CN109406890B - 三相交流输入缺相检测方法、***、设备及存储介质 - Google Patents

三相交流输入缺相检测方法、***、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种三相交流输入缺相检测方法、***、设备及存储介质，所述方法包括：实时采集所述电力电子转换设备的直流母线电压和输出功率，并进行带通滤波处理；获取经过带通滤波处理后的所述直流母线电压的第一波动频率和幅值和经过带通滤波处理后的所述输出功率的第二波动频率和幅值；判断所述第一波动频率和幅值是否满足第一预设条件，以及所述第二波动频率和幅值是否不满足第二预设条件；若是则进行缺相计时，在缺相计时达到预设值时输出缺相故障告警信息。本发明实施例可以提高缺相检测精度，并且可以避免由于输出频率波动引起的误判。

Description

三相交流输入缺相检测方法、***、设备及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及电力电子转换设备领域，更具体地说，涉及一种三相交流输入缺相检测方法、***、设备及存储介质。
背景技术
输入缺相检测是三相交直交、交直直电源或者变频器等电力电子转换装置中的一种输入保护检测机制。当由于某种原因，三相输入电网有一相不能为交直流转换供电时，需要迅速检测出来，并立即停止运行，防止两相供电导致交直流转换设备过载，或者母线电压波动过大，造成设备损伤。
传统的输入缺相检测方法主要是通过增加缺相检测硬件电路或者通过在电网输入侧增加电压或电流采样电路及器件采样输入电网侧的电压或者电流，来进行缺相判断。这种输入缺相检测方法无疑增加了***的硬件成本。
如图1所示，目前在某些情况下，比如三相输入电路为由二极管D1～D6组成不可控整流电路，可以实现在不增加硬件成本的情况下，利用母线电压和输出瞬时功率来判断输入缺相。该方案不需要检测输入侧的电压或者电流，仅需通过检测母线波动的频率以及波动峰峰值来判断是否缺相。然而，目前采用的利用母线电压和输出瞬时功率来判断输入缺相的方法存在有以下缺陷：
1)由于母线电压中有较大的直流成分，影响对其交流波动频率及幅值的检测，并且由于输出侧负载功率变化，母线电压经常被拉高或者拉低，导致母线电压波动频率和峰峰值的计算容易出错；
2)由于输出功率的波动，存在即使没有缺相，也会导致母线电压有类似缺相一样的波动的情况，容易产生误判。
发明内容
本发明实施例针对上述现有的利用母线电压和输出瞬时功率来判断输入缺相的方法存在的容易产生误判的母线电压波动频率和峰峰值的计算容易出错以及由于输出功率波动的影响，容易出现误判的问题，提供一种新的三相交流输入缺相检测方法、***、设备及存储介质。
本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种三相交流输入缺相检测方法，应用于三相输入的电力电子转换设备，所述三相交流输入缺相检测方法包括：
实时采集所述电力电子转换设备的直流母线电压和输出功率，并对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理；
获取经过带通滤波处理后的所述直流母线电压的第一波动频率和幅值和经过带通滤波处理后的所述输出功率的第二波动频率和幅值；
判断所述第一波动频率和幅值是否满足第一预设条件，以及所述第二波动频率和幅值是否满足第二预设条件；
若所述第一波动频率和幅值满足所述第一预设条件，且所述第二波动频率和幅值不满足所述第二预设条件，则进行缺相计时，在缺相计时达到预设值时输出缺相故障告警信息；或者，
若所述第一波动频率和幅值不满足所述第一预设条件，或者所述第二波动频率和幅值满足所述第二预设条件，则将缺相计时清零，不报缺相故障。
优选地，所述第一预设条件为：所述直流母线电压的第一波动频率处于第一预设范围且所述直流母线电压的第一波动幅值超过第一阈值；
所述第二预设条件为：所述输出功率的第二波动频率处于第二预设范围且所述输出功率的第二波动幅值超过第二阈值。
优选地，所述第一预设范围和所述第二预设范围均为三相交流输入电压频率允许波动范围的两倍。
优选地，所述对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理，包括；
采用具有预设频率带通的带通滤波器对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理，所述预设频率为三相交流输入电压频率的两倍。
