一种三相电压的相序检测方法、系统及装置与流程

本发明涉及电网供电领域，特别是涉及一种三相电压的相序检测方法、系统及装置。

背景技术

随着电力电子技术的发展，电力电子设备在电网中的应用逐渐增多。对于电力电子设备中需要并网的设备而言，电网的三相电压的相序正确性(正确：正序电压，错误：负序电压)尤为重要，一旦接入电力电子设备的电网的相序错误，将直接导致电力电子设备无法并网，严重的甚至会造成炸机、设备损坏等后果。

现有技术中，三相电压的相序检测方法通常采用检测电压过零时的三相电压值，来判断相序是否异常。但是，由于该相序检测方法的检测依据是三相电压值，所以对电压值比较敏感，当三相电压畸变或者不对称时，会导致检测的三相电压值与标准三相电压值之间存在误差，影响相序检测的准确性；而且，该相序检测方法只检测电压过零时的三相电压值，导致在电压周期内，相序的判断依据较少，同样影响相序检测的准确性。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种三相电压的相序检测方法、系统及装置，相序检测依据是电网电压在αβ两相静止坐标系下的象限变化，对三相电压值没有那么敏感，从而提高了在三相电压畸变或者不对称时相序检测的准确性；而且，本申请中合成矢量所在的象限从第一象限再次旋转至第一象限的过程，经过了四次象限变化，使得在电压周期内相序的判断依据增多，从而提高了相序检测的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种三相电压的相序检测方法，包括：

实时采集电网的三相电压值，并将所述三相电压值经预设坐标变换公式变换，得到电网电压在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量；

根据所述α轴分量和所述β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于所述αβ两相静止坐标系的具体象限；

判断所述合成矢量所处的象限是否在逆时针方向上变化，若是，则确定所述电网的相序正确；若否，则确定所述电网的相序错误。

优选地，确定所述合成矢量所处的象限发生变化的过程具体为：

当所述α轴分量或所述β轴分量的正负号发生变化，且符号变化后的α轴分量或β轴分量的绝对值大于预设防抖阈值时，确定所述合成矢量所处的象限发生变化。

优选地，在得到电网电压在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量之后，在根据所述α轴分量和所述β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于所述αβ两相静止坐标系的具体象限之前，该相序检测方法还包括：

对所述α轴分量和所述β轴分量进行滤波处理，以根据滤波后的α轴分量和β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于所述αβ两相静止坐标系的具体象限。

优选地，所述判断所述合成矢量所处的象限是否在逆时针方向上变化的过程具体为：

当所述合成矢量所处的象限发生改变时，将当前象限值减去上一次的象限值，得到象限差值；其中，第n象限的象限值为n，n＝1，2，3，4；

将所述象限差值放入包含m个元素的差值组合中，当在所述差值组合放满后再得到新的象限差值时，用新的所述象限差值替换掉所述差值组合中最先放入的象限差值；其中，m为正整数且m≥5；

从当前差值组合的m个元素中去掉最大的两个元素和最小的两个元素，并判断剩下的元素平均值是否为正数，若是，则确定所述合成矢量所处的象限是在逆时针方向上变化；若否，则确定所述合成矢量所处的象限不在逆时针方向上变化。

优选地，所述差值组合具体为一维滑动数组；

则所述将所述象限差值放入包含m个元素的差值组合中，当在所述差值组合放满后再得到新的象限差值时，用新的所述象限差值替换掉所述差值组合中最先放入的象限差值的过程具体为：

将所述象限差值放入包含m个元素的一维滑动数组中，当每一个新的象限差值放入所述一维滑动数组时，其内所有的元素右移一个位置的同时放弃最后一个元素，将新放入的象限差值放在第一个元素的位置。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种三相电压的相序检测系统，包括：

坐标转换模块，用于实时采集电网的三相电压值，并将所述三相电压值经预设坐标变换公式变换，得到电网电压在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量；

象限确定模块，用于根据所述α轴分量和所述β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于所述αβ两相静止坐标系的具体象限；

相序检测模块，用于判断所述合成矢量所处的象限是否在逆时针方向上变化，若是，则确定所述电网的相序正确；若否，则确定所述电网的相序错误。

优选地，确定所述合成矢量所处的象限发生变化的过程具体为：

当所述α轴分量或所述β轴分量的正负号发生变化，且符号变化后的α轴分量或β轴分量的绝对值大于预设防抖阈值时，确定所述合成矢量所处的象限发生变化。

优选地，所述相序检测模块包括：

差值求取单元，用于当所述合成矢量所处的象限发生改变时，将当前象限值减去上一次的象限值，得到象限差值；其中，第n象限的象限值为n，n＝1，2，3，4；

差值组合单元，用于将所述象限差值放入包含m个元素的差值组合中，当在所述差值组合放满后再得到新的象限差值时，用新的所述象限差值替换掉所述差值组合中最先放入的象限差值；其中，m为正整数且m≥5；

