三相交流電相序判斷方法和裝置的製作方法

2023-05-04 00:37:06

專利名稱：三相交流電相序判斷方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及測量電變量的方法及裝置，尤其涉及一種三相交流電相序判斷方法和裝置。
現有相序測量技術中主要有兩種方法方法1通過相序測量裝置構造不平衡負載，導致相序檢測電路三相負載各相電壓不平衡，同時將不平衡電壓的大小關係通過顯示器件體現出來，由於相序不同時，同樣兩相負載上的相電壓大小關係相反，據此可以判斷相序。如

圖1所示，為一相序測電筆的電路圖，這種方法在三相嚴重不平衡時，可能引起誤判。
方法2利用三相交流電瞬時電壓波形的特徵，在預定的時間間隔交替掃描各相位；藉助一種合適的預定的測算法來測算測量值，或僅僅測算兩個時刻的測量值的符號來確定相序，如圖2所示，以大約3倍於電網頻率的測量頻率來測量三相電網信號，根據兩採樣時刻得到的測量值符號信息，即可判斷相序的正反，這種方法本質上是基于波形特徵的，波形的好壞對測量結果的準確性有影響。
本發明的目的之二在於提供一種用上述相序判斷方法的三相交流電相序判斷裝置。
本發明中所採用的方法為根據旋轉矢量角的旋轉方向確定三相交流電的相序。
所述的旋轉矢量角的旋轉方向通過採集三相實時電壓/電流信號，求取電壓/電流旋轉矢量的相角差，計算一定時間間隔之間的旋轉矢量相角差，根據所計算的旋轉矢量相角差的符號確定旋轉矢量角的旋轉方向；所述的旋轉矢量角的旋轉方向可通過計算在一個市電周期之間的旋轉矢量相角差確定；所述的旋轉矢量相角是通過三相至兩相的電壓/電流信號坐標變換，採用公式Xα＝(2Xa-Xb-Xc)/3Xβ＝(Xb-Xc)/31/2求出旋轉矢量在兩相坐標系的實時值Xα、Xβ，其中Xa、Xb、Xc為電壓/電流的三相信號值，計算參數旋轉矢量模長Xm＝(Xα2+Xβ2)1/2根據旋轉矢量在兩相坐標系的實時值Xα、Xβ計算出相應的全象限的旋轉矢量角θ，然後，把當前旋轉矢量角θi減去上一個時間間隔的旋轉矢量角θi-1，得相角差Δθ，根據相角差Δθ的符號確定旋轉矢量角θ的旋轉方向；所述的旋轉矢量角θ根據θ＝arccos(Xα/Xm)或θ＝arcsin(Xβ/Xm)計算，其所處象限值由Xα和Xβ的值的極性判別；所述的相角差Δθ可經濾波處理或求平均值後可以得到準確穩定的數據。
一種用上述相序判斷方法的三相交流電相序判斷裝置，包括採樣電路，電平偏移電路，AD採樣電路和相序判斷電路，所述採樣電路用於接收三相交流電的各相交流電壓/電流，然後經電平偏移電路將交流信號處理成直流信號，所得各相直流信號經AD採樣電路，模數轉換後得三相實時電壓/電流輸入相序判斷電路，所述相序判斷電路計算一定時間間隔之間的旋轉矢量相角差，根據所計算的旋轉矢量相角差的符號確定旋轉矢量角的旋轉方向。
本發明的技術原理及有益效果為旋轉矢量是三相電經PARK變換的結果，對於三相交流信號，可作如下表述X＝2/3*(Xa+Xbej2π/3+xce-j2π/3)其中xa、xb、xc可代表任何三相變量，如果有平衡三相電，則Xa＝XmcosωtXb＝Xmcos(ω)t-2π/3)Xc＝Xmcos(ωt+2π/3)則X＝Xmejωt當三相平衡電壓或電流經上述變換後為一個旋轉的空間矢量，矢量旋轉的方向和相序有關，這種相序測量方法是依靠旋轉矢量旋轉方向來確定的，從整體的三相交流電的旋轉矢量角的旋轉方向來看，旋轉方向是一定的，因此相角差的符號僅與相序有關，從原理上保證了相序檢測的準確性。
對於三相不平衡的交流電，如圖3所示，體現在旋轉矢量的模值上有些微抖動，但對旋轉矢量角的旋轉方向不造成影響。
