具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法、系统及装置

摘要

本发明公开了一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法，该方案中，先获取采样模块采样到的三相电流的瞬时值，然后基于三相电流的瞬时值计算出零序电流，并在零序电流不为零时计算补偿零序电流之后的负序电流。本申请中考虑到发电机二次回路零序电流对一次回路真实负序电流检测的影响，当电气二次零序电流不为零时，对不为零的二次零序电流进行补偿从而消除二次零序电流对一次回路中的真实负序电流检测的影响，提高发电机负序电流检测的准确性。本发明还公开了一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测系统及装置，与上述具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法具有相同的有益效果。

说明书

技术领域

本发明涉及检测领域，特别是涉及一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法、系统及装置。

背景技术

电力生产过程，发电机的一次回路经常会产生三相不对称短路或者三相负载不平衡的现象，此时会产生负序电流和零序电流，其中，负序电流会造成发电机的转子端部等部分发热，从而影响发电机的正常工作，因此，实时、准确测量发电机一次回路中产生的负序电流值是十分必要的。在电力系统故障或发电机发生对地短路故障时传统方式测得的负序电流包含一定数量的零序电流，不能反映真实的发电机负序电流值。而测量一次回路中的负序电流通常是通过发电机二次回路连接测量仪表从而得到二次回路的负序电流，并作为发电机一次回路的负序电流值。但发电机的二次回路中串接有一定数量的三相两元件测量仪表，使得发电机的二次回路中的三相负载不平衡，并产生相应的零序电流，使得负序电流测量值误差偏大，从而不能准确测量发电机真实的负序电流值。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法、系统及装置，考虑到零序电流对负序电流检测的影响，并在零序电流不为零时，对不为零的零序电流进行补偿从而消除零序电流对负序电流检测的影响，提高负序电流检测的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种负序电流检测方法，该方案包括：

获取采样模块采样到的三相电流的瞬时值；

基于所述三相电流的瞬时值计算出零序电流；

基于所述三相电流的瞬时值计算补偿所述零序电流后的负序电流。

优选地，基于所述三相电流的瞬时值计算出零序电流，包括：

对所述三相电流的瞬时值进行矢量求和以得到所述零序电流。

优选地，基于所述三相电流的瞬时值计算补偿所述零序电流后的负序电流，包括：

将所述三相电流中的第一相电流与第二相电流作差，得到TS1；

将所述TS1乘以第一校正常数，得到TS2；

将所述TS2移相第一移相角，得到TS3；

将所述零序电流乘以第二校正常数，得到TS4；

将所述三相电流中的第三相电流乘以第三校正常数，得到TS5；

将TS5与TS4作差，得到经零序电流补偿的电流TS6；

将TS6移相第二移相角，得到电流TS7；

将TS7与TS3相加，得到所述经零序电流补偿的负序电流的瞬时值；

其中，所述第一校正常数、所述第二校正常数、所述第三校正常数、所述第一移相角及所述第二移相角的取值满足所述发电机的三相对称平衡且正序时使所述TS3与所述TS7的矢量和为零，且所述第一移相角与第二移相角的取值满足使所述TS3与所述TS7的矢量方向完全相反。

优选地，将所述TS7与所述TS3相加，得到经零序电流补偿的所述负序电流的瞬时值之后，还包括：

根据所述负序电流的瞬时值计算出所述负序电流的有效值。

优选地，根据所述负序电流计算出所述负序电流的有效值之后，还包括：

根据所述负序电流的有效值将所述负序电流有效值转换为脉冲宽度调制PWM信号以进行输出。

一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测系统，包括：

存储器，用于存储上述计算机程序；

处理器，用于在执行所述计算机程序时实现上述所述的具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法的步骤。

