅值波动分析方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种三相交流电幅值波动分析方法，其包括：步骤一、获取待分析三相交流电的各相电信号；步骤二、根据各相信号确定待分析三相交流电的等效直流信号；步骤三、根据等效直流信号确定待分析三相交流电的幅值波动状态。本方法通过对三相交流电的等效直流电进行分析来实现对三相交流电幅值波动的分析，与现有技术中利用闪变仪模拟灯眼脑的测量方法相比，本方法更能够真实反映出变流器输出的瞬时变化。

Description

一种三相交流电幅值波动分析方法及系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，涉及一种三相交流电幅值波动分析方法及系统。
背景技术
变流器受到电源或负载波动影响，其输出电压会对应产生波动和触发调节过程。直流电压可通过测量超调量和调节时间来评估变流器性能，但由于交流电压瞬时值呈现周期性变化，所以长时间以来交流电压无对应测量方式来评估变流器性能。
IEC推荐测量交流电压幅值波动的仪器为闪变仪，但闪变的定义为人对灯光亮度变化的不适感，在测量中使用滤波器进行模拟人眼对灯光的选择，并对瞬时闪变值进行加权修正。闪变仪所得到的最终结果以统计数据的方式呈现，无法真实反映出变流器输出的瞬时变化，难以用来评估变流器的瞬时特性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种三相交流电幅值波动分析方法，所述方法包括：
步骤一、获取待分析三相交流电的各相电信号；
步骤二、根据所述各相电信号确定所述待分析三相交流电的等效直流信号；
步骤三、根据所述等效直流信号确定所述待分析三相交流电的幅值波动状态。
根据本发明的一个实施例，所述各相电信号包括各相电压信号和/或各相电流信号。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤一中，
直接测量所述待分析三相交流电的各相电信号；或，
直接测量所述待分析三相交流电的任意两相电信号，并根据所述任意两相电信号确定第三相电信号。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，根据如下表达式确定所述等效直流信号：
Figure BDA0001933970190000021
其中，Pd表示等效直流信号，Pa、Pb和Pc分别表示待分析三相交流电的a相、b相和c相电信号。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，
基于3/2坐标系转换，根据待分析三相交流电的各相电信号得到α-β坐标系下对应的两相电信号；
根据α-β坐标系下的两相电信号确定所述等效直流信号。
根据本发明的一个实施例，根据如下表达式确定所述等效直流信号：
Figure BDA0001933970190000022
其中，Pd表示等效直流信号，Pα和Pβ分别表示待分析三相交流电的α相和β相电信号。
本发明还提供了一种三相交流电幅值测量系统，所述系统包括：
电信号采集装置，其用于检测待分析三相交流电的各相电信号；
等效直流信号转换装置，其与所述电信号采集装置连接，用于根据所述各相电信号确定所述待分析三相交流电的等效直流信号；
幅值波动状态确定装置，其与所述等效直流信号转换装置连接，用于根据所述等效直流信号确定所述待分析三相交流电的幅值波动状态。
根据本发明的一个实施例，所述各相电信号包括各相电压信号和/或各相电流信号，所述电信号采集装置对应地包括电压检测装置和/或电流采集装置。
根据本发明的一个实施例，所述电信号采集装置配置为直接测量所述待分析三相交流电的各相电信号，或，直接测量所述待分析三相交流电的任意两相电信号，并根据所述任意两相电信号确定第三相电信号。
根据本发明的一个实施例，所述等效直流信号转换装置配置为根据如下表达式确定所述等效直流信号：
Figure BDA0001933970190000023
其中，Pd表示等效直流信号，Pa、Pb和Pc分别表示待分析三相交流电的a相、b相和c相电信号。
根据本发明的一个实施例，所述等效直流信号转换装置配置为：
基于3/2坐标系转换，根据待分析三相交流电的各相电信号得到α-β坐标系下对应的两相电信号；
根据α-β坐标系下的两相电信号确定所述等效直流信号。
根据本发明的一个实施例，所述等效直流信号转换装置配置为根据如下表达式确定所述等效直流信号：