相序检测单元，用于从当前差值组合的m个元素中去掉最大的两个元素和最小的两个元素，并判断剩下的元素平均值是否为正数，若是，则确定所述电网的相序正确；若否，则确定所述电网的相序错误。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种三相电压的相序检测装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述任一种三相电压的相序检测方法的步骤。

本发明提供了一种三相电压的相序检测方法，包括：实时采集电网的三相电压值，并将三相电压值经预设坐标变换公式变换，得到电网电压在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量；根据α轴分量和β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于αβ两相静止坐标系的具体象限；判断合成矢量所处的象限是否在逆时针方向上变化，若是，则确定电网的相序正确；若否，则确定电网的相序错误。

与现有技术中的相序检测方法相比，本申请首先采集实时采集电网的三相电压值，并将三相电压值变换为在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量，然后根据α轴分量和β轴分量的正负号，便可以确定二者的合成矢量处于αβ两相静止坐标系的第几象限。已知正序电压的旋转方向为αβ两相静止坐标系下的逆时针方向，所以本申请根据合成矢量所处的象限的变化方向，检测电网相序的正确性。可见，本申请的相序检测依据是电网电压在αβ两相静止坐标系下的象限变化，对三相电压值没有那么敏感，从而提高了在三相电压不对称时相序检测的准确性；而且，本申请中合成矢量所在的象限从第一象限再次旋转至第一象限的过程，经过了四次象限变化，使得在电压周期内相序的判断依据增多，从而提高了相序检测的准确性。

本发明还提供了一种三相电压的相序检测系统及装置，与上述检测方法具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种三相电压的相序检测方法的流程图；

图2(a)为本发明提供的一种正序电网电压的旋转示意图；

图2(b)为本发明提供的一种负序电网电压的旋转示意图；

图3为本发明提供的一种三相电压的相序检测系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种三相电压的相序检测方法、系统及装置，相序检测依据是电网电压在αβ两相静止坐标系下的象限变化，对三相电压值没有那么敏感，从而提高了在三相电压畸变或者不对称时相序检测的准确性；而且，本申请中合成矢量所在的象限从第一象限再次旋转至第一象限的过程，经过了四次象限变化，使得在电压周期内相序的判断依据增多，从而提高了相序检测的准确性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种三相电压的相序检测方法的流程图。

该相序检测方法包括：

步骤s1：实时采集电网的三相电压值，并将三相电压值经预设坐标变换公式变换，得到电网电压在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量；

需要说明的是，本申请中的预设是提前设置好的，只需要设置一次，除非根据实际情况需要修改，否则不需要重新设置。

具体地，考虑到电网的三相电压的相序正确时，电网电压在αβ两相静止坐标系下的两相电压的旋转方向为αβ两相静止坐标系下的逆时针方向，所以本申请提前设置好abc三相静止坐标系转换至αβ两相静止坐标系的坐标变换公式，基于此，本申请实时采集电网在abc三相静止坐标系下的三相电压值，然后将三相电压值对应代入设置好的坐标变换公式，进行坐标变换，从而得到电网电压在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量(两相电压)，为后期实时确定两相电压的旋转方向打下基础。

此外，本申请所设坐标变换公式具体为：vα＝va-0.5*vb-0.5*vc，vβ＝vc-vb；其中，va、vb、vc分别为电网电压在abc三相静止坐标系下的a轴分量、b轴分量、c轴分量，vα为α轴分量，vβ为β轴分量。

步骤s2：根据α轴分量和β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于αβ两相静止坐标系的具体象限；

具体地，对于αβ两相静止坐标系下的逆时针方向，可以看作α轴分量和β轴分量的合成矢量所在的象限的变化：第一象限-第二象限-第三象限-第四象限-第一象限……，所以本申请在得到α轴分量和β轴分量之后，实时确定二者的合成矢量所在的具体象限。

对于合成矢量所在象限的确定，有两种实现方式：第一，根据合成矢量在αβ两相静止坐标系下的具体角度位置，确定合成矢量所在的象限；第二，根据α轴分量和β轴分量的正负号，确定二者的合成矢量所在的象限(第一象限：α轴分量和β轴分量均为正；第二象限：α轴分量为负、β轴分量为正；第三象限：α轴分量和β轴分量均为负；第四象限：α轴分量为正、β轴分量为负)。而本申请考虑到第二种实现方式的算法更简单，所以本申请根据α轴分量和β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于αβ两相静止坐标系的具体象限，以判断合成矢量所在的象限的变化。