本发明实施例还提供一种三相交流输入缺相检测***，应用于三相输入的电力电子转换设备，所述三相交流输入缺相检测***包括：
带通滤波单元，用于实时采集所述电力电子转换设备的直流母线电压和输出功率，并对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理；
波动频率和幅值检测单元，用于获取经过带通滤波处理后的所述直流母线电压的第一波动频率和幅值和经过带通滤波处理后的所述输出功率的第二波动频率和幅值；
判断单元，用于判断所述第一波动频率和幅值是否满足第一预设条件，以及所述第二波动频率和幅值是否满足第二预设条件；
缺相故障告警单元，用于：
若所述第一波动频率和幅值满足所述第一预设条件，且所述第二波动频率和幅值不满足所述第二预设条件，则进行缺相计时，在缺相计时达到预设值时输出缺相故障告警信息；或者，
若所述第一波动频率和幅值不满足所述第一预设条件，或者所述第二波动频率和幅值满足所述第二预设条件，则将缺相计时清零，不报缺相故障。
优选地，所述第一预设条件为：所述直流母线电压的第一波动频率处于第一预设范围且所述直流母线电压的第一波动幅值超过第一阈值；
所述第二预设条件为：所述输出功率的第二波动频率处于第二预设范围且所述输出功率的第二波动幅值超过第二阈值。
优选地，所述第一预设范围和所述第二预设范围均为三相交流输入电压频率允许波动范围的两倍。
优选地，所述带通滤波单元具体用于；
采用具有预设频率带通的带通滤波器对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理，所述预设频率为三相交流输入电压频率的两倍。
本发明实施例还提供一种电力电子转换设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上所述方法的步骤。
本发明实施例的三相交流输入缺相检测方法、***、设备及存储介质，由于在进行缺相判断前首先对采集的所述电力电子转换设备的直流母线电压和输出功率进行带通滤波处理，滤除所述直流母线电压和输出功率中的直流分量成分和高频波动，从而可以提高直流母线电压和输出功率中交流波动频率及幅值的检测精度；由于在直流母线电压的第一波动频率和幅值满足第一预设条件，且输出功率的第二波动频率和幅值不满足第二预设条件时才进行缺相计时，在缺相计时达到预设值时输出缺相故障告警信息，从而可以避免输出功率波动引起的误判，提高缺相检测精度。
附图说明
图1是使用三相不控整流电路进行三相交流输入电压转换的示意图；
图2是本发明实施例提供的三相交流输入缺相检测方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的三相交流输入缺相检测方法中获取母线电压波动量的频率的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的三相交流输入缺相检测方法中母线电压波动量的频率的波形图；
图5是本发明实施例提供的三相交流输入缺相检测方法中获取母线电压波动量的幅值的流程示意图；
图6是本发明实施例提供的三相交流输入缺相检测方法中母线电压波动量的幅值的波形图；
图7是本发明另一实施例提供的三相交流输入缺相检测方法中获取母线电压波动量的幅值的流程示意图；
图8是本发明另一实施例提供的三相交流输入缺相检测方法中母线电压波动量的幅值的另一波形图；
图9是本发明另一实施例提供的三相交流输入缺相检测方法中输出功率波动量的频率的波形图；
图10是本发明另一实施例提供的三相交流输入缺相检测方法中获取输出功率波动量的幅值的流程示意图；
图11是本发明另一实施例提供的三相交流输入缺相检测方法中获取输出功率波动量的幅值的流程示意图；
图12是本发明实施例提供的三相交流输入缺相检测***的示意图；
图13是本发明实施例提供的电力电子转换设备的示意图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在三相交直交、交直直电源或者变频器等电力电子转换装置中，在负载不变化且装置正常运行时，经三相不控整流后的母线电压会有三相输入电压频率6倍频波动，当输入缺相时，母线电压会有三相输入电压频率2倍频的波动，输出负载越大，则母线电压波动越大。
