[发明专利]基于数值计算的三相电源电压相序及频率检测方法

权利要求书

1.基于数值计算的三相电源电压相序及频率检测方法，其特征在于：该方法是用于三相电源并网系统，无需设计外围硬件电路，无需考虑相位因素，只需要检测三相电源的电压瞬时值，将采样到的电压瞬时值与内置的参考量进行数值计算，通过统计固定计数周期内的数值滞环次数，即可实现电源电压的相序判断，同时判断电源实际频率是否满足预设标准。

2.如权利要求1所述的基于数值计算的三相电源电压相序及频率检测方法，其特征在于，包含以下三个阶段：

第一阶段：初始化

设置三相电源电压的额定电压有效值U₀与额定频率f₀，以及允许的电压频率误差范围；

设置参考电压a、b、c，并且规定三相电源电压的正相序；

设置采样周期T，该采样周期的设置与三相电源并网系统自有的三相电压检测环节的采样周期相同；

第二阶段：循环采样与计算

采用滞环计数的方式对结果表达式y的绝对值Y进行频率计算，具体的采样与计算实现过程如下：

1)初始化环节完成后进入循环采样与计算阶段，设置计时时间t₀，设置全局变量n＝0，设置标志位i＝0,j＝0，开始计时；

2)判断计时时间是否达到t₀，若计时时间达到t₀，则相序x为正相序，结束循环，完成循环采样与计算，跳出该第二阶段的流程；若计时时间未达到t₀，则采集三相电源的电压瞬时值Ua、Ub、Uc，计算在该时刻的参考电压瞬时值a、b、c的函数值，计算y＝U_a×a+U_b×b+U_c×c，将结果表达式y的绝对值设为Y；

3)判断nf₀是否成立；若成立，则相序x为负相序，结束循环，完成循环采样与计算的流程；若不成立，进入步骤4)；

4)判断i＝0是否成立；若i＝0不成立，进入步骤5)；若i＝0成立，判断Y0.3U₀是否成立，若Y0.3U₀不成立，跳到步骤6)，若Y0.3U₀成立，设置i＝1，跳到步骤6)；

5)判断Y0.7U₀是否成立；若Y0.7U₀不成立，进入步骤6)；若Y0.7U₀成立，设置i＝0，设置n＝n+1，进入步骤6)；

6)判断j＝0是否成立；若j＝0不成立，进入步骤7)；若j＝0成立，判断Y0.7U₀是否成立，若Y0.7U₀不成立，跳到步骤2)，若Y0.7U₀成立，设置j＝1，跳到步骤2)；

7)判断Y0.3U₀是否成立；若Y0.3U₀不成立，跳到步骤2)；若Y0.3U₀成立，设置j＝0，设置n＝n+1，跳到步骤2)；

当计时时间达到了设定的计时时间t₀或者满足条件nf₀时，结束该第二阶段的循环采样与计算过程；

第三阶段：相序与频率结果

经过循环采样与计算环节后，得到实际电源的相序x以及结果表达式绝对值Y的滞环计数结果n；

1)判断相序x是否为正序，若不成立，则进行相序调整操作，调整之后再进行循环采样与计算；若成立，则计算Δf为频率偏差，电源的实际电压频率为f＝f₀±Δf；

2)利用频率偏差Δf进行频率检测，判断Δf的数值大小范围是否满足规定的电压频率误差范围，若满足误差要求，进入步骤3)；若不满足误差要求，进入步骤4)；

3)设置检测标志位F为1，进入后续并网操作；

4)设置检测标志位F为0，提示电源电压频率频率偏差不满足要求；

至此，完成相序与频率检测，三相电源并网系统根据频率检测结果进行后面的操作。

3.如权利要求1所述的基于数值计算的三相电源电压相序及频率检测方法，其特征在于，设置参考电压a、b、c如下式所示，并规定该a、b、c三相电源的顺序为正相序；

三相电源的电压瞬时值用下面的式子表示：

其中式中的U_a、U_b、U_c为检测到的电压瞬时值，U为电压有效值，f为实际电压频率，φ为实际电压相位，取值为任意实数；若实际相序为正相序，则实际的三相电源电压的瞬时值表示为下式：

若实际相序为负相序，则实际的负相序的三相电源电压U_a’、U_b’、U_c’的瞬时值表示为：

在每个计算周期内，将计算得到的a、b、c的参考电压瞬时值与采样的电压瞬时值U_a、U_b、U_c或U_a’、U_b’、U_c’相乘，再将相乘后的结果相加，得到的结果表达式y，如下式所示，其中该式包括两种状态，即电源相序为正相序或电源相序为负相序；

y＝U_a×a+U_b×b+U_c×c

在正相序的情况下，将y的结果表达式通过和差化积公式进行三角函数化简得到下式：

若实际电压频率f等于设置的参考频率f₀时，结果表达式y的值为与时间无关的常数，该常数的值与实际电压相位φ有关，y的图形为一条直线；若实际电压频率f不等于设置的参考频率f₀时，即实际电压频率与设定的参考频率有偏差，结果表达式中包含2π(f₀-f)t项，该式与时间t相关，因此结果表达式y与时间t和实际电压相位φ有关，其图形为余弦曲线，且该曲线的频率为|f₀-f|，规定该频率为频率偏差Δf，通过计算该曲线的频率，能够反推|f₀-f|的值；由上式可知，该曲线的频率数值为电源的实际电压频率f与参考频率值f₀的差值，由于频率值均为正数，所以其绝对值必小于任意一个频率值，因此通过判断Δf是否小于设定的参考频率，能够判断在该采样情况下是否为正相序；

结果表达式y的曲线的频率除了能够作为判断相序是否为正的依据外，也代表电源的实际电压频率f与参考频率f₀的偏差，若Δf的值满足三相电源并网系统要求的电压频率误差范围，则表示电源的实际电压频率f满足三相电源并网系统频率要求；若Δf的值不满足三相电源并网系统要求的电压频率误差范围，则表示电源的实际电压频率f不满足三相电源并网系统频率要求；

在负相序的情况下，将结果表达式y’通过和差化积公式进行三角函数化简得到下式：

由式可知，结果表达式中包含2π(f₀+f)t项，该式与时间t相关，因此结果表达式y'的结果与时间t和实际电压相位φ有关，其图形为余弦曲线，该曲线的频率为f₀+f，规定该频率为频率偏差Δf’；通过计算该曲线的频率，能够反推f₀+f的值；由上式可知，该曲线的频率值为电源的实际电压频率f与参考频率f₀相加，其值必大于任意一个频率值；因此通过判断结果表达式y'曲线的频率Δf’是否大于设定的参考频率，能够判断该情况是否为负相序。