CN114285036B - 一种三相电网异常检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三相电网异常检测方法及系统，主要通过每一个单相逆变器来获取三相电网对应的电网电压值，然后每一个单相逆变器根据三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常，并判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系，若有一相电网异常或某一相电网电压值和其他两相电网电压值不满足当前电网电压相序关系，则确定三相电网异常。实现每一个单相逆变器在检测本相电网是否异常的同时，还判断本相和其他两相是否满足当前电网电压相序关系来判断电网是否异常；两方面的检测同时进行，只要有一方面检测出异常就可以判定电网异常，从而大幅提高检测速度并提高检测的精准度、降低了检测的时长。

Description

一种三相电网异常检测方法及系统

技术领域

本发明涉及三相电网领域，尤其涉及一种三相电网异常检测方法及系统。

背景技术

三相电指的是电能的一种输送形式，也称为三相交流电。其中，三相交流电源是由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120°的交流电势组成的电源。

现有技术中，对于由三台独立的单相逆变器通过组网方式构成的三相逆变器，在检测三相电网异常时，通常由单相逆变器各自单独检测电网是否异常，任何一台单相逆变器检测到电网丢失后，利用通讯（例如CAN等通讯方式）通知其他逆变器，其他逆变器收到异常通讯后由并网转为离网逆变输出。由于每台单相逆变器仅仅检测自己所在相的电网是否发生异常，降低了判断电网异常的速度，并且通过通讯方式传递信息，限制了电网丢失的判定时间，延长了并离网切换的时间。

发明内容

本发明实施例提供一种三相电网异常检测方法及系统，旨在解决现有技术中三相电网检测速度慢、精准度低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种三相电网异常检测方法，所述方法包括：

每一个单相逆变器获取三相电网电压值；

每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常；

每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系；

若有一相电网异常或某一相电网电压值和其他两相电网电压值不满足当前电网电压相序关系，则确定所述三相电网异常。

可选的，所述每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常包括：

将本相的电网电压值与标准电压瞬时值进行比较；

若偏差大于偏差阈值，则停止本相对应的单相逆变器驱动输出，同时累计异常一次；

在预设时间段内累计异常次数，若所述异常次数大于预设数值，则判断本相电网异常，同时将所述本相电网异常信息传输给其他两个单相逆变器。

可选的，所述偏差阈值表达为如下公式：

且

；

其中，所述y为偏差阈值，a为最大偏差幅值，ωt为所述三相电网的运行角度。

可选的，所述在预设时间段内累计异常次数包括：采用滑窗的方式在预设时间内累计异常次数。

可选的，所述每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系包括：

每一个单相逆变器根据本相的运行角度以及本相的相序获取其他两相的运行角度及相应的标准电压瞬时值；

将其他两相电网电压值分别与所述相应的标准电压瞬时值进行比较，若偏差大于阈值，则判断系统电网异常，同时将所述系统电网异常信息传输给其他两个单相逆变器。

可选的，所述每一个单相逆变器根据本相的运行角度以及本相的相序获取其他两相的运行角度及相应的标准电压瞬时值中所述本相的运行角度包括0°、90°、180°、270°中的一个或多个。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种三相电网异常检测系统，所述三相电网异常检测电路包括：三个单相逆变器、采样电路、连接电路和三相电网；

所述三个单相逆变器通过所述连接电路分别与所述三相电网连接，所述三个单相逆变器之间相互连接，所述采样电路分别与所述三相电网、三个单相逆变器连接；

所述采样电路用于采集所述三相电网的电网电压值，并将所述三相电网电压值分别发送至所述三个单相逆变器；

所述三个单相逆变器用于接收所述三相电网电压值，并根据所述三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常，同时，根据三相电网电压值判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系，若有一相电网异常或某一相电网电压值和其他两相电网电压值不满足当前电网电压相序关系，则确定所述三相电网异常。