优选地，还包括：

与所述发电机的三相输出端连接的采样模块，用于对发电机的三相输出端的三相电流的瞬时值进行采样。

优选地，还包括：

设置于所述发电机的三相输出端与所述采样模块之间的转换模块，用于将所述发电机的三相输出端的三相电流进行转换以达到所述采样模块的采样范围内。

优选地，还包括：

一端与所述转换模块连接，另一端与所述采样模块连接的脉冲生成模块，用于基于所述转换模块输出的三相电流生成与所述三相电流的频率相同的方波，并对所述方波进行N倍频，N为12的整数倍；

所述采样模块具体用于根据所述N倍频在一个周期内对所述三相电流进行N次采样。

为解决以上技术问题，本申请还提供了一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测装置，包括上述所述的具有零序电流补偿功能的负序电流检测系统。

本申请提供了一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法，该方案中，先获取采样模块采样到的三相电流的瞬时值，然后基于三相电流的瞬时值计算出零序电流，并在零序电流不为零时计算补偿零序电流之后的负序电流。本申请中考虑到发电机二次回路零序电流对一次回路真实负序电流检测的影响，当电气二次零序电流不为零时，对不为零的二次零序电流进行补偿从而消除二次零序电流对一次回路中的真实负序电流检测的影响，提高发电机负序电流检测的准确性。

本发明还提供了一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测系统及装置，与上述具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法的流程示意图；

图2为本发明提供的另一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法的流程示意图；

图3为本发明提供的一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测系统的结构框图；

图4为本发明提供的另一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测系统的结构框图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法、系统及装置，考虑到零序电流对负序电流的检测的影响，并在零序电流不为零时，对负序电流测量进行补偿从而消除零序电流对负序电流检测的影响，提高负序电流检测的准确性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法的流程示意图，该方案包括：

S11：获取采样模块采样到的三相电流的瞬时值；

S12：基于三相电流的瞬时值计算出零序电流；

S13：基于三相电流的瞬时值计算补偿零序电流后的负序电流。

考虑到现有技术中发电机的三相不平衡时，零序电流的影响会使得测量负序电流值时的误差较大，不能准确的测量发电机真实的负序电流值，因此本申请提供了一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法，具体的，首先获取采样模块采样到的三相电流的瞬时值，设为IA、IB及IC，然后基于三相电流的瞬时值计算出零序电流，设为I0，最后基于三相电流的瞬时值计算出对I0进行补偿之后的负序电流I2。

需要说明的是，本申请中的负序电流的检测方法的应用不限于上述举例的对发电机的负序电流进行检测，也可以应用于其他的检测负序电流的场景，本申请在此不再限定。

综上，本申请中，考虑到零序电流对负序电流的检测的影响，并在零序电流不为零时，用零序电流对负序电流测量进行补偿从而消除零序电流对负序电流检测的影响，提高负序电流检测的准确性。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，基于三相电流计算出零序电流，包括：

对三相电流的瞬时值进行矢量求和以得到零序电流。

本实施例旨在提供一种测量零序电流的具体实施方式，具体的，对发电机的二次回路中的三相电流进行矢量求和，其矢量求和的结果即为所求的零序电流值。

具体地，假设发电机的二次回路中为三相对称且平衡的正序电流(分别为A相、B相及C相)，三相电流的相角分别为0度、-120度及120度时，则计算出的零序电流值为0，此时的负序电流值为0；若三相电流为三相对称且平衡的逆序电流，且三相电流的相角分别0度、120度及-120度，则计算出的零序电流值为0，负序电流值为最大负序电流值；当三相电流不对称或者和不平衡时，计算出的零序电流值不为零。

