CN114089037A - 一种基于光耦的电网电压相位检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于电压相位检测领域，提供了一种基于光耦的电网电压相位检测方法，包括以下步骤：步骤S1：利用捕获定时器检测出光耦的相邻两个上升沿之间的时间差计算出交流电压的电网频率；步骤S2：利用捕获定时器检测出光耦的相邻两个上升沿和下降沿之间的时间差，利用正弦函数上的两点计算出电网的相位与光耦上升沿之间的电网相位偏移量；步骤S3：通过锁相环对计算出来的电压相位做平滑处理，经过锁相环出来的相位角度作为最终的检测结果，得到最终的估计角度。解决现有技术中用模数转换器法，不能实现冷热地分离、需要模数转换器、运算量大、抗扰动能力差等缺点；用光耦法，检测相位延时、对交流电网的幅值和频率变化适应性差的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于电网电压相位检测领域，尤其涉及一种基于光耦的电网电压相位检测方法。
背景技术
电网是一种交流电源，其特点是大小和方向会随时间作周期性变化。实际应用中为了达到调节输出功率的目的，需要对交流电网做部分截断、周期性截断等斩波处理。可控硅和继电器等是常见的用于斩波的电子元器件，其具有驱动简单，成本低和适应性广等优点。然而在交流电压波峰开通或关断时，会对可控硅、继电器产生比较大的电流冲击，造成可控硅、继电器的损伤，缩短其使用寿命，甚至导致其烧毁。因此需要在交流电压零相位点附近进行斩波处理，可以有效的避免电流冲击。
现有的交流电压相位检测方法主要分为两类，一类是用模数转换器法，该方法存在不能实现冷热地分离、需要模数转换器、运算量大、抗扰动能力差等缺点；一类是用光耦法，该方法存在检测相位延时、对交流电网的幅值和频率变化适应性差等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光耦的电网电压相位检测方法，旨在解决现有技术中交流电压相位检测方法主要分为两类，一类是用模数转换器法，该方法存在不能实现冷热地分离、需要模数转换器、运算量大、抗扰动能力差等缺点；一类是用光耦法，该方法存在检测相位延时、对交流电网的幅值和频率变化适应性差的技术问题。
本发明是这样实现的，一种基于光耦的电网电压相位检测方法，所述电网电压相位检测方法包括以下步骤：
步骤S1：利用捕获定时器检测出光耦的相邻两个上升沿之间的时间差计算出交流电压的电网频率；
步骤S2：利用捕获定时器检测出光耦的相邻两个上升沿和下降沿之间的时间差，利用正弦函数上的两点计算出电网的相位与光耦上升沿之间的电网相位偏移量；
步骤S3：通过锁相环对计算出来的电压相位做平滑处理，经过锁相环出来的相位角度作为最终的检测结果，得到最终的估计角度。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1的具体步骤为利用捕获定时器检测出光耦的相邻上升沿t1(n)和t2(n)之间的时间差计算出交流电压的电网频率；假定捕获定时器的工作频率为fs，捕获定时器的位宽为L，L的取值一般为16或者32，上升沿t1(n)时刻的捕获值为T1(n)，上升沿t2(n)时刻的捕获值为T2(n)，上升沿t1(n)和上升沿t2(n)之间的周期溢出值为X(n)，则电网频率fac(n)的计算公式为
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2的具体步骤为利用捕获定时器检测出光耦的相邻上升沿t3(n)和下降沿t4(n)之间的时间差，利用正弦函数上的两点计算出电网的相位与光耦上升沿之间的电网相位偏移量θac(n)；假定上升沿t3(n)时刻的捕获值为T3(n)，下降沿t4(n)时刻的捕获值为T4(n)，上升沿t3(n)和上升沿t4(n)之间的周期溢出值为Y(n)，则电网相位偏移量θac(n)的计算公式为
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S3的具体步骤为通过锁相环对计算出来的电压相位做平滑处理，经过锁相环出来的相位角度作为最终的检测结果，得到最终的估计角度θPLL(n)，其包括两个步骤：
步骤S31：通过计算出来的电网频率生成电网电压相位，具体公式为
θPLL(n+1)＝θPLL(n)+2πfac(n)Ts+Δθ(n)；
其中，Ts为离散化周期值，Δθ(n)为相位误差校正值，fac(n)为步骤S1中计算出来的电网频率；
步骤S32：计算相位误差校正值Δθ(n)，具体公式为
其中，θe(n)为角度误差，Kp和Ki为锁相环的参数，θac(n)为步骤S2中计算出来的电网相位偏移量。
本发明的有益效果是：此种电网电压相位检测方法借助交流信号的处理方法，构造二元方程，利用正弦函数的两点计算出交流电压的真实相位，利用捕获定时器检测出光耦的相邻上升沿之间的时间差计算出交流电压的电网频率，利用捕获定时器检测出光耦的上升沿和下降沿之间的时间差，确定正弦函数上的两点计算出真实的电网相位偏移量，为了减小交流电网扰动带来的影响，通过锁相环对计算出来的电压相位做平滑处理，经过锁相环出来的角度作为最终的检测结果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于光耦的电网电压相位检测方法的流程框图。
