一种缺相检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种缺相检测方法及系统，该方法包括以下步骤：步骤1：根据采集的三相电压值或电流值Sa，Sb，Sc实时计算三相平均值Savg及最大值Smax；步骤2：分别对Smax和Savg值进行滤波处理，得到得到Smaxf1与Savgf1；步骤3：计算Smaxf1与savgf1的换算值Smaxf与Savgf；步骤4：计算电压缺相检测判断系数Kx；步骤5：基于Kx进行缺相判断，若Kx大于缺相故障阈值Ks，则判定出现缺相，否则不纯在缺相故障，Ks的取值在10％～20％之间。本方法易于实施，计算量小，是一种缺陷检测的通用方法，且特别适用于对无刷双馈电机进行实时缺相保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种缺相检测方法及系统，属于电力电子与电机控制
。
技术介绍
现有的缺相检测方法种类较多，一般都采用硬件电路实现，但是对于有些成熟的电路进行改造，增加硬件电路不太合适。另外，无刷双馈电机在启动和运行时，也需要进行缺相检测；无刷双馈电机结构特殊，区别于普通电机，其定子端有两套定子绕组，一套称之为功率绕组，一般设计为高压，直接连接高压电网，另一套称之为控制绕组，一般设计为低压，低压绕组通过控制器接低压电网，利用该控制器可以实现对电机的调速。同普通交流电机相比，该电机无碳刷及换向器，可以实现以小容量低压控制器控制大功率高压电机，因此该电机在风电，水电，风机水泵变频驱动等领域应用前景广泛。由于结构上的特殊性，无刷双馈电机的控制技术较普通电机也更为复杂，其转子转速由功率和控制侧的电流频率共同决定，也就是说，要实现无刷双馈电机的正常运行及调速，控制器需要输入至控制绕组的电压信号与功率绕组的电压信号的幅值、相位及频率密切相关，而且功率侧或是控制侧任意一边输入电信号的改变都会影响电机的运行状态。例如功率侧或是控制侧任何一侧出现缺相的情况，不仅会导致电机无法正常运行，还会影响到另外一侧控制绕组的电压电流状态。无刷双馈电机控制侧绕组通过控制器接低压380V电网，类似于普通变频电机调速系统，因此其控制侧输入缺相的检测方法可以直接参考现有技术。无刷双馈电机功率侧由于接高压电网，电压等级高，功率大，缺相运行对电机本体、高压电网都有较大危害，而且还有可能对控制侧绕组以及控制器造成影响。因此无刷双馈电机功率侧的缺相保护对于整个控制系统的安全运行至关重要。无刷双馈电机控制系统中，电机功率侧是通过一个功率开关连接高压电网，电压一般在6KV或是10KV以上，由于电压等级高，无法直接通过分压电阻分压，而且功率没有经过整流电路，因此现有的普遍用于通用变频器的缺相检测及保护方法不再有效，例如专利CN201010294959中描述的基于直流母线的缺相检测方法。此外，由于无刷双馈电机两套绕组的特殊结构，其电机控制算法较常规电机更为复杂，对DSP的资源消耗大，因此要求缺相检测方法要简单有效，避免使用复杂运算(例如专利CN200810135263和专利CN201510438932中所使用了多次坐标变换)占用大量的DSP资源从而影响控制算法的正常执行。因此，有必要设计一种新的缺相检测方法及系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种缺相检测方法及系统，该缺相检测方法易于实施，计算量小，是一种缺陷检测的通用方法。专利技术的技术解决方案如下：一种缺相检测方法，包括以下步骤：步骤1：根据采集的三相电压值或电流值Sa，Sb，Sc实时计算三相平均值Savg及最大值Smax；有：Savg＝(|Sa|+|Sb|+|Sc|)/3；---公式1；Smax＝Max(|Sa|，|Sb|，|Sc|)；---公式2；Max(.)