一种电网相位差检测方法及系统与流程

本发明涉及电网连接管理技术领域，特别是涉及一种电网相位差检测方法及系统。

背景技术：

在现有的电力系统中，通常根据负荷情况调整供电线路的连接关系。以35kv的电网为例，通常可以由220kv的线路或110kv的线路经降压变压器后得到。在实际电网中，220kv侧的变压器一般采用星型接法，而110kv和35kv侧的变压器则主要采用角型接法。这导致了从220kv电网降压得到的35kv线路与从110kv电网降压得到的35kv线路存在电压相位差。若该相位差过大，则不能进行并网和合环等操作，否则会产生巨大的故障电流，损坏电网设备并造成电力系统故障。

现有的相位差检测方法如图1所示，采用了硬件过零点检测的方案：首先检测两个正弦波各自的过零点时刻，之后作差得到相位差。例如采用比较器将正弦波与零电压进行比较，根据比较器的输出信号的翻转时刻得到过零点。但是基于过零点检测的方案容易受到电磁和信号畸变等因素的干扰。如何克服相位差检测过程中电磁和信号畸变等因素的干扰，提高相位差检测的精度，成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电网相位差检测方法及系统，以克服相位差检测过程中电磁和信号畸变等因素的干扰，提高相位差检测的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电网相位差检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

分别获取当前采样时刻及当前采样时刻之前的n-1个历史采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值，得到第一电网的电压时间序列和第二电网的电压时间序列，分别将第一电网的电压时间序列和第二电网的电压时间序列存入第一数组和第二数组；

将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组；

将第一数组中的前n-m个元素与第二数组中的前n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第一计算结果；其中，所述第一计算结果为第一电网与第二电网的相位差的余弦值的s倍，m表示第一电网或第二电网的0到90度的相位区间对应的采样时刻的个数；

将第一个数组中的前n-m个元素与第三数组中的n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第二计算结果；所述第二计算结果为第一电网与第二电网的相位差的正弦值的s倍；

根据所述第一计算结果和所述第二计算结果，计算第一电网和第二电网的相位差。

可选的，所述将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组，具体包括：

将第二数组中的后n-m个元素存入第三数组。

可选的，所述根据所述第一计算结果和所述第二计算结果，计算第一电网和第二电网的相位差，具体包括：

计算所述第一计算结果与所述第二计算结果的比值的反正切值，作为第一电网和第二电网的相位差。

可选的，所述根据所述第一计算结果和所述第二计算结果，计算第一电网和第二电网的相位差，之后还包括：

判断所述相位差是否小于电位差阈值，得到判断结果；

若所述判断结果表示是，则等待采集下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值，并利用下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值更新所述第一数组和所述第二数组；返回步骤“将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组”；

若所述判断结果表示否，则停止所述第一电网和所述第二电网的并网和合环。

可选的，所述利用下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值更新所述第一数组和所述第二数组，具体包括：

分别将第一数组和第二数组的最后一个元素移除；

分别将第一数组和第二数组的前n-1个元素向后平移一个元素；

分别将下一个采样时刻采集的第一电网的电压值和第二电网的电压值作为第一数组和第二数组的第一个元素。

一种电网相位差检测系统，所述检测系统包括：

数据采集模块，用于分别获取当前采样时刻及当前采样时刻之前的n-1个历史采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值，得到第一电网的电压时间序列和第二电网的电压时间序列，分别将第一电网的电压时间序列和第二电网的电压时间序列存入第一数组和第二数组；

相位平移模块，用于将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组；

第一计算模块，用于将第一数组中的前n-m个元素与第二数组中的前n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第一计算结果；其中，所述第一计算结果为第一电网与第二电网的相位差的余弦值的s倍，m表示第一电网或第二电网的0到90度的相位区间对应的采样时刻的个数；

第二计算模块，用于将第一个数组中的前n-m个元素与第三数组中的n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第二计算结果；所述第二计算结果为第一电网与第二电网的相位差的正弦值的s倍；

相位差计算模块，用于根据所述第一计算结果和所述第二计算结果，计算第一电网和第二电网的相位差。

可选的，所述相位平移模块，具体包括：

相位平移子模块，用于将第二数组中的后n-m个元素存入第三数组。

可选的，所述相位差计算模块，具体包括：

相位差计算子模块，用于计算所述第一计算结果与所述第二计算结果的比值的反正切值，作为第一电网和第二电网的相位差。

可选的，所述检测系统包括：

判断模块，用于判断所述相位差是否小于电位差阈值，得到判断结果；

数组更新模块，用于若所述判断结果表示是，则等待采集下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值，并利用下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值更新所述第一数组和所述第二数组；返回步骤“将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组”；

