[发明专利]基于滤波与相位协调的静态励磁系统同步信号检测方法

权利要求书

1.一种基于滤波与相位协调的静态励磁系统同步信号检测方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

1)高压调理变压器(1)接入励磁系统整流桥(4)的阳极电压，高压调理变压器(1)的输出接于低压调理变压器(2)的输入；低压调理变压器(2)接入同步信号检测板(3)；

2)对待检测的功率整流装置及其组成环节进行编号：将六个可控硅分别编号为T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆，整流装置的三相交流输入信号分别用UA、UB、UC表示；

3)选择数字信号处理器：根据功率整流装置阳极信号的工作频率范围、检测同步信号算法的计算时间参数确定处理器的采样频率，应保证f_s≥5f_u和f_s≥1/T_proc，其中，f_s为数字信号处理器的采样频率，f_u为阳极信号的最大工作频率，T_proc为算法的计算时间；

4)计算确定测量装置变压器的型号和参数：将整流装置的交流输入信号UA、UB、UC引出，分别接于变压器的源端，利用变压器的连接方式和变比设定，使其输出幅值为±10V的电压信号U_ab、U_bc、U_ca，变压器输出电压应满足数字采样板的输入范围要求，该要求根据数字信号处理器的技术参数确定；

5)将变压器的输出电压信号U_ab、U_bc、U_ca接在数字信号处理器的三个输入端口，通过数据采集端口的数字采样功能，处理得到离散化的电压信号，将其标记为并且存在以下关系

U‾ab(t)=Σt=0∞Uab(nTs)δ(t-nTs)---(1)]]>

U‾ca(t)=Σt=0∞Uca(nTs)δ(t-nTs)---(2)]]>

U‾bc(t)=Σt=0∞Ubc(nTs)δ(t-nTs)---(3)]]>

其中，T_s为信号的采样周期，δ(t-nT_s)为采样函数，且满足

δ(t-nTs)=1t=nTs0t≠nTs---(4)]]>

6)滤除三路离散相电压信号中的高次谐波：根据阳极电压信号的工作频率范围选择带通滤波器的通带宽度，滤波器选用压控电压源二阶带通滤波器，其传递函数表达式为

Y(s)=X(s)sRC1+[3-X(s)]sRC+(sRC)2---(5)]]>

其中，X(s)为三相电压信号的象函数，也即X(s)为滤波后信号的象函数，滤波器的中心频率为根据滤波器的中心频率和通带范围，确定相应的滤波器参数R和C，上限频率和下限频率的计算公式为：

fp1=f02[(3-K)2+4-(3-K)]fp2=f02[(3-K)2+4+(3-K)]K=1+RfR---(6)]]>

其中，f_p1为下限频率，f_p2为上限频率，K为放大倍数，R_f为反馈电阻值，R为前馈电阻值；

7)将步骤6中的S域传递函数，转化为Z域上的传递函数

H(z)=Σk=0Mbkz-k1-Σk=1Nakz-k=Y(z)X(z)---(7)]]>

将其表示为差分方程为

y(n)=Σk=0Naky(n-k)+Σk=0Mbxx(n-k)---(8)]]>

其中，x(n)是数字采样板采集得到的三路离散相电压信号序列，y(n)是经过滤波后的三路离散相电压信号序列，a_k和b_k为相应的系数，N和M为差分方程的阶次，阶次的确定以及系数的设计需要根据不同的滤波器设计方法得到；

8)设计数字滤波器：a.将数字滤波器的技术指标，转换为相应的模拟滤波器技术指标；b.按照转换后的的技术指标，设计得到模拟带通滤波器H(s)；c.将H(s)转换为H(z)，将经过数字滤波后的信号记为U_ab,U_ca,U_bc；

9)对经过滤波后的三路相电压信号U_ab,U_ca,U_bc进行相位补偿：补偿采用数字式超前环节，其相应的模拟传递函数为

G(s)=1+aTcs1+Tcs---(9)]]>

其中，a和T_c为待设计的参数，根据相位补偿多少来确定，将传递函数转化为z域的传递函数，得到

H(z)=Σk=0Mbkz-k1-Σk=1Nakz-k=Yc(z)Xc(z)---(10)]]>

进一步将其转化为差分方程，可得

yc(n)=Σk=0Nakyc(n-k)+Σk=0Mbxxc(n-k)---(11)]]>

其中，y_c(n)为超前环节的输出序列，x_c(n)为超前环节的输入序列，并将补偿后的三路相电压信号记为和

10)将补偿后的两路相电压信号进行相位协调，实现冗余的信号检测，具体公式如下：

其中，y_o(n)是相位协调后的输出信号序列；N[·]为故障判断函数，当其输入的信号存在故障时，其输出为0，否则输出为1，T_d1和T_d2分别是信号和相对于的超前相位，T_s为数字信号处理器的采样时间，T_d1和T_d2应为T_s的整数倍；

11)对协调后的相电压输出信号序列y_o(n)进行过零检测，得到同步信号y_out(n)：过零检测环节的表达式为

yout(n)=ymax|yo(n)|≤yomin0|yo(n)|>yomin---(13)]]>

其中，y_max表示信号过零时的输出，y_omin为设定的一个参数，当y_o(n)的绝对值小于它时，便认为y_o(n)已小于0，可根据情况设定，通常建议设置为0；

12)控制可控硅整流装置的门极电压：在检测得到的同步信号y_out(n)基础上，叠加由励磁系统自动电压调节器所计算得到的控制角，作为可控硅整流装置的触发脉冲信号，用以控制可控硅的门极电压。