专利名称：一种基于迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法
技术领域：
本发明属于电力供电系统，涉及电力供电系统中动态无功补偿装置设计，具体为一种基于迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法。
背景技术：
在钢铁、冶金等工业电力系统中，由于负荷的快速变动而需要对系统进行动态无功补偿，此时需要检测三相电压相位以进行同步的相控调整。常规的锁相环技术采用过零检测方法判断信号的相位，对于电压谐波较大的情况容易产生误判和调整时间过长等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实 时相位的方法，该方法能够根据三相电压基波成分分析获得三相电压实时相位，较过零检测获得的相位更加精确与快速，更加适合电力电子领域的实时性要求。本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法，包括以下几个步骤步骤一采样A、B、C三相电压信号ua (k)、ub (k)、Uc (k),其中a、b、c分别表示A、B、C三相，u表示电压，k为采样序号，令采样频率为fs。步骤二 针对采样获得的A、B、C三相电压信号Ua (k)、ub (k)、uc (k)，利用迭代傅里
叶变换获得A、B、C三相基波电压幅值Ua、Ub、U。和初始相位鳴、·，其中U表示电压幅值，f 表示相位。步骤三设置A、B、C三相基波电压的理论初始相位釋分别为#: =CT、φ; = -120++ ψ = 120°,根据步骤二中获得的Α、B、C三相电压的初始相位，计算Α、B、C三相电压初始相位与Α、B、C三相相基波电压理论初始相位之间的相位差么只,、、Δ朽，其中
~Ψα - Ψα ~~Ψα %= Vh ~~Pb ^ A炉C = (PC — Pc °步骤四根据利用迭代傅里叶变换获得三相基波幅值和初始相位时所使用的A、B、C三相标准基波余弦实时相位< (A*)、￥b{k、、φ'人k、，获得A、B、C三相电压基波的实时相位死、Iph、死.分别为死=φ[ (k)-A(pit +90**, % = % (k)-&ph +90'1 ,φι: 二 φ’人k、-_c +90' 0步骤五将A、B、C三相电压实时相位限制在
区间内，具体方法为若A相电压基波实时相位死超出[O 231]区间，％>2λ ，则令死=死-2；r，死<0 则令死=<+2；r;若B相电压基波实时相位P6超出[O 2 31]区间，#6>2;γ，则令H - 2/Τ % < O，则令％ 二 ％ + 2；Γ ;若C相电压基波实时相位■超出[O 2 31 ]区间，若<PC > 2π ,则令= Wc ++++++ 2π ,死< O，则令= φ( + 2π ;最终始终保持A、B、C三相电压实时相位处于在[O 2JI]区间内。步骤六跳转执行步骤一，重新采样三相电压数据，进行下一个时刻的三相电压相位计算。
本发明的优点在于I、本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法，无需检测电压过零点即可利用采样数据进行分析以获得电压实时相位；2、本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法，可以从任意时刻对电压进行采样以获得实时相位。3、本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法，在每次采样间隔只需要进行一次加法、减法、反正弦运算即可获得实时相位，较传统的傅里叶变换具有更快的计算速度。4、本发明提出一种迭代傅里叶变换的计算三相电压实时相位的方法，以三相电压各自初始相位为基准参考，能够实时调整各相电压实时相位，在电压相位波动时也能够获得准确的实时相位。
图I为本发明提出的一种基于迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法流程图；图2为实施例I中三相电压实测采样曲线；图3为实施例I中频率f = 50赫兹的单位余弦、正弦函数一个周期中的采样值；图4为实施例I中本发明计算得到的A相电压第一个采样周期实时相位与电压归一化曲线；图5为实施例I中本发明计算得到的A相电压前2个采样周期实时相位与电压归一化曲线；图6为实施例I中基于传统锁相环技术获得的A相电压前6个米样周期实时相位与电压归一化曲线。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。