CN118074505A - 一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力电子设备控制技术领域，公开了一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置及其方法，包括三组VIENNA拓扑交错并联实现三相PFC功能，每组VIENNA包含三个交流电流信号，交流电信号中包含三相交流电压信号，正负母线直流电压信号；电信号中共有十二组交流信号，采用有效值计算精度方法获取有效值信息。本发明应用在多组并联拓扑系统，在低采样率的条件下有效改善有效值计算精度，尤其对于电压值较大，频率波动的情况下，改善效果明显。仿真波形中可以看出在该仿真条件下，采用加权值计算有效值偏差1.5V以内，而使用实时值计算有效值误差在3V以上。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子设备控制技术领域，具体来说，涉及一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置及其方法。
背景技术
高功率密度、高可靠性电源模块，被广泛应用在军事和工业生产中，但受到功率器件限制，高功率密度的大功率设备实现相对困难。目前多采用多机并联，方式实现功率等级的提升，同时完成功能的冗余，在模块并联使用时，多模块共用一套控制器，控制器需要同时对多组设备数据进行处理，多组数据同时处理时加重控制器内存负担，对于电网信号频率发生变化时，采样点数不连续，处理不当易导致数据异常，有效的精简优化数据处理算法，可以减少控制器运算负担，同时获取较为准确数据。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置及其方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置，包括三组VIENNA拓扑交错并联实现三相PFC功能，每组VIENNA包含三个交流电流信号，交流电信号中包含三相交流电压信号，正负母线直流电压信号；电信号中共有十二组交流信号，采用有效值计算精度方法获取有效值信息；
还包括锁相模块、周期点数计算模块、有效值计算模块和主功率电路，其中，所述主功率电路主用于实现功率因数校正与交流到直流变换；
所述锁相模块获取电网电压频率值；
所述周期点数计算模块根据电网电压频率值计算出当前电网周期内电信号采样点数；
所述有效值计算模块根据电网周期内电信号采样点数求取电信号对应的有效值。
根据本发明的另一个方面，提供了一种改善多路交流电信号有效值计算精度的方法，用于所述的改善多路交流电信号有效值计算精度装置，包括以下步骤：
步骤S1、锁相模块通过采样电路获取三相电网电压信号Ua、Ub、Uc，并计算出电网电压信号的频率值f，f = 1/T；
Ua、Ub、Uc是交流电信号中的一种，此处采用本发明计算交流电压信号的有效值，与原方法对比，用以表明本发明的优越性；
步骤S2、周期点数计算模块根据当前电网频率值f和控制器采样周期Ts值计算出当前电网一个周期内的采样点数，因实时电网频率存在波动，计算电网一个周期内采样点数会存在小数部分，整数部分为N，小数部分为F；
F = 1/（f*Ts）-N；
步骤S3、有效值计算模块的求取步骤为：
步骤S31、获取当前采样信号V（N），计算加权值Vx；
Vx = V（N）*（1-F）+ V（N-1）*F；
式中V（N-1）为上一个采样周期采样获取的采样值，V（N）为本次采样获取的数据，Vx为采用加权均值计算求得的数据；
步骤S32、求取当前周期平方和RMSsum；
RMSsum= V1*V1+….+V（N-1）*V（N-1）+Vx*Vx；
式中V（1）….V（N-1）为前N-1个采样周期采样获得的交流信号值；
步骤S33、求取均方根RMS；
RMS = sqrt（RMSsum/N）；
步骤S4、将计算所得交流有效值用于保护、显示策略中。
作为优选的，采用加权平均的方式获取交流采样信号。
本发明的有益效果为：本发明应用在多组并联拓扑系统，在低采样率的条件下有效改善有效值计算精度，尤其对于电压值较大，频率波动的情况下，改善效果明显。仿真波形中可以看出在该仿真条件下，采用加权值计算有效值偏差1.5V以内，而使用实时值计算有效值误差在3V以上。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置及其方法的系统模型图；
图2是根据本发明实施例的离散系统采样示意图；
图3是根据本发明实施例的仿真对比图。
图中：V_ac为交流电压源；Vph为电压采样信号；Iph为电流采样信号；Vdc为母线电压；Vdc_Up为正半母线电压；Vdc_DN为负半母线电压；
S1为预充电电阻；S2为预充电电阻；S3为预充电电阻；
Sa1为开关管驱动信号；Sa2为开关管驱动信号；Sa3为开关管驱动信号；
Sb1为开关管驱动信号；Sb2为开关管驱动信号；Sb3为开关管驱动信号；
Sc1为开关管驱动信号；Sc2为开关管驱动信号；Sc3为开关管驱动信号；
Step为开关驱动信号。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置及其方法。
实施例一
如图1-3所示，根据本发明实施例的改善多路交流电信号有效值计算精度的装置，包括三组VIENNA拓扑交错并联实现三相PFC功能，每组VIENNA包含三个交流电流信号，交流电信号中包含三相交流电压信号，正负母线直流电压信号；电信号中共有十二组交流信号，采用有效值计算精度方法获取有效值信息；