即便對於諧波含量較高時，旋轉矢量端點運動軌跡如圖4所示，矢量在旋轉過程中有反向旋轉的情況，但在一個市電周期內，旋轉矢量轉過的角度仍然為正2π或負2π，即體現為整體的三相交流電的旋轉矢量角的旋轉方向是一定的，因此，相序判斷的準確性仍然可以得到保證。
所以，使用這種通過旋轉矢量角的旋轉方向判斷相序的方法，使得三相信號源的穩定性不影響測量結果，即使三相信號源的電信號不平衡甚至諧波含量較高時，也可以獲取可靠的結果，因此這種方法抗幹擾能力強，而且本發明使用的方法使得相序的判定僅僅是電壓或電流測量的必然結果，附加資源少，具有較強的適用性；由於每個採樣周期實際電壓的異常情況可能不穩定，相角差可經濾波處理或求平均值後可以得到準確穩定的數據，這樣就進一步保證了數據的可靠性，使得判定結果更準確。
總之，本發明提供一種抗幹擾能力強的三相交流電相序判斷方法，適用性強，判定結果準確。
如圖5所示，本發明所採用的旋轉矢量的旋轉方向測量方法為旋轉矢量相角θ是通過三相至兩相的電壓/電流信號坐標變換，採用公式
Xα＝(2Xa-Xb-Xc)/3Xβ＝(Xb-Xc)/31/2求出旋轉矢量在兩相坐標系的實時值Xα、Xβ，其中Xa、Xb、Xc為電壓/電流的三相信號值，計算參數旋轉矢量模長Xm＝(Xα2+Xβ2)1/2根據旋轉矢量在兩相坐標系的實時值Xα、Xβ計算出相應的全象限的旋轉矢量角θ，旋轉矢量角θ根據θ＝arccos(Xα/Xm)或θ＝arcsin(Xβ/Xm)計算，其所處象限值由Xα和Xβ的值的極性判別；然後，把當前旋轉矢量角θi減去上一個時間間隔的旋轉矢量角θi-1，得相角差Δθ，根據相角差Δθ的符號確定旋轉矢量角θ的旋轉方向，這樣就根據旋轉矢量角θ的旋轉方向確定三相交流電的相序。
在使用這種方法時，可計算在一個市電周期之間的旋轉矢量相角差Δθ，相角差Δθ應為正2π或負2π，從而確定三相交流電的相序。
若計算相角差的時間間隔小於一個市電周期，相角差Δθ經濾波處理或求平均值後可以得到準確穩定的數據。
下面舉一應用本發明的應用實例進行說明，如圖6所示為該應用實例電路結構示意圖，其中，uA為三相電網A相交流電壓；uB為三相電網B相交流電壓；uC為三相電網C相交流電壓；u』A為三相電網A相交流電經降壓後的電壓；u』B為三相電網B相交流電經降壓後的電壓；u』C為三相電網C相交流電經降壓後的電壓；u」A為A相正弦交流電壓疊加直流後的信號；u」B為B相正弦交流電壓疊加直流後的信號；u」C為C相正弦交流電壓疊加直流後的信號；Va為A相交流電壓的瞬時採樣信號；Vb為B相交流電壓的瞬時採樣信號；
Vc為C相交流電壓的瞬時採樣信號。
該應用實例中包括採樣電路61，電平偏移電路62，AD採樣電路63和相序判斷電路64，採樣電路61用於接收三相交流電的各相交流電壓/電流，電壓採樣電路61可採用分壓器或電壓互感器，接收三相交流電的各相交流電壓uA、uB、uC，經電壓採樣電路61降壓後，各相電壓u』A、u』B、u』C經電平偏移電路62，將交流信號處理成直流信號，所得各相直流信號u」A、u」B、u」C經AD採樣電路63，模數轉換後得三相實時電壓Va、Vb、Vc輸入相序判斷電路64，由於採樣信號是電壓信號，三相實時電壓Va、Vb、Vc即為前面所述的三相坐標系的實時值Xa、Xb、Xc，在此相序判斷電路64中旋轉矢量相角θ是通過三相至兩相的電壓信號坐標變換，採用公式Vα＝(2Va-Vb-Vc)/3Vβ＝(Vb-Vc)/31/2求出旋轉矢量在兩相坐標系的實時值Vα、Vβ，此處實時值Vα、Vβ代表採集三相交流電電壓信號，與前述的實時值Xα、Xβ實質相同，