本发明属于继电保护技术领域，具体涉及一种交流单相电压的解算方法及装置。
背景技术：
随着科技的发展，电力在生活及生产的作用中日益突显。若能够准确、快速求解单相交流电压的频率、相位、正交向量，将大大提升电网运行控制的性能。
目前常采用锁相环技术来获得电网电压的幅值、频率和相位。现有的锁相环技术，主要有以下两种：
一种是通过构造电网电压信号的虚拟正交波形，通过旋转坐标变换将交流信号转换为直流信号进行控制。傅里叶变换则是根据函数由不同频率的正弦函数的叠加的原理，求取基波函数的过程。该方法基于理想单相交流电压模型，在输入的信号存在谐波干扰和直流偏移时就无法获得准确的频率、相位及正交信号信息。
一种是对单相交流电压信号直接进行锁相的，例如基于卡尔曼滤波的锁相环技术，传输延时锁相环技术，增强型锁相环技术，基于全通滤波器的锁相环技术等。
例如，授权公告号为cn103558436b的专利公开了一种基于单相锁相环算法的检测电网电压幅值、频率和相角的方法，该方法基于锁相环技术来对单相电压进行求解，在锁相环的输入侧加入延时移相环节，来消除直流偏移和奇次谐波。但是，该方法在计算需要数据多解算，时延较长，不能满足现在智能设备快捷的判断要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种交流单相电压的解算方法及装置，用以解决现有技术的方法解算复杂、速度慢的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明的一种交流单相电压的解算方法，包括如下方法方案：
方法方案一，包括如下步骤：
在上一周期的解算频率下，求解该解算频率对应解算周期下的低频量的平均值，得到当前周期的压差；所述低频量为采集的交流单相电压和上一周期解算余弦量的乘积；
根据当前周期的压差，得到当前周期的角速度；
将所述当前周期的角速度进行积分，得到当前周期的解算相位；
求当前周期的解算相位的余弦值，得到当前周期的解算余弦量；
根据所述当前周期的角速度，得到当前周期的解算频率。
方法方案二，在方法方案一的基础上，解算频率的初值为50hz，解算余弦量的初值为1。
方法方案三，在方法方案一的基础上，将当前周期的压差经过pid控制器进行调节控制，得到所述当前周期的角速度。
方法方案四，在方法方案一的基础上，还包括将得到的当前周期的解算相位映射到[0,2π)区间的步骤。
方法方案五，在方法方案四的基础上，将得到当前周期的解算相位对2π取余。
方法方案六，在方法方案四的基础上，还包括将映射到[0,2π)区间后的相位经过正弦生成器，得到当前周期的解算正弦量的步骤。
方法方案七，在方法方案一的基础上，将所述当前周期的角速度除以2π，得到所述当前周期的解算频率。
方法方案八，在方法方案七的基础上，还包括将得到的当前周期的解算频率依次进行斜率限制、低通滤波的步骤。
方法方案九，在方法方案八的基础上，斜率为：
方法方案十，在方法方案八的基础上，低通滤波的频率为交流单相电压理论频率的一半。
本发明还提供了一种交流单相电压的解算装置，包括如下装置方案：
装置方案一，包括处理器，所述处理器用于执行指令实现如下方法：
在上一周期的解算频率下，求解该解算频率对应解算周期下的低频量的平均值，得到当前周期的压差；所述低频量为采集的交流单相电压和上一周期解算余弦量的乘积；
根据当前周期的压差，得到当前周期的角速度；
将所述当前周期的角速度进行积分，得到当前周期的解算相位；
求当前周期的解算相位的余弦值，得到当前周期的解算余弦量；
根据所述当前周期的角速度，得到当前周期的解算频率。
装置方案二，在装置方案一的基础上，解算频率的初值为50hz，解算余弦量的初值为1。
装置方案三，在装置方案一的基础上，将当前周期的压差经过pid控制器进行调节控制，得到所述当前周期的角速度。
装置方案四，在装置方案一的基础上，还包括将得到的当前周期的解算相位映射到[0,2π)区间的步骤。
装置方案五，在装置方案四的基础上，将得到当前周期的解算相位对2π取余。
装置方案六，在装置方案四的基础上，还包括将映射到[0,2π)区间后的相位经过正弦生成器，得到当前周期的解算正弦量的步骤。
装置方案七，在装置方案一的基础上，将所述当前周期的角速度除以2π，得到所述当前周期的解算频率。
装置方案八，在装置方案七的基础上，还包括将得到的当前周期的解算频率依次进行斜率限制、低通滤波的步骤。
装置方案九，在装置方案八的基础上，斜率为：