为求取最大值的函数；Sa，Sb，Sc分别为A，B，C相的相电压或相电流值；步骤2：分别对Smax和Savg值进行滤波处理，得到得到Smaxf1与Savgf1；步骤3：计算Smaxf1与Savgf1的换算值Smaxf与Savgf；有Smaxf＝K1*Smaxf1；Savgf＝K2*Savgf1；K1和K2均为换算系数；步骤4：计算电压缺相检测判断系数Kx；Kx＝(Smaxf-Savgf)/Smaxf；步骤5：基于Kx进行缺相判断；若Kx大于缺相故障阈值Ks，则判定出现缺相；否则不存在缺相故障；Ks取值在10％～20％之间。K1＝1.05125，K2＝1.57298。Ks＝15％。步骤2中的滤波是指平均值滤波(即采样几个周波的电压数据，然后求取平均值)。针对无刷双馈电机，功率开关KM1合闸前，基于电网电压实施缺相检测：检测电网三相电压幅值Ua，Ub和Uc作为输入代入公式1和公式2，并执行后续步骤，从而判定功率侧电源是否存在缺相故障。针对无刷双馈电机，控制系统在保证控制侧输出接触器KM2及启动电路断开的情况下，闭合功率侧的功率开关KM1，则此时功率绕组上将产生励磁电流，利用控制系统原有的功率侧电流检测装置以及控制器的DSP的AD采样功能采集功率绕组的三相电流信号ia，ib，ic，基于功率绕组电流进行缺相检测：将ia，ib，ic代入公式1和公式2，并执行后续步骤，从而判定功率绕组是否存在缺相故障。在无刷双馈电机的启动过程中：(1)实时采集电网三相电压幅值Ua，Ub和Uc并基于电网电压实施缺相检测；同时，(2)采集功率绕组的三相电流信号ia，ib，ic；分别进行基于功率绕组电流进行缺相检测。一种缺相检测系统，包括无刷双馈电机、控制器、变压器、启动装置、预充电装置、电网电压检测装置、功率侧电流检测装置、接触器KM1和KM2；无刷双馈电机的三相功率绕组通过接触器KM1接电网；电网电压检测装置和功率侧电流检测装置均与控制器相连，电网电压检测装置用于检测电网的a、b、c相相电压；功率侧电流检测装置用于检测功率绕组的a、b、c相相电流；电网接变压器的原边，变压器的副边依次通过预充电装置、控制器、接触器KM2接无刷双馈电机的控制绕组；启动装置与控制绕组相连；采用权利要求7所述的缺相检测方法判断电路中是否存在缺相。所述的控制器为交直交电源变换器，控制器中的主控制芯片为DSP。所述的接触器KM1和KM2均受控于DSP。本专利技术具有以下特点：1)本专利技术根据无刷双馈电机控制系统的结构及实际运行特点，在电机功率绕组通电前完成功率绕组输入电源缺相检测，确保电机上电前电网电压正常。2)在电机运行前完成功率绕组缺相检测，能够确保电机功率绕组缺相不会造成电机启动时控制侧控制绕组及所连接的控制设备出现危险。3)在电机运行过程中对功率绕组缺相状态进行实时监测与缺相故障处理，确保电机的运行安全。4)本专利技术所述缺相检测方法在现有控制系统的基础上即可实现，没有额外增加硬件装置，成本低，可实施性强。5)本专利技术利用对三相电压，电流采样值求取最大值和平均值等数据处理方法来判断系统缺相，软件实现简单有效，既不会占用DSP过多的资源，对无刷双馈电机的矢量控制造成影响，又能够快速有效的检测出缺相故障。6)本专利技术所述方法不仅适用于无刷双馈电机，对有两套绕组通电，其中一套绕组直接接电网的电机均适用(如有刷双馈电机)。本专利技术结合无刷双馈电机的特殊结构及控制要求，将缺相保护分三个步骤进行，确保电机在上电前没有电源缺相故障存在，在启动前没有功率绕组故障存在，而且在运行过程中对缺相故障进行实时的判断与处理，从而全方位的保证了控制系统的安全运行，能够有效避免无刷双馈电机缺相强行启动对电机控制侧带来的危害。