Figure BDA0001933970190000031
其中，Pd表示等效直流信号，Pα和Pβ分别表示待分析三相交流电的α相和β相电信号。
本发明所提供的三相交流电幅值波动分析方法及系统通过对三相交流电的等效直流电进行分析来实现对三相交流电幅值波动的分析。与现有技术中利用闪变仪模拟灯眼脑的测量方法相比，本方法以及系统则采用求取三相交流电的等效直流电的方式，其更能够真实反映出变流器输出的瞬时变化。
同时，通过利用等效交流电的方式来对三相交流电的幅值波动进行分析，本方法以及系统可以保持等效直流波形采样率保持不变，相较于瞬时闪变值(半周期10ms一个数值)，其更能呈现瞬时变化。此外，本方法以及系统还能够完美替代快速更新RMS值方法来监测电压暂将等电压事件。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
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的附图做简单的介绍：
图1是根据本发明一个实施例的三相交流电幅值波动分析方法的实现流程示意图；
图2是根据本发明一个实施例的确定等效直流信号的实现流程示意图；
图3是根据本发明一个实施例的三相交流电幅值波动分析系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
为了能够真实反映出便利器输出的瞬时变化，本发明提供了一种三相交流电幅值波动分析方法以及系统，该方法以及系统利用变流器所输出的三相交流电，采用同时测量三相电压或电流并通过数据计算的方式得到其对应的等效直流电，以此满足瞬态测量的要求。
图1示出了本实施例所通过的三相交流电幅值波动分析方法的实现流程示意图。
如图1所示，本实施例所提供的三相交流电幅值波动分析方法首先会在步骤S101中获取待分析三相交流电的各相电信号。需要指出的是，针对不同的测量需求，本方法在步骤S101中所获取到的电信号可以为不同形式的信号，本发明不限于此。例如，当需要对三相交流电的电压幅值波动进行分析时，该方法在步骤S101中所获取到的电信号即为待分析三相交流电的各相电压信号；而当需要对三相交流电的电流幅值波动进行分析时，那么该方法在步骤S101中所获取到的电信号即为待分析交流电的各相电流信号。
在获取待分析三相交流电的各相电信号的过程中，本实施例中，该方法优选地通过对三相交流电的各相电信号进行直接测量的方式来获取各相电信号(例如待分析三相交流电的a相、b相和c相电压信号和/或电流信号)。
当然，在本发明的其他实施例中，该方法还可以采用其他合理方式来获取待分析三相交流电的各相电信号，本发明不限于此。
例如，在本发明的一个实施例中，该方法可以首先直接测量得到待分析三相交流电的任意两相电信号，再根据所测量得到的上述任意两相电信号来计算得到第三相电信号。
如图1所示，在得到待分析三相交流电的各相电信号后，该方法会在步骤S102中根据上述各相信号来确定待分析三相交流电的等效直流信号。
本实施例中，基于所得到的待分析三相交流电的各相电信号(即a相电信号Pa、b相电信号Pb以及c相电信号Pc)，该方法优选地根据如下表达式来确定待分析三相交流电的等效直流信号：
Figure BDA0001933970190000051
其中，Pd表示等效直流信号。
例如，当需要对三相交流电的电压幅值波动进行分析时，上述表达式(1)则对应地可以变化为：
Figure BDA0001933970190000052
其中，Ud表示等效电压幅值，Ua、Ub和Ub分别表示三相坐标系下a相、b相和c相电压幅值。
当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，该方法还可以采用其他合理方式来确定待分析三相交流电的等效直流信号，本发明不限于此。例如，在本发明的一个实施例中，如图2所示，该方法还可以先在步骤S201中基于3/2坐标系转换，来根据待分析三相交流电的各相电信号得到α-β坐标系下对应的两相电信号，随后再在步骤S202中根据α-β坐标系下的两相电信号确定上述等效直流信号。
具体地，该方法可以根据如下表达式来对三相交流电进行3/2坐标系转换，从而得到两相静止坐标系(即α-β坐标系)下对应的两相电信号：
Figure BDA0001933970190000053
Figure BDA0001933970190000054
