專利名稱：三相交流電相序判斷方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)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(xiàn)有相序測(cè)量技術(shù)中主要有兩種方法方法1通過相序測(cè)量裝置構(gòu)造不平衡負(fù)載，導(dǎo)致相序檢測(cè)電路三相負(fù)載各相電壓不平衡，同時(shí)將不平衡電壓的大小關(guān)系通過顯示器件體現(xiàn)出來，由于相序不同時(shí)，同樣兩相負(fù)載上的相電壓大小關(guān)系相反，據(jù)此可以判斷相序。如

圖1所示，為一相序測(cè)電筆的電路圖，這種方法在三相嚴(yán)重不平衡時(shí)，可能引起誤判。
方法2利用三相交流電瞬時(shí)電壓波形的特征，在預(yù)定的時(shí)間間隔交替掃描各相位；借助一種合適的預(yù)定的測(cè)算法來測(cè)算測(cè)量值，或僅僅測(cè)算兩個(gè)時(shí)刻的測(cè)量值的符號(hào)來確定相序，如圖2所示，以大約3倍于電網(wǎng)頻率的測(cè)量頻率來測(cè)量三相電網(wǎng)信號(hào)，根據(jù)兩采樣時(shí)刻得到的測(cè)量值符號(hào)信息，即可判斷相序的正反，這種方法本質(zhì)上是基于波形特征的，波形的好壞對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性有影響。
本發(fā)明的目的之二在于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(fā)明中所采用的方法為根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向確定三相交流電的相序。
所述的旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向通過采集三相實(shí)時(shí)電壓/電流信號(hào)，求取電壓/電流旋轉(zhuǎn)矢量的相角差，計(jì)算一定時(shí)間間隔之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差，根據(jù)所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)矢量相角差的符號(hào)確定旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向；所述的旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向可通過計(jì)算在一個(gè)市電周期之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差確定；所述的旋轉(zhuǎn)矢量相角是通過三相至兩相的電壓/電流信號(hào)坐標(biāo)變換，采用公式Xα＝(2Xa-Xb-Xc)/3Xβ＝(Xb-Xc)/31/2求出旋轉(zhuǎn)矢量在兩相坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)值Xα、Xβ，其中Xa、Xb、Xc為電壓/電流的三相信號(hào)值，計(jì)算參數(shù)旋轉(zhuǎn)矢量模長(zhǎng)Xm＝(Xα2+Xβ2)1/2根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量在兩相坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)值Xα、Xβ計(jì)算出相應(yīng)的全象限的旋轉(zhuǎn)矢量角θ，然后，把當(dāng)前旋轉(zhuǎn)矢量角θi減去上一個(gè)時(shí)間間隔的旋轉(zhuǎn)矢量角θi-1，得相角差Δθ，根據(jù)相角差Δθ的符號(hào)確定旋轉(zhuǎn)矢量角θ的旋轉(zhuǎn)方向；所述的旋轉(zhuǎn)矢量角θ根據(jù)θ＝arccos(Xα/Xm)或θ＝arcsin(Xβ/Xm)計(jì)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(jīng)濾波處理或求平均值后可以得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。
一種用上述相序判斷方法的三相交流電相序判斷裝置，包括采樣電路，電平偏移電路，AD采樣電路和相序判斷電路，所述采樣電路用于接收三相交流電的各相交流電壓/電流，然后經(jīng)電平偏移電路將交流信號(hào)處理成直流信號(hào)，所得各相直流信號(hào)經(jīng)AD采樣電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換后得三相實(shí)時(shí)電壓/電流輸入相序判斷電路，所述相序判斷電路計(jì)算一定時(shí)間間隔之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差，根據(jù)所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)矢量相角差的符號(hào)確定旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向。
本發(fā)明的技術(shù)原理及有益效果為旋轉(zhuǎn)矢量是三相電經(jīng)PARK變換的結(jié)果，對(duì)于三相交流信號(hào)，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(dāng)三相平衡電壓或電流經(jīng)上述變換后為一個(gè)旋轉(zhuǎn)的空間矢量，矢量旋轉(zhuǎn)的方向和相序有關(guān)，這種相序測(cè)量方法是依靠旋轉(zhuǎn)矢量旋轉(zhuǎn)方向來確定的，從整體的三相交流電的旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向來看，旋轉(zhuǎn)方向是一定的，因此相角差的符號(hào)僅與相序有關(guān)，從原理上保證了相序檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
對(duì)于三相不平衡的交流電，如圖3所示，體現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)矢量的模值上有些微抖動(dòng)，但對(duì)旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向不造成影響。
