电网电压过零点检测方法及检测装置与流程

本发明涉及电力电子技术领域，且特别涉及一种电网电压过零点检测方法及检测装置。

背景技术：

太阳能光伏组件将太阳光转换为直流电力。为了将产生的电力输入电网供用户使用，需要使用太阳能光伏并网逆变器将光伏组件输出的直流电力转换为交流电力。并网时，输出的交流电相位必须与电网的交流电压相位同步。

为了达到该目的，需要检测电网交流电压的过零点，其用于保障交流电相位与电网的交流电压相位同步，所以电网交流电压过零点的精确检测对于交流电力并网输出非常关键。当电网交流电压过零点检测错误时，逆变器可能将产生的交流电力错误地注入电网，造成逆变器的损伤。所以电网交流电压过零点的检测精度要求很高，而波形中其他点的检测精度要求相对较低。

现有技术通常有两种实现方法，一种是通过模拟电路实现过零检测，另一种是通过软件锁相环实现。模拟电路实现过零点检测，通常是使用采集并缩小的电网电压信号和零电位（或某一电位）用一个比较器比较，当电网电压大于零电位（或某一电位）时，比较器输出高电平，当电网电压小于零电位（或某一电位）时，比较器输出低电平。这一方法存在的问题是当零电位（或某一电位）稍有波动时，电网电压过零点就会偏移，检测到的电网电压过零点就会偏移导致电力电子设备给定相位出现偏差，精确不高。同时，温度变化，元件老化都会产生零点偏移，零点检测出的时间点不准。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电网电压过零点检测方法及检测装置，能够低成本地解决电网电压过零点检测精确不高的问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种电网电压过零点检测方法，包括以下步骤：

获取过零点检测系统延时，并获取当前电网电压过零点时刻之前过零点检测系统延时对应的延时电压值；

获取漂移电压补偿值；

利用所述延时电压值和漂移电压补偿值之和获取调节后的电网电压的过零点特性；

根据调节后的电网电压的过零点特性，对应修正所述漂移电压补偿值，直到电网电压实现电网电压过零点没有偏移。

可选的，利用所述延时电压值和漂移电压补偿值之和获取调节后的电网电压的过零点特性的具体方法包括：将所述延时电压值和漂移电压初始值之和作为比较器的参考电压，利用比较器对电网电压的上下半周期进行调节，获取调节后的电网电压的过零点特性。

可选的，所述获取电网电压的过零点特性的具体方法包括：对电网电压的上半周期和下半周期进行计时，判断两者是否相等；当两者相等时，表明电网电压过零点没有偏移，当两者不相等时，表明电网电压过零点存在偏移。

可选的，所述获取电网电压的过零点特性的具体方法包括：对若干组电网电压的上半周期和下半周期进行计时，比较同一组中的上半周期、下半周期是否相等；当上半周期大于下半周期、或上半周期小于下半周期的组未超过半数，表述电网电压过零点没有偏移，当上半周期大于下半周期、或上半周期小于下半周期的组超过半数，表述电网电压过零点存在偏移。

可选的，根据电网电压的过零点特性修正所述漂移电压初始值的具体方法包括：当电网电压过零点存在偏移，且当上半周期大于下半周期，提高漂移电压补偿值；当电网电压过零点存在偏移，且当上半周期小于下半周期，降低漂移电压补偿值。

本发明实施例还提供了一种电网电压过零点检测装置，包括：延时电压值获取单元、漂移电压补偿值获取修正单元、过零点特性调节单元，

延时电压值获取单元，获取过零点检测系统延时，并获取当前电网电压过零点时刻之前过零点检测系统延时对应的延时电压值；

过零点特性调节单元，利用所述延时电压值和漂移电压补偿值之和获取调节后的电网电压的过零点特性；

漂移电压补偿值获取修正单元，获取漂移电压补偿值，根据调节后的电网电压的过零点特性，对应修正所述漂移电压补偿值，直到电网电压实现电网电压过零点没有偏移。

可选的，所述过零点特性调节单元包括：加法器、比较器、半周期时间检测单元，所述加法器获取延时电压值和漂移电压补偿值输出两者之和，所述比较器的正向输入端与电网电压相连，所述比较器的负向输入端与加法器的输出端相连，其中延时电压值和漂移电压初始值之和作为比较器的参考电压，所述比较器的输出端与半周期时间检测单元的输入端相连，所述半周期时间检测单元的输出端输出调节后的电网电压的过零点特性。

