[發明專利]三相交流電綜合電量檢測方法及檢測電路

有效

• 申請號: 201310005232.1
• 申請日: 2013-01-06
• 公開（公告）號: CN103197111A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 沈亞斌
• 申請（專利權）人: 浙江中碳科技有限公司
• 主分類號: G01R15/12
• 分類號: G01R15/12
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 湯時達;吳輝輝

技術領域

本發明涉及一種三相交流電綜合電量檢測方法及檢測電路。

背景技術

三相交流電是由三個頻率相同、電勢振幅相等、相位差互差120°角的交流電路組成的電力系統。目前，我國生產、配送的都是三相交流電。三相交流電有很多優越性，比如使用三相交流電的電動機、發電機節能節材，維護方便。針對三相電產品信息化、智能化發展趨勢，準確地測量和判斷三相交流電綜合電量，對于電氣控制設備的正確運行起著特別重要的作用。如三相交流電過壓，負載可能被損壞（例如燈泡過亮燒毀）；三相交流電欠壓，負載不能正常工作（例如燈泡暗淡無光）；三相交流電相序反相，則會引起重大事故；諧波不僅污染公用電網，而且使電能的產生、傳輸和利用效率降低，導致設備無法正常工作，甚至引發供電事故的發生。為保證設備安全可靠、正常穩定運行，需要實時檢測三相交流電電壓、電流、相位、有功功率、無功功率、電壓諧波、電流諧波等綜合電量。只要檢測電壓、電流及頻率值，即可得到三相交流電電壓、電流、頻率、相位、有功功率、無功功率、電壓諧波、電流諧波等綜合電量。

傳統的三相交流電綜合電量檢測方法是采用專用的電能計量芯片或單獨的數字信號處理器DSP來進行運算。傳統的檢測電路，一類是電路簡單，成本低，但需要專用分析儀器才能得到比較全面的電量參數，而專業儀器的價格昂貴；另一類則是電路復雜，但也無法獲得全面的電量參數。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有三相交流電檢測技術存在的硬件結構復雜，成本高，測量數據不全，精度不高的缺陷，提供了一種電路結構簡單，實現方便，測量數據全面，精度高的檢測方法及檢測電路。

本發明的三相交流電綜合電量檢測方法，包括以下步驟：

步驟A：MCU主控處理器進行初始化，將至少2次已知的輸入電壓、電流值對應的電壓、電流采樣值與輸入電壓、電流值代入y=kx+b校準方程，得到校準系數k和零點常數b；

步驟B：MCU主控處理器通過三相電壓采樣電路、三相電流采樣電路得到250個電壓、電流采樣值，通過三相頻率檢測電路得到頻率值；

步驟C：MCU主控處理器根據步驟B中得到的250個電壓、電流采樣值，根據拉格朗日插值原理，分別采用拋物線插值法處理，獲得相應頻率的128個電壓、電流采樣值；

步驟D：?將步驟C得到的128個電壓、電流采樣值進行快速傅里葉變換，獲得對應于電壓的128個復數及對應于電流的128個復數；

步驟E：將步驟D中對應于電壓的128個復數中的第二個復數取模得到電壓測量值，第三個及之后的各復數取模運算后得到電壓的各次諧波分量；將步驟D中對應于電流的128個復數中的第二個復數取模得到電流測量值，第三個及之后的各復數取模運算后得到電流的各次諧波分量；

步驟F：將步驟E中得到的電壓、電流測量值代入校準方程中得到相應的實際值。

步驟G：根據電壓、電流實際值，通過相應公式計算得到相應的電參數。

采用快速傅里葉變換使計算機計算離散傅里葉變換需要的乘法和加法次數大為減少，特別是被變換的采樣點數越多，快速傅里葉變換計算量的節省就越顯著。以MCU主控處理的采樣頻率10KHz為例，即采樣周期為0.1ms，對于50Hz的交流電采樣200個點就能滿足測量要求，而為了適應頻率更大的波動范圍（例如40Hz~60Hz），采樣250個點就能滿足測量要求。綜合考慮計算量和檢測精度，選取128個采樣值進行快速傅里葉變換，可進行64次諧波分析，完全滿足檢測精度的要求。

為了準確的測量三相交流頻率，步驟B中還包括步驟B-1：利用MCU主控處理器捕獲三相頻率檢測電路輸出信號的上升沿或下降沿，觸發中斷，并記錄每次中斷出現的時間值，根據得到的每個時間值，計算出三相交流電的頻率。

進一步地，步驟B中，通過以下步驟獲得三相電壓采樣值：B-2，通過隔離電路進行輸入隔離；B-3，通過直流偏置電路將交流信號變換為幅值大于零的正弦信號；B-4，通過電壓跟隨電路進行阻抗變換；B-5，通過鉗位電路限制輸出電壓以保護MCU主控處理器輸入接口。