一种基波电压过零点自动检测方法和系统技术方案

一种基波电压过零点自动检测方法、系统及采样装置，包括通过单片机对交流信号进行采样；采样至少两个周期，获得若干采样点，标记每个采样点及采样点的平面坐标；将两个相邻采样点和基准值进行比较判断采样点是否是过零点，再判断是正向过零还是反向过零，得到过零点数组Zn；以此过零点数组Zn来代表过零点的平面图形意义。依据采样波形的周期性函数特征对过零点数组进行判断，排除干扰过零点数组；通过找到至少两个采样周期内的基波电压正弦波过零点数组或基波电压正弦波过零点处的陷波过零点数组或谐波过零点数组，推算下个周期过零点数组。本发明专利技术提出一种利用有ADC功能的单片机采样并检测过零点的方法，抗干扰性强，精度高。精度高。精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基波电压过零点自动检测方法和系统


[0001]本专利技术涉及交流电网电压过零检测领域，尤其涉及一种电网电压过零点自动检测方法和系统。

技术介绍

[0002]交流电网电压过零检测即指的是在正弦交流电系统中，当电压波形从正半周向负半周转换或负半周向正半周转换经过零位换向时，应用电子电路对该过零点时刻作出的检测。现有的常用检测电路是利用光耦的光电隔离和过零正向导通特性来实现过零信号的检测。
[0003]实际应用中，由于电网电压陷波及谐波干扰等背景噪声因素，输入信号在过零点附近甚至非过零点处通常会发生抖动、陷波、波形严重畸变，导致在检测电路中产生多过零现象和实际基波零点和提取的零点误差比较大，严重时会产生误检测。
[0004]常见的过零检测电路及缺陷如下：
[0005](1)采用基于同步旋转坐标变换的软件锁相环及其改进技术，实时性强，无需进行过零比较，可以准确获取输入电压基波正序分量频率、幅度和相位等信息，但是此锁相技术需要复杂的坐标变换和大量的数学运算，当电网电压出现畸变或不平衡时，其快速性和准确性会受到影响，特别是该方法不适用于对单相电网电压进行锁相。此方法硬件电路比较复杂，软件计算量大，对微处理器计算能力及运算速度要求较高，硬件成本和软件开发成本高。
[0006](2)利用光电转换特性，用微处理器检测整形后梯形波信号的前后沿对应时间，计算得出过零时刻，这种方法在过零点附近做正弦波整形，容易出现误动作。对单片机信号处理带来较大的误差，另外单片机必须检测到梯形波的下降沿，才能得到过零点时刻，此时过零点时刻已经是过去时，不能满足某些电路的过零点准确触发的要求。
[0007](3)利用变压器或电压互感器或电阻分压将市电转换为同频同相的低压信号，采用光耦在交流电压接近过零点时产生脉冲，微处理器外部中断产生时刻作为过零点时刻。该电路在外部中断产生的时刻并不是严格零点时刻，误差较大。且光耦导通时间较长，即光耦电流由零变为导通电流这个渐变过程较长，导致光耦特性边缘时间差异明显，实验测试测得两个光耦导通性能差别的最大时间差达到50μs，这为要求较高的设备使用该电路进行同步信号制造很大麻烦。电路包含变压器或电压互感器，增大了设备体积和质量。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有的过零点检测电路存在着抗干扰差、电路复杂的缺陷，提出一种基于现有电压检测电路并应用在具有ADC功能的单片机中的具有强抗干扰性的高精度交流电压过零点检测方法和检测系统。
[0009]一种基波电压过零点自动检测方法，步骤如下：
[0010]步骤1，确定采样波形周期性函数特征；
[0011]步骤2，通过单片机对交流电压信号进行采样；
[0012]步骤3，对单片机电源基准值进行校准，消除基准偏差；
[0013]步骤4，采样至少两个周期，获得若干采样点，标记每个采样点及采样点的平面坐标；
[0014]步骤5，将两个相邻采样点平面Y坐标和单片机电源基准值进行比较判断出采样点是否是过零点，再对相邻采样点平面XY坐标进行斜率运算判断是正向过零还是反向过零，并以过零点平面X坐标和斜率K获得过零点数组Zn；以所述过零点数组Zn代表过零点的平面图形意义；
[0015]步骤6，依据采样波形的周期性函数特征对正反向电压过零点数组进行判断，排除干扰电压过零点数组；
[0016]步骤7，按采样周期顺序分别找出基波电压过零点数组或基波电压过零点处陷波过零点数组或基波电压过零点处谐波过零点数组，以第一个基波电压过零点数组或基波电压过零点处陷波过零点数组或基波电压过零点处谐波过零点数组为计算起始点，计算基波电压过零点数组或基波电压过零点处陷波过零点数组或基波电压过零点处谐波过零点数组之间的周期值，推算下一个周期的基波电压过零点数组或基波电压过零点处陷波过零点数组或基波电压过零点处谐波过零点数组；
[0017]当采样起始点从负半周向正半周采样时，若Zn电压过零点数组后x个采样点之内有大于等于2个连续电压过零点数组，且所述2个连续电压过零点数组中的K值相反，则Zn为基波电压正弦波正半周过零点处的陷波电压过零点数组；若Zn电压过零点数组后x个采样点之内没有电压过零点数组，则Zn为基波电压正弦波正半周过零点数组；若所有电压过零点数组中有一个正向电压过零点数组，此电压过零点数组的至少j个前序采样值为小于电压参考基准值，且至少j个后序采样值大于电压参考基准值，则所述正向电压过零点数组为基波电压正弦波正半周过零点处的谐波过零点数组。
[0018]可选的，步骤7.1：以第一个同向基波电压过零点数组或同向基波电压过零点处陷波过零点数组或同向基波电压过零点处谐波过零点数组为计算起始点，计算第一和第二个采样周期中两两之间同向过零点数组之间的周期值；