可选的，所述三个单相逆变器具体用于：

将本相的电网电压值与标准电压瞬时值进行比较；

若偏差大于偏差阈值，则停止本相对应的单相逆变器驱动输出，同时累计异常一次；

在预设时间段内累计异常次数，若所述异常次数大于预设数值，则判断本相电网异常，同时将所述本相电网异常信息传输给其他两个单相逆变器。

可选的，所述偏差阈值表达为如下公式：

且

；

其中，所述y为偏差阈值，a为最大偏差幅值，ωt为所述三相电网的运行角度。

可选的，所述三个单相逆变器还用于：

根据本相的电网电压值获取本相的角度，根据所述本相的角度和本相的相序获取其他两相的角度及相应的标准电压瞬时值；

将其他两相电网电压值分别与所述相应的标准电压瞬时值进行比较，若偏差大于阈值，则判断系统电网异常，同时将所述系统电网异常信息传输给其他两相。

有益效果：本发明在每个单相逆变器检测本相电网是否异常的同时，还建立与其他两相的联系，通过判断本相和其他两相是否满足当前电网电压相序关系来判断电网是否异常，两方面的检测同时进行，只要有一方面检测出异常就可以确定电网异常，大幅提高检测速度并提高检测的精准度。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种三相电网异常检测方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种三相电网异常检测中三相电网的波形图；

图3是本发明实施例提供的一种三相电网异常检测系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种三相电网异常检测系统的又一结构示意图。

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，并不用于限定本发明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互组合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块的划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置示意图中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种三相电网异常检测方法的流程图，如图1所示，所述方法包括如下步骤：

S01、每一个单相逆变器获取三相电网电压值。

具体的，所述三个单相逆变器包括第一单相逆变器、第二单相逆变器和第三单相逆变器，所述第一单相逆变器、所述第二单相逆变器和所述第三单相逆变器通过采样电路获取所述三相电网对应的电网电压值，其中，所述三相电网电压包括第一相电网电压、第二相电网电压和第三相电网电压。

S02、每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常。

具体的，每一个单相逆变器首先根据三相电网的标准电压值计算公式计算本相电网电压的标准电压瞬时值，然后将本相的电网电压值与其对应的所述标准值进行比较，若偏差大于偏差阈值，则停止本相对应的单相逆变器驱动输出，同时累计异常一次。在预设时间段内累计异常次数，若所述异常次数大于预设数值，则判断本相电网异常，同时将所述本相电网异常信息传输给其他两相逆变器。

可选的，所述三相电网的标准电压值计算公式为：

；

其中，所述U₀指的是所述三相电网的电压标准值，A指的是电压有效值，ωt指的是所述三相电网的运行角度。

具体的，所述电压有效值又称“均方根值”，指的是在一个周期内，交流电通过某电阻所产生的热量与直流电通过该电阻产生的热量相等，此时直流电的量值则是该交流电的有效值。运行角度指的是当前相电网的角度运行位置。

可选的，所述偏差阈值可以由下述偏差阈值公式计算，所述偏差阈值计算公式为：

且

；

其中，所述y为偏差阈值，a为最大偏差幅值。如上的公式中y取下限值10V，表示当y计算出来的值小于10V时，则取值10V。可以理解的是，下限制可以为其他的数值。进一步的，所述最大偏差幅值a可以取值为50。

另外，设置预设时间，在预设时间段内累计异常次数，若所述异常次数大于预设数值，则判断本相电网异常，保证了单相逆变器检测的准确性。同时，本相的单相逆变器还会将本相电网异常的信息发送至其他两相电逆变器。

进一步的，所述在预设时间段内累计异常次数还包括采用滑窗的方式在预设时间内累计异常次数，也即，将所述本相电网运行的时间作为一个时间轴，所述预设检测时间作为一个窗口，所述窗口在所述时间轴上滑动，所述窗口每停在一个位置算作一个预设检测时间，观测在所述窗口内的异常次数，若在所述窗口内同时出现的异常次数超过所述预设数值，则表明所述本相电网出现异常。其中，通过采用滑窗的方式，可以提高所述三相电网异常检测的速度和精准度。

S03、每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系。

具体的，由于本申请中三个单相逆变器接入电网的相序是固定并且已知的，因此，根据所述本相的运行角度和本相的相序可以获取其他两相的运行角度及相应的标准电压瞬时值，再将其他两相电网电压值分别与所述相应的标准电压瞬时值进行比较，若偏差大于偏差阈值，则判断系统电网异常，同时将所述系统电网异常信息传输给其他两相。