还包括锁相模块、周期点数计算模块、有效值计算模块和主功率电路，其中，所述主功率电路主用于实现功率因数校正与交流到直流变换；
所述锁相模块获取电网电压频率值；
所述周期点数计算模块根据电网电压频率值计算出当前电网周期内电信号采样点数；
所述有效值计算模块根据电网周期内电信号采样点数求取电信号对应的有效值。
根据本发明的另一个方面，提供了一种改善多路交流电信号有效值计算精度的方法，用于所述的改善多路交流电信号有效值计算精度装置，包括以下步骤：
步骤S1、锁相模块通过采样电路获取三相电网电压信号Ua、Ub、Uc，并计算出电网电压信号的频率值f，f = 1/T；
Ua、Ub、Uc是交流电信号中的一种，此处采用本发明计算交流电压信号的有效值，与原方法对比，用以表明本发明的优越性；
步骤S2、周期点数计算模块根据当前电网频率值f和控制器采样周期Ts值计算出当前电网一个周期内的采样点数，因实时电网频率存在波动，计算电网一个周期内采样点数会存在小数部分，整数部分为N，小数部分为F；
F = 1/（f*Ts）-N；
步骤S3、有效值计算模块的求取步骤为：
步骤S31、获取当前采样信号V（N），计算加权值Vx；
Vx = V（N）*（1-F）+ V（N-1）*F；
式中V（N-1）为上一个采样周期采样获取的采样值，V（N）为本次采样获取的数据，Vx为采用加权均值计算求得的数据；
步骤S32、求取当前周期平方和RMSsum；
RMSsum = V1*V1+….+V（N-1）*V（N-1）+Vx*Vx；
式中V（1）….V（N-1）为前N-1个采样周期采样获得的电压值；
步骤S33、求取均方根RMS；
RMS = sqrt（RMSsum/N）；
步骤S4、将计算所得交流有效值用于保护、显示策略中。
如图3所示，仿真中对比了采用加权值和不采用加权值计算有效值的结果，真实电压有效值264V，结果表明采用加权值计算更接近真实值。
采用加权平均的方式获取交流采样瞬时信号。
如图2所示，图中A点和B点为相邻的两个采样位置，A点为控制器上一个周期采样获得的采样值，B点为控制器本周期采样获得的采样值，C点为采用加权均值法求得的采样值，图中A点和B点间隔一个采样周期Ts；
横坐标是时间轴，单位为秒，采样周期Ts，T（N-1）*Ts表示第N-1个采样点的时间，T（N）*Ts表示第N个采样点的时间；纵坐标为采样值，单位为采样对应的量，电压则单位为伏特（V），电流则单位为安培（A），V（N-1）表示（N-1）*Ts时刻的采样值，V（N）表示N*Ts时刻的采样值。
表1仿真参数
| 参数 | 设定值 |
| 交流电压有效值（V） | 264 |
| 交流电压设定频率（Hz） | 50.5 |
| 采样频率（Hz） | 2000 |
| 采样周期（s） | 0.0005 |
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明应用在多组并联拓扑系统，在低采样率的条件下有效改善有效值计算精度，尤其对于电压值较大，频率波动的情况下，改善效果明显。仿真波形中可以看出在该仿真条件下，采用加权值计算有效值偏差1.5V以内，而使用实时值计算有效值误差在3V以上。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置，其特征在于，包括三组VIENNA拓扑交错并联实现三相PFC功能，每组VIENNA包含三个交流电流信号，交流电信号中包含三相交流电压信号，正负母线直流电压信号；电信号中共有十二组交流信号，采用有效值计算精度方法获取有效值信息；
还包括锁相模块、周期点数计算模块、有效值计算模块和主功率电路，其中，所述主功率电路主用于实现功率因数校正与交流到直流变换；
所述锁相模块获取电网电压频率值；
所述周期点数计算模块根据电网电压频率值计算出当前电网周期内电信号采样点数；
所述有效值计算模块根据电网周期内电信号采样点数求取电信号对应的有效值。
2.根据权利要求1所述的一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置，其特征在于，计算方法包括以下步骤：
S1、锁相模块通过采样电路获取三相电网电压信号Ua、Ub、Uc，并计算出电网电压信号的频率值f，f = 1/T；
步骤S2、周期点数计算模块根据当前电网频率值f和控制器采样周期Ts值计算出当前电网一个周期内的采样点数，因实时电网频率存在波动，计算电网一个周期内采样点数会存在小数部分，整数部分为N，小数部分为F；
F = 1/（f*Ts）-N；
步骤S3、有效值计算模块的求取步骤为：
步骤S31、获取当前采样信号V（N），计算加权值Vx；
Vx = V（N）*（1-F）+ V（N-1）*F；
式中V（N-1）为上一个采样周期采样获取的采样值，V（N）为本次采样获取的数据，Vx为采用加权均值计算求得的数据；
步骤S32、求取当前周期平方和RMSsum；
RMSsum= V1*V1+…+V（N-1）*V（N-1）+Vx*Vx；
式中V（1）…V（N-1）为前N-1个采样周期采样获得的交流信号值；
步骤S33、求取均方根RMS；
RMS = sqrt（RMSsum/N）；
步骤S4、将计算所得交流有效值用于保护、显示策略中。
3.根据权利要求2所述的一种改善多路交流电信号有效值计算精度的装置，其特征在于，采用加权平均的方式获取交流采样瞬时信号。
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