装置方案十，在装置方案八的基础上，低通滤波的频率为交流单相电压理论频率的一半。
本发明的有益效果：
本发明的交流单相电压的解算方法及装置，设定解算频率的初值为50hz，设定解算余弦量的初值为1，采用一种闭环控制的思想，对交流单相电压进行解算，得到交流单相电压的解算相位、解算频率和解算余弦量(即正交波)，避免了现有技术解算过程中繁琐的锁相、傅里叶变换等过程，不仅能够准确获取交流单相电压的相位、频率及正交波，而且具备计算速度快、连续性好的优点，能够广泛应用于交流单相电源并网及电能变换领域，具有较高的实用性。
附图说明
图1是本发明的交流单相电压的解算方法控制框图；
图2是本发明的交流单相电压的解算方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种交流单相电压的解算装置，该装置包括处理器，所述处理器用于执行指令实现本发明的交流单相电压的解算方法，该方法的最佳实施例的流程图如图2所示。
step1，在系统初始化的过程中，完成“频率＝50、余弦量＝1”的初始值的赋值，即设定频率为50，设定余弦量为1，以该设定频率为解算频率、以该设定余弦量为解算余弦量进行解算工作，进入step2。
step2，判断解算频率是否小于0.000001：若小于，则说明频率太小，甚至有可能是0，若直接使用0的话将导致周期计算错误，故此时直接使频率为0.000001(该值可变化，根据需求设定)的解算频率；若大于等于，直接使用当前解算频率即可。根据得到的解算频率，计算得到解算周期，周期为频率的倒数。
step3，在上一周期的解算周期下，求解该解算频率对应解算周期下的低频量的平均值，得到当前周期的压差；其中，低频量为采集的交流单相电压和上一周期的解算余弦量的乘积。具体的，可采用如下方法获得压差：
1)计算第一低频量并积分，得到第一低频量积分；低频量＝电压采样值*解算余弦，即
3)计算周期平均值，周期平均值＝第一低频量积分—第二低频量积分；
4)计算当前周期的压差，压差＝周期平均值*频率。
step4，将当前周期的压差经过pid控制器进行pid控制，计算得到当前周期的角速度。
step5，将当前周期的角速度进行积分，得到当前周期的初始解算相位。判断当前周期的初始解算相位是否在[0,2π)范围内，若不在该范围内，则将其映射到[0,2π)范围内。具体方法可为以下两种：
1)使初始解算相位减去k*2π(k值根据初始相位的大小进行设定)，使得初始解算相位减去k*2π后的结果在[0,2π)范围内，即为解算相位。
2)对初始解算相位除以2π并取余，便可得到映射到[0,2π)范围内的解算相位。
step6，将得到的当前周期的解算相位分别经过余弦生成器、正弦生成器，得到当前周期对应的解算余弦量(解算正交波形)、解算正弦量。
step7，将得到的当前周期的角速度除以2π，得到当前周期的初始解算频率，并将初始解算频率经过斜率限制、低通滤波，从而得到当前周期的解算频率。
step8，重复step2至step7，即可得到整个交流单相电压的解算频率、解算相位和解算余弦量。
为了实现该方法，具体设计了一种如图1所示的解算方法控制框图，整体采用一种闭环控制的思想，不停的循环计算。
交流单相电压采样值和解算余弦量一起输入至乘法器1，乘法器1的输出与解算频率一起输入至周期平均解算器2，周期平均解算器2根据输入的解算频率信号自动求出最近一个周期的乘法器1输出的平均值，即为压差，将该值输入至pid控制器3。
pid控制器3由三个参数构成，分别为比例、积分、微分(这里三个参数分别为180、3200、1)，其输出为角速度。输出一方面输入至积分器4(这里为1/(2π))，另一方面输入至比例器9。
积分器4的输出和常数5(这里为2π)一起输入至相位划分器6。相位划分器6以2π为周期自动把积分器4输出相位映射到[0,2π)区间范围内，其输出为解算相位。
将相位划分器6的输出，一方面输入至正弦生成器7，得到解算正弦量；另一方面输入至余弦生成器(正交波形生成器)8，得到解算余弦量，得到解算正交波形。
比例器9的输出分别经过斜率限制器10、低通滤波器11，便可得到解算频率。
在这里，斜率限制器设定值设为(—12,12)，其目的是把两点数据变化的幅值控制在设定范围内。令斜率为：
若k＞12，则输出为：xr+12a；其中，xr为当前采样值，a为步长；
若k＜-12，则输出为：xr-12a；
若-12≤k≤12，则输出为当前采样值xr。
低通滤波器11的设置频率为交流单相电源理论频率的一半。