專利名稱：一種精確計算電壓或電流有效值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于大功率變流器技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了了一種精確計算電壓或電流有效值的方法。適用于通過鎖定交流電壓或電流的角頻率并結(jié)合交流電壓或電流值來計算其有效值。
背景技術(shù)：
大功率電力電子變流技術(shù)是集半導(dǎo)體材料技術(shù)、電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論技術(shù)、電網(wǎng)技術(shù)及電力系統(tǒng)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)，是當(dāng)今發(fā)電領(lǐng)域尤其是新能源發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點之一。所以對變流器以及涉及到的其它設(shè)備進(jìn)行保護，尤其是對操作人員的人身安全進(jìn)行保護就顯得尤為重要。而系統(tǒng)自身的過壓或者過流保護一方面依據(jù)檢測到的電壓或者電流的瞬時值，另一方面依據(jù)檢測到的電壓或者電流的有效值。一般情況下，系統(tǒng) 的硬件保護依據(jù)瞬時值，軟件保護依據(jù)有效值。所以有效值計算的誤差直接決定系統(tǒng)保護的精確性。如果有效值計算偏離過大或者延時過長，將會導(dǎo)致系統(tǒng)誤保護或者不保護，進(jìn)而造成系統(tǒng)損壞甚至人員傷亡。所以有必要研究一種能精確計算電壓或者電流的有效值的方法來滿足要求?，F(xiàn)階段，有效值的計算基本通過檢測被測量過零點來實現(xiàn)。有的依靠硬件電路檢測過零點，有的依靠軟件檢測過零點。而設(shè)計硬件電路不僅增加了成本，還要考慮硬件的電磁兼容性等問題。如果軟件檢測過零點則需要進(jìn)行兩個零點補償，補償不當(dāng)會影響計算精度。而且當(dāng)電壓或者電流在零點處有波動時會造成有效值計算錯誤。所以有必要研究一種低成本、高精度、高可靠性的方法，用于計算交流電壓或電流的有效值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種精確計算電壓或電流有效值的方法。該方法無需采用過零點檢測。其原理介紹以計算交流電壓有效值為例。設(shè)三相交流電壓對稱且為正弦波，數(shù)學(xué)表達(dá)式為Ua=Asin ω 0t ；Ub=Asin (ω ot—2 π/3)；Uc=Asin (ω 0t+2 π/3)；上述三個公式中，Ua、Ub、U。分別為交流A相、B相、C相電壓的瞬時值；A為交流A相、B相、C相電壓的最大值；ω ^為交流A相、B相、C相電壓角頻率；ω J為交流A相電壓的角度，t為時間。在二維坐標(biāo)系下，當(dāng)A相電壓的角度《(^從0到21連續(xù)變化時，A相電壓的幅值也周期性地連續(xù)變化。同理，B相、C相的電壓值也在周期性變化。此時在互成2 Ji /3的abc三相坐標(biāo)系下，三相電壓變化一個周期相當(dāng)于在dq坐標(biāo)系下電壓矢量以O(shè)ci的角頻率旋轉(zhuǎn)了 2π.而程序每隔一定時間采集一次交流電壓，得到的交流電壓的瞬時值，記為Ui，這里i的取值為1，2，…，nint ;nint為一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)。同時程序啟動軟件鎖相環(huán)，根據(jù)采集到的電壓瞬時值仏得出當(dāng)前的電壓矢量的角頻率，記為Coi. 0^是對上述角頻率的反映。因為Ui的采集與Coi的輸出是在同一個中斷服務(wù)程序中進(jìn)行。所以要判斷一個周期內(nèi)采樣了多少個電壓值可以通過計算電壓矢量轉(zhuǎn)過一個周期經(jīng)過了多少步。根據(jù)文獻(xiàn)以及實際情況可知軟件鎖相環(huán)輸出的角頻率Oi會有一些諧波，比如基次，三次，五次，七次等諧波。雖然可以通過軟件濾波器將其濾掉，但是軟件濾波器要濾掉基次諧波需要的反應(yīng)時間比較長，往往大于半個周期IOms.如果要求程序每隔IOms輸出一個有效值，利用本發(fā)明所述的方法就會因為Qi跟不上導(dǎo)致輸出有效值誤差較大。為了避免這種情況，該方法先對ω i適當(dāng)濾波，并且容許ω i中含有幅值較小的基次，三次，五次，七次等諧波，濾波后的角頻率，記為Oi '.真實的電網(wǎng)的角頻率基本是穩(wěn)定的，但是濾波后的角頻率Oi '因為疊加諧波的緣故而上下浮動。該方法可通過下列公式的迭代避免Oi '的浮動影響采樣點數(shù)nint的精度。=ψ