该偏差阈值同步骤S02中的偏差阈值，即：

且

。

其中，所述三相电网的相序指的是随环境变换而呈现的量，包括正序、负序以及零序，其中，所述正序、负序和零序的出现是为了分析在三相电网中的电压或电流出现不对称现象时，把三相电网中的不对称某一相分量分解成对称分量（正、负序）及同向的零序分量。进一步的，所述正序指得是所述第一相电网的相位超前所述第二相电网120度，所述第二相电网的相位超前所述第三相电网120度，所述第三相电网的相位超前所述第一相电网120度。所述负序指的是所述第一相电网的相位滞后所述第二相电网120度，所述第二相电网的相位滞后所述第三相电网120度，所述第三相电网的相位滞后所述第一相电网120度。所述零序指的是所述三相电网的相位相同。

其中，当所述三相电网出现短路故障或者正常运行时，所述三相电网里的相序为正序；当所述三相电网中某一相电网接地故障时，所述三相电网中的相序为正序、负序和零序；当所述三相电网中的某两相电网出现短路故障时，所述三相电网中的相序为正序和负序；当所述三相电网中某两路出现接地故障时，所述三相电网中的相序为正序、负序和零序。

可选的，将所述三相电网比做一个有大小有方向的三个向量，在所述三相电网为正序时，保持第一相电网的方向和大小不变，将所述第二相电网逆时针旋转120度，所述第三相电网顺时针旋转120度，然后根据向量的平行四边形法则，计算出第一相电网和第二相电网之间的第一向量，然后基于平行四边形法则，获取所述第三相电网和所述第一向量之间的第二向量，此时，所述第二向量的方向就是所述第一相电网的运行角度，然后在所述第一相电网运行角度的基础上减去120度就是所述第二相电网的运行角度，在所述第一相电网运行角度的的基础上减去240度就是所述第三相电网的运行角度。进一步的，基于所述标准电压值的计算公式、所述第二相电网的运行角度和所述第三相电网的运行角度，计算出所述第二相电网和所述第三相电网的标准电压值。其中，所述平行四边形法则指的是以两个向量为邻边作平行四边形，此时，所述两个向量的邻边之间的对角线就代表向量的大小和方向。

可选的，当所述三相电网的相序为负序时，保持第一相电网的方向和大小，将所述第二相电网顺时针旋转120度，所述第三相电网逆时针旋转120度，然后根据平行四边形法则，计算出所述第一相电网的运行角度，然后在所述第一相电网运行角度的基础上加上120度，以获取所述第二相电网的运行角度，在所述第一相电网运行角度的基础上加上240度，以获取所述第三相电网的运行角度，最后基于电压标准值计算公式和所述第二相电网的运行角度，所述第三相电网的运行角度，得到所述第二相电网和第三相电网的电压标准值。

可选的，当所述三相电网的相序为零序时，保持所述第一相电网的大小和方向不变，然后将所述第二相电网的原点平移到所述第一相电网的顶端，其中，所述第二相电网的方向并不会发生改变，将所述第三相电网的原点平移到所述第二相电网的顶端，此时，将第一相电网的原点与第三相电网的顶点相连，得到所述第一相电网的运行角度。进一步的，由于此时所述三相电网的相序为零序，故所述第二相电网和所述第三相电网的运行角度与所述第一相电网的角度一致，最后，基于电压标准值计算公式计算出此时的第二相电网和第三相电网的电压标准值。

具体的，获取与所述三相电网相序相对应的其他两相电网的电压标准值，并根据偏差阈值的计算公式计算出其他两相电网的偏差阈值，然后将其他两相电网的电网电压值与其对应的所述电压标准值进行比较，并判断差值是否大于偏差阈值（所述差值为绝对值），若大于，则判定系统电网异常，此时，将异常电网的信息发送至其他两相逆变器，从而提高了所述三相电网异常检测的准确性。