可见，通过本实施例中对三相电流矢量求和的方式可以计算出零序电流，且实现方式简单。

请参照图2，图2为本发明提供的另一种具有零序电流补偿功能的负序电流检测方法的流程示意图。

作为一种优选的实施例，基于三相电流计算补偿零序电流后的负序电流，包括：

将三相电流中的第一相电流与第二相电流作差，得到TS1；

将TS1乘以第一校正常数，得到TS2；

将TS2移相第一移相角，得到TS3；

将零序电流乘以第二校正常数，得到TS4；

将三相电流中的第三相电流乘以第三校正常数，得到TS5；

将TS5与TS4作差，得到经零序电流补偿的电流TS6；

将TS6移相第二移相角，得到电流TS7；

将TS7与TS3相加，得到经零序电流补偿的负序电流的瞬时值；

其中，第一校正常数、第二校正常数、第三校正常数、第一移相角及第二移相角的取值满足发电机的三相对称平衡且正序时使TS3与TS7的矢量和为零，且第一移相角与第二移相角的取值满足使TS3与TS7的矢量方向完全相反。

其中，需要说明的是，本申请中的第一校正常数、第二校正常数、第三校正常数、第一移相角及第二移相角的取值满足发电机的三相对称平衡且正序时使TS3与TS7的矢量和为零，也即是指在发电机的三相负载对称且平衡且为正序方向时，使发电机的零序电流及负序电流均为0，且使TS3与TS7的矢量方向互为180度，也即是TS3与TS7在矢量方向上完全相反。

例如，发电机的三相电流为三相对称、平衡的正序电流(A相(第一相)、B相(第二相)及C相(第三相))时，三相电流的相角分别为0°、-120°及120°，则TS1的角度为30°，TS2的角度为30°，第一移相角为-30°，TS2移相-30°后的TS3的角度为0°；第三相电流乘以第三校正常数得到TS5且角度为120°，零序电流为A相+B相+C相，结果为零(因为三相电流对称且平衡)，零序电流乘以第二校正常数得到的TS4为零且角度也为零，TS5减去TS4(此时TS4＝0)得到TS6且角度为120°；此时的第二移相角为60°，TS6移相第二移相角(60°)之后得到TS7且角度为180°。综上可得，TS3与TS7的方向相反(互为180°)，且通过第一校正常数、第二校正常数及第三校正常数使TS3与TS7幅值相等，TS3与TS7的和为零(也即三相对称的正序电流不含负序电流，也即是负序电流值为零)。

当发电机的三相电流为三相对称、平衡的逆序电流(A相(第一相)、B相(第二相)及C相(第三相))时，三相电流的相角分别为0°、120°及-120°，则TS1的角度为-30°，TS2的角度也为-30°，第一移相角为-30°，TS2移项-30°后的TS3的角度为-60°；第三相电流乘以第三校正常数得到TS5且角度为-120°，零序电流为A相+B相+C相，结果为零(因为三相电流对称且平衡)，零序电流乘以第二校正常数得到的TS4为零且角度也为零，TS5减去TS4(此时TS4＝0)得到TS6且角度为-120°；此时的第二移相角为60°，TS6移相第二移相角(也即60°)之后得到TS7且角度为-60°。综上可得，TS3与TS7的方向相同，TS3与TS7的和为最大负序电流(也即三相对称的负序电流含有负序电流，且计算出来的负序电流值为最大值)。

当三相不平衡时，A相+B相+C相得到的零序电流不为零，此时零序电流乘以第二校正常数得到的TS4不为零，TS5减去零序分量TS4(此时TS4≠0)得到经零序电流补偿的TS6，TS6移相60°得到TS7，TS7与TS3相加后得到补偿零序电流之后的负序电流的瞬时值，实现经零序电流补偿的负序电流检测之目的。

其中，本申请中的第一校正常数、第二校正常数、第三校正常数以及第一移相角、第二移相角的取值以满足三相对称平衡正序时TS3与TS7的幅值相等、且矢量方向相反(保证三相对称平衡正序时TS3与TS7互为180°)、矢量和为零的条件为依据。例如本申请中的第一移相角为-30°，第二移相角为60°，TS2(30°)经过第一移相角后的TS3为0°,TS6(120°)经过第二移相角后的TS7为180°，结果就是TS3与TS7互为180°；也可以为其他的移相角，例如第一移相角为-40°及第二移相角为50°，TS2(30°)经过第一移相角后的TS3为-10°,TS6(120°)经过第二移相角后的TS7为170°，结果TS3与TS7还是互为180°等，本申请不再赘述与限定。

