一种电网电压的检测方法及检测装置与流程

1.本发明涉及电力电子控制领域，尤其涉及一种电网电压的检测方法及检测装置。


背景技术：

2.目前，变频器已广泛使用于工业生产的各个领域，通用变频器一般采用不可控整流方式，由于整流方式的不可控，当电机处于发电状态时，母线电压升高会导致过压故障，影响工业生产，目前采取的措施有能耗制动、能量回馈两种方法，能耗制动需要增加制动单元和制动电阻，体积大、发热量大；能量回馈方法以控制母线电压为目标，若母线电压过高则将母线上的能量回馈到电网，其中，方法实现的前提是要对电网电压有准确的检测，能量回馈的质量和可靠性取决于电网电压的检测准确度。
3.现有技术的电网电压检测方法只能在电网电压平衡状态下有良好的效果，如果电网电压出现谐波、三相不对称等非理想状态则无法准确检测电网的幅值和频率，影响能量回馈装置的回馈性能。
4.综上所述，现有的电网电压检测方法在非理想状态下无法准确检测电网的幅值和频率，影响能量回馈装置的回馈性能。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电网电压的检测方法，包括：
6.步骤一：对电网三相电压进行采样，输出三相电压；
7.步骤二：对三相电压进行两相静止坐标系变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量；
8.步骤三：对α轴电压分量和β轴电压分量进行两相旋转坐标系变换，得到d轴电压分量和q轴电压分量；
9.步骤四：对d轴电压分量和q轴电压分量进行解耦得到旋转d轴电压分量和旋转q轴电压分量；
10.步骤五：通过pi调节器对旋转q轴电压分量进行调节，得到并输出电网电压的幅值和角频率。
11.优选地，检测方法还包括：对角频率进行积分得到相位角。
12.具体地步骤二包括：基于第一公式将三相电压分解为正序矢量、负序矢量和零序矢量，第一公式为：
[0013][0014]
其中，ua、ub、uc分别为三相电压，u
s+
、u
s-、u0分别为正序矢量、负序矢量和零序矢量，a、b、c分别为三相电压的下标；s+、s-、0分别为正序矢量、负序矢量和零序矢量的下标；
[0015]
基于第二公式对正序矢量、负序矢量进行坐标变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量，第二公式为：
[0016][0017]
其中，θ为电压分量与α轴的夹角，u
α
为α轴电压分量，u
β
为β轴电压分量，α为α轴电压分量的下标，β为β轴电压分量的下标。
[0018]
具体地，步骤三包括：基于第三公式对α轴电压分量和β轴电压分量进行坐标变换，得到正序d轴电压分量和正序q轴电压分量，第三公式为：
[0019][0020]
其中，θ
′
为d轴与α轴的夹角，u
d+
为正序d轴电压分量，u
q+
为正序q轴电压分量，d+为正序d轴电压分量的下标，q+为负序q轴电压分量的下标。
[0021]
具体地，步骤三还包括：基于第四公式对α轴电压分量和β轴电压分量进行坐标变换，得到负序d轴电压分量和负序q轴电压分量，第四公式为：
[0022][0023]
其中，u
d-为负序d轴电压分量，u
q-为负序q轴电压分量，d-为负序d轴电压分量的下标，q-为负序q轴电压分量的下标。
[0024]
具体地，步骤四包括：基于第五公式对正序d轴电压分量和正序q轴电压分量进行解耦，得到旋转正序d轴电压分量和旋转正序q轴电压分量，第五公式为：
[0025]usd+
＝u
d+-u
sd-cos2θ
′‑usq-sin2θ
′
[0026]usq+
＝u
q+
+u
sd-sin2θ
′‑usq-cos2θ
′
[0027]
基于第六公式对负序d轴电压分量和负序q轴电压分量进行解耦，得到旋转负序dq轴电压分量，第六公式为：
[0028]usd-＝u
d-‑usd+
cos2θ
′
[0029]usq-＝u
q-‑usd+
sin2θ
′
[0030]
其中，u
sd+
为旋转正序d轴电压分量，u
sq+
为旋转正序q轴电压分量，u
sd-为旋转负序d轴电压分量，u
sq-为旋转负序q轴电压分量，sd+为旋转正序d轴电压分量的下标，sq+为旋转正序q轴电压分量的下标，sd-为旋转负序d轴电压分量，sq-为旋转负序q轴电压分量。
[0031]
具体地，步骤五包括：通过pi调节器对u
sq+
进行调节，其中pi调节器的反馈是u
sq+
，给定值为0。
[0032]
另外，本发明提供一种电网电压的检测装置，其特征在于，包括：
[0033]
采集单元：对电网三相电压进行采样，输出三相电压；
[0034]
第一变换单元：对三相电压进行两相静止坐标系变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量；
[0035]
第二变换单元：对α轴电压分量和和β轴电压分量进行两相旋转坐标系变换，得到d轴电压分量和q轴电压分量；
[0036]
解耦单元：对d轴电压分量和q轴电压分量进行解耦得到旋转d轴电压分量和旋转q轴电压分量；
[0037]
调节单元：通过pi调节器对旋转q轴电压分量进行调节，得到并输出电网电压的幅值和角频率。
