本发明涉及电气领域，尤其涉及一种电网电压瞬时相位角的计算方法，适用于根据采样获得的若干历史周期的三相瞬时电网电压准确求得电网电压瞬时相位角的应用场合。
背景技术
在新能源发电等应用场合，要求控制系统能够快速、准确地检测出电网电压幅值与瞬时相位角，为控制系统及时反馈准确的电网信息，并且抗扰能力强、响应速度快。目前，电网相序及相角检测大多采用硬件锁相环和软件锁相环方法，硬件锁相环一般采用电网电压过零点跟踪电网频率，而后用倍频锁相电路计算电网相位角。软件锁相环亦是基于捕获硬件锁相中过零点脉冲，然后进行一系列锁相计算和三角正余弦值的电网电压瞬时相位角计算。
技术实现要素：
本发明提出了一种电网电压瞬时相位角的计算方法，以期采用简单的计算方法，根据若干历史周期的三相瞬时电网电压的正余弦值精确计算出经过校正后的当前周期的电网电压瞬时相位角，避免了因采样不准确而导致计算获得的电网电压瞬时相位角产生较大的误差，提高了计算结果的准确性和快速性。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种电网电压瞬时相位角的计算方法，包括以下步骤：
步骤1.利用电压传感器检测三相电网电压瞬时值，根据坐标变换，得到电网电压在两相静止坐标系下的瞬时电网电压分量；
步骤2.根据电网电压在两相静止坐标系下的瞬时电网电压分量，由矢量关系计算出三相瞬时电网电压的正弦值和余弦值；
步骤3.根据三相瞬时电网电压的正弦值和余弦值，求得三相瞬时电网电压当前周期的瞬时相位角理论值和与当前周期相邻的前n个连续采样周期的瞬时相位角理论值；
步骤4.根据当前周期的瞬时相位角理论值和相邻的前n个连续采样周期的瞬时相位角理论值，采用基于若干历史周期的迭代滤波算法计算校正后的当前周期的电网电压瞬时相位角。
进一步地，所述步骤3中，根据三相瞬时电网电压的正弦值和余弦值，通过判断三相瞬时电网电压正弦值和余弦值的正负，从而确定电网电压瞬时相位角θ所处的象限，将第二、第三和第四象限下根据三相瞬时电网电压正余弦值计算电网电压瞬时相位角的运算转化到第一象限中，根据正弦函数与余弦函数之间的转换关系，通过反三角函数表采用线性插值方法求得电网电压瞬时相位角，具体包括以下步骤：
步骤3.1.判断三相瞬时电网电压的正弦值和余弦值的正负，获得电网电压瞬时相位角所处的象限；
步骤3.2.当电网电压瞬时相位角处于第一象限时，根据正弦值和余弦值的取值范围，确定相位角的取值范围：当相位角取值范围为θ∈(0,π/4)，则根据反三角函数表采用线性差值方法求得电网电压瞬时相位角，当相位角取值范围为θ∈(π/4,π/2)，则利用余弦值的反正弦函数值计算出电网电压瞬时相位角；
步骤3.3.当电网电压瞬时相位角处于第二、三、四象限，对三相瞬时电网电压的正弦值和余弦值取绝对值，利用正弦函数和余弦之间的转换关系，将第二、第三和第四象限下根据三相瞬时电网电压的正余弦值计算电网电压瞬时相位角的运算转化到第一象限中；
进一步地，所述步骤3.2中，当相位角取值范围为θ∈(0,π/4)时，电网电压瞬时相位角满足θ＝arcsiny，式中，y＝sinθ。
进一步地，所述步骤3.2中，当相位角取值范围为θ∈(π/4,π/2)时，电网电压瞬时相位角满足：θ＝arcsiny＝90°-arcsinx，式中，y＝sinθ,x＝cosθ。
进一步地，所述步骤3.3中，电网电压瞬时相位角的运算满足：
进一步地，所述步骤4基于若干历史周期的迭代滤波算法计算校正后的当前周期的电网电压瞬时相位角的方法为：
式中，为校正后的当前周期的电网电压瞬时相位角；△θ为一个采样周期的理论角度值，即相邻周期的瞬时相位角差值；θn(n＝0,1,2,3…)即θ0,θ1,θ2,θ3……,θn，为电网电压当前周期的瞬时相位角理论值和相邻的前n个连续采样周期的瞬时相位角理论值。
本发明的原理为：通过三相瞬时电网电压正弦值和余弦值，求得三相瞬时电网电压当前周期的瞬时相位角理论值和与当前周期相邻的前n个连续采样周期的瞬时相位角理论值，再采用基于若干历史周期的迭代滤波算法进行校正，获得当前周期电网电压瞬时相位角的实际值。这种方法主要是通过基于若干历史周期的迭代滤波算法实现的，方法比较简单，提高了计算结果的准确性。避免了现有方法中计算方法复杂、运算速度慢且无法消除采样不准确而导致计算获得的相位角产生较大误差的问题。
相比较现有技术，本发明的优点在于：实现简单、精确度高、运算速度快。
附图说明
图1是本发明电网电压瞬时相位角的计算流程图；
图2是本发明电网电压瞬是相位角的验证实验波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