优选地，如图2所示的正弦函数曲线图，当运行角度为0、90°、180°、270°时，另外两相电网的电压标准值的幅值较大，更有利于判断另外两相电网是否存在异常。

S04、若有一相电网异常或某一相电网电压值和其他两相电网电压值不满足当前电网电压相序关系，则确定所述三相电网异常。

具体的，当检测本相电网电压值与其对应的标准电压值偏差大于偏差阈值时，确认本相电网异常，此时，所述三相电网也存在异常。进一步的，通过本相电网的运行角度和相序计算其他两相电网电压的电压标准值，然后判断其他两相电网电压与其对应的电压标准值的偏差是否大于偏差阈值，若大于，则确认本相电网电压值和其他两相电网电压值不满足当前电网电压相序关系，此时，确定所述三相电网异常。

本发明实施例提供一种三相电网异常检测方法，所述方法通过每一个单相逆变器来获取所述三相电网对应的电网电压值，然后每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常，并判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系，若有一相电网异常或某一相电网电压值和其他两相电网电压值不满足当前电网电压相序关系，则确定所述三相电网异常。实现每一个单相逆变器在检测本相电网是否异常的同时，还建立与其他两相的联系，通过判断本相和其他两相是否满足当前电网电压相序关系来判断电网是否异常，两方面的检测同时进行，只要有一方面检测出异常就可以判定电网异常，从而大幅提高检测速度并提高检测的精准度、降低了检测的时长。

请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种三相电网异常检测系统的结构示意图，如图3所示，所述三相电网异常检测系统包括三个单相逆变器，分别为第一单相逆变器2、第二单相逆变器3、第三单相逆变器4，三相电网，分别为第一相电网5、第二相电网6、第三相电网7，采样电路14、第一连接电路16、第二连接电路17和第三连接电路18。

所述第一单相逆变器2通过所述第一连接电路16与所述第一相电网5连接，所述第二单相逆变器3通过所述第二连接电路17与所述第二相电网6连接，所述第三单相逆变器4通过所述第三连接电路18与所述第三相电网7连接，所述采样电路14分别与所述三相电网和所述三个单相逆变器连接。

具体的，所述采样电路14用于获取所述三相电网的电压值，然后将所述三相电网电压值分别发送至所述第一单相逆变器2、第二单相逆变器3和第三单相逆变器4，每一个单相逆变器接收到所述三相电网电压值后，根据所述三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常，并根据所述三相电网电压值判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系，若有一相电网异常或某一相电网电压值和其他两相电网电压值不满足当前电网电压相序关系，则确定所述三相电网异常。

例如，当所述第一单相逆变器2接收到所述三相电网电压值后，首先判断所述第一相电网5是否异常，同时根据所述三相电网电压值判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系，若不满足当前电网电压的相序关系，则所述三相电网异常。

具体的，通过第一单相逆变器2为主体判断所述三相电网是否存在异常，首先通过所述第一相逆变器2接收所述三相电网电压，并计算出所述第一相电网5的电压标准值，然后基于所述第一相电网5的电网电压和所述电压标准值，检测所述第一相电网5是否存在异常。同时，根据三个单相逆变器接入电网的相序以及所述第一相电网5的运行角度，计算出所述第二相电网6的运行角度和所述第三相电网7的运行角度，然后根据所述第二相电网6的运行角度和所述第三相电网7的运行角度计算出所述第二相电网6的电压标准值和所述第三相电网7的电压标准值，并基于所述电压标准值与所述电网电压进行比较，若偏差大于偏差阈值，则判断系统电网异常。

对于第二单相逆变器3和第三单相逆变器4亦如此。

请参阅图4，图4是本发明实施例提供的一种三相电网异常检测系统的又一结构示意图，如图4所示，所述三相异常检测系统包括电池1、第四连接电路15、第一单相逆变器2、第二单相逆变器3、第三单相逆变器4、第一相电网5、第二相电网6、第三相电网7、第一连接电路16、第二连接电路17、第三连接电路18和采样电路14。

其中，在每一个单相逆变器中加入IO接口电路和采样接口电路，即：所述第一单相逆变器2包括第一IO接口电路8和第一采样接口电路11，所述第二单相逆变器3包括第二IO接口电路9和第二采样接口电路12，所述第三单相逆变器4包括第三IO接口电路10和第三采样接口电路13。所述第一IO接口电路8、第二IO接口电路9和第三IO接口电路10相互连接。每一个IO接口电路各包括一个输出IO和两个输入IO，输出IO用于向IO总线发送当前本相电网异常信息，两个输入IO用于分别接收另外两相单相逆变器发送来的电网异常信息。

