CN104502674A - 一种三相电压有效值检测方法及检测装置 - Google Patents

一种三相电压有效值检测方法及检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三相电压有效值检测方法及检测装置，方法包括：实时采样三相电压Ua、Ub、Uc；三相电压Ua、Ub、Uc通过ABC/dq旋转坐标系变换锁相获得电网电压相位θ；当相位θ小于相位阈值θth时，根据三相电压相位θ构造出与三相电相位同步的三相基准正弦 、、；三相电相电压Ua、Ub、Uc除以对应的三相基准正弦、、，得到三相电压的峰值Uam、Ubm、Ucm，即；根据三相电压峰值等于有效值倍，分别计算出三相电压的有效值、、，即。本发明解决了电力电子数字化控制***中传统的有效值计算方法带来的实时性难度大及占用***较大内存的问题。

Description

一种三相电压有效值检测方法及检测装置
技术领域
本发明涉及一种三相电压有效值检测方法及检测装置。
背景技术
在电力电子数字化控制***中，通过三相电压采样及三相电锁相后利用有效值的定义来计算有效值，如下所示：
上式中， --三相电压有效值， --三相电压瞬时值。
其中，N为一个周期内的离散采样点数。采用该种方法，需要做N次乘法、N次加法、一次除法和一次开根号计算。如果在一个控制节拍中同时计算这N个采样点，会占用较大的CPU运行空间和***内存，已经无法满足当前实时性要求非常高的控制***。因此，需寻求其它快速计算的方法。
有些文献中提到利用平均值来等效计算正弦波有效值，两者的关系如下所示：
--三相电压峰值, --三相电压一个周期内平均值。
它只需要做N次加法和一次乘法即可，大大减小了所需CPU运行空间。但是在实时性要求非常高的控制***中，有时这还无法满足要求，需要采用并行计算的思想，用队列来存储一个周期的采样值并提前计算好平均值，然后根据“先入先出”的原则对平均值进行更新，从而达到快速计算的目的。利用平均值来计算有效值的方法前提是电压波形为标准正弦波、谐波含量小，当波形畸变时，此方法计算出来的有效值会存在较大的误差。上述方法同样会占用较大的***内存。
发明内容
针对以上技术背景所提到现有方案的缺点，本发明提供一种三相电压有效值检测方法及检测装置，解决了电力电子数字化控制***中传统的有效值计算方法带来的实时性难度大及占用***较大内存的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种三相电压有效值检测方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：采样三相电相电压Ua、Ub和Uc；
S2：所述三相电相电压Ua、Ub和Uc通过ABC/dq旋转坐标系变换锁相获得三相电压相位θ；
S3：当所述电网电压相位θ满足条件：θ<θth时，其中θth为相位阈值，根据三相电压相位θ构造出与三相电相位同步的三相基准正弦、、，否则回到S1；
S4：所述三相电相电压Ua、Ub和Uc除以对应的三相基准正弦、、，得到所述三相电相电压的峰值Uam、Ubm、Ucm，即；
S5：根据三相电压峰值等于有效值 倍，分别计算出所述三相电相电压的有效值、、，即。
在本发明一实施例中，所述相位阈值θth的取值范围为。
在本发明一实施例中，还进一步包括计算当前周期A相电压的有效值Uarms(k)以及前m-1个周期的A相电压的有效值累计后取平均值，当前周期B相电压的有效值Ubrms(k)以及前m-1个周期的B相电压的有效值累计后取平均值, 当前周期C相电压的有效值Ucrms(k)以及前m-1个周期的C相电压的有效值累计后取平均值，即三相电压的有效值分别为、、，其中m为正整数。
一种三相电压有效值检测装置，包括一ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路、一基准正弦生成电路、第一除法器和第二除法器，其特征在于：所述ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路第一、第二、第三输入端与所述第一除法器第二、第三、第四输入端一一对应连接，所述ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路输出端与所述基准正弦生成电路输入端连接，所述基准正弦生成电路输出端与所述第一除法器第一输入端连接，所述第一除法器第一、第二、第三输出端与所述第二除法器第一、第二、第三输入端一一对应连接。
在本发明一实施例中，还设置有一滤波器，所述第二除法器第一、第二、第三输出端与所述滤波器第一、第二、第三输入端一一对应连接。
在本发明一实施例中，所述第一除法器第一、第二、第三输出端信号分别为第一除法器第一输入端信号除以第一除法器第二、第三、第四输入端信号。
在本发明一实施例中，所述第二除法器第一、第二、第三输出端信号分别为第二除法器第一、第二、第三输入端信号除以。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、克服了传统三相电压有效值检测计算方法带来的实时运算难度大需要占用较大CPU运行空间的问题；
2、每个周期都有一半时间以上的采样点都能计算出有效值，实时性强；
3、无需扩大内存空间用于存储采样后计算出的有效值，减小了使用的内存空间。
附图说明
图1是本发明三相电压有效值检测方法流程图。
图2是本发明三相电压有效值检测装置电路原理框图。
图中  1—ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路  2—基准正弦生成电路
