[发明专利]三相电路相位差的测量方法、测量装置、测量程序及载体

说明书

技术领域

本发明涉及一种相位差的测量方法，特别涉及一种用于三相对称电路中相位差的测量方法、测量装置、测量程序及载体。

背景技术

同频率信号的相位差测量在电力系统及工业自动化等许多领域都有着广泛的应用，各种电力系统设备、工业自动化设备的功率因数是主要性能参数之一，而功率因数的测量实际上就是对电压电流信号相位差的测量。

相位差的测量方法较多，近年来，计算机和数字信号处理技术取得长足进步，相位差测量逐渐向数字化方向发展，数字化测量的优点在于硬件成本低、适应性强，对于不同的测量对象只需改变程序的算法，且精度一般优于模拟式测量。目前，通过国内外学者的研究与测量技术的发展，已经有了许多基于各种原理与方法的检测手段，有基于简单软硬件实现的脉冲计数法、过零检测法，以及基于复杂算法的傅里叶变换法、卡尔曼滤波法等。

在众多检测法中，过零判别检测法是一种简单实用、应用广泛的电力正弦信号相位检测方法。其基本原理是通过判别正弦电压过零点来确定信号相位，以及利用信号两过零点的时间间隔来计算频率。过零检测法是对两路同频信号经过过零比较后，得到两路同周期的方波。该两方波经异或处理后得到的脉冲宽度与信号周期的比值(占空比)即对应为两路的相位差，此方法中对脉冲宽度的处理又分为两种方法，电压测量法和数字计数法。但在实际应用中由于电力系统中谐波、噪声与干扰等原因，导致检测到的实际信号在过零点附近来回抖动，不但增加了软件过零判别、信号去抖的工作量，而且使得相位检测误差较大，限制了该方法的应用。

随着数字信号处理技术的进步，傅里叶变换法的应用越来越多。傅里叶变换法能测得两路信号的初相位，相减从而得到两信号的相位差。基于傅里叶变换的方法能有效的抑制噪声，提高测量精度，而傅里叶变换法实际上是一种时域与频域的映射关系，在理论上是没有相位差测量误差的，测量误差主要来源于信号时域的截断效应、实际信号间的频率偏差以及受到谐波或噪声的干扰而产生的误差。傅里叶变换法需要严格整周期采样，否则其精度受频谱泄露和栅栏效应影响。如果信号频率是确定的，可以直接对信号进行整周期采样，但多数情况是测量信号的频率是不稳定的，此时如何确定信号周期是实现基于傅里叶变换的高精度相位测量的关键，而对信号周期的测量往往会存在误差，这很大程度上限制了傅里叶变换法在频率变化中相位差测量的应用。

发明内容

针对现有技术在实际应用中过零点辨别困难以及傅里叶对周期的精确测量要求较高的问题，本发明提供了一种适用于三相对称电路的相位差的测量方法、测量装置、测量程序及载体，采用本发明，可以排除过零干扰的缺陷，提高测量精度，并且不用考虑信号周期的精确度问题。

本发明的第一技术方案为一种三相电路相位差的测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1：对电压信号和电流信号同步采样，得到六路信号的离散序列；

步骤2：以电压信号或电流信号的某一点为基准，电流信号或电压信号的离散序列同时移相一定的间隔，计算电压信号和电流信号对应相的乘积和S(n)；

步骤3：求取电流信号或电压信号向超前方向移动时，S序列的绝对值最小值，记录移动到绝对值为最小值时的间隔数x；

步骤4：求取电流信号或电压信号向滞后方向移动时，S1序列的绝对值最小值，记录移动到绝对值为最小值时的间隔数y；

步骤5：根据间隔数x，y计算电压与电流的相位差θ。

本发明的第二技术方案为一种三相电路相位差的测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1：对三相电压信号和电流信号同步采样，得到六路信号的离散序列Ua(kT)、Ub(kT)、Uc(kT)、Ia(kT)、Ib(kT)、Ic(kT)，其中Ua(kT)、Ub(kT)、Uc(kT)为a相、b相、c相电压的采样值、Ia(kT)、Ib(kT)、Ic(kT)为a相、b相、c相电流的采样值，T为采样周期，k为自然数；

步骤2：以电压信号的某一点为基准，三相电流的离散序列同时移相一定的间隔nmT，按下式(1)计算三相电压和三相电流对应相的乘积和S(n)，

S(n)＝Ua(kT)×Ia((k+nm)T)+Ub(kT)×Ib((k+nm)T)+Uc(kT)×Ic((k+nm)T)    (1)

式中：T为采样周期；

m为选取的间隔；

n为间隔数；

步骤3：求取电流向超前方向移动时，S序列的绝对值最小值，记录移动到绝对值为最小值时的间隔数x；