申请/专利权人：中冶赛迪电气技术有限公司

申请日：2019-07-26

公开（公告）日：2021-04-16

公开（公告）号：CN110412364B

主分类号：G01R29/16(20060101)

分类号：G01R29/16(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.16#授权;2019.11.29#实质审查的生效;2019.11.05#公开

摘要：本发明涉及一种基于软件的缺相检测方法，属于缺相检测技术领域。该方法包括：电压采样模块101、Clark变换模块102、高通滤波模块103、Park变换模块104、锁相调节器Ⅰ105、信号延迟模块106、积分模块107、锁相调节器Ⅱ108、低通滤波器109、积分模块110、信号延迟模块111、绝对值模块112、阀值开关模块01113、三相变流器114、VA模块115、低通滤波模器116、阀值开关模块01117、阀值开关模块10118、阀值开关模块01119、阀值开关模块10120。本发明在不增加硬件电路的情况下，能够准确的判断出输入电压缺相故障，并且该算法，结构简单，计算量少，易于实现，抗干扰性强，同时还具备输入电压幅值、频率故障检测等功能。

主权项：1.一种基于软件的缺相检测方法，其特征在于：在该方法中，采用了电压采样模块101、Clark变换模块102、高通滤波模块103、Park变换模块104、锁相调节器Ⅰ105、信号延迟模块106、积分模块107、锁相调节器Ⅱ108、低通滤波器109、积分模块110、信号延迟模块111、绝对值模块112、阀值开关模块01113、三相变流器114、VA模块115、低通滤波模器116、阀值开关模块01117、阀值开关模块10118、阀值开关模块01119、阀值开关模块10120；所述电压采样模块101用于采集输入电压，得到输入电压实际值Va、Vb、Vc；所述Clark变换模块102用于将输入电压实际值Va、Vb、Vc，变换为α-β坐标系的输入电压Vn1、Vn2；所述高通滤波模块103用于滤除α-β坐标系输入电压Vn1和Vn2的高次谐波，得到α-β坐标系电压Vα和Vβ；所述Park变换模块104用于将锁相得到的输入电压变换角θ*以及α-β坐标系电压Vα和Vβ，变换为d-q轴坐标系电压Vd和Vq；所述锁相调节器Ⅰ105用于将d-q轴坐标系电压Vq和0做比较差值，处理得到输入电压频率f0；所述信号延迟模块106表示一个采样周期的延时，输入为当前电网频率值f0，输出为上一采样周期电网频率值f-1；所述积分模块107用于将上一采样周期得到电压频率f-1经过积分模块，处理得到输入电压锁相角给定值θ*；所述锁相调节器Ⅱ108用于将输入电压锁相角给定值θ*与输入电压锁相角反馈值θn做差，处理得到的信号再经过低通滤波器109得到稳定的输入电压锁相频率fn；所述积分模块110用于将稳定的输入电压锁相频率fn经过积分模块，处理得到输入电压锁相角θn；所述信号延迟模块111表示一个采样周期的延时，输入为当前电压锁相角θn，输出为上一采样周期电压锁相角θn-1；所述绝对值模块112用于将上一采样周期算出的锁相角θn-1与当前采样周期算出的锁相角θn做差并取绝对值，处理得到前后相邻两个采样周期相角变化值Δθ；所述阀值开关模块01113用于判断前后相邻两个采样周期相角变化值Δθ是否超过阀值，如果超过阀值，表明输入电压出现缺相故障；所述VA模块115用于将α-β坐标系电压Vα和Vβ经过幅值算法公式，求得输入相电压幅值，再经过低通滤波器116得到稳定的输入相电压幅值Vmo；所述阀值开关模块01117用于判断输入相电压幅值Vmo是否超过设定阀值，如果超过设定阀值，表明输入电压出现过压故障；所述阀值开关模块10118用于判断输入相电压幅值Vmo是否低于设定阀值，如果低于设定阀值，表明输入电压出现欠压故障；所述阀值开关模块01119用于判断输入电压锁相频率fn是否超过设定阀值，如果超过设定阀值，表明输入电压出现超频故障；所述阀值开关模块10120用于判断输入电压锁相频率fn是否低于设定阀值，如果低于设定阀值，表明输入电压出现欠频故障。