即便對(duì)于諧波含量較高時(shí)，旋轉(zhuǎn)矢量端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖4所示，矢量在旋轉(zhuǎn)過程中有反向旋轉(zhuǎn)的情況，但在一個(gè)市電周期內(nèi)，旋轉(zhuǎn)矢量轉(zhuǎn)過的角度仍然為正2π或負(fù)2π，即體現(xiàn)為整體的三相交流電的旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向是一定的，因此，相序判斷的準(zhǔn)確性仍然可以得到保證。
所以，使用這種通過旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向判斷相序的方法，使得三相信號(hào)源的穩(wěn)定性不影響測(cè)量結(jié)果，即使三相信號(hào)源的電信號(hào)不平衡甚至諧波含量較高時(shí)，也可以獲取可靠的結(jié)果，因此這種方法抗干擾能力強(qiáng)，而且本發(fā)明使用的方法使得相序的判定僅僅是電壓或電流測(cè)量的必然結(jié)果，附加資源少，具有較強(qiáng)的適用性；由于每個(gè)采樣周期實(shí)際電壓的異常情況可能不穩(wěn)定，相角差可經(jīng)濾波處理或求平均值后可以得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，這樣就進(jìn)一步保證了數(shù)據(jù)的可靠性，使得判定結(jié)果更準(zhǔn)確。
總之，本發(fā)明提供一種抗干擾能力強(qiáng)的三相交流電相序判斷方法，適用性強(qiáng)，判定結(jié)果準(zhǔn)確。
如圖5所示，本發(fā)明所采用的旋轉(zhuǎn)矢量的旋轉(zhuǎn)方向測(cè)量方法為旋轉(zhuǎn)矢量相角θ是通過三相至兩相的電壓/電流信號(hào)坐標(biāo)變換，采用公式
Xα＝(2Xa-Xb-Xc)/3Xβ＝(Xb-Xc)/31/2求出旋轉(zhuǎn)矢量在兩相坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)值Xα、Xβ，其中Xa、Xb、Xc為電壓/電流的三相信號(hào)值，計(jì)算參數(shù)旋轉(zhuǎn)矢量模長(zhǎng)Xm＝(Xα2+Xβ2)1/2根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量在兩相坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)值Xα、Xβ計(jì)算出相應(yīng)的全象限的旋轉(zhuǎn)矢量角θ，旋轉(zhuǎn)矢量角θ根據(jù)θ＝arccos(Xα/Xm)或θ＝arcsin(Xβ/Xm)計(jì)算，其所處象限值由Xα和Xβ的值的極性判別；然后，把當(dāng)前旋轉(zhuǎn)矢量角θi減去上一個(gè)時(shí)間間隔的旋轉(zhuǎn)矢量角θi-1，得相角差Δθ，根據(jù)相角差Δθ的符號(hào)確定旋轉(zhuǎn)矢量角θ的旋轉(zhuǎn)方向，這樣就根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量角θ的旋轉(zhuǎn)方向確定三相交流電的相序。
在使用這種方法時(shí)，可計(jì)算在一個(gè)市電周期之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差Δθ，相角差Δθ應(yīng)為正2π或負(fù)2π，從而確定三相交流電的相序。
若計(jì)算相角差的時(shí)間間隔小于一個(gè)市電周期，相角差Δθ經(jīng)濾波處理或求平均值后可以得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。
下面舉一應(yīng)用本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說明，如圖6所示為該應(yīng)用實(shí)例電路結(jié)構(gòu)示意圖，其中，uA為三相電網(wǎng)A相交流電壓；uB為三相電網(wǎng)B相交流電壓；uC為三相電網(wǎng)C相交流電壓；u’A為三相電網(wǎng)A相交流電經(jīng)降壓后的電壓；u’B為三相電網(wǎng)B相交流電經(jīng)降壓后的電壓；u’C為三相電網(wǎng)C相交流電經(jīng)降壓后的電壓；u”A為A相正弦交流電壓疊加直流后的信號(hào)；u”B為B相正弦交流電壓疊加直流后的信號(hào)；u”C為C相正弦交流電壓疊加直流后的信號(hào)；Va為A相交流電壓的瞬時(shí)采樣信號(hào)；Vb為B相交流電壓的瞬時(shí)采樣信號(hào)；
Vc為C相交流電壓的瞬時(shí)采樣信號(hào)。
該應(yīng)用實(shí)例中包括采樣電路61，電平偏移電路62，AD采樣電路63和相序判斷電路64，采樣電路61用于接收三相交流電的各相交流電壓/電流，電壓采樣電路61可采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(jīng)電壓采樣電路61降壓后，各相電壓u’A、u’B、u’C經(jīng)電平偏移電路62，將交流信號(hào)處理成直流信號(hào)，所得各相直流信號(hào)u”A、u”B、u”C經(jīng)AD采樣電路63，模數(shù)轉(zhuǎn)換后得三相實(shí)時(shí)電壓Va、Vb、Vc輸入相序判斷電路64，由于采樣信號(hào)是電壓信號(hào)，三相實(shí)時(shí)電壓Va、Vb、Vc即為前面所述的三相坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)值Xa、Xb、Xc，在此相序判斷電路64中旋轉(zhuǎn)矢量相角θ是通過三相至兩相的電壓信號(hào)坐標(biāo)變換，采用公式Vα＝(2Va-Vb-Vc)/3Vβ＝(Vb-Vc)/31/2求出旋轉(zhuǎn)矢量在兩相坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)值Vα、Vβ，此處實(shí)時(shí)值Vα、Vβ代表采集三相交流電電壓信號(hào)，與前述的實(shí)時(shí)值Xα、Xβ實(shí)質(zhì)相同，其中Va、Vb、Vc為電壓的三相信號(hào)值，計(jì)算參數(shù)旋轉(zhuǎn)矢量模長(zhǎng)Vm＝(Vα2+Vβ2)1/2根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量在兩相坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)值Vα、Vβ計(jì)算出相應(yīng)的全象限的旋轉(zhuǎn)矢量角θ，旋轉(zhuǎn)矢量角θ根據(jù)θ＝arccos(Vα/Vm)或θ＝arcsin(Vβ/Vm)計(jì)算，其所處象限值由Vα和Vβ的值的極性判別；然后，把當(dāng)前旋轉(zhuǎn)矢量角θi減去上一個(gè)時(shí)間間隔的旋轉(zhuǎn)矢量角θi-1，得相角差Δθ，根據(jù)相角差Δθ的符號(hào)確定旋轉(zhuǎn)矢量角θ的旋轉(zhuǎn)方向，這樣就根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量角θ的旋轉(zhuǎn)方向確定三相交流電的相序。
