一种三相电过欠压的检测方法与流程

1.本发明涉及低压电领域中三相电的检测，尤其是涉及一种三相电过欠压的检测方法。


背景技术：

2.在低压电器领域中，电网电压过欠压检测是许多产品中必须要具有的功能。如自复式过欠压保护器中，要实时检测电网电压。当检测到电网电压低于设定欠压阈值时，要断开断路器；当检测到电网电压高于设定过压阈值时，也要断开断路器；保护负载电器不会以为过压、欠压供电而损坏。当电网电压恢复正常时，能自动接通断路器，使负载正常供电。如在光伏自动并网系统中，也需要电网电压过欠压的检测。当电网电压低于或高于设定值时，能断开断路器，而电压正常时能自动合闸断路器。特别是在电网断电时，必须要断开断路器，切断负载与电网的连接，使光伏系统与电网系统隔离。如图1所示，是一般常用的三相电压检测方法电路。三相输入电压va、vb、vc经过整流，电阻分压输入mcu的三个ad采样端，经过mcu的ad采样得到数字量，计算后得到输入电压va、vb、vc的电压值。然后根据va、vb、vc的电压值进行过欠压判断。此电路中，三相独立采样计算，需要元件数量较多，需要ad采样端也较多。需要mcu资源多。在电器空间需要小体积情况下，无法实现，同时元器件较多也导致成本增加。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于小体积电器空间的三相电过欠压的检测方法。
4.本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种三相电过欠压的检测方法，所述三相电接入同一采样电路进行统一采样，采样得到的信号传输至mcu进行处理，所述检测方法的步骤为，
5.s1、每隔t时间，对电压值采样一次，单个周期的采样次数为n次，其中，f为三相电的频率，n取整数；
6.s2、对n次采样得到的电压值进行对比，得到n次采样中的最大值vamax，并记录该最大值的采样位置maxaid，得到所述三相电中第一相的最大值vamax与采样位置maxaid；
7.s3、取第一相最大值的采样位置maxaid，计算第二相的采样位置bid＝maxaid n/3，则第二相最大值的采样位置maxbid＝maxaid n/3，该采样位置对应电压值为第二相的最大值vbmax；
8.s4、取第一相最大值的采样位置maxaid，计算第三相的采样位置cid＝maxaid 2n/3，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxaid 2n/3，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax；
9.s5、根据vamax、vbmax以及vcmax计算实际电压va、vb以及vc；
10.s6、将实际电压va、vb以及vc与内置于mcu的过压阈值、欠压阈值进行对比，若任一实际电压高于过压阈值则判定为电压过压，若任一实际电压低于欠压阈值则判定为电压欠压。
11.进一步具体的，所述步骤s1中所述三相电的频率为50hz，间隔时间t＝0.667ms，计算得到采样次数n＝30。
12.进一步具体的，所述采样电路包括连接在第一相上的第一二极管、连接在第二相上的第二二极管、连接在第三相上的第三二极管，所述第一二极管、第二二极管以及第三二极管均连接第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端分为三路，第一路通过第二电阻后连接零线，第二路通过第一电容后连接零线，第三路连接至mcu。
13.进一步具体的，所述步骤s5中三相电的实际电压通过以下公式计算而得，
[0014][0015]
其中，v为实际电压，0.7为二极管的正向压降，1.414为实际电压与最大电压之间的关系系数，r1为第一电阻的阻值，r2为第二电阻的阻值。
[0016]
进一步具体的，所述步骤s3中在计算第二相的采样位置bid＝maxaid n/3之后，对第二相的采样位置bid进行判断，若bid≤n，则第二相最大值的采样位置maxbid＝maxaid n/3，该采样位置对应电压值为第二相的最大值vbmax；若bid＞n，则第二相最大值的采样位置maxbid＝maxaid n/3-n，该采样位置对应电压值为第二相的最大值vbmax。
[0017]
进一步具体的，所述步骤s4中在计算第三相的采样位置cid＝maxaid 2n/3之后，对第三相的采样位置cid进行判断，若cid≤n，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxaid 2n/3，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax；若cid＞n，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxaid 2n/3-n，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax。