具体实施方式
图1示出了本发明提供的一种基于光耦的电网电压相位检测方法，所述电网电压相位检测方法包括以下步骤：
步骤S1：利用捕获定时器检测出光耦的相邻两个上升沿之间的时间差计算出交流电压的电网频率；具体步骤为利用捕获定时器检测出光耦的相邻上升沿t1(n)和t2(n)之间的时间差计算出交流电压的电网频率；假定捕获定时器的工作频率为fs，捕获定时器的位宽为L，L的取值一般为16或者32，上升沿t1(n)时刻的捕获值为T1(n)，上升沿t2(n)时刻的捕获值为T2(n)，上升沿t1(n)和上升沿t2(n)之间的周期溢出值为X(n)，则电网频率fac(n)的计算公式为
步骤S2：利用捕获定时器检测出光耦的相邻两个上升沿和下降沿之间的时间差，利用正弦函数上的两点计算出电网的相位与光耦上升沿之间的电网相位偏移量；具体步骤为利用捕获定时器检测出光耦的相邻上升沿t3(n)和下降沿t4(n)之间的时间差，利用正弦函数上的两点计算出电网的相位与光耦上升沿之间的电网相位偏移量θac(n)；假定上升沿t3(n)时刻的捕获值为T3(n)，下降沿t4(n)时刻的捕获值为T4(n)，上升沿t3(n)和上升沿t4(n)之间的周期溢出值为Y(n)，则电网相位偏移量θac(n)的计算公式为
步骤S3：通过锁相环对计算出来的电压相位做平滑处理，经过锁相环出来的相位角度作为最终的检测结果，得到最终的估计角度；具体步骤为通过锁相环对计算出来的电压相位做平滑处理，经过锁相环出来的相位角度作为最终的检测结果，得到最终的估计角度θPLL(n)，其包括两个步骤：
步骤S31：通过计算出来的电网频率生成电网电压相位，具体公式为
θPLL(n+1)＝θPLL(n)+2πfac(n)Ts+Δθ(n)；
其中，Ts为离散化周期值，Δθ(n)为相位误差校正值，fac(n)为步骤S1中计算出来的电网频率；
步骤S32：计算相位误差校正值Δθ(n)，具体公式为
其中，θe(n)为角度误差，Kp和Ki为锁相环的参数，θac(n)为步骤S2中计算出来的电网相位偏移量。
此种电网电压相位检测方法借助交流信号的处理方法，构造二元方程，利用正弦函数的两点计算出交流电压的真实相位，利用捕获定时器检测出光耦的相邻上升沿之间的时间差计算出交流电压的电网频率，利用捕获定时器检测出光耦的上升沿和下降沿之间的时间差，确定正弦函数上的两点计算出真实的电网相位偏移量，为了减小交流电网扰动带来的影响，通过锁相环对计算出来的电压相位做平滑处理，经过锁相环出来的角度作为最终的检测结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于光耦的电网电压相位检测方法，其特征在于，所述电网电压相位检测方法包括以下步骤：
步骤S1：利用捕获定时器检测出光耦的相邻两个上升沿之间的时间差计算出交流电压的电网频率；
步骤S2：利用捕获定时器检测出光耦的相邻两个上升沿和下降沿之间的时间差，利用正弦函数上的两点计算出电网的相位与光耦上升沿之间的电网相位偏移量；
步骤S3：通过锁相环对计算出来的电压相位做平滑处理，经过锁相环出来的相位角度作为最终的检测结果，得到最终的估计角度。
2.根据权利要求1所述的电网电压相位检测方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤为利用捕获定时器检测出光耦的相邻上升沿t1(n)和t2(n)之间的时间差计算出交流电压的电网频率；假定捕获定时器的工作频率为fs，捕获定时器的位宽为L，L的取值一般为16或者32，上升沿t1(n)时刻的捕获值为T1(n)，上升沿t2(n)时刻的捕获值为T2(n)，上升沿t1(n)和上升沿t2(n)之间的周期溢出值为X(n)，则电网频率fac(n)的计算公式为
3.根据权利要求2所述的电网电压相位检测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为利用捕获定时器检测出光耦的相邻上升沿t3(n)和下降沿t4(n)之间的时间差，利用正弦函数上的两点计算出电网的相位与光耦上升沿之间的电网相位偏移量θac(n)；假定上升沿t3(n)时刻的捕获值为T3(n)，下降沿t4(n)时刻的捕获值为T4(n)，上升沿t3(n)和上升沿t4(n)之间的周期溢出值为Y(n)，则电网相位偏移量θac(n)的计算公式为
4.根据权利要求3所述的电网电压相位检测方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为通过锁相环对计算出来的电压相位做平滑处理，经过锁相环出来的相位角度作为最终的检测结果，得到最终的估计角度θPLL(n)，其包括两个步骤：
步骤S31：通过计算出来的电网频率生成电网电压相位，具体公式为
θPLL(n+1)＝θPLL(n)+2πfac(n)Ts+Δθ(n)；
其中，Ts为离散化周期值，Δθ(n)为相位误差校正值，fac(n)为步骤S1中计算出来的电网频率；
步骤S32：计算相位误差校正值Δθ(n)，具体公式为
其中，θe(n)为角度误差，Kp和Ki为锁相环的参数，θac(n)为步骤S2中计算出来的电网相位偏移量。
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