全文数据：一种基于软件的缺相检测方法技术领域本发明属于缺相检测技术领域，涉及一种基于软件的缺相检测方法。背景技术传统缺相检测技术主要是通过判断单相电压小于阀值来检测，此种方法主要适用于三相四线制，而三相三线制由于线电压之间存在耦合关系，当输入电压出现缺相时，线电压一般还有交流电压存在，不为零。对于三相三线制，传统的检测方法不容易判断出缺陷故障。当前的缺相检测主要分为硬件检测与软件检测。硬件检测主要是对输入电压进行检测，并通过RC电路与比较器转换为矩形波，再经过一定的逻辑电路判断是否缺相，此种缺相检测方法不仅增加了硬件成本，同时由于硬件参数不一致或者运行的自然老化，可能会造成误判的情况出现。软件检测有简单的判断输入电压是否小于阀值来检测，但此种方法的劣势在于只适用于三相四线制，对于三相三线制系统不适用；也有检测三相变流器直流侧母线电压最大波动值是否超过预设阀值，此种方法的劣势在于需要先启动三相变流器设备，可能会对变流器设备造成损坏；还有采用过零点检测两相电压幅值以及先后顺序方法，但当输入波形畸变或者输入波形重复的情况下，容易造成误判，并且逻辑比较复杂。发明内容有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于软件的缺相检测方法，该方法能够在不增加硬件电路的情况下，通过控制结构简单、计算量小、精确度高以及稳定性强的控制算法实现三相输入电压的缺相检测。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于软件的缺相检测方法，在该方法中，采用了电压采样模块101、Clark变换模块102、高通滤波模块103、Park变换模块104、锁相调节器Ⅰ105、信号延迟模块106、积分模块107、锁相调节器Ⅱ108、低通滤波器109、积分模块110、信号延迟模块111、绝对值模块112、阀值开关模块01113、三相变流器114、VA模块115、低通滤波模器116、阀值开关模块01117、阀值开关模块10118、阀值开关模块01119、阀值开关模块10120；所述电流采样模块101用于采集输入电压，得到输入电压实际值Va、Vb、Vc；所述Clark变换模块102用于将输入电压实际值Va、Vb、Vc，变换为α-β坐标系的输入电压Vn1、Vn2；所述高通滤波模块103用于滤除α-β坐标系输入电压Vn1和Vn2的高次谐波，得到α-β坐标系电压Vα和Vβ；所述Park变换模块104用于将锁相得到的输入电压变换角θ*以及α-β坐标系电压Vα和Vβ，变换为d-q轴坐标系电压Vd和Vq；所述锁相调节器Ⅰ105用于将d-q轴坐标系电压Vq和0做比较差值，处理得到输入电压频率f0；所述信号延迟模块106表示一个采样周期的延时，输入为当前电网频率值f0，输出为上一采样周期电网频率值f-1；所述积分模块107用于将上一采样周期得到电压频率f-1经过积分模块，处理得到输入电压锁相角给定值θ*；所述锁相调节器Ⅱ108用于将输入电压锁相角给定值θ*与输入电压锁相角反馈值θn做差，处理得到的信号再经过低通滤波器109得到稳定的输入电压锁相频率fn；所述积分模块110用于将稳定的输入电压锁相频率fn经过积分模块，处理得到输入电压锁相角θn；所述信号延迟模块111表示一个采样周期的延时，输入为当前电压锁相角θn，输出为上一采样周期电压锁相角θn-1；所述绝对值模块112用于将上一采样周期算出的锁相角θn-1与当前采样周期算出的锁相角θn做差并取绝对值，处理得到前后相邻两个采样周期相角变化值Δθ；所述阀值开关模块01113用于判断前后相邻两个采样周期相角变化值Δθ是否超过阀值，如果超过阀值，表明输入电压出现缺相故障；所述VA模块115用于将α-β坐标系电压Vα和Vβ经过幅值算法公式，求得输入相电压幅值，再经过低通滤波器116得到稳定的输入相电压幅值Vmo；所述阀值开关模块01117用于判断输入相电压幅值Vmo是否超过设定阀值，如果超过设定阀值，表明输入电压出现过压故障；所述阀值开关模块10118用于判断输入相电压幅值Vmo是否低于设定阀值，如果低于设定阀值，表明输入电压出现欠压故障；所述阀值开关模块01119用于判断输入电压锁相频率fn是否超过设定阀值，如果超过设定阀值，表明输入电压出现超频故障；所述阀值开关模块10120用于判断输入电压锁相频率fn是否低于设定阀值，如果低于设定阀值，表明输入电压出现欠频故障。进一步，所述锁相调节器Ⅰ105为比例积分调节器，其比例系数为Kp1、积分时间常数为Tn1；所述锁相调节器Ⅱ108为比例积分调节器，其比例系数为Kp2、积分时间常数为Tn2；低通滤波器109的滤波时间常数Ti＝Kp2Tn2。进一步，输入电压锁相角给定值θ*与输入电压锁相角反馈值θn做的差值Δθ*，先进行锁相最优方向处理，处理后的数值再输入到锁相调节器Ⅱ108。