CN111707881A - 一种三相交流电源相序识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种三相交流电源相序识别方法及装置，属于三相交流电源应用领域。所述方法包括获取三相交流电源输出的第一相电压及第二相电压的电压值；对所述第一相电压及所述第二相电压均按预设角度进行相角滞后处理，获得滞后处理的电压值；对所述第一相电压与经滞后处理的第二相电压进行矢量计算，获得第一电压矢量和，同理获得第二电压矢量和；根据所述第一电压矢量和计算对应的第一幅值，同理计算对应的第二幅值；根据所述第一幅值与所述第二幅值之间的差值，及预置的相序判定规则确定三相交流电源的相序。本申请通过相角滞后、幅值计算和比较运算即可获得相序，可适应三相电源的宽范围频率波动，鲁棒性强，且具有较强的实时性。

Description

一种三相交流电源相序识别方法及装置

技术领域

本申请属于三相交流电源应用领域，特别涉及一种三相交流电源相序识别的方法及装置。

背景技术

三相交流电是三个相位互差120°的对称正弦交流电的组合，依次滞后120°为正相序，依次超前120°为逆相序。工业领域中的泵电机、压缩机和电动机等，多数由三相交流电供电。其对三相交流电的正序和逆序接法非常严格，错误的连接可能导致电机反转，甚至设备损坏。因此安全性等级较高的三相电源供电设备，一般会配置相应的控制器，用于监测包括相序等在内的电源参数。

目前应用于微处理器的三相交流电源相序检测算法，包括过零检测算法和坐标旋转算法。过零检测算法是在任意一相电压的过零点，判断另外两相电压的大小来区分正序和逆序，这种方法需要一定的硬件电路支撑，易受到干扰，可靠性不高；坐标旋转算法是将三相电压值通过预设坐标变换，计算并判断合成向量的旋转方向，获得三相电压的相序，此种方法需要较高的采样率以保证精度，且计算实时性差。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种三相交流电源相序识别方法及装置，通过相角滞后处理，快速判别三相交流电源的相序。

本申请第一方面提供了一种三相交流电源相序识别方法，包括：步骤S1、获取三相交流电源输出的第一相电压及第二相电压的电压值；步骤S2、对所述第一相电压及所述第二相电压均按预设角度进行相角滞后处理，获得滞后处理的电压值，所述预设角度为0°-180°或者180°-360°内的任意值；步骤S3、对所述第一相电压与经滞后处理的第二相电压进行矢量计算，获得第一电压矢量和，同理，对所述第二相电压与经滞后处理的第一相电压进行矢量计算，获得第二电压矢量和；步骤S4、根据所述第一电压矢量和计算对应的第一幅值，同理根据所述第二电压矢量和计算对应的第二幅值；步骤S5、根据所述第一幅值与所述第二幅值之间的差值，及预置的相序判定规则确定三相交流电源的相序，其中，所述相序判定规则包括正序及逆序下的第一相电压及第二相电压的幅值差随所述相角的变化关系。

优选的是，当所述步骤S2中选取的预设角度为0°-180°内的任意值时，所述步骤S5中的相序判定规则包括：正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值；逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值。

优选的是，当所述步骤S2中选取的预设角度为180°-360°内的任意值时，所述步骤S5中的相序判定规则包括：正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值；逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值。

优选的是，所述预设角度设定为60°或300°。

优选的是，步骤S4包括：对所述第一电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第一幅值；对所述第二电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第二幅值。

本申请第二方面提供了一种三相交流电源相序识别装置，包括：电压获取模块，用于获取三相交流电源输出的第一相电压及第二相电压的电压值；滞后处理模块，用于对所述第一相电压及所述第二相电压均按预设角度进行相角滞后处理，获得滞后处理的电压值，所述预设角度为0°-180°或者180°-360°内的任意值；矢量计算模块，用于对所述第一相电压与经滞后处理的第二相电压进行矢量计算，获得第一电压矢量和，同理，对所述第二相电压与经滞后处理的第一相电压进行矢量计算，获得第二电压矢量和；幅值计算模块，用于根据所述第一电压矢量和计算对应的第一幅值，同理根据所述第二电压矢量和计算对应的第二幅值；相序判定模块，用于根据所述第一幅值与所述第二幅值之间的差值，及预置的相序判定规则确定三相交流电源的相序，其中，所述相序判定规则包括正序及逆序下的第一相电压及第二相电压的幅值差随所述相角的变化关系。

