一种交流系统电压与电流之间相位自动纠正方法与流程

本发明涉及交流电路系统领域，具体涉及一种交流系统电压与电流之间相位自动纠正方法。

背景技术：

电力系统仪表是为电力参数测量、电能质量监视和分析、电气设备控制提供解决方案的电力测量及控制设备。在使用电力系统仪表时(参见图1)，三相四线需要接入4根电压线6根电流线，三相三线需要接入3根电压线4根电流线，并且需要接入仪表的电压与电流相位相对应，以及电流互感器的方向和电流方向一致，才能保功率计算正确(见如下公式)。

三相四线系统有功功率：p＝uaia+ubib+ucic；

三相三线系统有功功率：p＝uabia+ucbic；

因为施工人员并不清楚交流电力系统中哪相是a相，哪相是b相,哪相是c相，哪相电压对应哪相电流，以及电流互感器的方向和电流方向不一致，这样容易造成接线错误。在电信基站应用场合，每个基站距离都比较远，如果仪表接错线后让施工人员重新去现场接线费用很高，因此，需要一种可以通过软件能自动对相位、电流互感器的方向和电流方向不一致的错误进行纠正方法。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的提供一种可以对交流电力系统的相位进行纠正的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种交流系统电压与电流之间相位自动纠正方法，该方法包括以下步骤：

s1:单片机的ad根据交流频率采集三相四线交流系统的三相电压和三相电流输入信号，三相三线交流系统的二相电压和三相电流输入信号；

s2:根据步骤s1采集的电流和电压输入信息利用dft变换计算出每相的电压、电流角度值；

s3:根据交流系统的相位关系判断电压电流是否同相位，电流互感器的方向和电流方向是否一致；

其中判断电压电流是否同相位的方法如下：

当交流系统为三相四线交流电系统时：

s3-1：根据步骤s2中求得的三相相线的电压角度和三相相线的电流角度，计算三相电压和三相电流之间角度值；

s3-2：判断某相电压和某相电流之间角度值是否满足大于-25.84°小于30°，满足则判定该相电压和该相电流相位同相，电流互感器的方向和电流方向一致，不满足则电流角度加180°再计算该相电压和该相电流之间角度是否满足大于-25.84°小于30°，满足则电压和电流相位同相，不满足则电压和电流相位不同相。

s3-3：该相电压和该相电流相位不同相时,使用s3-2方法判断另外两相电流和该相电压是否同相。

s3-4：使用上述s3-2和s3-3方法求出另外两相电压和它的同相电流；

当交流系统为三相三线交流电系统时：

s3-5：根据步骤s2中求得的二相电压角度和三相电流角度，计算二相电压和三相电流之间角度值；

s3-6：某相电流和两相电压之间角度值是否满足大于4.16°小于60°或者大于-55.84°小于0°，并记录满足不满足标志；该相电流角度加180°再计算和两相电压之间角度值是否满足大于4.16°小于60°或者大于-55.84°小于0°，并记录满足不满足标志；

当该相电流和一相电压满足条件，但和另外一相电压不满足条件则该相电流和满足条件的电压同相；当该相电流和两相电压都满足条件，则该相电流和两相电压都不同相；

s3-7：使用上述s3-6方法求出另外一相电压和它的同相电流。

优选地，所述三相为a相、b相和c相。

优选地，当交流系统为三相四线交流电系统，功率因数等于1时，所述三相的电压之间的角度为120°或-120°，同相线的电压和电流角度为0°。

优选地，当交流系统为三相三线交流电系统，功率因数等于1时，三相相线电压之间角度为60°或-60°，同相线的电压和电流角度为30°或-30°。

优选地，当交流系统为三相四线交流电系统时，找出与a相相线同向的电流步骤如下：

根据步骤s2得到电流的角度φia、φib、φib和电压φua、φub、φuc的角度,即可计算得到：φiaua、φibua、φicua、φiaub、φibub、φicub、φiauc、φibuc、φicuc；

若φiaua、φibua、φicua不满足大于-25.84°小于30°的条件，则判定a相相线的电压与电流不同相，满足则判定a相相线的电压与满足条件的电流同相，且电流互感器的方向和电流方向一致；