步骤s3：判断合成矢量所处的象限是否在逆时针方向上变化，若是，则确定电网的相序正确；若否，则确定电网的相序错误。

具体地，本申请在实时确定α轴分量和β轴分量的合成矢量所处的具体象限之后，便可以判断合成矢量所处的象限是否在逆时针方向上变化，若在逆时针方向上变化，说明此时的电网电压为正序电压，即此时电网的相序正确；若在顺时针方向上变化，说明此时的电网电压为负序电压，即此时电网的相序错误。

本发明提供了一种三相电压的相序检测方法，包括：实时采集电网的三相电压值，并将三相电压值经预设坐标变换公式变换，得到电网电压在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量；根据α轴分量和β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于αβ两相静止坐标系的具体象限；判断合成矢量所处的象限是否在逆时针方向上变化，若是，则确定电网的相序正确；若否，则确定电网的相序错误。

与现有技术中的相序检测方法相比，本申请首先采集实时采集电网的三相电压值，并将三相电压值变换为在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量，然后根据α轴分量和β轴分量的正负号，便可以确定二者的合成矢量处于αβ两相静止坐标系的第几象限。已知正序电压的旋转方向为αβ两相静止坐标系下的逆时针方向，所以本申请根据合成矢量所处的象限的变化方向，检测电网相序的正确性。可见，本申请的相序检测依据是电网电压在αβ两相静止坐标系下的象限变化，对三相电压值没有那么敏感，从而提高了在三相电压不对称时相序检测的准确性；而且，本申请中合成矢量所在的象限从第一象限再次旋转至第一象限的过程，经过了四次象限变化，使得在电压周期内相序的判断依据增多，从而提高了相序检测的准确性。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，确定合成矢量所处的象限发生变化的过程具体为：

当α轴分量或β轴分量的正负号发生变化，且符号变化后的α轴分量或β轴分量的绝对值大于预设防抖阈值时，确定合成矢量所处的象限发生变化。

进一步地，考虑到电网电压可能会存在抖动，尤其当α轴分量和β轴分量的合成分量在α轴或β轴的轴线附近时有所抖动时，可能会导致α轴分量或β轴分量的正负号有所变化，若α轴分量或β轴分量的正负号在未抖动的情况下不发生变化，则此时电压抖动现象可能会导致合成矢量所处的象限的误判断，所以本申请提前设置一个防抖阈值，当α轴分量或β轴分量的正负号发生变化后，符号变化的α轴分量或β轴分量的绝对值只有大于防抖阈值时，才认为合成矢量所处的象限发生变化，从而防止了由于电压抖动导致的合成矢量所处的象限的误判断。

作为一种优选地实施例，在得到电网电压在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量之后，在根据α轴分量和β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于αβ两相静止坐标系的具体象限之前，该相序检测方法还包括：

对α轴分量和β轴分量进行滤波处理，以根据滤波后的α轴分量和β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于αβ两相静止坐标系的具体象限。

进一步地，考虑到电网电压中存在谐波干扰(导致电压畸变)，影响相序检测结果，所以本申请在得到α轴分量和β轴分量之后，对α轴分量和β轴分量进行滤波处理，以减小谐波对相序检测结果的干扰，即减小电压畸变所带来的影响。

其中，滤波所设的截止频率可以为130hz，以防止3倍以上的谐波对相序检测结果的干扰。至于截止频率的具体选取，本申请在此不做特别的限定，根据实际情况而定。

作为一种优选地实施例，判断合成矢量所处的象限是否在逆时针方向上变化的过程具体为：

当合成矢量所处的象限发生改变时，将当前象限值减去上一次的象限值，得到象限差值；其中，第n象限的象限值为n，n＝1，2，3，4；

将象限差值放入包含m个元素的差值组合中，当在差值组合放满后再得到新的象限差值时，用新的象限差值替换掉差值组合中最先放入的象限差值；其中，m为正整数且m≥5；

从当前差值组合的m个元素中去掉最大的两个元素和最小的两个元素，并判断剩下的元素平均值是否为正数，若是，则确定合成矢量所处的象限是在逆时针方向上变化；若否，则确定合成矢量所处的象限不在逆时针方向上变化。

具体地，请参照图2(a)及图2(b)，图2(a)为本发明提供的一种正序电网电压的旋转示意图，图2(b)为本发明提供的一种负序电网电压的旋转示意图。其中，滤波后的α轴分量表示为v'α，β轴分量表示为v'β。则本申请中α轴分量和β轴分量的合成矢量所处象限变化的判断过程包括：

