[發明專利]一種電網電壓同步信號處理方法

無效

• 申請號: 201410159605.5
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103926477A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 鄧才波;范瑞祥;徐在德;潘本仁;耿運濤;蔡鴻;王妍
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網江西省電力科學研究院
• 主分類號: G01R29/18
• 分類號: G01R29/18
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

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技術領域

本發明涉及一種電網電壓同步信號的處理方法,屬數字信號處理技術領域。

背景技術

隨著旋轉電機負載及非線性負載越來越多的應用于工業生產，電網中的無功及諧波電流補償需求越來越迫切，而具有主動跟蹤諧波及無功補償功能的電力電子裝置無疑是最好的選擇。而要對電網中的無功及諧波進行主動跟蹤治理，不論是在電壓電流檢測上還是在電壓電流的輸出上，都需要電網電壓同步信號作為輸出電壓電流的相位基準。該信號的方便準確的獲得，是電力電子裝置實現有效控制的基礎。目前，電網電壓同步信號的獲得要么依賴復雜高成本的硬件電路，要么以犧牲處理器時間的方式通過復雜的同步坐標變換、濾波及反變換獲得，兩種方式均不利于實際工程應用。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種結構簡單、成本低廉但能夠精確獲得電網電壓同步相位的方法。

實現本發明的技術方案是，所述方法包括設計跟蹤電網電壓的精確無延時的方波信號發生電路，以及對該方波進行計數而生成電網電壓同步相位的軟件設計方法。

本發明的方波信號發生電路主要由壓敏電阻R_V、電壓互感器TV、低通濾波器、限幅電路及過零比較器及過零捕獲模塊組成。壓敏電阻R_V并聯在電壓互感器TV一次繞組上；電壓互感器TV的二次繞組連接低通濾波器RC電路，二次繞組的一端串聯電阻R后，電容C并聯在二次繞組端；二個二極管一正一反與電容C并聯；同時，雙電壓比較器集成電路LM393也與電容C并聯。

壓敏電阻主要為了防止電網過電壓對后續電路產生影響，起保護作用。電壓互感器采樣電網電壓將其變成電子電路所能承受的小信號，小信號通過低通濾波器濾除電網電壓信號中的諧波毛刺，限幅電路主要是將小信號幅值限制在一定的范圍之內以保護過零比較器，限幅之后的信號通過過零比較器與零電位比較產生方波信號，過零捕獲模塊捕獲方波信號的下降沿在數字信號處理器內產生過零中斷。

本發明的軟件設計方法通過對方波信號進行計數獲得每個控制周期/調制三角波周期的電網電壓同步相位，其中還包括對干擾信號的抗干擾處理及由于RC濾波電路造成的電網電壓同步相位偏移的補償。

本發明軟件設計方法包括過零中斷程序、下溢中斷程序、下溢計數器及同步相位生成程序的設計。通過對方波信號進行計數獲得每個控制周期/調制三角波周期的電網電壓同步相位，其中還包括對干擾信號的抗干擾處理及由于RC濾波電路造成的電網電壓同步相位偏移的補償，可以精確獲得與電網電壓同步的相位信息。

下溢中斷為定時中斷，可根據電力電子器件的開關頻率確定定時時間，一般為電網頻率的整數倍，倍數越高同步相位越準確。當過零中斷被觸發時，下溢計數器清零。之后下溢中斷每觸發一次，下溢計數器加一。然后同步相位生成程序根據下溢計數器產生電網電壓同步相位。同步相位可用下式表示：同步相位=下溢計數值*2π/計數總值+補償相位。

本發明的有益效果是，本發明電網電壓同步信號處理方法采用軟硬件結合，其硬件電路結構簡單，能精確獲得電網電壓的同步相位。軟件設計方法包括過零中斷程序、下溢中斷程序、下溢計數器及同步相位生成程序的設計。本發明適用于電網中電網電壓同步信號處理。

附圖說明

圖1為電壓同步信號處理方法硬件電路圖；

圖2為電壓同步信號處理方法軟件流程圖。

具體實施方式

本發明的具體實施方式如圖1和圖2所示。

圖1為硬件電路原理圖。電壓互感器原邊采用511KD20壓敏電阻對后續電路進行電網過電壓保護，采用220V:5V電壓互感器進行信號轉換。為了防止諧波毛刺對電壓過零點的影響，采用截至頻率為100Hz的RC低通濾波器進行濾波。輸入限幅之后輸入LM393與零電位進行比較，輸出占空比為0.5的方波，該方波的下降沿即是電壓波形上升沿過零點，由此可得到零點跟蹤電網電壓的方波。

圖2為軟件流程框圖。軟件流程框圖包括三個部分，過零中斷、下溢中斷和主函數。

過零中斷由跟蹤電網電壓的方波的下降沿進行觸發。正常情況下，每當出現一個方波下降沿，過零中斷觸發一次，對下溢計數器進行清零。

下溢中斷為一個定時中斷，一般可設置為一個調制用三角波周期，該周期遠小于電網周期/方波周期。正常情況下，每當下溢中斷事件發生時，下溢計數器加一。