如图2所示，是本发明实施例提供的三相交流输入缺相检测方法的示意图，该方法可应用于三相交直交、交直直电源或者变频器等电力电子转换设备中。在这些设备中，三相交流输入电压(例如电网电压)经三相不控整流转换为母线电压。本实施例的三相交流输入缺相检测方法包括：
步骤S1：实时采集电力电子转换设备的直流母线电压和输出功率，并对直流母线电压和输出功率进行带通滤波处理。
由于在三相交流输入不缺相时，随着输出功率变化，母线电压会不断地上升或者下降，如果输出功率为100hz规律变化，则母线电压会有100hz的波动。该步骤中需对母线电压Udc作带通滤波，具体地，滤波传递函数为：
Udc_bp＝(s×(ω/Q))/(s2+s×(ω/Q)+ω×ω) (1)
在该传递函数中，Udc_bp为母线电压波动量，ω为带通角频率且ω＝2×π×f，f为带通频率，取预设频率带通，Q为品质因数，s为复变量。
在该步骤中，可通过获取负载电压和电流来计算瞬时的输出功率，例如当直流母线连接逆变器时，可通过获得逆变器的输出电流以及电流调节器的输出电压来计算瞬时的输出功率。对瞬时的输出功率进行带通滤波的滤波传递函数可同为式(1)。
特别地，该步骤中可采用具有预设频率带通的带通滤波器对直流母线电压和输出功率进行带通滤波处理，该带通滤波器的预设频率带通可以为三相交流输入电压频率的两倍，即在三相交流输入电压的频率为50hz，则预设频率带通可以为100hz。
步骤S2：获取经过带通滤波处理后的直流母线电压的第一波动频率和幅值和经过带通滤波处理后的输出功率的第二波动频率和幅值。
具体地，如图3、4所示，经过带通滤波处理后的直流母线电压的第一波动频率具体可通过以下方式获得：
步骤S111：在经过带通滤波处理后的直流母线电压从小于零变成大于零(或从大于零变成小于零)时开始计数，使相应的计数器从零开始以固定周期进行累加。
步骤S112：在经过带通滤波处理后的直流母线电压再次从小于零变成大于零(或从大于零变成小于零)时停止计数并读取计数器的计数值。
步骤S113：根据步骤S112中获得的计数值计算当前时刻母线电压的第一波动频率，计算结束后使计数器清零并返回步骤S111，进行下一次的计数。具体地，该步骤中可采用以下计算式(2)计算当前时刻母线电压的第一波动频率：
fudc＝1/(Count×T) (2)
上述fudc为当前时刻母线电压的第一波动频率，Count为计数器的计数值，T为计数器的计数周期。
如图5、6所示，经过带通滤波处理后的直流母线电压的幅值具体可通过以下方式获取：
步骤S121：取经过带通滤波处理后的直流母线电压的绝对值。
步骤S122：对步骤S121中获得的直流母线电压的绝对值进行预设时长(例如10ms～50ms)的RC滤波，即得到母线电压的等效幅值Udc_bp_filt。
步骤S123：根据母线电压等效幅值Udc_bp_filt计算母线电压的幅值Udc_bp_pp，其中母线电压的等效幅值Udc_bp_filt与母线电压幅值Udc_bp_pp线性相关。
此外，如图7、8所示，经过带通滤波处理后的直流母线电压的幅值还可通过以下方式获取：
步骤S131：在经过带通滤波处理后的直流母线电压从小于零变成大于零(或从大于零变成小于零)时开始搜索母线电压的最大值Udc_bp_max和最小值Udc_bp_min。
步骤S132：在母线电压再次从小于零变成大于零(或从大于零变成小于零)时，根据步骤(S131)中获得的母线电压的最大值Udc_bp_max和最小值Udc_bp_min计算母线电压的幅值。具体地，该步骤中可通过以下计算式(3)计算母线电压的幅值Udc_bp_pp：
Udc_bp_pp＝(Udc_bp_max-Udc_bp_min) (3)
经过带通滤波处理后的输出功率的第二波动频率和幅值可采用同样的方法计算获得。具体地，如图9所示，经过带通滤波处理后的输出功率的第二波动频率可通过以下方式获得：
步骤S211：在经过带通滤波处理后的输出功率从小于零变成大于零(或从大于零变成小于零)时开始计数，使相应的计数器从零开始以固定周期进行累加。
步骤S212：在经过带通滤波处理后的输出功率再次从小于零变成大于零(或从大于零变成小于零)时停止计数并读取计数器的计数值。
步骤S213：根据步骤S212中读取的计数值计算当前时刻经过带通滤波处理后的输出功率的第二频率。
如图10所示，经过带通滤波处理后的输出功率的幅值可通过以下方式获得：
步骤S221：取经过带通滤波处理后的输出功率的绝对值。