[0038]
另外，本发明提供一种电网电压的检测装置，包括存储器和处理器，上述存储器中存储计算机程序，其特征在于，上述计算机程序在上述处理器中运行可实现如权利要求1至7任一项上述的方法。
[0039]
另外，本发明提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，上述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项上述方法的步骤。
[0040]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0041]
本发明提供的电网电压的检测方法，通过对电网三相电压进行采样，输出三相电压；对三相电压进行两相静止坐标系变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量；对α轴电压分量和β轴电压分量进行两相旋转坐标系变换，得到d轴电压分量和q轴电压分量；对d轴电压分量和q轴电压分量进行解耦得到旋转d轴电压分量和旋转q轴电压分量；通过pi调节器对旋转q轴电压分量进行调节，得到并输出电网电压的幅值和角频率，从而准确有效地检测出电网电压的幅值和角频率，保证能量回馈装置的输出的电网电压的幅值和角频率与电网电压的幅值和角频率保持一致，实现可靠并网、不产生并网冲击电流，对电网无谐波污染。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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技术的一些实施例，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。
[0043]
图1为电网电压的检测方法一个流程示意图；
[0044]
图2为电网电压采样装置的一个架构示意图；
[0045]
图3为能量回馈装置的一个架构示意图；
[0046]
图4为电网电压的检测装置的一个架构示意图；
[0047]
图5为电网电压的检测装置的另一个架构示意图。
具体实施方式
[0048]
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本技术。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本技术的描述。
[0049]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0050]
还应当理解，在本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0051]
下面结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本技术中的实施例，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它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0052]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是本技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似推广，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0053]
实施例一
[0054]
本技术提供一种电网电压的检测方法，如图1所示，上述检测方法应用于能量回馈装置，在本技术实施例中，本技术提供的检测方法可以准确有效地检测出电网电压的幅值和角频率，保证能量回馈装置的输出的电网电压的幅值和角频率与电网电压的幅值和角频率保持一致。需要说明的是，图1所示方法的执行主体可以是软件和/或硬件装置。
[0055]
本实施例中，上述检测方法包括步骤s101至步骤s105，具体如下：
[0056]
s101，对电网三相电压进行采样，输出三相电压；
[0057]
需要说明的是，对电网三相电压进行采样后经过滤波电路、比例运放电路、偏置电路后输入到主控芯片。
[0058]
还需要说明的是，图2给出了电网电压采样装置的框架示意图，这些单元是本领域普通技术人员公知的结构。本实施例在此不做累述。
[0059]
s102，对三相电压进行两相静止坐标系变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量；
[0060]
s103，对α轴电压分量和β轴电压分量进行两相旋转坐标系变换，得到d轴电压分量和q轴电压分量；
[0061]
s104，对d轴电压分量和q轴电压分量进行解耦得到旋转d轴电压分量和旋转q轴电压分量；
[0062]
s105，通过pi调节器对旋转q轴电压分量进行调节，得到并输出电网电压的幅值和角频率。
[0063]
示例性地，检测方法还包括：对角频率进行积分得到相位角。
[0064]