优选的是，当所述滞后处理模块中选取的预设角度为0°-180°内的任意值时，所述相序判定模块中预置的相序判定规则为：正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值；逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值。

优选的是，当所述滞后处理模块中选取的预设角度为180°-360°内的任意值时，所述相序判定模块中预置的相序判定规则为：正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值；逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值。

优选的是，所述预设角度设定为60°或300°。

优选的是，所述幅值计算模块包括RMS及增益处理单元，用于：对所述第一电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第一幅值；对所述第二电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第二幅值。

本申请第三方面，一种计算机设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序用于实现如上所述的三相交流电源相序识别方法。

本申请第四方面，一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如上所述的三相交流电源相序识别方法。

本申请提供了一种适用于微处理器的三相交流电源相序识别算法。该算法通过相角滞后、幅值计算和比较运算即可获得相序，算法简单，易于编码实现；算法可适应三相电源的宽范围频率波动，鲁棒性强；算法不需要较高的采样频率，只需满足幅值计算即可，节省微处理器的运算资源；同时算法可在一个电压周期之后获得相序，实时性强。

附图说明

图1是本申请三相交流电源相序识别方法的一优选实施例的流程图。

图2a是本申请图1所示实施例的ABC三相交流电源的正相序示意图。

图2b是本申请图1所示实施例的ABC三相交流电源的逆相序示意图。

图3是本申请图1所示实施例的幅值差ΔU与超前角度n的关系图。

图4是本申请图1所示实施例的相序计算框图。

图5是本申请图1所示实施例的UA和UA’的波形示意图。

图6是本申请图1所示实施例的正序时输出的结果示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。

本申请提供了一种三相交流电源相序识别方法及装置，如图1所示，主要包括：

步骤S1、获取三相交流电源输出的第一相电压及第二相电压的电压值；

步骤S2、对所述第一相电压及所述第二相电压均按预设角度进行相角滞后处理，获得滞后处理的电压值，所述预设角度为0°-180°或者180°-360°内的任意值；

步骤S3、对所述第一相电压与经滞后处理的第二相电压进行矢量计算，获得第一电压矢量和，同理，对所述第二相电压与经滞后处理的第一相电压进行矢量计算，获得第二电压矢量和；

步骤S4、根据所述第一电压矢量和计算对应的第一幅值，同理根据所述第二电压矢量和计算对应的第二幅值；

步骤S5、根据所述第一幅值与所述第二幅值之间的差值，及预置的相序判定规则确定三相交流电源的相序，其中，所述相序判定规则包括正序及逆序下的第一相电压及第二相电压的幅值差随所述相角的变化关系。

如图2所示，在步骤S2-S3中，取三相交流电源输出的A和B两相电压值，将A相电压滞后n°得到电压A’以及两者的矢量和A’B，其中K为电压的幅值，ω是角频率，与频率f的关系为ω＝2πf。

U_A′＝K·cos(ωt-n) (1)

U_A′B＝U_A′+U_B (3)

同时将B相电压滞后n°(n的取值范围是0°～360°)，得到电压B’以及两者的矢量和AB’，其中K为电压的幅值，ω是角频率，与电源频率f的关系为ω＝2πf。

U_A＝K·cosωt (4)

U_AB′＝U_A+U_B′ (6)

在步骤S4中，分别对U_A′B和U_AB′进行RMS与增益处理，可获得两者的幅值，随后计算两者的幅值差：

在步骤S5中，预置的相序判定规则是事先计算并存储的，其包括正序及逆序下的第一相电压及第二相电压的幅值差随所述相角的变化关系。如图3所示，设定幅值K为1，频率f为50Hz，相序为正序(即B相滞后A相120°)时，幅值差ΔU与角度n的关系如图3中实线所示；相序为逆序(即B相滞后A相120°)时，幅值差ΔU与角度n的关系如图2中虚线所示。