在都不满足上述条件下φiaua、φibua和φicua加180°后判断是否满足大于-25.84°小于30°条件，对于ua有且只有一路电流满足该条件，即该电流和相线a的电压ua同相，此时电流互感器的方向和电流方向不一致；

优选地，当交流系统为三相三线交流电系统时，采用两表法接线，找出相线同向的电流步骤如下：

根据步骤s2得到电流的角度φia、φib、φib和电压φuab、φucb的角度,即可计算得到：φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb；

判断电流互感器的方向和电流方向一致时φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb是否满足大于4.16°小于60°条件，电流互感器的方向和电流方向不一致时即φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb加180°去判断是否满足大于4.16°小于60°条件，并记录满足条件下对uab的哪相电流及该相电流互感器的方向和该相电流方向是否不一致，和对ucb的哪相电流及该相电流互感器的方向和该相电流方向是否不一致；

判断电流互感器的方向和电流方向一致时φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb是否满足大于-55.84°小于0°条件，电流互感器的方向和电流方向不一致时即φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb加180°去判断是否满足大于-55.84°小于0°条件，并记录满足条件下对uab的哪相电流及该相电流互感器的方向和该相电流方向是否不一致，和对ucb的哪相电流及该相电流互感器的方向和该相电流方向是否不一致；

b相电流ib’在电流互感器的方向和电流方向不一致的前提下与uab之间的角差满足大于-55.84°小于0°条件，ib’与ucb之间的角度满足大于4.16°小于60°条件，ia与uab之间的角度只满足大于4.16°小于60°条件，ic与ucb之间的角度只满足大于-55.84°小于0°条件。这样就可以得到电压和电流同相位，然后从是否加180°来判断，电流互感器的方向和电流方向是否不一致。

本发明有益的技术效果：采用本发明方法，利用单片机采集各相电路的电压和电流信号，再利用dft变换计算出每路电压、电流角度值，然后根据三相四线系统或三相三线系统的相位关系判断电压电流是否同相位及电流互感器的方向和电流方向是否一致；找出相应的同相电压电流后通过软件自动调相达到调接线的目的，纠正接线错误。

附图说明

图1为本发明中交流系统的三相四线接线图。

图2为本发明中交流系统的三相三线仪表的端子接线图。

图3为本发明一种交流系统电压与电流之间相位自动纠正方法步骤流程图。

图4为本发明中交流系统的三相四线的电压、电流相位图。

图5为本发明中交流系统的三相三线电压、电流相位图。

图6为本发明中交流系统的两表法对于ub的相位图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

如图1-6所示，一种交流系统电压与电流之间相位自动纠正方法，该方法包括以下步骤：

s1:单片机的ad(模数转换器)根据交流频率采集交流系统的三相相线的电压和三相相线电流输入信号，其中所述交流系统为三相四线交流电系统或者三相三线交流电系统；

本实施例中采用的单片机型号为：mk10dn512xxx10

s2:根据步骤s1采集的电流和电压输入信息利用dft变换计算出每相相线的电压值、电流角度值；

f(t):电压电流信号，a:基波实部，b:基波虚部，φ:电压电流角度；

s3:根据交流系统的相位关系判断电压电流是否同相位及电流互感器的方向和电流方向是否一致；

其中判断电压电流是否同相位及电流互感器的方向和电流方向是否一致的方法如下：

当交流系统为三相四线交流电系统时：

s3-1：根据步骤s2中求得的三相相线的电压角度和三相相线的电流角度，计算三相电压和三相电流之间角度值；

s3-2：判断某相电压和某相电流之间角度值是否满足大于-25.84°小于30°，满足则判定该相电压和该相电流相位同相，并且电流互感器的方向和电流方向一致，不满足则电流角度加180°再计算该相电压和该相电流之间角度是否满足大于-25.84°小于30°，满足则电压和电流相位同相，只是电流互感器的方向和电流方向不一致。不满足则电压和电流相位不同相。

