CN113702693A - 一种基于交流电压采样的电网过零检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于交流电压采样的电网过零检测方法及装置，其中，该方法包括：连续周期性的采集电网交流电压信号，所述电网交流电压信号包含谐波和干扰信号；对采集的电网交流电压信号进行直流抑制处理，所述直流分量由电网交流电压模数转换过程中产生；对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位；对过零相位输出进行相位延时补偿，得到交流电压信号过零点。本发明通过直接采集电网交流电压，结合软件算法实现电网过零检测，而不必依赖于硬件过零检测电路，既能降低成本，也提升了交流电压过零检测的精确度，解决了当电力线上存在较大谐波、干扰的情况下，过零检测精准度低的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力检测技术领域，具体涉及一种基于交流电压采样的电网过零检测方法及装置。
背景技术
随着智能电网建设的快速推进，当前电力线载波通信技术已得到广泛的应用。从早期的窄带载波通信技术到现在的宽带载波通信技术，都需要对电网过零信号进行准确检测；相对于其他时段，过零时隙电力线阻抗相对稳定，并且噪声、干扰较小，能有效的提升载波通信的成功率和可靠性，过零时隙位置如图1所示；此外，当前低压台区进行拓扑识别的一个有效的技术手段就是利用过零相位的抖动特征，其原理是低压电力线台区对应相线受负荷工作时的影响，电力线交流电压出现随时间变化的电压过零点偏移，并且同一台区相线上不同节点位置的过零偏差相对较小，抖动方向基本相同，偏差数据具有聚集性；不同台区相同相位上，过零偏差相对较大，且过零抖动方向不同，偏差数据表现出离散性。基于此经验信息，统计一定范围时间内波动特征作为当前台区某相电力线的表征，实现台区识别的判断。
当前载波模块或其他载波通信单元基于过零检测电路实现电网电压过零检测，用于过零时隙的载波通信或者台区拓扑识别的过零偏差特征的提取；然而基于过零检测电路的方案存在以下缺点：
⑴由于电网电压谐波信号及强电干扰的影响，电网电压过零存在误检测的现象；
⑵受不同厂家过零检测电路设计原理不同的影响，过零检测的精度存在偏差，针对现场不同载波模块或其他载波通信单元混装的台区，由于过零检测的精准度不够，造成通信效果不良或台区误识别的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种基于交流电压采样的电网过零检测方法及装置，以解决由于电网电压谐波和强电干扰导致的电压过零误检测及由于过零检测电路设计原理不同导致的过零检测的精度存在偏差的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于交流电压采样的电网过零检测方法，其特征在于，包括：连续周期性的采集电网交流电压信号，所述电网交流电压信号包含谐波和干扰信号；对采集的电网交流电压信号进行直流抑制处理，所述直流分量由电网交流电压模数转换过程中产生；对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位；对过零相位输出进行相位延时补偿，得到交流电压信号过零点。
进一步地，对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位特性包括：所述数字锁相环由鉴频模块、环路滤波模块及压控振荡器模块组成；其中，所述鉴频模块具备电网电压谐波及直流信号抑制的功能；所述输出过零相位，由数字锁相环相位跟踪锁定后输出。
进一步地，对过零相位输出进行相位延时补偿，得到交流电压信号过零点特性，包括：对过零相位输出进行相位延时补偿，其中，所述相位延时由电网电压采集单元产生，可实际测量得到；根据所述相位延时对所述过零相位输出进行补偿，得到交流电压信号过零点。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种基于交流电压采样的电网过零检测装置，包括：电压采集单元，用于连续周期性的采集电网交流电压信号，其中所述电网交流电压信号包含谐波和干扰信号；信号处理及相位检测单元，用于对采集的电网交流电压信号进行直流抑制处理，对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位；过零位置输出补偿单元，对过零相位输出进行相位延时补偿，以得到交流电压信号过零点。
进一步地，所述电压采集单元包括：强电耦合模块，用于将电网电压以较高的精度转变成低电压信号，以实现精确的采集及强电的隔离；模数转换模块，用于将上述所述低电压信号进行模数转换，得到所述连续周期性的电网交流电压信号。
本发明的有益效果在于：
本发明基于交流电压采样实现电网过零检测，相对于过零检测电路过零位置的判断，不会受到电网电压谐波及强电干扰，提高了过零检测的精准度，能够有效提升过零时隙载波通信成功率及基于过零相位特征实现台区识别的精准度。
附图说明
图1是电力线载波通信过零时隙示意图。
图2是根据本发明实施例的基于交流电压采样的电网过零检测方法的流程图。
图3是根据本发明实施例的一种基于交流电压采样的电网过零检测装置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
以下实施例，可以应用于电网交流电压的过零检测，以提高电网过零检测的精准度。当前基于过零检测电路的过零检测方法，受过零检测电路设计原理不一致的影响，不同厂家产品的过零检测精度不一致，此外受电力线电压谐波及强电干扰的影响，不能准确检测过零时刻，导致低压用电台区场景下的过零时隙进行载波通信和台区识别应用时成功率低下。本申请下述各项实施例中，通过对电网交流电压波形进行采集，进行直流抑制处理，通过数字锁相环相位跟踪处理得到过零相位输出，对过零相位进行相位延时补偿后，得到精准的电压信号过零点。
