專利名稱：三相電路相位差的測(cè)量方法、測(cè)量裝置、測(cè)量程序及載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種相位差的測(cè)量方法，特別涉及一種用于三相對(duì)稱電路中相位差的測(cè)量方法、測(cè)量裝置、測(cè)量程序及載體。
背景技術(shù)：
同頻率信號(hào)的相位差測(cè)量在電力系統(tǒng)及工業(yè)自動(dòng)化等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，各種電力系統(tǒng)設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的功率因數(shù)是主要性能參數(shù)之一，而功率因數(shù)的測(cè)量實(shí)際上就是對(duì)電壓電流信號(hào)相位差的測(cè)量。相位差的測(cè)量方法較多，近年來(lái)，計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，相位差測(cè)量逐漸向數(shù)字化方向發(fā)展，數(shù)字化測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)在于硬件成本低、適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)于不同的測(cè)量對(duì)象只需改變程序的算法，且精度一般優(yōu)于模擬式測(cè)量。目前，通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究與測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有了許多基于各種原理與方法的檢測(cè)手段，有基于簡(jiǎn)單軟硬件實(shí)現(xiàn)的脈沖計(jì)數(shù)法、過(guò)零檢測(cè)法，以及基于復(fù)雜算法的傅里葉變換法、卡爾曼濾波法等。在眾多檢測(cè)法中，過(guò)零判別檢測(cè)法是一種簡(jiǎn)單實(shí)用、應(yīng)用廣泛的電力正弦信號(hào)相位檢測(cè)方法。其基本原理是通過(guò)判別正弦電壓過(guò)零點(diǎn)來(lái)確定信號(hào)相位，以及利用信號(hào)兩過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算頻率。過(guò)零檢測(cè)法是對(duì)兩路同頻信號(hào)經(jīng)過(guò)過(guò)零比較后，得到兩路同周期的方波。該兩方波經(jīng)異或處理后得到的脈沖寬度與信號(hào)周期的比值(占空比)即對(duì)應(yīng)為兩路的相位差，此方法中對(duì)脈沖寬度的處理又分為兩種方法，電壓測(cè)量法和數(shù)字計(jì)數(shù)法。 但在實(shí)際應(yīng)用中由于電力系統(tǒng)中諧波、噪聲與干擾等原因，導(dǎo)致檢測(cè)到的實(shí)際信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)附近來(lái)回抖動(dòng)，不但增加了軟件過(guò)零判別、信號(hào)去抖的工作量，而且使得相位檢測(cè)誤差較大，限制了該方法的應(yīng)用。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步，傅里葉變換法的應(yīng)用越來(lái)越多。傅里葉變換法能測(cè)得兩路信號(hào)的初相位，相減從而得到兩信號(hào)的相位差?；诟道锶~變換的方法能有效的抑制噪聲，提高測(cè)量精度，而傅里葉變換法實(shí)際上是一種時(shí)域與頻域的映射關(guān)系，在理論上是沒(méi)有相位差測(cè)量誤差的，測(cè)量誤差主要來(lái)源于信號(hào)時(shí)域的截?cái)嘈?yīng)、實(shí)際信號(hào)間的頻率偏差以及受到諧波或噪聲的干擾而產(chǎn)生的誤差。傅里葉變換法需要嚴(yán)格整周期采樣，否則其精度受頻譜泄露和柵欄效應(yīng)影響。如果信號(hào)頻率是確定的，可以直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行整周期采樣，但多數(shù)情況是測(cè)量信號(hào)的頻率是不穩(wěn)定的，此時(shí)如何確定信號(hào)周期是實(shí)現(xiàn)基于傅里葉變換的高精度相位測(cè)量的關(guān)鍵，而對(duì)信號(hào)周期的測(cè)量往往會(huì)存在誤差，這很大程度上限制了傅里葉變換法在頻率變化中相位差測(cè)量的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中過(guò)零點(diǎn)辨別困難以及傅里葉對(duì)周期的精確測(cè)量要求較高的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種適用于三相對(duì)稱電路的相位差的測(cè)量方法、測(cè)量裝置、測(cè)量程序及載體，采用本發(fā)明，可以排除過(guò)零干擾的缺陷，提高測(cè)量精度，并且不用考慮信號(hào)周期的精確度問(wèn)題。