1)为每个象限设置象限值：第一象限的象限值为1，第二象限的象限值为2，第三象限的象限值为3，第四象限的象限值为4(设置规则)；

2)当合成矢量所处的象限发生改变时，将当前所处象限的象限值，减去未变化前所处象限的象限值，得到象限差值(当电网电压为正序时，如图2(a)，合成矢量v的旋转方向应该为逆时针方向，按照上述设置规则，即象限变化序列可表示为1，2，3，4，1，2，3，4，1……，对应的象限差值序列可表示为1，1，1，-3，1，1，1，-3……；当电网电压为负序时，如图2(b)，合成矢量v的旋转方向应该为顺时针方向，即象限变化序列可表示为1，4，3，2，1，4，3，2，1……，对应的象限差值序列可表示为3，-1，-1，-1，3，-1，-1，-1……)；

3)将得到的象限差值依次放入包含至少五个元素的差值组合中，在差值组合放满后，当再得到新的象限差值时，用新的象限差值替换掉差值组合中最先放入的象限差值，实现依次更新差值组合的元素。在此期间，从每个放满的差值组合的所有元素中，去掉最大的两个元素和最小的两个元素，然后判断剩下的元素的平均值是否为正数，若为正数，则说明合成矢量所处的象限是在逆时针方向上变化，即电网的相序正确；若为负数，则说明合成矢量所处的象限在顺时针方向上变化，即电网的相序错误。

作为一种优选地实施例，差值组合具体为一维滑动数组；

则将象限差值放入包含m个元素的差值组合中，当在差值组合放满后再得到新的象限差值时，用新的象限差值替换掉差值组合中最先放入的象限差值的过程具体为：

将象限差值放入包含m个元素的一维滑动数组中，当每一个新的象限差值放入一维滑动数组时，其内所有的元素右移一个位置的同时放弃最后一个元素，将新放入的象限差值放在第一个元素的位置。

进一步地，本申请的差值组合可以选用一维滑动数组，当每一个新的象限差值放入一维滑动数组时，其内所有的元素右移一个位置，同时放弃最后一个元素，并将新放入的象限差值放在第一个元素的位置，以实现新的象限差值替换掉差值组合中最先放入的象限差值。

这里的一维滑动数组可以包含但不仅限于14个元素，本申请在此不做特别的限定。可知，当电网电压为正序时，随着算法的不断执行，一维滑动数组内的14个元素将会出现3次{1，1，1，-3}集合以及1次该集合中的两个元素组成的子集，当去掉14个元素中最大的两个元素和最小的两个元素后，剩下的10个元素的平均值一定为正数。当电网电压为负序时，随着算法的不断执行，一维滑动数组内的14个元素将会出现3次{3，-1，-1，-1}集合以及1次该集合中的两个元素组成的子集，当去掉14个元素中最大的两个元素和最小的两个元素后，剩下的10个元素的平均值一定为负数。

请参照图3，图3为本发明提供的一种三相电压的相序检测系统的结构示意图。

该相序检测系统包括：

坐标转换模块1，用于实时采集电网的三相电压值，并将三相电压值经预设坐标变换公式变换，得到电网电压在αβ两相静止坐标系下的α轴分量和β轴分量；

象限确定模块2，用于根据α轴分量和β轴分量的正负号，实时确定二者的合成矢量处于αβ两相静止坐标系的具体象限；

相序检测模块3，用于判断合成矢量所处的象限是否在逆时针方向上变化，若是，则确定电网的相序正确；若否，则确定电网的相序错误。

作为一种优选地实施例，确定合成矢量所处的象限发生变化的过程具体为：

当α轴分量或β轴分量的正负号发生变化，且符号变化后的α轴分量或β轴分量的绝对值大于预设防抖阈值时，确定合成矢量所处的象限发生变化。

作为一种优选地实施例，相序检测模块3包括：

差值求取单元，用于当合成矢量所处的象限发生改变时，将当前象限值减去上一次的象限值，得到象限差值；其中，第n象限的象限值为n，n＝1，2，3，4；

差值组合单元，用于将象限差值放入包含m个元素的差值组合中，当在差值组合放满后再得到新的象限差值时，用新的象限差值替换掉差值组合中最先放入的象限差值；其中，m为正整数且m≥5；

相序检测单元，用于从当前差值组合的m个元素中去掉最大的两个元素和最小的两个元素，并判断剩下的元素平均值是否为正数，若是，则确定电网的相序正确；若否，则确定电网的相序错误。

本申请提供的一种系统的介绍请参考上述方法实施例，本申请在此不再赘述。

本发明还提供了一种三相电压的相序检测装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现上述任一种三相电压的相序检测方法的步骤。

本申请提供的一种装置的介绍请参考上述方法实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。