其中Va、Vb、Vc為電壓的三相信號值，計算參數旋轉矢量模長Vm＝(Vα2+Vβ2)1/2根據旋轉矢量在兩相坐標系的實時值Vα、Vβ計算出相應的全象限的旋轉矢量角θ，旋轉矢量角θ根據θ＝arccos(Vα/Vm)或θ＝arcsin(Vβ/Vm)計算，其所處象限值由Vα和Vβ的值的極性判別；然後，把當前旋轉矢量角θi減去上一個時間間隔的旋轉矢量角θi-1，得相角差Δθ，根據相角差Δθ的符號確定旋轉矢量角θ的旋轉方向，這樣就根據旋轉矢量角θ的旋轉方向確定三相交流電的相序。
權利要求
1.一種三相交流電相序判斷方法，其特徵在於，根據旋轉矢量角的旋轉方向確定三相交流電的相序。
2.根據權利要求1所述的三相交流電相序判斷方法，其特徵在於，所述的旋轉矢量角的旋轉方向通過採集三相實時電壓/電流信號，求取電壓/電流旋轉矢量的相角差，計算一定時間間隔之間的旋轉矢量相角差，根據所計算的旋轉矢量相角差的符號確定旋轉矢量角的旋轉方向。
3.根據權利要求2所述的三相交流電相序判斷方法，其特徵在於，所述的旋轉矢量角的旋轉方向可通過計算在一個市電周期之間的旋轉矢量相角差確定。
4.根據權利要求2或所述的三相交流電相序判斷方法，其特徵在於，所述的旋轉矢量角是通過三相至兩相的電壓/電流信號坐標變換，採用公式Xα＝(2Xa-Xb-Xc)/3Xβ＝(Xb-Xc)/31/2求出旋轉矢量在兩相坐標系的實時值Xα、Xβ，其中Xa、Xb、Xc為電壓/電流的三相信號值，計算參數旋轉矢量模長Xm＝(Xα2+Xβ2)1/2根據旋轉矢量在兩相坐標系的實時值Xα、Xβ計算出相應的全象限的旋轉矢量角θ，然後，把當前旋轉矢量角θi減去上一個時間間隔的旋轉矢量角θi-1，得相角差Δθ，根據相角差Δθ的符號確定旋轉矢量角θ的旋轉方向。
5.根據權利要求4所述的三相交流電相序判斷方法，其特徵在於，所述的旋轉矢量角θ根據θ＝arccos(Xα/Xm)或θ＝arcsin(Xβ/Xm)計算，其所處象限值由Xα和Xβ的值的極性判別。
6.根據權利要求2或4所述的三相交流電相序判斷方法，其特徵在於，所述相角差Δθ經濾波處理或求平均值後可以得到準確穩定的數據。
7.採用權利要求1所述的相序判斷方法的一種三相交流電相序判斷裝置，其特徵在於，其包括採樣電路(61)，電平偏移電路(62)，AD採樣電路(63)和相序判斷電路(64)，所述採樣電路(61)用於接收三相交流電的各相交流電壓/電流，然後經電平偏移電路(62)將交流信號處理成直流信號，所得各相直流信號經AD採樣電路(63)，模數轉換後得三相實時電壓/電流輸入相序判斷電路(64)，所述相序判斷電路(64)計算一定時間間隔之間的旋轉矢量相角差，根據所計算的旋轉矢量相角差的符號確定旋轉矢量角的旋轉方向。
全文摘要
本發明涉及一種測量電變量方法的三相交流電相序判斷方法和裝置,根據旋轉矢量角的旋轉方向確定三相交流電的相序,旋轉矢量角的旋轉方向通過採集三相實時電壓/電流信號,求取電壓/電流旋轉矢量的相角差,計算一定時間間隔之間的旋轉矢量相角差,根據所計算的旋轉矢量相角差的符號確定旋轉矢量角的旋轉方向,旋轉矢量角的旋轉方向可通過計算在一個市電周期之間的旋轉矢量相角差確定,旋轉矢量角可根據反三角函數計算,其所處象限值由坐標變換後的兩相值的極性判別,相角差經濾波處理或求平均值後可以得到準確穩定的數據,本發明抗幹擾能力強,適用性強,判定結果準確。
文檔編號G01R29/18GK1387048SQ0211864
公開日2002年12月25日 申請日期2002年4月27日 優先權日2002年4月27日
發明者劉平, 萬和平, 楊志洵 申請人:艾默生網絡能源有限公司