本發(fā)明的第一技術(shù)方案為一種三相電路相位差的測(cè)量方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1 對(duì)電壓信號(hào)和電流信號(hào)同步采樣，得到六路信號(hào)的離散序列；步驟2 以電壓信號(hào)或電流信號(hào)的某一點(diǎn)為基準(zhǔn)，電流信號(hào)或電壓信號(hào)的離散序列同時(shí)移相一定的間隔，計(jì)算電壓信號(hào)和電流信號(hào)對(duì)應(yīng)相的乘積和S(n)；步驟3 求取電流信號(hào)或電壓信號(hào)向超前方向移動(dòng)時(shí)，S序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)X ；步驟4 求取電流信號(hào)或電壓信號(hào)向滯后方向移動(dòng)時(shí)，Sl序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)y ；步驟5 根據(jù)間隔數(shù)X，y計(jì)算電壓與電流的相位差θ。本發(fā)明的第二技術(shù)方案為一種三相電路相位差的測(cè)量方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1 對(duì)三相電壓信號(hào)和電流信號(hào)同步采樣，得到六路信號(hào)的離散序列fe(kT)、 Ub (kT)、Uc (kT)、Ia (kT)、Ib (kT)、Ic (kT)，其中 Ua (kT)、Ub (kT)、Uc (kT)為 a 相、b 相、c 相電壓的采樣值、Ia(kT)、Ib (kT)、Ic (kT)為a相、b相、c相電流的采樣值，T為采樣周期，k 為自然數(shù)；步驟2 以電壓信號(hào)的某一點(diǎn)為基準(zhǔn)，三相電流的離散序列同時(shí)移相一定的間隔 nmT，按下式(1)計(jì)算三相電壓和三相電流對(duì)應(yīng)相的乘積和S (η)，S (n) = Ua (kT) X Ia ((k+nm) Τ) +Ub (kT) X Ib ((k+nm) Τ) +Uc (kT) X Ic ((k+nm) Τ) (1)式中T為采樣周期；m為選取的間隔；η為間隔數(shù)；步驟3 求取電流向超前方向移動(dòng)時(shí)，S序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)X;步驟4 求取電流向滯后方向移動(dòng)時(shí)，Sl序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)y;步驟5 根據(jù)下式(2)計(jì)算電壓與電流的相位差θ
權(quán)利要求
1.一種三相電路相位差的測(cè)量方法，其特征在于該方法包括如下步驟 步驟1 對(duì)電壓信號(hào)和電流信號(hào)同步采樣，得到六路信號(hào)的離散序列；步驟2:以電壓信號(hào)或電流信號(hào)的某一點(diǎn)為基準(zhǔn)，電流信號(hào)或電壓信號(hào)的離散序列同時(shí)移相一定的間隔，計(jì)算電壓信號(hào)和電流信號(hào)對(duì)應(yīng)相的乘積和S(n)；步驟3 求取電流信號(hào)或電壓信號(hào)向超前方向移動(dòng)時(shí)，S序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)y ；步驟4 求取電流信號(hào)或電壓信號(hào)向滯后方向移動(dòng)時(shí)，Sl序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)y ；步驟5 根據(jù)間隔數(shù)X，y計(jì)算電壓與電流的相位差θ。
2.—種三相電路相位差的測(cè)量方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1 對(duì)三相電壓信號(hào)和電流信號(hào)同步采樣，得到六路信號(hào)的離散序列fe(kT)、 Ub (kT)、Uc (kT)、Ia (kT)、Ib (kT)、Ic (kT)，其中 Ua (kT)、Ub (kT)、Uc (kT)為 a 相、b 相、c 相電壓的采樣值、Ia(kT)、Ib (kT)、Ic (kT)為a相、b相、c相電流的采樣值，T為采樣周期，k 為自然數(shù)；步驟2:以電壓信號(hào)的某一點(diǎn)為基準(zhǔn)，三相電流的離散序列同時(shí)移相一定的間隔nmT， 按下式(1)計(jì)算三相電壓和三相電流對(duì)應(yīng)相的乘積和S (η)，S (n) = Ua (kT) X Ia ((k+nm) Τ) +Ub (kT) X Ib ((k+nm) Τ) +Uc (kT) X Ic ((k+nm) Τ) (1) 式中Τ為采樣周期； m為選取的間隔； η為間隔數(shù)；步驟3 求取電流向超前方向移動(dòng)時(shí)，S序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)X;步驟4 求取電流向滯后方向移動(dòng)時(shí)，Sl序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)y;步驟5 根據(jù)下式( 計(jì)算電壓與電流的相位差θ^ = -^-^80°-90°χ”(2)
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相電路相位差的測(cè)量方法，其特征在于還包括步驟6， 該步驟6:根據(jù)相位差θ的正負(fù)判斷電壓與電流之間的超前滯后關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三相電路相位差的測(cè)量方法，其特征在于所述步驟1對(duì)三相電壓信號(hào)和三相電流信號(hào)中的任意兩相同步采樣得到所述離散序列，利用三相對(duì)稱信號(hào)之和為零的規(guī)律求得另一相的所述離散序列。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4所述的三相電路相位差的測(cè)量方法，其特征在于所述步驟2 所述S(n)計(jì)算到間隔nmT等于電壓半個(gè)周期為止。