并网和合环停止模块，用于若所述判断结果表示否，则停止所述第一电网和所述第二电网的并网和合环。

可选的，所述数组更新模块，具体包括：

第一数组更新子模块，用于分别将第一数组和第二数组的最后一个元素移除；

第二数组更新子模块，用于分别将第一数组和第二数组的前n-1个元素向后平移一个元素；

第三数组更新子模块，用于分别将下一个采样时刻采集的第一电网的电压值和第二电网的电压值作为第一数组和第二数组的第一个元素。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种电网相位差检测方法及系统，所述检测方法，首先，分别获取当前采样时刻及当前采样时刻之前的n-1个历史采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值，得到第一电网的电压时间序列和第二电网的电压时间序列，并分别存入第一数组和第二数组；将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组；然后，将第一数组中的前n-m个元素与第二数组中的前n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第一计算结果；将第一个数组中的前n-m个元素与第三数组中的n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第二计算结果；根据所述第一计算结果和所述第二计算结果，计算第一电网和第二电网的相位差。本发明的检测方法，利用历史数据，基于微积分原理(即，第一计算结果为第一电网与第二电网的相位差的余弦值的s倍，第二计算结果为第一电网与第二电网的相位差的正弦值的s倍是基于微积分原理进行计算得到的结论)计算第一电网和第二电网的相位差，避免了由于电压和频率波动等问题带来的检测误差，提高了检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的现有技术中的硬件过零点检测系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种电网相位差检测方法的流程图；

图3为本发明具体实施例提供的一种电网相位差检测方法及系统基于的硬件结构图；

图4为本发明具体实施例提供的一种电网相位差检测方法及系统基于的硬件结构的原理图；

图5为本发明具体实施例提供的硬件结构中的单片机的程序流程图；

图6为本发明具体实施例提供的电网相位差检测方法的原理图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明的目的是提供一种电网相位差检测方法及系统，以克服相位差检测过程中电磁和信号畸变等因素的干扰，提高相位差检测的精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图2所示，本发明提供一种电网相位差检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

步骤201，分别获取当前采样时刻及当前采样时刻之前的n-1个历史采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值，得到第一电网的电压时间序列和第二电网的电压时间序列，分别将第一电网的电压时间序列和第二电网的电压时间序列存入第一数组和第二数组。

步骤202，将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组；具体包括：将第二数组中的后n-m个元素存入第三数组。

步骤203，将第一数组中的前n-m个元素与第二数组中的前n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第一计算结果；其中，所述第一计算结果为第一电网与第二电网的相位差的余弦值的s倍，m表示第一电网或第二电网的0到90度的相位区间对应的采样时刻的个数。

步骤204，将第一个数组中的前n-m个元素与第三数组中的n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第二计算结果；所述第二计算结果为第一电网与第二电网的相位差的正弦值的s倍。

步骤205，根据所述第一计算结果和所述第二计算结果，计算第一电网和第二电网的相位差；具体包括：计算所述第一计算结果与所述第二计算结果的比值的反正切值，作为第一电网和第二电网的相位差。

步骤205所述根据所述第一计算结果和所述第二计算结果，计算第一电网和第二电网的相位差，之后还包括：判断所述相位差是否小于电位差阈值，得到判断结果；若所述判断结果表示是，则等待采集下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值，并利用下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值更新所述第一数组和所述第二数组；返回步骤“将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组”；若所述判断结果表示否，则停止所述第一电网和所述第二电网的并网和合环。

其中，利用下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值更新所述第一数组和所述第二数组，具体包括：分别将第一数组和第二数组的最后一个元素移除；分别将第一数组和第二数组的前n-1个元素向后平移一个元素；分别将下一个采样时刻采集的第一电网的电压值和第二电网的电压值作为第一数组和第二数组的第一个元素。

本发明还提供一种电网相位差检测系统，所述检测系统包括：

数据采集模块，用于分别获取当前采样时刻及当前采样时刻之前的n-1个历史采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值，得到第一电网的电压时间序列和第二电网的电压时间序列，分别将第一电网的电压时间序列和第二电网的电压时间序列存入第一数组和第二数组；

相位平移模块，用于将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组；所述相位平移模块，具体包括：相位平移子模块，用于将第二数组中的后n-m个元素存入第三数组。