3—第一除法器   4—第二除法器   5—滤波器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种三相电压有效值检测方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：采样三相电相电压Ua、Ub和Uc；
S2：所述三相电相电压Ua、Ub和Uc通过ABC/dq旋转坐标系变换锁相获得三相电压相位θ；
S3：当所述电网电压相位θ满足条件：θ<θth时，其中θth为相位阈值，根据三相电压相位θ构造出与三相电相位同步的三相基准正弦、、，否则回到S1；
S4：所述三相电相电压Ua、Ub和Uc除以对应的三相基准正弦、、，得到所述三相电相电压的峰值Uam、Ubm、Ucm，即；
S5：根据三相电压峰值等于有效值 倍，分别计算出所述三相电相电压的有效值、、，即。
于本实施例中，所述相位阈值θth的取值范围为。
于本实施例中，还进一步包括计算当前周期A相电压的有效值Uarms(k)以及前m-1个周期的A相电压的有效值累计后取平均值，当前周期B相电压的有效值Ubrms(k)以及前m-1个周期的B相电压的有效值累计后取平均值, 当前周期C相电压的有效值Ucrms(k)以及前m-1个周期的C相电压的有效值累计后取平均值，即三相电压的有效值分别为、、，其中m为正整数。
请参照图2，本发明还提供一种三相电压有效值检测装置，包括一ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路1、一基准正弦生成电路2、第一除法器3和第二除法器4，其特征在于：所述ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路1第一、第二、第三输入端与所述第一除法器3第二、第三、第四输入端一一对应连接，所述ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路1输出端与所述基准正弦生成电路2输入端连接，所述基准正弦生成电路2输出端与所述第一除法器3第一输入端连接，所述第一除法器3第一、第二、第三输出端与所述第二除法器4第一、第二、第三输入端一一对应连接。
请继续参照图2，还设置有一滤波器5，所述第二除法器4第一、第二、第三输出端与所述滤波器5第一、第二、第三输入端一一对应连接。
于本实施例中，所述第一除法器3第一、第二、第三输出端信号分别为第一除法器3第一输入端信号除以第一除法器3第二、第三、第四输入端信号。
于本实施例中，所述第二除法器4第一、第二、第三输出端信号分别为第二除法器4第一、第二、第三输入端信号除以。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种三相电压有效值检测方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：采样三相电相电压Ua、Ub和Uc；
S2：所述三相电相电压Ua、Ub和Uc通过ABC/dq旋转坐标系变换锁相获得三相电压相位θ；
S3：当所述电网电压相位θ满足条件：θ<θth时，其中θth为相位阈值，根据三相电压相位θ构造出与三相电相位同步的三相基准正弦                                                、、，否则回到S1；
S4：所述三相电相电压Ua、Ub和Uc除以对应的三相基准正弦、、，得到所述三相电相电压的峰值Uam、Ubm、Ucm，即；
S5：根据三相电压峰值等于有效值 倍，分别计算出所述三相电相电压的有效值、、，即。
2.根据权利要求1所述的三相电压有效值检测方法，其特征在于：所述相位阈值θth的取值范围为。
3.根据权利要求1所述的三相电压有效值检测方法，其特征在于：还进一步包括计算当前周期A相电压的有效值Uarms(k)以及前m-1个周期的A相电压的有效值累计后取平均值，当前周期B相电压的有效值Ubrms(k)以及前m-1个周期的B相电压的有效值累计后取平均值, 当前周期C相电压的有效值Ucrms(k)以及前m-1个周期的C相电压的有效值累计后取平均值，即三相电压的有效值分别为、、，其中m为正整数。
4.一种三相电压有效值检测装置，包括一ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路、一基准正弦生成电路、第一除法器和第二除法器，其特征在于：所述ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路第一、第二、第三输入端与所述第一除法器第二、第三、第四输入端一一对应连接，所述ABC/dq旋转坐标系变换锁相电路输出端与所述基准正弦生成电路输入端连接，所述基准正弦生成电路输出端与所述第一除法器第一输入端连接，所述第一除法器第一、第二、第三输出端与所述第二除法器第一、第二、第三输入端一一对应连接。
5.根据权利要求4所述的三相电压有效值检测装置，其特征在于：还设置有一滤波器，所述第二除法器第一、第二、第三输出端与所述滤波器第一、第二、第三输入端一一对应连接。
6.根据权利要求4所述的三相电压有效值监测装置，其特征在于：所述第一除法器第一、第二、第三输出端信号分别为第一除法器第一输入端信号除以第一除法器第二、第三、第四输入端信号。
7.根据权利要求4所述的三相电压有效值监测装置，其特征在于：所述第二除法器第一、第二、第三输出端信号分别为第二除法器第一、第二、第三输入端信号除以。
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