步骤S222：对步骤S221中获得的绝对值进行预设时长(例如10ms～50ms)的RC滤波，即得到输出功率的等效幅值。
步骤S223：根据输出功率的等效幅值计算输出功率的幅值，其中输出功率的等效幅值与输出功率的幅值线性相关。
如图11所示，经过带通滤波处理后的输出功率的幅值还可通过以下方式获得：
步骤S231：在经过带通滤波处理后的输出功率从小于零变成大于零(或从大于零变成小于零)时开始搜索输出功率的最大值和最小值；
步骤S232：在输出功率再次从小于零变成大于零(或从大于零变成小于零)时，根据步骤S231中获得的输出功率的最大值和最小值计算经过带通滤波处理后的输出功率的幅值。
步骤S3：判断第一波动频率和幅值是否满足第一预设条件，以及第二波动频率和幅值是否满足第二预设条件。在第一波动频率和幅值满足第一预设条件，且第二波动频率和幅值不满足第二预设条件时执行步骤S4；在第一波动频率和幅值不满足第一预设条件，或者第二波动频率和幅值满足第二预设条件时执行步骤S5。
上述第一预设条件具体可为：经过带通滤波处理后的母线电压的第一频率处于预设范围且母线电压的幅值超过第一阈值；第二预设条件具体可为：经过带通滤波处理后的输出功率的第二频率处于预设范围且幅值超过第二阈值。上述预设范围、第一阈值、第二阈值可根据需要设置。
特别地，上述预设范围可以为三相交流输入电压频率允许波动范围的2倍，例如当三相交流输入电压额定频率为50hz，允许的波动范围为45～55hz时，该预设范围为90～110hz。
步骤S4：进行缺相计时，在缺相计时达到预设值(该预设值可根据***的稳定性要求进行设置)时确认出现缺相故障，输出缺相故障告警信息。
步骤S5：将缺相计时清零，不报缺相故障，并返回步骤S1，继续进行下一时刻的缺相故障检测。
本实施例的三相交流输入缺相检测方法中，在负载不变化，正常运行时，若交流输入电网电压频率为50h，二极管整流后母线电压会有交流输入电网电压频率6倍频即300hz的波动，当输入缺相时，母线电压会有电网电压频率2倍频100hz的波动，输出负载越大，则母线波动越大。
并且，本实施例的三相交流输入缺相检测方法由于在进行缺相判断前首先对采集的电力电子转换设备的直流母线电压和输出功率进行带通滤波处理，滤除直流母线电压和输出功率中的直流分量成分和高频波动，从而可以提高直流母线电压和输出功率中交流波动频率及幅值的检测精度；同时由于在直流母线电压的第一波动频率和幅值满足第一预设条件，且输出功率的第二波动频率和幅值不满足第二预设条件时才进行缺相计时，在缺相计时达到预设值时输出缺相故障告警信息，从而可以避免输出功率波动引起的误判，提高缺相检测精度。
如图12所示，本发明实施例还提供一种三相交流输入缺相检测***，应用于三相输入的电力电子转换设备，三相交流输入缺相检测***包括带通滤波单元121、波动频率和幅值检测单元122、判断单元123以及缺相故障告警单元124，上述带通滤波单元121、波动频率和幅值检测单元122、判断单元123以及缺相故障告警单元123可集成到电力电子转换设备的控制器，并可结合运行于上述控制器的软件实现。
上述带通滤波单元121用于实时采集所述电力电子转换设备的直流母线电压和输出功率，并对直流母线电压和输出功率进行带通滤波处理。波动频率和幅值检测单元122获取经过带通滤波处理后的所述直流母线电压的第一波动频率和幅值和经过带通滤波处理后的所述输出功率的第二波动频率和幅值。判断单元123用于判断所述第一波动频率和幅值是否满足第一预设条件，以及第二波动频率和幅值是否满足第二预设条件。缺相故障告警单元124用于在第一波动频率和幅值满足所述第一预设条件，且第二波动频率和幅值不满足第二预设条件时，进行缺相计时，并在缺相计时达到预设值时输出缺相故障告警信息；或者，在第一波动频率和幅值不满足第一预设条件，或者第二波动频率和幅值满足所述第二预设条件时，将缺相计时清零，不报缺相故障。
优选地，判断单元123所使用的第一预设条件具体可以为：直流母线电压的第一波动频率处于第一预设范围且直流母线电压的第一波动幅值超过第一阈值；相应地，第二预设条件可以为：输出功率的第二波动频率处于第二预设范围且输出功率的第二波动幅值超过第二阈值。特别地，上述第一预设范围和第二预设范围均为三相交流输入电压频率允许波动范围的两倍。