由图3可知，根据所述第一幅值与所述第二幅值之间的差值，及预置的相序判定规则确定三相交流电源的相序包括：

角度n在0°～180°范围内(不含0°和180°)，正序的ΔU大于0V，逆序的ΔU小于0V，且在60°时ΔU最大；角度n在180°～360°范围内(不含180°和360°)，正序的ΔU小于0V，逆序的ΔU大于0V，且在300°时ΔU最大。

基于上述原理，本申请的一个具体实施例中，可取n为60°，当ΔU为正数时，相序为正序，当ΔU为负数时，相序为逆序。

基于上述原理，本申请的另一个具体实施例中，可取n为300°，当ΔU为正数时，相序为逆序，当ΔU为负数时，相序为正序。

可以理解，采用上述方式，步骤S5的代码实现方式更容易，以60°为例，结合图4，对本申请进一步说明。

第一步：微处理器通过外部或者自带的ADC模块，获得三相电压中A相和B相的电压值U_A和U_B。

第二步：将U_A和U_B通过G1(s)将其相角滞后60°获得U_A′和U_B′。

第三步：按照式3和式6进行矢量和计算，得到U_A′B和U_AB′。

第四步：按照式7和式8进行幅值计算，获得U_AB′和U_A′B的幅值|U_AB′|和|U_A′B|。

第五步：比较|U_A′B|和|U_AB′|的大小，当|U_A′B|大于|U_AB′|时，输出量Result的值为1代表相序为正序；当|U_A′B|小于|U_AB′|时，输出量Result的值为0，代表相序为逆序。

下面给定一个具体的案例。

设定三相交流电源的相电压有效值为220V，频率为50Hz，相序为正序时，三相电压表达式为：

取A相和B相的电压值，通过G1(s)将其相角滞后60°获得U_A′和U_B′，其中U_A和U_A′的波形如图5所示，G1(s)的表达式如下：

由式3和式7，得到U_A′B和U_AB′，如下：

由式7和式8，获得U_AB′和U_A′B的幅值|U_AB′|和|U_A′B|，如下：

通过比较|U_A′B|和|U_AB′|的大小，获得相序计算结果，如图6所示，在一个周期，即0.02s后获得相序的计算输出结果。

本申请提供了一种适用于微处理器的三相交流电源相序识别算法。该算法通过相角滞后、幅值计算和比较运算即可获得相序，算法简单，易于编码实现；算法可适应三相电源的宽范围频率波动，鲁棒性强；算法不需要较高的采样频率，只需满足幅值计算即可，节省微处理器的运算资源；同时算法可在一个电压周期之后获得相序，实时性强。

本申请第二方面提供了一种与上述方法相对应的三相交流电源相序识别装置，主要包括：电压获取模块，用于获取三相交流电源输出的第一相电压及第二相电压的电压值；滞后处理模块，用于对所述第一相电压及所述第二相电压均按预设角度进行相角滞后处理，获得滞后处理的电压值，所述预设角度为0°-180°或者180°-360°内的任意值；矢量计算模块，用于对所述第一相电压与经滞后处理的第二相电压进行矢量计算，获得第一电压矢量和，同理，对所述第二相电压与经滞后处理的第一相电压进行矢量计算，获得第二电压矢量和；幅值计算模块，用于根据所述第一电压矢量和计算对应的第一幅值，同理根据所述第二电压矢量和计算对应的第二幅值；相序判定模块，用于根据所述第一幅值与所述第二幅值之间的差值，及预置的相序判定规则确定三相交流电源的相序，其中，所述相序判定规则包括正序及逆序下的第一相电压及第二相电压的幅值差随所述相角的变化关系。

在一些可选实施方式中，当所述滞后处理模块中选取的预设角度为0°-180°内的任意值时，所述相序判定模块中预置的相序判定规则为：正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值；逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值。

在一些可选实施方式中，当所述滞后处理模块中选取的预设角度为180°-360°内的任意值时，所述相序判定模块中预置的相序判定规则为：正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值；逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值。

在一些可选实施方式中，所述预设角度设定为60°或300°。

在一些可选实施方式中，所述幅值计算模块包括RMS及增益处理单元，用于：对所述第一电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第一幅值；对所述第二电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第二幅值。