所述电池1通过所述第四连接电路15分别与所述第一单相逆变器2、第二单相逆变器3和第三单相逆变器4连接，所述采样电路14分别与第一采样接口电路11、第二采样接口电路12、第三采样接口电路13、第一相电网5、第二相电网6和第三相电网7连接，所述第一单相逆变器2通过所述第一连接电路16与所述第一相电网5连接，所述第二单相逆变器3通过所述第二连接电路17与所述第二相电网6连接，所述第三单相逆变器4通过所述第三连接电路18与所述第三相电网7连接。

通过IO接口电路，三个单相逆变器之间进行电网异常信息交互，相较于以往采用通讯（例如CAN等通讯方式）的方式更加迅速，进一步提高系统的异常检测速度，进而缩短并离网切换的时间。

需要说明的是，上述三相电网异常检测系统可执行本发明实施例所提供的三相电网异常检测方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在三相电网异常检测系统实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的三相电网异常检测方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种三相电网异常检测方法，其特征在于，所述方法包括：

每一个单相逆变器获取三相电网电压值；

每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常；

每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系；

若有一相电网异常或某一相电网电压值和其他两相电网电压值不满足当前电网电压相序关系，则确定所述三相电网异常；

其中，所述每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系包括：

所述每一个单相逆变器根据本相的运行角度以及本相的相序获取其他两相的运行角度及相应的标准电压瞬时值；

将其他两相电网电压值分别与所述相应的标准电压瞬时值进行比较，若偏差大于阈值，则判断系统电网异常，同时将所述系统电网异常信息传输给其他两个单相逆变器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每一个单相逆变器根据所述三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常包括：

将本相的电网电压值与标准电压瞬时值进行比较；

若偏差大于偏差阈值，则停止本相对应的单相逆变器驱动输出，同时累计异常一次；

在预设时间段内累计异常次数，若所述异常次数大于预设数值，则判断本相电网异常，同时将所述本相电网异常信息传输给其他两相单相逆变器。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在，所述偏差阈值表达为如下公式：

且

；

其中，所述y为偏差阈值，a为最大偏差幅值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在预设时间段内累计异常次数包括：采用滑窗的方式在预设时间内累计异常次数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每一个单相逆变器根据本相的运行角度以及本相的相序获取其他两相的运行角度及相应的标准电压瞬时值中，所述本相的运行角度为0°、90°、180°、270°中任意一个。

6.一种三相电网异常检测系统，其特征在于，包括：三个单相逆变器、采样电路、连接电路和三相电网；

所述三个单相逆变器分别通过所述连接电路与所述三相电网连接，所述采样电路分别与所述三相电网、三个单相逆变器连接；

所述采样电路用于采集所述三相电网的电网电压值，并将所述三相电网电压值分别发送至所述三个单相逆变器；

所述三个单相逆变器用于分别接收所述三相电网电压值，并根据所述三相电网电压值中的本相电网电压值检测本相电网是否异常，同时，根据三相电网电压值判断本相电网电压值和其他两相电网电压值是否满足当前电网电压相序关系，若有一相电网异常或某一相电网电压值和其他两相电网电压值不满足当前电网电压相序关系，则确定所述三相电网异常；

所述三个单相逆变器还用于：

根据本相的电网电压值获取本相的角度，根据所述本相的角度和本相的相序获取其他两相的角度及相应的标准电压瞬时值；

将其他两相电网电压值分别与所述相应的标准电压瞬时值进行比较，若偏差大于阈值，则判断系统电网异常，同时将所述系统电网异常信息传输给其他两相单相逆变器。

7.根据权利要求6所述的三相电网检测系统，其特征在于，所述三个单相逆变器分别用于：

将本相的电网电压值与标准电压瞬时值进行比较；

若偏差大于偏差阈值，则停止本相对应的单相逆变器驱动输出，同时累计异常一次；

在预设时间段内累计异常次数，若所述异常次数大于预设数值，则判断本相电网异常，同时将所述本相电网异常信息传输给其他两个单相逆变器。

8.根据权利要求7所述的三相电网检测系统，其特征在于，所述偏差阈值表达为如下公式：

且

；

其中，所述y为偏差阈值，a为最大偏差幅值。

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