其中，N2表示两相绕组的匝数，N3表示三相绕组的匝数，Pα和Pβ表示α-β坐标系的两相电信号。
例如，当需要对三相交流电的电压幅值波动进行分析时，上述表达式(3)和表达式(4)则对应地可以变化为：
Figure BDA0001933970190000061
Figure BDA0001933970190000062
其中，Uα和Uβ表示α-β坐标系的两相电压幅值。
在得到α-β坐标系下的两相电信号后，该方法在步骤S202中优选地可以根据如下表达式来确定等效直流信号：
Figure BDA0001933970190000063
例如，当需要对三相交流电的电压幅值波动进行分析时，上述表达式(7)则可以变化为：
Figure BDA0001933970190000064
如图1所示，本实施例中，在得到等效直流信号后，该方法也就可以在步骤S103中来确定根据上述等效直流信号确定待分析三相交流电的幅值波动状态。即，所得到的等效直流信号的幅值变化能够表征同一时刻待分析三相甲流点的幅值波动状态。
图3示出了本实施例所提供的三相交流电幅值波动分析系统的结构示意图。
如图3所示，本实施例所提供的三相交流电幅值波动分析系统优选地包括：电信号采集装置301、等效直流信号转换装置302以及幅值波动状态确定装置303。其中，电信号采集装置301用于检测待分析三相交流电的各相电信号。
需要指出的是，针对不同的测量需求，电信号采集装置301所获取到的电信号可以为不同形式的信号，本发明不限于此。例如，当需要对三相交流电的电压幅值波动进行分析时，电信号采集装置301则可以包括电压传感器及其相关电路，以获取待分析三相交流电的各相电压信号；而当需要对三相交流电的电流幅值波动进行分析时，那么电信号采集装置301则可以相应地包括电流传感器及其相关电路，以获取待分析交流电的各相电流信号。
在获取待分析三相交流电的各相电信号的过程中，本实施例中，电信号采集装置301优选地通过对三相交流电的各相电信号进行直接测量的方式来获取各相电信号(例如待分析三相交流电的a相、b相和c相电压信号和/或电流信号)。
当然，在本发明的其他实施例中，该方法还可以采用其他合理方式来获取待分析三相交流电的各相电信号，本发明不限于此。
例如，在本发明的一个实施例中，电信号采集装置301可以首先直接测量得到待分析三相交流电的任意两相电信号，再根据所测量得到的上述任意两相电信号来计算得到第三相电信号。
需要指出的是，根据后续电路所需要的信号形式的不同，电信号采集装置301所输出的电信号既可以是模拟信号，也可以是数字信号。当电信号采集装置301所输出的电信号为数字信号时，电信号采集装置301中也就需要配置相应的模数转换电路，从而将待分析三相交流电的各相模拟电信号转换为相应的数字电信号。
如图3所示，等效直流信号转换装置302与电信号采集装置301连接，其能够根据电信号采集装置301所传输来的各相信号确定待分析三相交流电的等效直流信号。
本实施例中，等效直流信号转换装置302优选地根据上述表达式(1)来确定待分析三相交流电的等效直流信号。当然，正如前述内容所分析的那样，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，等效直流信号转换装置302还可以先基于3/2坐标系转换，根据待分析三相交流电的各相电信号得到α-β坐标系下对应的两相电信号Pα和Pβ，随后再根据α-β坐标系下的两相电信号Pα和Pβ确定等效直流信号Pd。其中，等效直流信号转换装置302可以采用表达式(3)和表达式(4)来进行3/2坐标系转换得到α-β坐标系下对应的两相电信号Pα和Pβ，并根据表达式(7)来确定等效直流信号Pd。
需要指出的是，在本发明的不同实施例中，根据实际需要，等效直流信号转换装置302可以采用不同的实现形式。例如，在本发明的一个实施例中，等效直流信号转换装置302可以采用专用电路(例如坐标系转换电路以及等效直流信号计算电路)来根据各相信号确定所述待分析三相交流电的等效直流信号；而在本发明的另一个实施例中，等效直流信号转换装置302可以通过在装载有相应软件的计算机或是嵌入式系统来实现。
幅值波动状态确定装置303与等效直流信号转换装置302连接，其能够根据等效直流信号转换装置302所传输来的等效直流信号确定待分析三相交流电的幅值波动状态。
本实施例中，幅值波动状态确定装置303优选地可以为示波器等显示测量仪器或是传统数采来实现。而在本发明的的其他实施例中，根据实际需要，幅值波动状态确定装置303也可以采用装载有相应软件的计算机或是嵌入式系统来实现。