6.一種三相電路相位差的測(cè)量裝置，其特征在于，該測(cè)量裝置包括如下模塊模塊1 對(duì)三相電壓信號(hào)和電流信號(hào)同步采樣，得到六路信號(hào)的離散序列fe(kT)、 Ub (kT)、Uc (kT)、Ia (kT)、Ib (kT)、Ic (kT)，其中 Ua (kT)、Ub (kT)、Uc (kT)為 a 相、b 相、c 相電壓的采樣值、Ia(kT)、Ib (kT)、Ic (kT)為a相、b相、c相電流的采樣值，T為采樣周期，k為自然數(shù)；模塊2:以電壓信號(hào)的某一點(diǎn)為基準(zhǔn)，三相電流的離散序列同時(shí)移相一定的間隔nmT， 按下式C3)計(jì)算三相電壓和三相電流對(duì)應(yīng)相的乘積和S (η)，S (n) = Ua (kT) X Ia ((k+nm) Τ) +Ub (kT) X Ib ((k+nm) Τ) +Uc (kT) X Ic ((k+nm) Τ) (3) 式中Τ為采樣周期； m為選取的間隔； η為間隔數(shù)；模塊3 求取電流向超前方向移動(dòng)時(shí)，S序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)X;模塊4 求取電流向滯后方向移動(dòng)時(shí)，Sl序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)y;模塊5 根據(jù)下式(4)計(jì)算電壓與電流的相位差θ
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相電路相位差的測(cè)量裝置，其特征在于還包括模塊6， 該模塊6:根據(jù)相位差θ的正負(fù)判斷電壓與電流之間的超前滯后關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三相電路相位差的測(cè)量裝置，其特征在于所述模塊1對(duì)三相電壓信號(hào)和三相電流信號(hào)中的任意兩相同步采樣得到兩相所述離散序列，利用三相對(duì)稱信號(hào)之和為零的規(guī)律求得另一相的所述離散序列。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8所述的三相電路相位差的測(cè)量裝置，其特征在于 所述模塊2 使所述S(n)計(jì)算到間隔nmT等于電壓半個(gè)周期為止。
10.一種三相電路相位差的測(cè)量程序，其特征在于，該測(cè)量程序由計(jì)算機(jī)運(yùn)行包括如下步驟步驟1 對(duì)三相電壓信號(hào)和電流信號(hào)同步采樣，得到六路信號(hào)的離散序列fe(kT)、 Ub (kT)、Uc (kT)、Ia (kT)、Ib (kT)、Ic (kT)，其中 Ua (kT)、Ub (kT)、Uc (kT)為 a 相、b 相、c 相電壓的采樣值、Ia (kT)、Ib (kT)、Ic (kT)為a相、b相、c相電流的采樣值，T為采樣周期，k 為自然數(shù)；步驟2:以電壓信號(hào)的某一點(diǎn)為基準(zhǔn)，三相電流的離散序列同時(shí)移相一定的間隔nmT， 按下式(1)計(jì)算三相電壓和三相電流對(duì)應(yīng)相的乘積和S (η)，S (n) = Ua (kT) X Ia ((k+nm) Τ) +Ub (kT) X Ib ((k+nm) Τ) +Uc (kT) X Ic ((k+nm) Τ) (5) 式中Τ為采樣周期； m為選取的間隔； η為間隔數(shù)；步驟3 求取電流向超前方向移動(dòng)時(shí)，S序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)X;步驟4 求取電流向滯后方向移動(dòng)時(shí)，Sl序列的絕對(duì)值最小值，記錄移動(dòng)到絕對(duì)值為最小值時(shí)的間隔數(shù)y;步驟5 根據(jù)下式( 計(jì)算電壓與電流的相位差θ
11. 一種載體，其特征在于，該載體中記錄有權(quán)利要求10所記載的測(cè)量程序。
全文摘要
本發(fā)明利用了三相電路的對(duì)稱性，為三相對(duì)稱電路提供了一種相位差的測(cè)量方法，對(duì)電壓電流的同時(shí)采樣生成三相電壓和三相電流的離散信號(hào)，通過(guò)對(duì)電流信號(hào)的移相掃描，求取三相電壓電流對(duì)應(yīng)相乘積的和，判斷乘積和的絕對(duì)值可找出對(duì)應(yīng)相的電壓電流相位差90°時(shí)電流的移相間隔，從而得出相位差。本發(fā)明不依賴于信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際應(yīng)用中由諧波、噪聲與干擾等原因?qū)е聶z測(cè)到的實(shí)際信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)附近來(lái)回抖動(dòng)不會(huì)影響本方法的計(jì)算；本發(fā)明對(duì)信號(hào)周期的精確度要求不高；且本發(fā)明中的算法較簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性較好。本發(fā)明還提供了三相電路相位差的測(cè)量裝置、測(cè)量程序和載體。
文檔編號(hào)G01R25/00GK102288821SQ20111011037
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者徐去龍, 杜心林 申請(qǐng)人:北京合康億盛變頻科技股份有限公司