可选的，所述半周期时间检测单元对电网电压的上半周期和下半周期进行计时，判断两者是否相等；当两者相等时，表明电网电压过零点没有偏移，当两者不相等时，表明电网电压过零点存在偏移。

可选的，所述半周期时间检测单元对若干组电网电压的上半周期和下半周期进行计时，比较同一组中的上半周期、下半周期是否相等；当上半周期大于下半周期、或上半周期小于下半周期的组未超过半数，表述电网电压过零点没有偏移，当上半周期大于下半周期、或上半周期小于下半周期的组超过半数，表述电网电压过零点存在偏移。

可选的，当电网电压过零点存在偏移，且当上半周期大于下半周期，提高漂移电压补偿值；当电网电压过零点存在偏移，且当上半周期小于下半周期，降低漂移电压补偿值。

本发明相比于现有技术的有益效果在于：

本发明通过获取并修正漂移电压补偿值，进而利用漂移电压补偿值调节比较器的参考电压，从而使得调节后的电网电压的过零点不发生偏移，精确度高，且不需要复杂的硬件支持，成本较低。

附图说明

图1为本发明的电网电压过零点检测方法的流程示意图；

图2为本发明的电网电压过零点检测装置的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

本发明实施例首先提供了一种电网电压过零点检测方法，请参考图1，包括以下步骤：

步骤S101，获取过零点检测系统延时，并获取当前电网电压过零点时刻之前过零点检测系统延时对应的延时电压值；

步骤S102，获取漂移电压补偿值；

步骤S103，利用所述延时电压值和漂移电压补偿值之和获取调节后的电网电压的过零点特性；

步骤S104，根据调节后的电网电压的过零点特性，对应修正所述漂移电压补偿值，直到电网电压实现电网电压过零点没有偏移。

具体的，系统延时可以通过示波器进行检测，其中示波器的一个通道接外部电网，获取对应的过零信号，示波器的另一个通道接系统输出的过零信号，进行比较，测得系统延时Td，同时也能看到延时对应的电压值。

获取过零点检测系统延时Td后，在当前电网电压过零点时刻之前过零点检测系统延时Td对应的位置获取延时电压值Vd，由于电网电压分为上半周期和下半周期，所述延时电压值分别为位于上半周期的第一延时电压值和位于下半周期的第二延时电，所述第一延时电压值和第二延时电压值的绝对值相等但符号相反。由于所述延时电压值为当前电网电压过零点时刻往前的过零点检测系统延时Td对应的电网电压Vd，因此利用所述延时电压值Vd能够更精确地校准电网电压过零点。

在本实施例中，所述延时电压值Vd的获取公式为：

Vd=sin（Td*2*π/（T1+T2））Vm

其中，Td为过零点检测系统延时，Vm是指电网电压幅值，可以通过硬件AD采样取得，T1+T2为电网的周期值。

获取延时电压值Vd的同时，还获取漂移电压补偿值。上述两个步骤不分先后。

由于随着工作时间的持续，现有系统中的器件会逐渐老化，发生老化漂移，同时器件长时间的工作，对应的性能会产生温漂。温漂和老化漂移是造成电压过零点发生偏移的一个非常重要的原因。

当之前已经检测获得过系统的漂移电压补偿值Vref时，将所述漂移电压补偿值Vref作为初始的漂移电压补偿值用来调节所述电网电压。

当之前没有检测获得过系统的漂移电压补偿值Vref时，将所述漂移电压补偿值Vref设为0，后续通过调节所述漂移电压补偿值来调节所述电网电压。

将延时电压值和漂移电压补偿值之和作为参考电压与比较器的负向输入端相连，外网的电网电压与比较器的正向输入端相连，利用所述比较器的输出信号调节电网电压，从而使得电网电压的上半周期和下半周期趋向相等。

在本发明实施例中，通过调节比较器的输出来调节所述电网电压的过零点特性。

所述比较器，具有正向输入端和负向输入端，当正向输入端大于负向输入端，输出高电平，当正向输入端小于负向输入端，输出低电平。当输出端在高电平时，也就是电网电压处在正半周，延时电压值和漂移电压补偿值之和作为参考电压与比较器的负向输入端相连，设延时电压值Vd，漂移电压补偿值Vref，负向输入端对应的电压为Vd，则在正半周时Vd= Vref +Vd；当输出端为低电平时，也就是电网电压处于负半周，漂移电压补偿值加负延时电压值作为参考电压与比较器的负输入端相连，也就是在负半周时Vd=Vref+（-Vd）。

