一种带相角补偿功能的数字式同步检查继电器的制作方法

本发明涉及电学领域，具体地说涉及一种带相角补偿功能的数字式同步检查继电器。

背景技术：

中国专利号201510398305.7的电子式同步检查继电器采样硬件方式，通过比较器检查电机和电网的二次电压信号相位和幅值是否相同，当比较器的输出脚输出低电平时继电器动作，继电器输出接点接通并网合闸操作回路。该电子式同步检查继电器纯硬件电路方式，存在电压信号相位和幅值不准确，抗干扰差，不稳定，输出继电器可能会存在误动作。在系统测与待并侧接线方式不同时，原有方案需要加转角变压器，是两边相角一致。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种用于两段供电系统自动重合闸线路中存在的电压信号相位和幅值不准确，采集数据抖动较大，引起无动作的一种带相角补偿功能的数字式同步检查继电器；本发明还有一个目的是提供了前述继电器有效电压的测算方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的一种带相角补偿功能的数字式同步检查继电器，包括分别连接两相电压的采样模块、对应每个采样模块输出端的滤波模块、汇聚滤波模块输出信号的微控制器、节点输出模块、以及友好用户界面；所述控制器设有处理模块，在输入信号处理后，依次进行单相电压失压判断、两相电压差值判断、两相电压达到动作值判断、以及带补偿的两相相角差判断，在满足条件下节点动作。

进一步的，该装置包括对应两相电压用于转化成交流小电压的互感器；用于将交流小电压整体抬高为正值的偏置电路；以及用于将交流小电压信号去噪的滤波电路。优选地，所述滤波电路为二阶滤波电路。

进一步的，所述节点输出模块包括设于微控制器输出端的非门芯片，以及与非门芯片连接的光耦芯片；所述非门芯片输入端同时与微控制器输出信号管脚和控制信号管脚连接。

进一步的，本发明采用带差分傅里叶算法计算交流电压有效值与相角，再带入到如下流程步骤进行处理和判断，在满足条件下节点动作；所述流程包括：

s01：采集电压信号；

s02：输入信号处理；

s03：单相电压失压判断；

s04：两相电压差值判断；

s05：两相电压达到动作值判断；

s06：以及带补偿的两相相角差判断；

所述输入信号处理包括：将输入电压减小，电压信号偏置为正值，以及将交流小电压信号滤波去噪；所述带差分傅里叶算法为：

获得差分滤波后输出的信号序列：

式(1)中，xm为输入信号的幅值，为相位，其中θ为输入信号相位，f为输入信号频率，k为差分步长，k可根据不同滤波要求确定，k≥1；ts为采样周期；为幅值；

带入傅里叶展开式，采用一个周期18点采样，求得a1、b1为：

求得

式(2)和式(3)中，yn为周期内18点的瞬时电压值，式(4)中yn为电压有效值，cn为相角。

产品上电时，进行自检，若自检不通过则点亮告警指示灯，停止工作。正常时，cpu根据一个周期18个采样点数通过定时读取adc采集到的交流电压信号量，先进行3次周期采样点的极值平均和滑动平均处理采样数据，然后计算电压有效值和相角，然后进行单相失压判断、计算电压差值、电压达到动作值判断、计算相角差及相角补偿判，在满足条件下使输出节点开出。同时提供友好用户界面，用于显示实时的电压值，相角差，相角补偿值，供用户进行修改相角补偿值、电压整定值，返回系数等操作。具有通过带差分傅里叶算法将瞬时交流信号量处理为交流电压有效值和相角，然后判断失压，计算两相电压差，计算相角差。

有益效果：本发明采用软硬件结合的方式，有效地避免了纯硬件电路不稳定而有可能造成的误动作。当硬件采样得到的电压或相角在动作点波动时，采用软件算法能有效的避免输出节点的闭与合的跳动，避免误动作，增加稳定性。通过采用特殊软件算法计算得到瞬时电压的有效值和相角，进行单相电压失压判断、两相电压差值判断、两相电压达到动作值判断及带补偿的两相相角差判断，确保输出节点可靠动作，避免误动作；通过对前述4个量返回值的判断，保证输出节点稳定动作与可靠返回。本设计在其他同类型产品基础上增加了相角补偿功能。在电力系统中，可以对δ→y和y→δ两种转换方式中所造成的相角差进行补偿，可以取消不必要的转角变压器的使用。本设计提供友好用户界面显示实时值，供用户查询数据，修改数据。在修改数据时，必须进行密码验证，否则修改无效。

附图说明

图1是本发明的系统整体结构图；

图2是本发明微处理器的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明进行进一步说明：

一种带相角补偿功能的数字式同步检查继电器，该继电器包括分别连接两相电压的采样模块、对应每个采样模块输出端的滤波模块、汇聚滤波模块输出信号的微控制器stm32f429、节点输出模块、以及友好用户界面；控制器设有处理模块，在输入信号处理后，依次进行单相电压失压判断、两相电压差值判断、两相电压达到动作值判断、以及带补偿的两相相角差判断，在满足条件下节点动作。

该装置包括对应两相电压用于转化成交流小电压的互感器spt204v；用于将交流小电压整体抬高为正值的偏置电路；以及用于将交流小电压信号去噪的二阶滤波电路。

节点输出模块包括设于微控制器输出端的非门芯片74hc00dr，以及与非门芯片连接的光耦芯片tlp127；非门芯片输入端同时与微控制器输出信号管脚和控制信号管脚连接。

一种带相角补偿功能的有效电压测算方法，采用带差分傅里叶算法计算交流电压有效值与相角，再带入到如下流程步骤进行处理和判断，在满足条件下节点动作；流程包括：

s01：采集电压信号；

s02：输入信号处理；

s03：单相电压失压判断；

s04：两相电压差值判断；

s05：两相电压达到动作值判断；

s06：以及带补偿的两相相角差判断；

输入信号处理包括：将输入电压减小，电压信号偏置为正值，以及将交流小电压信号滤波去噪；带差分傅里叶算法为：

获得差分滤波后输出的信号序列：

式(1)中，xm为输入信号的幅值，为相位，其中θ为输入信号相位，f为输入信号频率，k为差分步长，k可根据不同滤波要求确定，k≥1；ts为采样周期；为幅值；

带入傅里叶展开式，采用一个周期18点采样，求得a1、b1为：

求得

式(2)和式(3)中，yn为周期内18点的瞬时电压值，式(4)中yn为电压有效值，cn为相角。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。