第一计算模块，用于将第一数组中的前n-m个元素与第二数组中的前n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第一计算结果；其中，所述第一计算结果为第一电网与第二电网的相位差的余弦值的s倍，m表示第一电网或第二电网的0到90度的相位区间对应的采样时刻的个数。

第二计算模块，用于将第一个数组中的前n-m个元素与第三数组中的n-m个元素分别一一对应的相乘，并将得到的乘积相加，得到第二计算结果；所述第二计算结果为第一电网与第二电网的相位差的正弦值的s倍。

相位差计算模块，用于根据所述第一计算结果和所述第二计算结果，计算第一电网和第二电网的相位差。所述相位差计算模块，具体包括：相位差计算子模块，用于计算所述第一计算结果与所述第二计算结果的比值的反正切值，作为第一电网和第二电网的相位差。

所述检测系统包括：判断模块，用于判断所述相位差是否小于电位差阈值，得到判断结果；数组更新模块，用于若所述判断结果表示是，则等待采集下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值，并利用下一个采样时刻的第一电网的电压值和第二电网的电压值更新所述第一数组和所述第二数组；返回步骤“将第二电网的电压时间序列的相位向前平移90度，并将相位平移后的第二电网的电压时间序列存入第三数组”；并网和合环停止模块，用于若所述判断结果表示否，则停止所述第一电网和所述第二电网的并网和合环。

其中，所述数组更新模块，具体包括：第一数组更新子模块，用于分别将第一数组和第二数组的最后一个元素移除；第二数组更新子模块，用于分别将第一数组和第二数组的前n-1个元素向后平移一个元素；第三数组更新子模块，用于分别将下一个采样时刻采集的第一电网的电压值和第二电网的电压值作为第一数组和第二数组的第一个元素。

本发明还提供一个具体的实施例。

本发明的实施例，将220kv降压产生的35kv电网作为第一电网，将110kv降压产生的35kv电网作为第二电网。本实施例的硬件结构如图3所示，硬件结构的原理图如图4所示。

如图3和4所示，该硬件结构由电压采集和相位差计算两部分构成，其中电压采集部分可以采用电压传感器和互感器等元件，将电网电压转变为数字量；相位差计算部分则根据电压数字量计算得出相位差。

本发明所提出的硬件结构的相位差计算部分可以由单片机、数字控制芯片或者计算机实现。以使用单片机为例，其程序流程如图5所示。

如图6所示，本发明的相位差计算部分进行相位差计算的具体步骤为：

步骤1：从220kv降压产生的35kv电网中采集得到的电网电压，用u1表示，并存储在一个包含了1050个元素的数组s1中，其元素分别为s1[0]～s1[1049]，且s1[0]为最新获得的数据，s1的数据为不同时刻获得的电网电压值，其为一个离散的正弦波。

步骤2：从110kv降压产生的35kv电网中采集得到的电网电压，用u2表示，并存储在一个包含了1050个元素的数组s2中，其元素分别为s2[0]～s2[1049]，且s2[0]为最新获得的数据，s2的数据为不同时刻获得的电网电压值，其为一个离散的正弦波。

步骤3：将110kv降压产生的35kv电网中采集得到的电网电压进行相位平移，即将数组s2中的元素s2[50]～s2[1049]存入一个容量为1000的数组s3中，元素分别为s3[0]～s3[999]。

步骤4：将数组s1中的元素s1[0]～s1[999]分别与数组s2中的元素s2[0]～s2[999]相乘，并将各乘积相加，得到电压数据a。

步骤5：将数组s1中的元素s1[0]～s1[999]分别与数组s3中的元素s3[0]～s3[999]相乘，并将各乘积相加，得到电压数据b。

步骤6：通过求数据b与数据a的比值的反正切获得相位差x，即x＝tg^-1(b/a)；

步骤7：整理数组s1中的电压数据，元素s[1049]～元素s[1]的数值(即电压值)分别被元素s[1048]～s[0]的数值(即电压值)替换。

步骤8：整理数组s1中的数据，元素s[1049]～元素s[1]的数值(即电压值)分别被元素s[1048]～s[0]的数值(即电压值)替换。

步骤9：等待0.1ms后从步骤1开始获取下一个电压值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的电网相位差检测方法基于历史数据，可有效避免常规硬件电路由于电压和频率波动等问题带来的检测误差。

(2)本发明的电网相位差检测方法仅需要多次乘法和加法运算，算法计算量较小，通过增加数组的容量还可以进一步提高检测精度。

本说明书中等效实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，等效实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。