进一步，所述的积分模块107在对输入电压锁相频率f-1进行积分后处理得到的相角θ*需要进行角度限幅；所述的积分模块110在对输入电压锁相频率fn进行积分后处理得到的相角θn需要进行角度限幅。进一步，所述VA模块115为在α-β坐标系下求输入相电压幅值，其幅值算法表达式为：进一步，差值Δθ*的锁相最优方向处理表达式为：进一步，θ*的角度限幅表达式为：进一步，θn的角度限幅表达式为：本发明的有益效果在于：1本发明提供的技术方案无需增加硬件成本；2抗输入电压的波形畸变以及频率波动，不关注波形的本身的形变，只关注波形的相角偏移，对于多次过零点的波形不敏感；3本检测算法功能性强，不仅能够检测输入电压缺相故障，同时还具备检测频率、幅值故障等功能；4适用性广，既可以适用于带零线的三相四线制系统，又可适用于三相三线制系统。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：图1为本发明所述基于软件的缺相检测方法的控制结构图；附图标记：101-电压采样模块、102-Clark变换模块、103-高通滤波模块、104-Park变换模块、105-锁相调节器Ⅰ、106-信号延迟模块、107-积分模块、108-锁相调节器Ⅱ、109-低通滤波器、110-积分模块、111-信号延迟模块、112-绝对值模块、113-阀值开关模块、114-三相变流器、115-VA模块、116-低通滤波模器、117-阀值开关模块01、118-阀值开关模块10、119-阀值开关模块01、120-阀值开关模块10。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。如图1所示，本发明所述一种基于软件的缺相检测方法，采用了：电压采样模块101、Clark变换模块102、高通滤波模块103、Park变换模块104、锁相调节器Ⅰ105、信号延迟模块106、积分模块107、锁相调节器Ⅱ108、低通滤波器109、积分模块110、信号延迟模块111、绝对值模块112、阀值开关模块01113、三相变流器114、VA模块115、低通滤波模器116、阀值开关模块01117、阀值开关模块10118、阀值开关模块01119、阀值开关模块10120。在本实施例中，基于软件的缺相检测方法的工作流程为：1电压采样模块101采集输入三相电压，得到输入电压的实际值Va、Vb、Vc；2将输入电压实际值Va、Vb、Vc，输入到Clark变换模块102，产生α-β坐标系的电压Vn1和Vn2；3将电压Vn1和Vn2，输入到高通滤波模块103，滤除电压Vn1和Vn2的高次谐波，得到α-β坐标系的输入电压Vα和Vβ；4将α-β坐标系的输入电压Vα、Vβ以及坐标变换角θ*输入到Park变换模块104，变换为d-q轴坐标系的电压Vd和Vq；5将d-q轴坐标系的电压Vq和0做比较的差值输入到锁相调节器Ⅰ105，处理得到输入电压频率f0；6将输入电压频率f0输入到信号延迟模块106，表示本采样周期使用的是上一采样周期处理得到的电压频率f-1。7将输入电网频率f-1经过积分模块107，处理得到输入电压锁相角给定值θ*；然后对其限幅，θ*的限幅表达式为：8将限幅后的输入电压锁相角给定值θ*与输入电压锁相角反馈值θ做差，差值为Δθ*，并对差值Δθ*进行锁相最优方向处理，其表达式为：9将锁相最优方向处理后的差值Δθ*，输入到锁相调节器Ⅱ108，处理得到的信号再输入到低通滤波器109得到稳定的输入电压锁相频率fn；10将电压锁相频率fn输入到积分模块110，处理得到输入电压锁相角θn；然后对其限幅，θn的限幅表达式为：11将上一个采样周期算出的锁相角θn-1与当前采样周期算出的锁相角θn做差，差值输入到绝对值模块112，得到前后相邻两个采样周期输入电压相角变化值Δθ；12将输入电压相角变化值Δθ输入到阀值开关模块01113，如果超过预设阀值，则表明输入电压出现缺相故障。13将α-β坐标系的输入电压Vα和Vβ输入到VA模块115，求得输入相电压幅值，再经过低通滤波器116得到稳定的输入相电压幅值Vmo；14将输入相电压幅值Vmo输入到阀值开关模块01117，如果超过预设阀值，则表明输入电压出现过压故障。15将输入相电压幅值Vmo输入到阀值开关模块10118，如果低于预设阀值，则表明输入电压出现欠压故障。16将输入电压锁相频率fn输入到阀值开关模块01119，如果超过预设阀值，则表明输入电压出现超频故障。17将输入电压锁相频率fn输入到阀值开关模块10119，如果低于预设阀值，则表明输入电压出现欠频故障。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