此外，需要说明的是，假设本申请中一个周期采样360次，则可以将第一相电流减去第二相电流的差值，也即是TS1，乘以第一校正常数后，也即是TS2，360个TS2存储在缓存1中，其中缓存1的容量为缓存大小为360个数据空间，并在360个数据放满后，每触发一次采样后得到的最新的数据覆盖最旧的数据，往复循环。将第三相电流乘以第三校正常数(也即TS5)减去(A相+B相+C相)*第二校正常数的值(也即TS4)，得到360个TS6依次存放于缓存2，其中，缓存2为缓存大小为360个数据空间，并在360个数据放满后，每触发一次采样后得到的最新的数据覆盖最旧的数据，往复循环。

具体地，假设第一移相角为-30度，第二移相角为60度，则将TS2移-30度以及将TS6移相60的具体执行步骤可以按如下方式实施：取缓存1的第330个数据(也即是将TS2的第一个数据移相-30度)与缓存2的第60个数据(也即是将TS6的第一个数据移相60度)相加，取缓存1的第331个数据(移相-30度)与缓存2的第61个数据(移相60度)相加，取缓存1的第332个数据(移相-30度)与缓存2的第62个数据(移相60度)相加……直到取缓存1的第359个数据(移相-30度)与缓存2的第89个数据(移相60度)相加，取缓存1的第0个数据(移相-30度)与缓存2的第90个数据(移相60度)相加，取缓存1的第1个数据(移相-30度)与缓存2的第91个数据(移相60度)相加……直到取缓存1的第269个数据(移相-30度)与缓存2的第359个数据(移相60度)相加，取缓存1的第270个数据(移相-30度)与缓存2的第0个数据(移相60度)相加，取缓存1的第271个数据(移相-30度)与缓存2的第1个数据(移相60度)相加……直到取缓存1的第329个数据(移相-30度)与缓存2的第59个数据(移相60度)相加，得到的360个“和”(即TS7+TS3得到的负序电流)依次存放于缓存3。此时缓存3中的负序电流值为负序电流的瞬时值。此外，这只是本申请列举的一种具体实施方式，也可以使用其他的方法以实现本申请中的方式，本申请在此不做特别的限定。

综上，采用本申请中的方式可以实现对基于三相电流计算补偿零序电流后的负序电流的计算，且不需要添加额外的器件，使用软件即可以实现，节省成本。

作为一种优选的实施例，将TS7与TS3相加，得到负序电流的瞬时值之后，还包括：

根据负序电流的瞬时值计算出负序电流的有效值。

为了能将检测到的负序电流用于通讯输出或者用于显示器显示等以便工作人员了解负序电流的实时变化，本申请在计算出负序电流之后，还根据负序电流的瞬时值计算出负序电流的有效值，从而能够根据负序电流的有效值对负序电流进行通讯输出或者显示器显示等。

可见，通过本申请中计算出负序电流有效值的方式可以实现将负序电流进行输出或者显示的功能，便于工作人员及时了解负序电流的实时情况。

作为一种优选的实施例，根据负序电流计算出负序电流的有效值之后，还包括：

根据负序电流的有效值将负序电流有效值转换为PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)信号以进行输出。

本实施例旨在提供一种将负序电流的有效值进行输出的具体实现方式，具体地，将负序电流有效值转换成PWM波形从而将PWM波形输出以便工作人员及时了解负序电流的实时情况。

具体的，在本申请中的处理器2将负序电流有效值转换为PWM波形之后，可以在处理器2的后端连接模拟电路从而将PWM波形转换为4-20mA的电流从而供DCS(DistributedControl System，分散控制系统)采集与监控。