s3-3：该相电压和该相电流相位不同相时,使用s3-2方法判断另外两相电流和该相电压是否同相。

s3-4：使用上述s3-2和s3-3方法求出另外两相电压和它的同相电流。当交流系统为三相三线交流电系统时：

s3-5：三相三线交流电系统，电测仪表采用两表法测量，这时只有输入二相电压三相电流，根据步骤s2中求得的二相电压角度和三相电流角度，计算二相电压和三相电流之间角度值；

s3-6：某相电流和两相电压之间角度值是否满足大于4.16°小于60或者大于-55.84°小于0°，然后该相电流角度加180°再计算和两相电压之间角度值是否满足大于4.16°小于60或者大于-55.84°小于0°。当该相电流(无论加不加180°)和其中一相电压满足条件，但和另外一相电压不满足条件则该相电流和满足条件的电压同相。当该相电流(无论加不加180°)和两相电压都满足条件，则该电流和两相电压都不同相。

s3-7：使用上述s3-6方法求出另外一相电压和它的同相电流。

通过以上方法得到同相的电压和电流后，电力系统仪表，在接错线的情况下也能自动纠正接线，而不在需要人重新接线。

具体地，如图2-图6所述，所述三相相线的三相为a相、b相和c相。

参见图4，当交流系统为三相四线交流电系统，三相相线的电压之间的角度为120°或-120°，考虑绝大部分正常负载的功率因数在-0.9到0.866之间，即同相电压电流角度大于-25.84°小于30°，不同相电压电流角度不满足大于-25.84°小于30°条件。基于以上原理，找出与a相电压同相位的电流步骤如下：

根据步骤s2得到电流的角度φia、φib、φib和电压φua、φub、φuc的角度,φiaua＝φia-φua,同理可计算得到：φibua、φicua、φiaub、φibub、φicub、φiauc、φibuc、φicuc；

若φiaua、φibua、φicua不满足大于-25.84°小于30°的条件，则判定a相电压与电流不同相，满足则判定a相电压与满足条件的电流同相，电流互感器的方向和电流方向一致；

在都不满足上述条件下φiaua、φibua、φicua加180°(电流互感器的方向和电流方向不一致时则相差180°)后判断是否满足大于-25.84°小于30°条件，对于ua有且只有一路电流满足该条件，即该电流和相线a的电压ua同相，电流互感器的方向和电流方向不一致。

参见图5，当交流系统为三相三线交流电系统，当功率因数等于1时，二相电压之间角度为60°或-60°，同相电压和电流角度为30°或-30°，考虑绝大部分正常负载的功率因数在-0.9到0.866之间，即同相电压电流大于4.16°小于60°或大于-55.84°小于0°。电测仪表采用两表法测量，这时只需输入二相电压三相电流，相位图参见图5。基于此原理，采用参考ub的两表法测量，查找电压电流同相位的步骤如下：

根据步骤s2得到的电流基波有效值ia、ib、ib求得其分别对于uab、ucb的角度,即φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb；两表法对于ub情况，p＝uab*ia+ucb*ic(参见图6)

判断电流互感器的方向和电流方向一致时φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb是否满足大于4.16°小于60°条件，电流互感器的方向和电流方向不一致时即φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb加180°去判断是否满足大于4.16°小于60°条件，并记录满足条件下对uab的哪相电流及该相电流互感器的方向和该相电流方向是否不一致，和对ucb的哪相电流及该相电流互感器的方向和该相电流方向是否不一致；

判断电流互感器的方向和电流方向一致时φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb是否满足大于-55.84°小于0°条件，电流互感器的方向和电流方向不一致时即φiauab、φibuab、φicuab、φiaucb、φibucb、φicucb加180°去判断是否满足大于-55.84°小于0°条件，并记录满足条件下对uab的哪相电流及该相电流互感器的方向和该相电流方向是否不一致，和对ucb的哪相电流及该相电流互感器的方向和该相电流方向是否不一致；

因为b相电流ib’(电流互感器的方向和电流方向不一致)与uab之间的角差满足-55.84°小于0°条件ib’与ucb之间的角度满足4.16°小于60°条件，ia与uab之间的角度只满足4.16°小于60°条件，ic与ucb之间的角度只满足-55.84°小于0°条件。这样就可以得到电压和电流同相位，然后从是否加180°来判断，电流互感器的方向和电流方向是否不一致。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。