1=0 A/上述公式中At為該計算所在的中斷服務(wù)程序的時間間隔。因為該方法計算中所取的采樣值是一個周期即20ms內(nèi)的采樣值，而角頻率Oi '的迭代也是在一個周期即20ms中迭代，所以相當(dāng)于將角頻率取了平均值，將關(guān)于時間軸對稱的基次，三次，五次，七次等諧波基本濾掉了。所以這樣計算出來的nint的值可以反映真實的采樣點數(shù)。該方法是通過三個中斷服務(wù)程序來實現(xiàn)的，即中斷服務(wù)程序I、中斷服務(wù)程序2、中斷服務(wù)程序3.所述的中斷服務(wù)程序I、中斷服務(wù)程序2、中斷服務(wù)程序3可以為250us中斷服務(wù)程序、IOms中斷服務(wù)程序或Ims中斷服務(wù)程序，但是不局限于此，可以按照需求通過定時器來配置。該方法包括以下步驟。以下步驟所涉及到的符號在以上文字中都有定義。步驟1，中斷服務(wù)程序I中采樣交流電壓的瞬時值Ui,同時軟件鎖相環(huán)經(jīng)過鎖相輸出電壓角頻率ω ；步驟2，中斷服務(wù)程序步驟3，中斷服務(wù)程序放入緩沖區(qū)內(nèi)；步驟4，中斷服務(wù)程序補償?shù)男?shù)部分，記為nfloat ；步驟5,中斷服務(wù)程序3中，利用nint與nfloat以及Ui計算電壓有效值，記為
I中，將Ui, Oi放入雙向鏈表構(gòu)筑的緩沖區(qū)內(nèi)；
2中，對Oi濾波，得到濾波后的電壓角頻率Coi '，并將其
3中，利用Coi '計算所需要的采樣點數(shù)nint以及nint的下面對步驟4作詳細(xì)分析，該步驟又包括以下步驟。(I)對Coi '迭代求和，計數(shù)器j自增直至滿足下面公式。 ω[(2)計算采樣點數(shù)nint以及nint的補償?shù)男?shù)部分nfloat.若
權(quán)利要求
1.一種精確計算電壓或電流有效值的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)中斷服務(wù)程序I中采樣交流電壓的瞬時值，記為Ui,表示第i次的采樣值；同時軟件鎖相環(huán)經(jīng)過鎖相輸出電壓角頻率，記為Oi ;(2)中斷服務(wù)程序I中，將Ui,Oi放入雙向鏈表構(gòu)筑的緩沖區(qū)內(nèi)；(3)中斷服務(wù)程序2中，對Oi濾波，得到濾波后的電壓角頻率，記為Coi'，并將其放入緩沖區(qū)內(nèi)；(4)中斷服務(wù)程序3中，利用Coi'計算所需要的采樣點數(shù)，記為nint，并且計算nint的補償?shù)男?shù)部分，記為nfloat ；(5)中斷服務(wù)程序3中，利用nint與nfloat以及Ui計算電壓有效值，記為Urms.所述的中斷服務(wù)程序I、中斷服務(wù)程序2、中斷服務(wù)程序3為250us中斷服務(wù)程序、IOms中斷服務(wù)程序、Ims中斷服務(wù)程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的精確計算電壓或電流有效值的方法，其特征在于，步驟(4)包括以下步驟a、對緩沖區(qū)中的角頻率Coi'，迭代求和，計數(shù)器j自增直至滿足下面公式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的精確計算電壓或電流有效值的方法，其特征在于，步驟(5)中計算電壓有效值的公式為
全文摘要
一種精確計算電壓或電流有效值的方法，屬于大功率變流器技術(shù)領(lǐng)域。該方法無需采用過零點檢測。在二維坐標(biāo)系下，當(dāng)單相電壓的角度從0到2π連續(xù)變化時，電壓的幅值也周期性地連續(xù)變化。此時在互成2π/3的abc三相坐標(biāo)系下，三相電壓變化一個周期相當(dāng)于在dq坐標(biāo)系下電壓矢量旋轉(zhuǎn)了2π.主程序每隔一定時間采集一次交流電壓，同時主程序啟動軟件鎖相環(huán)，根據(jù)采集到的電壓瞬時值得出當(dāng)前的電壓矢量的角頻率。因為電壓的采集與鎖相環(huán)角頻率的輸出是在同一個中斷服務(wù)程序中進(jìn)行，所以要判斷一個周期內(nèi)采樣了多少個電壓值可以通過計算電壓矢量轉(zhuǎn)過一個周期經(jīng)過了多少步。優(yōu)點在于，低成本、高精度、高可靠性。
文檔編號G01R19/02GK102914687SQ20121043720
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者郭艷鵬, 石志學(xué), 王金峰, 金傳付, 吉文杰, 陳可, 于立業(yè), 張云貴 申請人:冶金自動化研究設(shè)計院