本专利技术所述的缺相检测方法无需新增整流或电阻分压等硬件装置，也无需对现有的无刷双馈电机控制系统进行改动，而是合理利用了控制系统原有的硬件资源(功率侧电压检测装置，功率侧电流检测装置，功率开关，控制系统DSP)，因此成本低，可实施性强。本法明所述的缺相检测方法软件实施难度小，仅仅对电压电流采样值进行最大值，平均值求取以及滤波运算，计算量小，没有使用到资源消耗大的坐标变换运算或是其他复杂函数运算，因此植入原有控制软件当中，不会对原有控制软件的控制性能造成影响。有益效果：本专利技术的缺相检测方法及系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种缺相检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据采集的三相电压值或电流值Sa，Sb，Sc实时计算三相平均值Savg及最大值Smax；有：Savg＝(|Sa|+|Sb|+|Sc|)/3；‑‑‑公式1；Smax＝Max(|Sa|，|Sb|，|Sc|)；‑‑‑公式2；Max(.)为求取最大值的函数；Sa，Sb，Sc分别为A，B，C相的相电压或相电流值；步骤2：分别对Smax和Savg值进行滤波处理，得到得到Smaxf1与Savgf1；步骤3：计算Smaxf1与Savgf1的换算值Smaxf与Savgf；有Smaxf＝K1*Smaxf1；Savgf＝K2*Savgf1；K1和K2均为换算系数；步骤4：计算电压缺相检测判断系数Kx；Kx＝(Smaxf‑Savgf)/Smaxf；步骤5：基于Kx进行缺相判断；若Kx大于缺相故障阈值Ks，则判定出现缺相；否则不存在缺相故障；Ks取值在10％～20％之间。

【技术特征摘要】
1.一种缺相检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据采集的三相电压值或电流值Sa，Sb，Sc实时计算三相平均值Savg及最大值Smax；有：Savg＝(|Sa|+|Sb|+|Sc|)/3；---公式1；Smax＝Max(|Sa|，|Sb|，|Sc|)；---公式2；Max(.)为求取最大值的函数；Sa，Sb，Sc分别为A，B，C相的相电压或相电流值；步骤2：分别对Smax和Savg值进行滤波处理，得到得到Smaxf1与Savgf1；步骤3：计算Smaxf1与Savgf1的换算值Smaxf与Savgf；有Smaxf＝K1*Smaxf1；Savgf＝K2*Savgf1；K1和K2均为换算系数；步骤4：计算电压缺相检测判断系数Kx；Kx＝(Smaxf-Savgf)/Smaxf；步骤5：基于Kx进行缺相判断；若Kx大于缺相故障阈值Ks，则判定出现缺相；否则不存在缺相故障；Ks取值在10％～20％之间。2.根据权利要求1所述的缺相检测方法，其特征在于，K1＝1.05125，K2＝1.57298。3.根据权利要求1所述的缺相检测方法，其特征在于，Ks＝15％。4.根据权利要求1所述的缺相检测方法，其特征在于，步骤2中的滤波是指平均值滤波(即采样几个周波的电压数据，然后求取平均值)。5.根据权利要求1-4任一项所述的缺相检测方法，其特征在于，针对无刷双馈电机，功率开关KM1合闸前，基于电网电压实施缺相检测：检测电网三相电压幅值Ua，Ub和Uc作为输入代入公式1和公式2，并执行后续步骤，从而判定功率侧电源是否存在缺相故障。6.根据权利要求5所述的缺相检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁军，金维宇，陶泽安，黄自翔，李途宏，
申请(专利权)人：湖南利能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43