權(quán)利要求
1.一種三相交流電相序判斷方法，其特征在于，根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向確定三相交流電的相序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三相交流電相序判斷方法，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向通過采集三相實(shí)時(shí)電壓/電流信號(hào)，求取電壓/電流旋轉(zhuǎn)矢量的相角差，計(jì)算一定時(shí)間間隔之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差，根據(jù)所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)矢量相角差的符號(hào)確定旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相交流電相序判斷方法，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向可通過計(jì)算在一個(gè)市電周期之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或所述的三相交流電相序判斷方法，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)矢量角是通過三相至兩相的電壓/電流信號(hào)坐標(biāo)變換，采用公式Xα＝(2Xa-Xb-Xc)/3Xβ＝(Xb-Xc)/31/2求出旋轉(zhuǎn)矢量在兩相坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)值Xα、Xβ，其中Xa、Xb、Xc為電壓/電流的三相信號(hào)值，計(jì)算參數(shù)旋轉(zhuǎn)矢量模長(zhǎng)Xm＝(Xα2+Xβ2)1/2根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量在兩相坐標(biāo)系的實(shí)時(shí)值Xα、Xβ計(jì)算出相應(yīng)的全象限的旋轉(zhuǎn)矢量角θ，然后，把當(dāng)前旋轉(zhuǎn)矢量角θi減去上一個(gè)時(shí)間間隔的旋轉(zhuǎn)矢量角θi-1，得相角差Δθ，根據(jù)相角差Δθ的符號(hào)確定旋轉(zhuǎn)矢量角θ的旋轉(zhuǎn)方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三相交流電相序判斷方法，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)矢量角θ根據(jù)θ＝arccos(Xα/Xm)或θ＝arcsin(Xβ/Xm)計(jì)算，其所處象限值由Xα和Xβ的值的極性判別。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的三相交流電相序判斷方法，其特征在于，所述相角差Δθ經(jīng)濾波處理或求平均值后可以得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。
7.采用權(quán)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，其特征在于，其包括采樣電路(61)，電平偏移電路(62)，AD采樣電路(63)和相序判斷電路(64)，所述采樣電路(61)用于接收三相交流電的各相交流電壓/電流，然后經(jīng)電平偏移電路(62)將交流信號(hào)處理成直流信號(hào)，所得各相直流信號(hào)經(jīng)AD采樣電路(63)，模數(shù)轉(zhuǎn)換后得三相實(shí)時(shí)電壓/電流輸入相序判斷電路(64)，所述相序判斷電路(64)計(jì)算一定時(shí)間間隔之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差，根據(jù)所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)矢量相角差的符號(hào)確定旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量電變量方法的三相交流電相序判斷方法和裝置,根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向確定三相交流電的相序,旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向通過采集三相實(shí)時(shí)電壓/電流信號(hào),求取電壓/電流旋轉(zhuǎn)矢量的相角差,計(jì)算一定時(shí)間間隔之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差,根據(jù)所計(jì)算的旋轉(zhuǎn)矢量相角差的符號(hào)確定旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向,旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向可通過計(jì)算在一個(gè)市電周期之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差確定,旋轉(zhuǎn)矢量角可根據(jù)反三角函數(shù)計(jì)算,其所處象限值由坐標(biāo)變換后的兩相值的極性判別,相角差經(jīng)濾波處理或求平均值后可以得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的數(shù)據(jù),本發(fā)明抗干擾能力強(qiáng),適用性強(qiáng),判定結(jié)果準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01R29/18GK1387048SQ0211864
公開日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2002年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月27日
發(fā)明者劉平, 萬和平, 楊志洵 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司