下面结合优化的实施步骤对本发明进行说明，图2是根据本发明实施例的基于交流电压采样的电网过零检测方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，连续周期性的采集电网交流电压信号，所述电网交流电压信号包含谐波和干扰信号。
其中在对电网交流电压信号进行采集时，可以直接通过电力线交流电耦合的方式，得到包含谐波及干扰的弱电压信号，采用相应的模数转换器ADC进行模拟到数字信号的转换，本发明实施例中的模数转换器可以设置在载波模块或载波通信单元，对于模数转换器的具体类型和采集精度不做具体限定，例如，设置12位分辨率精度，4MHz转换速率的模数转换器，这样就可以通过现场台区的电力线载波设备采集得到电网交流电压信号。
步骤S104，对采集的电网交流电压信号进行直流抑制处理，所述直流分量由电网交流电压模数转换过程中产生。
步骤S106，对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位。
其中，电网交流电压模数转换过程中由于有源器件、模数转换器ADC自身误差等因素影响会产生直流信号分量，直流偏置会直接影响到过零相位的输出，从而对采集的电网交流电压信号进行直流抑制处理，得到去直流后的信号。
另外，上述步骤S106，对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位。其中，所述数字锁相环由鉴频模块、环路滤波模块及压控振荡器模块组成；所述鉴频模块具备电网电压谐波及直流信号抑制的功能；其中，数字锁相环进行相位跟踪，进入稳定状态锁相环对电压信号的相位锁定，可以避免电压信号相位波动对过零检测精度的不利影响。
步骤S108，对过零相位输出进行相位延时补偿，得到交流电压信号过零点。
其中，相位延时的产生主要指电力线交流电压采集时刻的相位经过强电耦合及模数转换过程存在特定的延时，该延时可以通过具体实现设备测量获得；将该相位延时时间补偿到数字锁相环的过零相位输出，得到精准的交流电压信号过零点；
通过上述实施例，可以通过先采集电网交流电压信号，对采集的电网交流电压信号进行直流抑制处理，并通过数字锁相环跟踪输出过零相位位置，最后对输出的过零相位位置进行相位延时补偿，以得到交流电压信号过零点。在该实施例中，可以利用采集到的包含谐波和干扰信号的电网交流电压波形，精准的判断电网电压信号过零位置，不会受到电压谐波和强电干扰的影响，并且消除了对过零检测电路的依赖；此外，利用数字锁相环对电压信号的相位进行锁定，避免电压相位波动造成过零检测的失误，大大提高了电网过零检测的精度。
图3是根据本发明实施例的一种基于交流电压采样的电网过零检测装置示意图，如图3所示，该装置可以包括：电压采集单元21，用于连续周期性的采集电网交流电压信号，其中所述电网交流电压信号包含谐波和干扰信号；信号处理及相位检测单元23，用于对采集的电网交流电压信号进行直流抑制处理，对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位；过零位置输出补偿单元25，对过零相位输出进行相位延时补偿，以得到交流电压信号过零点。
通过上述实施例，可以通过电压采集单元21先采集电网交流电压信号，并通过信号处理及相位检测单元23对采集到的电网交流电压信号进行去直流处理，并通过数字锁相环跟踪输出过零相位位置，最后可以利用过零位置输出补偿单元25对输出的过零相位位置进行相位延时补偿，以得到交流电压信号过零点。在该实施例中，可以利用采集到的包含谐波和干扰信号的电网交流电压波形，精准的判断电网电压信号过零位置，不会受到电压谐波和强电干扰的影响，并且消除了对过零检测电路的依赖，大大提高了电网过零检测的精度。
其中，上述的电压采集单元21可以包括：强电耦合模块，用于将电网电压以较高的精度转变成低电压信号，以实现精确的采集及强电的隔离；模数转换模块，用于将上述所述低电压信号进行模数转换，得到所述连续周期性的电网交流电压信号。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。
Claims (5)
1.一种基于交流电压采样的电网过零检测方法，其特征在于，包括：
连续周期性的采集电网交流电压信号，所述电网交流电压信号包含谐波和干扰信号；
对采集的电网交流电压信号进行直流抑制处理，所述直流分量由电网交流电压模数转换过程中产生；
对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位；
对过零相位输出进行相位延时补偿，得到交流电压信号过零点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位特性包括：
所述数字锁相环由鉴频模块、环路滤波模块及压控振荡器模块组成；其中，所述鉴频模块具备电网电压谐波及直流信号抑制的功能；
所述输出过零相位，由数字锁相环相位跟踪锁定后输出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对过零相位输出进行相位延时补偿，得到交流电压信号过零点特性包括：
对过零相位输出进行相位延时补偿，其中，所述相位延时由电网电压采集单元产生，可实际测量得到；
根据所述相位延时对所述过零相位输出进行补偿，得到交流电压信号过零点。
4.一种基于交流电压采样的电网过零检测装置，其特征在于，包括：
电压采集单元，用于连续周期性的采集电网交流电压信号，其中所述电网交流电压信号包含谐波和干扰信号；
信号处理及相位检测单元，用于对采集的电网交流电压信号进行直流抑制处理，对直流抑制处理后的波形，进行数字锁相环相位跟踪处理，输出过零相位；
过零位置输出补偿单元，对过零相位输出进行相位延时补偿，以得到交流电压信号过零点。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电压采集单元包括：
强电耦合模块，用于将电网电压以较高的精度转变成低电压信号，以实现精确的采集及强电的隔离；
模数转换模块，用于将上述所述低电压信号进行模数转换，得到所述连续周期性的电网交流电压信号。
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