需要说明的是，通过对上述角频率进行积分得到的相位角与电网电压的相位角保持一致，可以实现可靠并网。
[0065]
需要说明的是，能量回馈装置的目的在于将母线上的能量回馈到电网，本领域普通技术人员可以使用现有技术中的能量回馈装置来实现，例如，图3给出了能量回馈装置的框架示意图，这些单元是本领域普通技术人员公知的结构。本实施例在此不做累述。
[0066]
示例性地，s102包括：
[0067]
基于第一公式将三相电压分解为正序矢量、负序矢量和零序矢量，第一公式为：
[0068][0069]
其中，ua、ub、uc分别为三相电压，u
s+
、u
s-、u0分别为正序矢量、负序矢量和零序矢量，a、b、c分别为三相电压的下标；s+、s-、0分别为正序矢量、负序矢量和零序矢量的下标；
[0070]
基于第二公式对正序矢量、负序矢量进行坐标变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量，第二公式为：
[0071][0072]
其中，θ为电压分量与α轴的夹角，u
α
为α轴电压分量，u
β
为β轴电压分量，α为α轴电压分量的下标，β为β轴电压分量的下标。
[0073]
可选的，基于第七公式将正序矢量分解为正序分量，第七公式为：
[0074][0075]
可选的，基于第八公式将负序矢量分解为负序分量，第八公式为：
[0076][0077]
可选的，基于第九公式将零序矢量分解为零序分量，第九公式为：
[0078][0079]
其中，ω为角频率，φ
+
为正序相位角，φ-为负序相位角，φ0为零序相位角，和分别为正序分量、负序分量和零序分量；s+、s-、0分别为正序分量、负序分量和零序分量的下标。
[0080]
示例性地，s103包括：
[0081]
基于第三公式对α轴电压分量和β轴电压分量进行坐标变换，得到正序d轴电压分量和正序q轴电压分量，第三公式为：
[0082][0083]
其中，θ
′
为d轴与α轴的夹角，u
d+
为正序d轴电压分量，u
q+
为正序q轴电压分量，d+为正序d轴电压分量的下标，q+为负序q轴电压分量的下标。
[0084]
示例性地，s103还包括：
[0085]
基于第四公式对α轴电压分量和β轴电压分量进行坐标变换，得到负序d轴电压分量和负序q轴电压分量，第四公式为：
[0086][0087]
其中，u
d-为负序d轴电压分量，u
q-为负序q轴电压分量，d-为负序d轴电压分量的下标，q-为负序q轴电压分量的下标。
[0088]
示例性地，s104包括：
[0089]
基于第五公式对正序d轴电压分量和正序q轴电压分量进行解耦，得到旋转正序d轴电压分量和旋转正序q轴电压分量，第五公式为：
[0090]usd+
＝u
d+-u
sd-cos2θ
′‑usq-sin2θ
′
[0091]usq+
＝u
q+
+u
sd-sin2θ
′‑usq-cos2θ
′
[0092]
基于第六公式对负序d轴电压分量和负序q轴电压分量进行解耦，得到旋转负序dq轴电压分量，第六公式为：
[0093]usd-＝u
d-‑usd+
cos2θ
′
[0094]usq-＝u
q-‑usd+
sin2θ
′
[0095]
其中，u
sd+
为旋转正序d轴电压分量，u
sq+
为旋转正序q轴电压分量，u
sd-为旋转负序d轴电压分量，u
sq-为旋转负序q轴电压分量，sd+为旋转正序d轴电压分量的下标，sq+为旋转正序q轴电压分量的下标，sd-为旋转负序d轴电压分量，sq-为旋转负序q轴电压分量。
[0096]
可选的，解耦得到的u
sd+
、u
sq+
、u
sd-、u
sq-经过低通滤波后执行步骤s105。
[0097]
示例性地，s105包括：通过pi调节器对u
sq+
进行调节，其中pi调节器的反馈是u
sq+
，给定值为0。
[0098]
需要说明的是，通过pi调节器对u
sq+
进行调节，其余项动态变化，u
sq+
调为零即寻找角度的过程，直到寻找到实际电网电压正序分量的角度。
[0099]
由上可见，上述检测方法，通过对电网三相电压进行采样，输出三相电压；对三相电压进行两相静止坐标系变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量；对α轴电压分量和β轴电压分量进行两相旋转坐标系变换，得到d轴电压分量和q轴电压分量；对d轴电压分量和q轴电压分量进行解耦得到旋转d轴电压分量和旋转q轴电压分量；通过pi调节器对旋转q轴电压分量进行调节，得到并输出电网电压的幅值和角频率，从而准确有效地检测出电网电压的幅值和角频率，保证能量回馈装置输出的电网电压的幅值和角频率与电网电压的幅值和角频率保持一致，实现可靠并网、不产生并网冲击电流，对电网无谐波污染。
[0100]
实施例二
[0101]
对应实施例一，本实施例提供一种电网电压的检测装置，如图4所示，包括：
[0102]
采集单元201：对电网三相电压进行采样，输出三相电压；
[0103]
第一变换单元202：对三相电压进行两相静止坐标系变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量；