[0019]步骤7.2：设定允许误差，将计算得到的两个同向周期值进行比对；
[0020]步骤7.3：如果在误差范围内两个周期值相同，进入步骤7.4；如果两个周期值不同，进入步骤7.5；
[0021]步骤7.4：依此周期推算下个周期的同向基波电压过零点数组或同向基波电压过零点处陷波过零点数组或同向基波电压过零点处谐波过零点数组；
[0022]步骤7.5：采用滑差的方法，延续一个采样周期，比较第二和第三个采样周期中两两周期之间同向过零点数组之间的周期值，进入步骤7.3判断。
[0023]可选的，计算正向过零点数组和反向过零点数组的方法如下：
[0024]前序采样值Yn小于基准值，同时后序采样值Yn+1大于或等于基准值时为正向过零；
[0025]前序采样值Yn为大于基准值，同时后序采样值Yn+1小于或等于基准值为反向过零；
[0026]正反向过零点数组Zn，其包括前序采样值序号Xn，及相应过零斜率值Kn，形成数组
Zn{Xn，Kn}，Kn＝{(Yn+1)
‑
Yn}/{(Xn+1)
‑
Xn}，Kn大于零为正向过零，Kn小于零为反向过零。
[0027]可选的，若采样起始点从基波电压正弦波负半周开始，Zn为电压过零点数组，采样周期内包括n个电压反向过零点数组和n+1个电压正向过零点数组，则基波电压正向过零点数组加tn等于下一个基波电压正向过零点数组，基波电压反向过零点数组加fn等于下一个基波电压正向过零点数组；
[0028]其中，tn为上一个基波正向过零点数组到下一个基波正向过零点数组的时间周期；fn为上一个基波反向过零点数组到下一个基波反向过零点数组的时间周期。
[0029]可选的，当采样起始点从正半周向负半周采样时，若Zn电压过零点数组后x个采样点之内有大于等于2个连续电压过零点数组，且K值相反，则判断Zn为基波电压负半周过零点处陷波电压过零点数组；
[0030]若Zn电压过零点数组后x个采样点之内没有2个连续电压过零点数组，则判断Zn为基波电压负半周过零点数组。
[0031]可选的，当采样起始点从负半周向正半周采样时：
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基波电压过零点自动检测方法，其特征在于步骤如下：步骤1，确定采样波形周期性函数特征；步骤2，通过单片机对交流电压信号进行采样；步骤3，对单片机电源基准值进行校准，消除基准偏差；步骤4，采样至少两个周期，获得若干采样点，标记每个采样点及采样点的平面坐标；步骤5，将两个相邻采样点平面Y坐标和单片机电源基准值进行比较判断出采样点是否是过零点，再对相邻采样点平面XY坐标进行斜率运算判断是正向过零还是反向过零，并以过零点平面X坐标和斜率K获得过零点数组Zn；以所述过零点数组Zn代表过零点的平面图形意义；步骤6，依据采样波形的周期性函数特征对正反向电压过零点数组进行判断，排除干扰电压过零点数组；步骤7，按采样周期顺序分别找出基波电压过零点数组或基波电压过零点处陷波过零点数组或基波电压过零点处谐波过零点数组，以第一个基波电压过零点数组或基波电压过零点处陷波过零点数组或基波电压过零点处谐波过零点数组为计算起始点，计算基波电压过零点数组或基波电压过零点处陷波过零点数组或基波电压过零点处谐波过零点数组之间的周期值，推算下一个周期的基波电压过零点数组或基波电压过零点处陷波过零点数组或基波电压过零点处谐波过零点数组；当采样起始点从负半周向正半周采样时，若Zn电压过零点数组后x个采样点之内有大于等于2个连续电压过零点数组，且所述2个连续电压过零点数组中的K值相反，则Zn为基波电压正弦波正半周过零点处的陷波电压过零点数组；若Zn电压过零点数组后x个采样点之内没有电压过零点数组，则Zn为基波电压正弦波正半周过零点数组；若所有电压过零点数组中有一个正向电压过零点数组，此电压过零点数组的至少j个前序采样值为小于电压参考基准值，且至少j个后序采样值大于电压参考基准值，则所述正向电压过零点数组为基波电压正弦波正半周过零点处的谐波过零点数组。2.根据权利要求1所述的基波电压过零点自动检测方法，其特征在于，步骤7.1：以第一个同向基波电压过零点数组或同向基波电压过零点处陷波过零点数组或同向基波电压过零点处谐波过零点数组为计算起始点，计算第一和第二个采样周期中两两之间同向过零点数组之间的周期值；步骤7.2：设定允许误差，将计算得到的两个同向周期值进行比对；步骤7.3：如果在误差范围内两个周期值相同，进入步骤7.4；如果两个周期值不同，进入步骤7.5；步骤7.4：依此周期推算下个周期的同向基波电压过零点数组或同向基波电压过零点处陷波过零点数组或同向基波电压过零点处谐波过零点数组；步骤7.5：采用滑差的方法，延续一个采样周期，比较第二和第三个采样周期中两两周期之间同向过零点数组之间的周期值，进入步骤7.3判断。3.根据权利要求1所述的基波电压过零点自动检测方法，其特征在于，计算正向过零点数组和反向过零点数组的方法如下：前序采样值Yn小于基准值，同时后序采样值Yn+1大于或等于基准值时为正向过零；前序采样值Yn为大于基准值，同时后序采样值Yn+1小于或等于基准值为反向过零；
正反向过零点数组Zn，其包括前序采样值序号Xn，及相应过零...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑坚，王奔，陈潇，刘维城，戴珏珺，
申请(专利权)人：浙江南德电力设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：