[0018]
进一步具体的，所述步骤s4可替换为，取第二相最大值的采样位置maxbid，计算第三相的采样位置cid＝maxbid n/3，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxbid n/3，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax。
[0019]
进一步具体的，所述步骤s2中对采样数据进行对比的方法为，设最大值为变量vamax，初始赋值为0，将vamax与采样数据一一对比，若vamax小于某一采样数据，则将该采样数据赋值给vamax，之后继续与剩余采样数据一一对比，直至结束。
[0020]
本发明的有益效果是：通过上述检测方法，可以通过一个采样电路实现对三相电采样，并通过设计的计算方法得出第一相、第二相以及第三相的最大电压值以及实际电压值，并通过实际电压与过压阈值、欠压阈值对比判断得出是否过欠压，整体检测简单方便，可在具有小体积电器空间内实现过欠压的检测，同时减少了电器元件的使用，节省开支。
附图说明
[0021]
图1是现有技术的采样电路图；
[0022]
图2是本发明的采样电路图；
[0023]
图3-图6是本发明中三相电中第一相为最大值的四种变化形式示意图；
[0024]
图7是本发明检测方法的流程示意图；
[0025]
图8是本发明周期为1次时的逻辑图。
具体实施方式
[0026]
下面将结合附图对本发明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。
[0027]
基于图1所示的现有技术的采样方案，其针对三相电的第一相、第二相以及第三相进行分别采样，之后再判断该三相电的过压与欠压；如图2所示本方案采用同一采样电路进行统一采样，此处采样得到的数据同时含有第一相、第二相以及第三相的数据，之后对这三相的数据进行分析处理之后，得到第一相的实际电压值、第二相的实际电压值以及第三相的实际电压值，该采样电路包括连接在第一相上的第一二极管d1、连接在第二相上的第二二极管d2、连接在第三相上的第三二极管d3，所述第一二极管d1、第二二极管d2以及第三二极管d3均连接第一电阻r1的一端，所述第一电阻r1的另一端分为三路，第一路通过第二电阻r2后连接零线，第二路通过第一电容c1后连接零线，第三路连接至mcu，由mcu进行分析处理。
[0028]
基于图2所示的采样电路进行采样，在三相电的一个周期内，第一相、第二相以及第三相的变化有四种形式，第一种形式为第一相、第二相以及第三相均相等，第二种形式为第一相最大，第二相、第三相均小于第一相，第三种形式为第二相最大，第一相、第三相均小于第二相，第四种形式为第三相最大，第一相、第二相均小于第三相；由于在进行采样时为随机采样，所以遇到的情况中第一相、第二相以及第三相的位置与上述四种形式有所区别，但是在进行过欠压判断时，只需分别找到第一相、第二相以及第三相的最大值即可，由于第一相、第二相以及第三相之间的相位差为120
°
，所以只需找到第一相、第二相以及第三相中的最大值即可得到其它两相的最大值。
[0029]
下面以第一相为最大值为例进行详细说明，第一相的最大值可以出现如图3-6中四种情况。第二相、第三相为最大值时，其检测方法与第一相为最大值时一致。
[0030]
如图7与图8所示一种三相电过欠压的检测方法的步骤为，
[0031]
s1、每隔t时间，对电压值采样一次，单个周期的采样次数为n次，其中，f为三相电的频率，n取整数，通常使用三相电的频率f＝50hz，故单个周期的时间为20ms，采样的时间间隔t＝0.667ms，从而计算出采样次数n＝29.98，取整后采样次数n＝30，在单个周期中均可以采样到第一相、第二相以及第三相的最大值，由于三相电之间的相位差相同，故1≤n≤10对应三相电多种的其中一相，11≤n≤20对应三相电剩余两相中的其中一相，21≤n≤30对应三相电中最后剩余的一相。
[0032]
s2、对30次采样得到的电压值进行对比，得到30次采样中的最大值vamax，并记录该最大值的采样位置maxaid，此处的采样位置为30次采样中的某一次采样，得到所述三相电中第一相的最大值vamax与采样位置maxaid；
[0033]
上述对比的方法为，首先将30次采样得到的电压值存放在mcu的ram数组变量voltagevalue[n-1]中,对比在voltagevalue[0]到voltagevalue[29]中找最大值；其次，在mcu中设最大值的变量为vamax，并赋初始值为0，将vamax与voltagevalue[0]到voltagevalue[29]中的采样数据一一对比，若vamax小于某一采样数据，则将该采样数据赋值给vamax，若vamax大于或等于某一采样数据，则不进行替换；之后继续与剩余采样数据一
一对比并重复对比后的步骤，直至结束，在30次对比完成之后，能够得到30个采样数据中的最大值，同时记录该最大值的采样位置，从而得到第一相的最大值vamax与采样位置maxaid。