[0104]
第二变换单元203：对α轴电压分量和和β轴电压分量进行两相旋转坐标系变换，得到d轴电压分量和q轴电压分量；
[0105]
解耦单元204：对d轴电压分量和q轴电压分量进行解耦得到旋转d轴电压分量和旋转q轴电压分量；
[0106]
调节单元205：通过pi调节器对旋转q轴电压分量进行调节，得到并输出电网电压的幅值和角频率。
[0107]
可选的，上述检测装置还包括：滤波单元：对解耦后的旋转d轴电压分量和旋转q轴电压分量进行低通滤波后送入调节单元。
[0108]
可选的，上述检测装置还包括：积分单元：对角频率进行积分得到相位角，以保证输出的相位角与电网电压的相位角保持一致，实现可靠并网。
[0109]
需要说明的是，本实施例提供的检测装置是实施例一中方法模块化的结果，是对应于施例一中方法的程序模块实现或者电路模块实现。其中，装置解决的技术问题与实现的技术效果与实施例一对应，在此不做累述。
[0110]
由上可见，上述检测装置，通过设置采集单元，对电网三相电压进行采样，输出三
相电压；第一变换单元，对三相电压进行两相静止坐标系变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量；第二变换单元，对α轴电压分量和和β轴电压分量进行两相旋转坐标系变换，得到d轴电压分量和q轴电压分量；解耦单元，对d轴电压分量和q轴电压分量进行解耦得到旋转d轴电压分量和旋转q轴电压分量；调节单元，通过pi调节器对旋转q轴电压分量进行调节，得到并输出电网电压的幅值和角频率，从而准确有效地检测出电网电压的幅值和角频率，保证能量回馈装置输出的电网电压的幅值和角频率与电网电压的幅值和角频率保持一致，实现可靠并网、不产生并网冲击电流，对电网无谐波污染。
[0111]
实施例三
[0112]
本技术还提供一种电网电压的检测装置，如图5所示，本技术实施例中的检测装置包括：存储器501、处理器502以及存储在上述存储器501中并可在上述处理器502上运行的计算机程序，其中：存储器501用于存储软件程序以及模块，处理器502通过运行存储在存储器501的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。具体地，处理器502通过运行存储在存储器501的上述计算机程序时实现以下步骤：
[0113]
对电网三相电压进行采样，输出三相电压；
[0114]
对三相电压进行两相静止坐标系变换，得到α轴电压分量和β轴电压分量；
[0115]
对α轴电压分量和β轴电压分量进行两相旋转坐标系变换，得到d轴电压分量和q轴电压分量；
[0116]
对d轴电压分量和q轴电压分量进行解耦得到旋转d轴电压分量和旋转q轴电压分量；
[0117]
通过pi调节器对旋转q轴电压分量进行调节，得到并输出电网电压的幅值和角频率。
[0118]
可选的，如图5所示，上述智能音箱还可包括：一个或多个输入设备503(图5中仅示出一个)和一个或多个输出设备504(图5中仅示出一个)。存储器501、处理器502、输入设备503和输出设备504通过总线505连接。
[0119]
具体的，存储器501可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器502提供指令和数据。存储器501的一部分或全部还可以包括非易失性随机存取存储器；处理器502可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0120]
实施例四
[0121]
本技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。具体的，该计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式中的一种，此处不作限定；该计算机可读存储介质可以为能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质中的一种，此处不作限定。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内
容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
[0122]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
[0123]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0124]
需要说明的是，上述实施例所提供的方法及其细节举例可结合至实施例提供的装置和设备中，相互参照，不再赘述。
[0125]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0126]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0127]
上述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。