可见，通过本申请中的实现方式可以方便工作人员及时了解发电机的负序电流值以及变化趋势，避免由于负序电流值过大造成的发电机损坏等事故的出现。

作为一种优选的实施例，根据负序电流计算出负序电流的有效值，包括：

将TS7与TS3相加的结果求平方和再除以采样次数后开平方，得到负序电流的均方根值；

将均方根值除以3，得到负序电流的有效值。

本申请旨在提供一种计算负序电流有效值的具体实现方式，具体地，将TS7与TS3相加的结果(也即负序电流的瞬时值)求平方和再除以采样次数后开平方，之后再除以3，得到负序电流的有效值。可见，本申请中的方式可以实现计算负序电流有效值的功能，且计算方法简单。

此外，在上述实施例为将360个TS2存储在缓存1中，将360个TS6依次存放于缓存2中时，本申请中的方式可以为将TS3与TS7之和的360个数据存储在缓存3中，也即缓存3为缓存大小为360个数据空间，那么此时采用本申请中的方式计算负序电流有效值是为将缓存3中的360个数据求平方和然后除以360后开平方再除以3，进而得到负序电流的有效值。

可见，通过本实施例的方式可以实现对负序电流有效值的计算，且实现方式简单。

请参照图3，图3为本发明提供的一种负序电流检测系统的结构框图，该系统包括：

存储器1，用于存储上述计算机程序；

处理器2，用于在执行计算机程序时实现上述的负序电流检测方法的步骤。

为解决以上技术问题，本申请还提供了一种负序电流检测系统，对于负序电流检测系统的介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不再赘述。

其中，本申请中的处理2可以但不限与为MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。

请参照图4，图4为本发明提供的另一种负序电流检测系统的结构框图。

作为一种优选的实施例，还包括：

与发电机的三相输出端连接的采样模块3，用于对发电机的三相输出端的三相电流进行采样。

本申请中的负序电流系统中还包括采样模块3，从而对发电机的三相输出端的三相电流进行采样，从而使后端的处理器2能够基于三相电流计算负序电流。

本申请中的采样模,3可以为仪用电流互感器，也可以为其他的采样模块3，对于本申请中的采样模块3的具体实现方式本申请在此不再限定，只要能完成对三相电流的采样即可，且对采样模块3的采样次数本申请也不做特别的限定，具体根据实际情况而定。

作为一种优选的实施例，还包括：

设置于发电机的三相输出端与采样模块3之间的转换模块4，用于将发电机的三相输出端的三相电流进行转换以达到采样模块3的采样范围内。

考虑到发电机的三相输出端的三相电流较大(如5A)，需要将三相电流进行转换以达到采样模块3采样的范围内，例如将5A的电流转换为毫安级别的电流。可见，通过本申请中的转换模块4可以将发电机的三相输出端的大电流转换为小电流，保证了采样模块3采样的可靠性，且避免采样模块3由于输入电流过大造成损坏。本申请中的转换模块4可以但不限于为仪用电流互感器，本申请不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，还包括：

一端与转换模块4连接，另一端与采样模块3连接的脉冲生成模块5，用于基于转换模块4输出的三相电流生成与三相电流的频率相同的方波，并对方波进行N倍频，N推荐为12的整数倍，有利于数字移相的正确性；

采样模块3具体用于根据N倍频在一个周期内对三相电流进行N次采样。

本申请中还包括一个脉冲生成模块5，采样模块3的采样频率及采样次数具体根据脉冲生成的模块输出结果对三相电流进行采样。具体的，本申请中的脉冲生成模块5根据三相电流先生成与三相电流频率相同的方波，然后对方波进行N倍频，采样模块3根据N倍频在一个周期内对三相电流进行N次采样。

一种负序电流检测装置，包括上述负序电流检测系统。

为解决以上技术问题，本申请还提供了一种负序电流检测装置，对于负序电流检测装置的介绍请参照上述方法实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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，在其他实施例中实现。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。