本申请第三方面提供了一种计算机设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序用于实现如上所述的三相交流电源相序识别方法。

本申请第四方面提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现如上所述的三相交流电源相序识别方法。

特别地，根据本申请的实施方式，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序，其能够与服务器进行交互。例如，本申请的实施方式包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。本申请的计算机存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施方式的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

描述于本申请实施方式中所涉及到的模块或单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块或单元也可以设置在处理器中，这些模块或单元的名称在某种情况下并不构成对该模块或单元本身的限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种三相交流电源相序识别方法，其特征在于，包括：

步骤S1、获取三相交流电源输出的第一相电压及第二相电压的电压值；

步骤S2、对所述第一相电压及所述第二相电压均按预设角度进行相角滞后处理，获得滞后处理的电压值，所述预设角度为0°-180°或者180°-360°内的任意值；

步骤S3、对所述第一相电压与经滞后处理的第二相电压进行矢量计算，获得第一电压矢量和，同理，对所述第二相电压与经滞后处理的第一相电压进行矢量计算，获得第二电压矢量和；

步骤S4、根据所述第一电压矢量和计算对应的第一幅值，同理根据所述第二电压矢量和计算对应的第二幅值；

步骤S5、根据所述第一幅值与所述第二幅值之间的差值，及预置的相序判定规则确定三相交流电源的相序，其中，所述相序判定规则包括正序及逆序下的第一相电压及第二相电压的幅值差随所述相角的变化关系。

2.如权利要求1所述的三相交流电源相序识别方法，其特征在于，当所述步骤S2中选取的预设角度为0°-180°内的任意值时，所述步骤S5中的相序判定规则包括：

正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值；

逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值。

3.如权利要求1所述的三相交流电源相序识别方法，其特征在于，当所述步骤S2中选取的预设角度为180°-360°内的任意值时，所述步骤S5中的相序判定规则包括：

正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值；

逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值。

4.如权利要求1所述的三相交流电源相序识别方法，其特征在于，所述预设角度设定为60°或300°。

5.如权利要求1所述的三相交流电源相序识别方法，其特征在于，步骤S4包括：

对所述第一电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第一幅值；

对所述第二电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第二幅值。

6.一种三相交流电源相序识别装置，其特征在于，包括：

电压获取模块，用于获取三相交流电源输出的第一相电压及第二相电压的电压值；

滞后处理模块，用于对所述第一相电压及所述第二相电压均按预设角度进行相角滞后处理，获得滞后处理的电压值，所述预设角度为0°-180°或者180°-360°内的任意值；

矢量计算模块，用于对所述第一相电压与经滞后处理的第二相电压进行矢量计算，获得第一电压矢量和，同理，对所述第二相电压与经滞后处理的第一相电压进行矢量计算，获得第二电压矢量和；

幅值计算模块，用于根据所述第一电压矢量和计算对应的第一幅值，同理根据所述第二电压矢量和计算对应的第二幅值；

相序判定模块，用于根据所述第一幅值与所述第二幅值之间的差值，及预置的相序判定规则确定三相交流电源的相序，其中，所述相序判定规则包括正序及逆序下的第一相电压及第二相电压的幅值差随所述相角的变化关系。

7.如权利要求6所述的三相交流电源相序识别装置，其特征在于，当所述滞后处理模块中选取的预设角度为0°-180°内的任意值时，所述相序判定模块中预置的相序判定规则为：

正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值；

逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值。

8.如权利要求6所述的三相交流电源相序识别装置，其特征在于，当所述滞后处理模块中选取的预设角度为180°-360°内的任意值时，所述相序判定模块中预置的相序判定规则为：

正序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为负值；

逆序条件下，所述第一相电压及第二相电压的幅值差为正值。

9.如权利要求6所述的三相交流电源相序识别装置，其特征在于，所述预设角度设定为60°或300°。

10.如权利要求6所述的三相交流电源相序识别装置，其特征在于，所述幅值计算模块包括RMS及增益处理单元，用于：

对所述第一电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第一幅值；

对所述第二电压矢量执行RMS及增益处理，获得对应的所述第二幅值。

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