如图13所示，本发明实施例还提供一种电力电子转换设备13，该电力电子转换设备13可以为三相交直交、交直直电源或者变频器等。本实施例的电力电子转换设备13包括存储器131和处理器132，且存储器131中存储有可在处理器132上运行的计算机程序，处理器132执行上述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。本实施例中的电力电子转换设备13与上述实施例中的三相交流输入缺相检测方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上所述方法的步骤。本实施例中的计算机可读存储介质与上述实施例中的三相交流输入缺相检测方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种三相交流输入缺相检测方法，应用于三相输入的电力电子转换设备，其特征在于，所述三相交流输入缺相检测方法包括：
实时采集所述电力电子转换设备的直流母线电压和输出功率，并对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理；
获取经过带通滤波处理后的所述直流母线电压的第一波动频率和幅值和经过带通滤波处理后的所述输出功率的第二波动频率和幅值；
判断所述第一波动频率和幅值是否满足第一预设条件，以及所述第二波动频率和幅值是否满足第二预设条件；
若所述第一波动频率和幅值满足所述第一预设条件，且所述第二波动频率和幅值不满足所述第二预设条件，则进行缺相计时，在缺相计时达到预设值时输出缺相故障告警信息；或者，
若所述第一波动频率和幅值不满足所述第一预设条件，或者所述第二波动频率和幅值满足所述第二预设条件，则将缺相计时清零，不报缺相故障；
所述第一预设条件为：所述直流母线电压的第一波动频率处于第一预设范围且所述直流母线电压的第一波动幅值超过第一阈值；
所述第二预设条件为：所述输出功率的第二波动频率处于第二预设范围且所述输出功率的第二波动幅值超过第二阈值。
2.根据权利要求1所述的三相交流输入缺相检测方法，其特征在于，所述第一预设范围和所述第二预设范围均为三相交流输入电压频率允许波动范围的两倍。
3.根据权利要求1所述的三相交流输入缺相检测方法，其特征在于，所述对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理，包括；
采用具有预设频率带通的带通滤波器对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理，所述预设频率为三相交流输入电压频率的两倍。
4.一种三相交流输入缺相检测***，应用于三相输入的电力电子转换设备，其特征在于，所述三相交流输入缺相检测***包括：
带通滤波单元，用于实时采集所述电力电子转换设备的直流母线电压和输出功率，并对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理；
波动频率和幅值检测单元，用于获取经过带通滤波处理后的所述直流母线电压的第一波动频率和幅值和经过带通滤波处理后的所述输出功率的第二波动频率和幅值；
判断单元，用于判断所述第一波动频率和幅值是否满足第一预设条件，以及所述第二波动频率和幅值是否满足第二预设条件；
缺相故障告警单元，用于：
若所述第一波动频率和幅值满足所述第一预设条件，且所述第二波动频率和幅值不满足所述第二预设条件，则进行缺相计时，在缺相计时达到预设值时输出缺相故障告警信息；或者，
若所述第一波动频率和幅值不满足所述第一预设条件，或者所述第二波动频率和幅值满足所述第二预设条件，则将缺相计时清零，不报缺相故障；
所述第一预设条件为：所述直流母线电压的第一波动频率处于第一预设范围且所述直流母线电压的第一波动幅值超过第一阈值；
所述第二预设条件为：所述输出功率的第二波动频率处于第二预设范围且所述输出功率的第二波动幅值超过第二阈值。
5.根据权利要求4所述的三相交流输入缺相检测***，其特征在于，所述第一预设范围和所述第二预设范围均为三相交流输入电压频率允许波动范围的两倍。
6.根据权利要求4所述的三相交流输入缺相检测***，其特征在于，所述带通滤波单元具体用于；
采用具有预设频率带通的带通滤波器对所述直流母线电压和所述输出功率进行带通滤波处理，所述预设频率为三相交流输入电压频率的两倍。
7.一种电力电子转换设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。
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