[0034]
s3、根据周期进行采样，当采样周期大于1次时，第二相的计算方式如下：
[0035]
取第一相最大值的采样位置maxaid，计算第二相的采样位置bid＝maxaid 10，则第二相最大值的采样位置maxbid＝maxaid 10，该采样位置对应电压值为第二相的最大值vbmax；
[0036]
当采样周期为1次时，第二相的计算方式如下：
[0037]
取第一相最大值的采样位置maxaid，计算第二相的采样位置bid＝maxaid 10，对第二相的采样位置bid进行判断，若bid≤30，则第二相最大值的采样位置maxbid＝maxaid 10，该采样位置对应电压值为第二相的最大值vbmax；若bid＞30，则第二相最大值的采样位置maxbid＝maxaid 10-30，该采样位置对应电压值为第二相的最大值vbmax。
[0038]
s4、计算第三相电压值的最大值时，可以有两种方式，第一种以第一相为基础进行计算，计算方法如下：
[0039]
在这里，也可分为当采样周期大于1次时，
[0040]
取第一相最大值的采样位置maxaid，计算第三相的采样位置cid＝maxaid 20，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxaid 20，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax；
[0041]
当采样周期为1次时，
[0042]
取第一相最大值的采样位置maxaid，计算第三相的采样位置cid＝maxaid 20，对第三相的采样位置cid进行判断，若cid≤30，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxaid 20，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax；若cid＞30，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxaid 20-30，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax。
[0043]
第二种以第二相为基础进行计算，计算方法如下：
[0044]
当周期大于1次时，
[0045]
取第二相最大值的采样位置maxbid，计算第三相的采样位置cid＝maxbid 10，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxbid 10，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax；
[0046]
当采样周期为1次时，
[0047]
取第二相最大值的采样位置maxbid，计算第三相的采样位置cid＝maxbid 10，对第三相的采样位置cid进行判断，若cid≤30，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxbid 10，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax；若cid＞30，则第三相最大值的采样位置maxcid＝maxbid 10-30，该采样位置对应电压值为第三相的最大值vcmax。
[0048]
s5、根据vamax、vbmax以及vcmax计算实际电压va、vb以及vc,其计算公式为：
[0049][0050]
对该公式进行变形而得：
[0051]
[0052]
其中，v为实际电压，0.7为二极管的正向压降，1.414为实际电压与最大电压之间的关系系数，r1为第一电阻的阻值，r2为第二电阻的阻值。
[0053]
s6、将实际电压va、vb以及vc与内置于mcu的过压阈值vm、欠压阈值vn进行对比，若任一实际电压高于过压阈值vm则判定为电压过压，若任一实际电压低于欠压阈值vn则判定为电压欠压。
[0054]
综上，首先通过一个采集电路对三相电的第一相、第二相以及第三相的电压进行统一采集，先找出采集的电压数据中的最大值，该最大值为三相电中的其中一相，之后根据三相电相位差120
°
的关系，某一相的最大值在旋转120
°
以及240
°
后也为对应相电压的最大值，故通过计算得出其它两相最大值的采样位置，并根据该采样位置得到其它两相的电压最大值；之后通过对应公式计算出实际电压，最后将实际电压与过压阈值vm、欠压阈值vn进行对比后判定是否过欠压；该检测方法只需找到三相电中的一个最大值，即可得到其它相的最大值，不需要分别进行采样，减少mcu对数据的处理时间，简化处理方式，同时也能简化采样电路，适合在具有小体积的电器空间内使用，降低成本。
[0055]
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。