获取调节后的电网电压的过零点特性，对应修正所述漂移电压补偿值，直到电网电压实现电网电压过零点没有偏移。

在一个实施例中，所述获取电网电压的过零点特性的具体方法包括：对电网电压的上半周期和下半周期进行计时，判断两者是否相等；当两者相等时，表明电网电压过零点没有偏移，当两者不相等时，表明电网电压过零点存在偏移。

在另一个实施例中，所述获取电网电压的过零点特性的具体方法包括：对若干组电网电压的上半周期和下半周期进行计时，比较同一组中的上半周期、下半周期是否相等；当上半周期大于下半周期、或上半周期小于下半周期的组未超过半数，表述电网电压过零点没有偏移，不改变漂移电压补偿值Vref，当上半周期大于下半周期、或上半周期小于下半周期的组超过半数，表述电网电压过零点存在偏移，调节相应漂移电压补偿值Vref。

当获取根据电网电压的过零点特性修正所述漂移电压初始值的具体方法包括：当电网电压过零点存在偏移，且当上半周期大于下半周期，提高漂移电压补偿值；当电网电压过零点存在偏移，且当上半周期小于下半周期，降低漂移电压补偿值。

本发明实施例还提供了一种电网电压过零点检测装置，请参考图2，包括：延时电压值获取单元10、漂移电压补偿值获取修正单元20、过零点特性调节单元30，

延时电压值获取单元10，获取过零点检测系统延时，并获取当前电网电压过零点时刻之前过零点检测系统延时对应的延时电压值；

漂移电压补偿值获取修正单元20，获取漂移电压补偿值，根据调节后的电网电压的过零点特性，对应修正所述漂移电压补偿值，直到电网电压实现电网电压过零点没有偏移；

过零点特性调节单元30，利用所述延时电压值和漂移电压初始值之和调节所述电网电压的过零点特性。

其中，所述过零点特性调节单元30包括：加法器31、比较器32、半周期时间检测单元33，所述加法器31获取延时电压值和漂移电压补偿值输出两者之和，所述比较器32的正向输入端与电网电压相连，所述比较器32的负向输入端与加法器的输出端相连，其中延时电压值和漂移电压初始值之和作为比较器的参考电压，所述比较器32的输出端与半周期时间检测单元33的输入端相连，所述半周期时间检测单元33的输出端与漂移电压补偿值获取修正单元20相连，为漂移电压补偿值获取修正单元20提供调节后的电网电压的过零点特性。

在本实施例中，所述比较器32的输出端还与加法器31相连，当输出端在高电平时，也就是电网电压处在正半周，延时电压值和漂移电压补偿值之和作为参考电压与比较器的负向输入端相连，设延时电压值Vd，漂移电压补偿值Vref，负向输入端对应的电压为Vd，则在正半周时Vd= Vref +Vd；当输出端为低电平时，也就是电网电压处于负半周，漂移电压补偿值加负延时电压值作为参考电压与比较器的负输入端相连，也就是在负半周时Vd=Vref+（-Vd）。

其中一个实施例中，所述半周期时间检测单元33的具体时间检测方法包括：对电网电压的上半周期和下半周期进行计时，判断两者是否相等；当两者相等时，表明电网电压过零点没有偏移，当两者不相等时，表明电网电压过零点存在偏移。

在另一个实施例中，所述半周期时间检测单元33的具体时间检测方法包括：对若干组电网电压的上半周期和下半周期进行计时，比较同一组中的上半周期、下半周期是否相等；当上半周期大于下半周期、或上半周期小于下半周期的组未超过半数，表述电网电压过零点没有偏移，当上半周期大于下半周期、或上半周期小于下半周期的组超过半数，表述电网电压过零点存在偏移。

当漂移电压补偿值获取修正单元20获得电网电压过零点存在偏移，且当上半周期大于下半周期，对应提高漂移电压补偿值；当漂移电压补偿值获取修正单元20获得电网电压过零点存在偏移，且当上半周期小于下半周期，降低漂移电压补偿值，进而影响比较器的参考电压，从而调节电网电压过零点特性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。