权利要求：1.一种基于软件的缺相检测方法，其特征在于：在该方法中，采用了电压采样模块101、Clark变换模块102、高通滤波模块103、Park变换模块104、锁相调节器Ⅰ105、信号延迟模块106、积分模块107、锁相调节器Ⅱ108、低通滤波器109、积分模块110、信号延迟模块111、绝对值模块112、阀值开关模块01113、三相变流器114、VA模块115、低通滤波模器116、阀值开关模块01117、阀值开关模块10118、阀值开关模块01119、阀值开关模块10120；所述电流采样模块101用于采集输入电压，得到输入电压实际值Va、Vb、Vc；所述Clark变换模块102用于将输入电压实际值Va、Vb、Vc，变换为α-β坐标系的输入电压Vn1、Vn2；所述高通滤波模块103用于滤除α-β坐标系输入电压Vn1和Vn2的高次谐波，得到α-β坐标系电压Vα和Vβ；所述Park变换模块104用于将锁相得到的输入电压变换角θ*以及α-β坐标系电压Vα和Vβ，变换为d-q轴坐标系电压Vd和Vq；所述锁相调节器Ⅰ105用于将d-q轴坐标系电压Vq和0做比较差值，处理得到输入电压频率f0；所述信号延迟模块106表示一个采样周期的延时，输入为当前电网频率值f0，输出为上一采样周期电网频率值f-1；所述积分模块107用于将上一采样周期得到电压频率f-1经过积分模块，处理得到输入电压锁相角给定值θ*；所述锁相调节器Ⅱ108用于将输入电压锁相角给定值θ*与输入电压锁相角反馈值θn做差，处理得到的信号再经过低通滤波器109得到稳定的输入电压锁相频率fn；所述积分模块110用于将稳定的输入电压锁相频率fn经过积分模块，处理得到输入电压锁相角θn；所述信号延迟模块111表示一个采样周期的延时，输入为当前电压锁相角θn，输出为上一采样周期电压锁相角θn-1；所述绝对值模块112用于将上一采样周期算出的锁相角θn-1与当前采样周期算出的锁相角θn做差并取绝对值，处理得到前后相邻两个采样周期相角变化值Δθ；所述阀值开关模块01113用于判断前后相邻两个采样周期相角变化值Δθ是否超过阀值，如果超过阀值，表明输入电压出现缺相故障；所述VA模块115用于将α-β坐标系电压Vα和Vβ经过幅值算法公式，求得输入相电压幅值，再经过低通滤波器116得到稳定的输入相电压幅值Vmo；所述阀值开关模块01117用于判断输入相电压幅值Vmo是否超过设定阀值，如果超过设定阀值，表明输入电压出现过压故障；所述阀值开关模块10118用于判断输入相电压幅值Vmo是否低于设定阀值，如果低于设定阀值，表明输入电压出现欠压故障；所述阀值开关模块01119用于判断输入电压锁相频率fn是否超过设定阀值，如果超过设定阀值，表明输入电压出现超频故障；所述阀值开关模块10120用于判断输入电压锁相频率fn是否低于设定阀值，如果低于设定阀值，表明输入电压出现欠频故障。2.根据权利要求1所述的一种基于软件的缺相检测方法，其特征在于：所述锁相调节器Ⅰ105为比例积分调节器，其比例系数为Kp1、积分时间常数为Tn1；所述锁相调节器Ⅱ108为比例积分调节器，其比例系数为Kp2、积分时间常数为Tn2；低通滤波器109的滤波时间常数Ti＝Kp2Tn2。3.根据权利要求1所述的一种基于软件的缺相检测方法，其特征在于：输入电压锁相角给定值θ*与输入电压锁相角反馈值θn做的差值Δθ*，先进行锁相最优方向处理，处理后的数值再输入到锁相调节器Ⅱ108。4.根据权利要求1所述的一种基于软件的缺相检测方法，其特征在于：所述的积分模块107在对输入电压锁相频率f-1进行积分后处理得到的相角θ*需要进行角度限幅；所述的积分模块110在对输入电压锁相频率fn进行积分后处理得到的相角θn需要进行角度限幅。5.根据权利要求1所述的一种基于软件的缺相检测方法，其特征在于：所述VA模块115为在α-β坐标系下求输入相电压幅值，其幅值算法表达式为：6.根据权利要求3所述的一种基于软件的缺相检测方法，其特征在于：差值Δθ*的锁相最优方向处理表达式为：7.根据权利要求4所述的一种基于软件的缺相检测方法，其特征在于：θ*的角度限幅表达式为：8.根据权利要求4所述的一种基于软件的缺相检测方法，其特征在于：θn的角度限幅表达式为：

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