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一种软件测量相位差方法研究

杨明姜万东宋国云

〔1.珠海万力达电气股份，广东珠海519085；

2.酒泉超高压输变电公司，甘肃酒泉735000)

摘要：传统测相位的方法是通过定时采样信息，经过快速傅立叶变换进行分析，这种做法要求采样点是整个周期的信息，还要进行复杂的作商、求反正切计算，运算量大，对系统时间造成一些浪费。作者根据传统测量方法进行拓展，提出了一种新颖的相位差测量方法，计算量小，用时少，精度高，特别适用于单片机环境下的软件测相位使用。

关键词：相位差；快速傅立叶变换〔FFT〕；单片机；软件测相位

相位差测量是工频交流电气测量技术的一个很重要的局部，电力系统中研究相位差是实现系统并列、准同期、无扰动合闸等工艺的重要前提条件，对系统稳定运行具有重要的意义。

传统的软件测相位的方法是通过定时采样一个周波的信息，利用快速傅立叶变换〔FFT〕，将两个电气测量量的实部、虚部求出，然后对虚部差、实部差之商经过一次反正切计算，得出相位差。该方法运算量大，对系统资源浪费严重，对一些时间性要求比拟苛刻的场合应用有局限性。为解决这一矛盾，本文利用考核过零点的时间差，求的相位差，研究数字滤波器，对提高测量精度有重要的意义。

1信号采样

电气测量一般为50Hz的正弦波，为了满足测量精度、获得充裕的系统应用时间，本方法使用的是每周24点的采样密度，既每个采样间隔是电角度。通过单片机的定时中断，读取中断时刻AD中各路模拟量的数值，分别储存至相应的存放器数组中，如通道A、B的存放器分别为AD_BUF_A[order]、AD_BUF_B[order]，其中order表示采样点次序，通道A、B采样点次序严格一致。

相位测量对所测的电气量的谐波要求比拟严格，所以采样电路的前级的滤波措施要得当，专门的带通滤波器电路，可以很好地解决谐波问题，但是由于滤波回路会产生一些相角偏移，所以滤波器件的选型要严格。为了使测量误差尽可能的降低，为此，软件的滤波措施也要考虑。

采样数据处理

以通道A为根本相位,研究通道A与通道B过零点的时间差，进而求解两者之间的相位差〔图1〕。

图1

数组AD_BUF_A为通道A采样点存放数组，AD_BUF_A[0]、AD_BUF_A[1]……为通道A的各个采样点数值，以查询方式找出过零点,每次中断时刻查询一次。设

(条件①，过零点为图1A点)

或

(条件②，过零点为图1B点)

那么过零点就在就在两者之间,将采样点序列存放器OrderPoint复位为0，当条件①或②不满足时，OrderPoint加1。

以同样的方式检测通道B的过零点，

(过零点为图1点)

或

(过零点为图1点)

此时记下OrderPoint值OrderPoint_B以用来计算时间差。

设图1中过零点A或为方式A，过零点B或为方式B，那么通道A，B就有4种过零点的方式：A-A，B-B，A-B，B-A。易知A-A，B-B型的时间差，就是两通道的真正过零点时间差；A-B，B-A型的时间差加上半个周期〔10mS〕就是两通道的真正过零点时间差。

相位差计算

如图2所示，利用近似三角法，求得时间差和，然后加上OrderPoint_B个采样周期，就是两采样点的时间差。

图2

设A0〔x0,y0〕、A1〔x1,y1〕、A2〔x2,y2〕。那么

(1)

其中y2，y0为改点采样值AD_BUF_A[order1]、AD_BUF_A[order0]，视为。为采样点时间间隔，一个采样周期，T=。

设B0〔,〕、B1〔,〕、B2〔,〕。那么

(2)

其中，为改点采样值AD_BUF_B[order2]、AD_BUF_B[order3]视为。和相等为0.833mS。

A1与B1点的实际时间间隔：

(3)

正常采样时，标记两个采样点的类型，假设为A-B，B-A型，那么在的根底上再加10,或是在以求得相位差后，再在相位差上加上180。本文采用“相位差上加180”的方法。

求A1与B1点的相位差：

将Phase的范围限制在-180°~+180°，

if(Phase－180)Phase＋=360；

if(Phase180)Phase－=360；

实际在应用中，完全可以直接利用相位计算，不比先求时间差再转换为相位差，既把和视为电角度间隔，用，两个相位加上OrderPoint_B个，就是所求Phase，本文不再聱述。

数字滤