从上述描述中可以看出，本发明所提供的三相交流电幅值波动分析方法及系统通过对三相交流电的等效直流电进行分析来实现对三相交流电幅值波动的分析。与现有技术中利用闪变仪模拟灯眼脑的测量方法相比，本方法以及系统则采用求取三相交流电的等效直流电的方式，其更能够真实反映出变流器输出的瞬时变化。
同时，通过利用等效交流电的方式来对三相交流电的幅值波动进行分析，本方法以及系统可以保持等效直流波形采样率保持不变，相较于瞬时闪变值(半周期10ms一个数值)，其更能呈现瞬时变化。此外，本方法以及系统还能够完美替代快速更新RMS值方法来监测电压暂将等电压事件。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (6)

1.一种三相交流电幅值波动分析方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一、获取待分析三相交流电的各相电信号；
步骤二、根据所述各相电信号，以保持等效直流信号的波形采样频率不变的方式，确定所述待分析三相交流电的等效直流信号，在所述步骤二中，根据如下表达式确定所述等效直流信号：
Figure FDA0003240716700000011
其中，Pd表示等效直流信号，Pa、Pb和Pc分别表示待分析三相交流电的a相、b相和c相电信号；或者，在所述步骤二中，包括：
基于3/2坐标系转换，根据待分析三相交流电的各相电信号得到α-β坐标系下对应的两相电信号；
根据α-β坐标系下的两相电信号并利用如下表达式，确定所述等效直流信号：
Figure FDA0003240716700000012
其中，Pα和Pβ分别表示待分析三相交流电的α相和β相电信号；
步骤三、根据所述等效直流信号确定所述待分析三相交流电的幅值波动状态，从而利用等效直流信号的幅值变化表征同一时刻待分析三相交流电的幅值波动状态，以观测交流电压瞬时值变化特征。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各相电信号包括各相电压信号和/或各相电流信号。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，
直接测量所述待分析三相交流电的各相电信号；或，
直接测量所述待分析三相交流电的任意两相电信号，并根据所述任意两相电信号确定第三相电信号。
4.一种三相交流电幅值波动分析系统，其特征在于，所述系统包括：
电信号采集装置，其用于检测待分析三相交流电的各相电信号；
等效直流信号转换装置，其与所述电信号采集装置连接，用于根据所述各相电信号，以保持等效直流信号的波形采样频率不变的方式，确定所述待分析三相交流电的等效直流信号，其中，所述等效直流信号转换装置配置为根据如下表达式确定所述等效直流信号：
Figure FDA0003240716700000021
其中，Pd表示等效直流信号，Pa、Pb和Pc分别表示待分析三相交流电的a相、b相和c相电信号；或者，所述等效直流信号转换装置配置为：
基于3/2坐标系转换，根据待分析三相交流电的各相电信号得到α-β坐标系下对应的两相电信号；以及根据α-β坐标系下的两相电信号并利用如下表达式，确定所述等效直流信号：
Figure FDA0003240716700000022
其中，Pα和Pβ分别表示待分析三相交流电的α相和β相电信号；
幅值波动状态确定装置，其与所述等效直流信号转换装置连接，用于根据所述等效直流信号确定所述待分析三相交流电的幅值波动状态，从而利用等效直流信号的幅值变化表征同一时刻待分析三相交流电的幅值波动状态，以观测交流电压瞬时值变化特征。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述各相电信号包括各相电压信号和/或各相电流信号，所述电信号采集装置对应地包括电压检测装置和/或电流采集装置。
6.如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述电信号采集装置配置为直接测量所述待分析三相交流电的各相电信号，或，直接测量所述待分析三相交流电的任意两相电信号，并根据所述任意两相电信号确定第三相电信号。
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