本实施例提供了一种电网电压瞬时相位角的计算方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1.通过采样单元获取电压传感器检测到的三相电网电压瞬时值ea，eb和ec，根据(1)式给出的坐标变换方法得到电网电压在两相静止坐标系下的瞬时电网电压分量eα，eβ；
步骤2.由(2)式获得三相瞬时电网电压的正弦值sinθ和余弦值cosθ；
步骤3.根据三相瞬时电网电压的正弦值和余弦值，求得三相瞬时电网电压当前周期的瞬时相位角理论值和与当前周期相邻的前n个连续采样周期的瞬时相位角理论值，步骤包括：
步骤3.1.判断三相瞬时电网电压正弦值和余弦值的正负，确定电网电压瞬时相位角所处的象限。当sinθ>0,cosθ>0时，θ∈(0,π/2)，处于第一象限；当sinθ>0,cosθ<0时，θ∈(π/2,π)处于第二象限；当sinθ<0,cosθ<0时，θ∈(π,3π/2)，处于第三象限；当sinθ<0,cosθ>0时，θ∈(3π/2,2π)，处于第四象限。
步骤3.2.当电网电压瞬时相位角处于第一象限时，根据三相瞬时电网电压正弦值和余弦值的大小范围，进一步确定相位角的取值范围θ∈(0,π/4)或是θ∈(π/4,π/2)。
(1)当θ∈(0,π/4)时，三相瞬时电网电压正弦值和余弦值满足(3)式给出的取值范围，
由θ＝arcsiny，通过反三角函数表采用线性插值的方法求得电网电压瞬时相位角
(2)当θ∈(π/4,π/2)时，三相瞬时电网电压正弦值和余弦值满足(4)式给出的取值范围，
在此区间内，正弦函数和余弦函数满足sinθ＝cos(90°-θ)，由(5)式得到电网电压瞬时相位角
θ＝arcsiny＝90°-arcsinx(5)
通过反三角函数表采用线性插值方法计算出arcsiny，再进一步求得电网电压瞬时相位角
步骤3.3.当θ∈(π/2,2π)时，对三相瞬时电网电压正弦值和余弦值取绝对值，利用正弦绝对值和余弦绝对值之间满足的转换关系，将第二、第三和第四象限下根据三相瞬时电网电压正余弦值计算电网电压瞬时相位角的运算转化到第一象限中。
(1)当θ∈(π/2,π)时，三相瞬时电网电压正弦值和余弦值的绝对值满足(6)式给出的关系，
在此区间内，正弦函数和余弦函数之间的转换关系满足sinθ＝cos(θ-90°)，由(7)式得到电网电压瞬时相位角
θ＝180°-arcsiny＝180°-arccos(-x)(7)
(2)当θ∈(π,3π/2)时，三相瞬时电网电压正弦值和余弦值的绝对值满足(8)式给出的关系：
在此区间内，正弦函数和余弦函数之间的转换关系满足sinθ＝cos(θ-90°)，由(9)式得到电网电压瞬时相位角
θ＝180°+arcsin(-y)＝180°+arccos(-x)(9)
通过反三角函数表采用线性插值方法计算出arcsin(-y)，再进一步求得电网电压瞬时相位角
(3)当θ∈(3π/2,2π)时，三相瞬时电网电压正弦值和余弦值的绝对值满足(10)式给出的关系：
在此区间内，正弦函数和余弦函数之间的转换关系满足sinθ＝cos(θ-90°)，由(11)式得到电网电压瞬时相位角
θ＝360°-arcsin(-y)＝360°-arccos(x)(11)
通过反三角函数表采用线性插值方法计算出arcsin(-y)，再进一步求得电网电压瞬时相位角该步骤获得的瞬时相位角为理论值，由于电网波会发生畸变，及采样误差的存在，理论值与实际值往往会有偏差。
步骤4.根据步骤3的方法，分别计算获得三相瞬时电网电压当前周期的瞬时相位角理论值θ0和相邻的前n个连续采样周期的瞬时相位角理论值，由当前周期向前依次表示为θ1,θ2,θ3……,θn，根据θ0,θ1,θ2,θ3……,θn，由式(12)得到基于若干历史周期的迭代滤波算法，求得经过校正后当前周期的电网电压瞬时相位角即为当前周期的电网电压瞬时相位角实际值：
其中，△θ为一个采样周期的理论角度值，相邻两周期的相位角满足θn+1＝θn+△θ(n＝0,1,2,3,4,…)。
图2给出了本发明相位角的验证实验波形图，图中的为给定的相位角(每个pwm周期加1/32度)，将通过相位角的正余弦值线性插值函数运算获得sinθ*和cosθ*，而后根据正余弦值计算出电网电压瞬时相位角，并采用本发明提出的基于若干历史周期的迭代滤波算法，得到经过校正后当前周期的电网电压瞬时相位角从图中可以看出给定的相位角与采用本发明方法后得到的实际相位角的相位和幅值均保持一致。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。