本发明提出一种迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法，如图I所示，具体包括以下几个步骤步骤一采样A、B、C三相电压信号ua (k)、Ub (k)、Uc (k),其中a、b、c分别表示A、B、C三相，u表示电压，k为采样序号，令采样频率为fs ；步骤二 针对采样获得的A、B、C三相电压信号Ua (k)、ub (k)、uc (k)，利用迭代傅里叶变换获得A、B、C三相基波电压幅值Ua、Ub、U。和A、B、C三相初始相位％、,b、g，其中U表示电压幅值表示相位，a、b、c分别表示A、B、C三相。由于A、B、C三相基波电压幅值和初始相位的计算方法完全相同，以A相基波电压幅值和初始相位的计算为例说明A、B、C三相基波电压幅值、初始相位计算方法。ua(k)为A相电压采样值，k为采样序号，fs为采样频率，fi为基波频率，基波角速度w为w=2 π 4，则一个周期采样点数N为Nzf^f1 ;当采样序号k满足0〈k彡N时，基波电压正弦幅值ai(k)和基波电压余弦幅值bjk)的计算公式为
权利要求
1.一种迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法，其特征在于具体包括以下几个步骤 步骤一采样A、B、C三相电压信号ua (k)、ub (k)、U。(k)，其中a、b、c分别表示A、B、C三相，u表示电压，k为采样序号，令采样频率为fs ； 步骤二 针对采样获得的A、B、C三相电压信号ua (k)、ub (k)、uc (k)，利用迭代傅里叶变换获得A、B、C三相基波电压幅值Ua、Ub、U。和初始相位％、％、g，其中U表示电压幅值，#表示相位； 步骤三设置A、B、C三相基波电压的理论初始相位ft、p；分别为A = O ,% = -12CT、 <pc = 12CT+，根据步骤二中获得的A、B、C三相电压的初始相位，计算A、B、C三相电压初始相位与A、B、C三相相基波电压理论初始相位之间的相位差,其中卸“ =(pl..... <pa、A(ph =(ph...... %、 =% ......(p,； 步骤四根据利用迭代傅里叶变换获得三相基波幅值和初始相位时所使用的A、B、C三相标准基波余弦实时相位￥h{k)'炉:(々)》获得4、8、C三相电压基波的实时相位'I、￥b、死分别为 ft =炉:⑷—+90.，％ 二《(炎)—+90，死二炉:(A) —A^ c+90 ； 步骤五将A、B、C三相电压实时相位限制在
区间内，具体方法为若A相电压基波实时相位Pa超出
区间，i, >2h则令死<0，则令死=%+2;r;若C相电压基波实时相位夜超出
区间，若死>2;r，则令死=死-2/r ,死< 0，则令■ 二 (P1 + In ;最终始终保持A、B、C三相电压实时相位处于在
区间内； 步骤六跳转执行步骤一，重新采样三相电压数据，进行下一个时刻的三相电压相位计笪o
2.根据权利要求I所述的一种迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法，其特征在于所述的步骤二中利用迭代傅里叶变换获得A、B、C三相基波电压幅值Ua、Ub、U。和初始相位％、 <Pb'巧具体为 ua(k)为A相电压采样值，k为采样序号，fs为采样频率，f:为基波频率，基波角速度w为w=2 Ji ，则一个周期采样点数N为N=^f1 ； 当采样序号k满足OKN时，基波电压正弦幅值ai(k)和基波电压余弦幅值bjk)的计算公式为 其中采样周期Ts为Ts = l/fs，基波电压正弦幅值和基波电压余弦幅值的初始值aj (0) =bi (0) =0 ； 当采样序号k满足k>N时，基波电压正弦幅值ai(k)和基波电压余弦幅值bjk)计算公式为
全文摘要
本发明公开了一种基于迭代傅里叶变换计算三相电压实时相位的方法，属于电力供电系统，包括步骤一采样A、B、C三相电压信号；步骤二利用迭代傅里叶变换获得三相基波电压幅值和三相初始相位；步骤三设置A、B、C三相基波电压的理论初始相位，计算三相电压初始相位与三相相基波电压理论初始相位之差；步骤四获得A、B、C三相电压基波的实时相位；步骤五将三相电压实时相位限制在区间内；步骤六返回步骤一，重新采样进行下一个时刻的三相电压相位计算。本发明提出的三相电压实时相位的方法能够根据三相电压基波成分分析获得三相电压实时相位，较过零检测获得的相位更加精确与快速，更加适合电力电子领域的实时性要求。
文档编号G01R25/00GK102809688SQ20121024389
公开日2012年12月5日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者张华军, 陈方元, 褚学征, 尉强 申请人:中冶南方工程技术有限公司