CN103036307A - 市电故障检测电路及方法、保供电应急电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出市电故障检测电路，包括：电容、第一电阻、第一比较器、第二比较器、信号发生器、2个二极管以及第二电阻；电容的一端连接市电；电容另一端通过第一电阻接地；第一比较器的正极输入端和第二比较器的负极输入端连接在电容和第一电阻的连线之间；第一比较器的负极输入端和第二比较器的正极输入端连接信号发生器；第一比较器的输出端连接一个二极管的正极，第二比较器的输出端连接另一个二极管的正极；各个二极管的负极共同通过第二电阻接地；各个二极管的负极输出故障信号。还提出市电故障检测方法和保供电应急电源系统，在市电供应故障后，可以实现零切换时间地切换备用电源，给用户提供不间断电源，提高供电质量。

Description

市电故障检测电路及方法、保供电应急电源系统

技术领域

本发明涉及电力供应控制领域，特别是涉及市电故障检测电路及方法、保供电应急电源系统。

背景技术

目前全国电力系统范围内的市电供应，当市电供应出现故障需要紧急切换至备用电源进行供电时，不能满足高端用电用户对零切换时间切换备用电源的要求。

精密的网络设备和通信设备等是不允许电力有间断的，因为电力间断可能造成不可预知性的严重危害；例如：震惊世界的“北美大停电”发生在2003年8月14日，造成100多台发电机停运，其中包括22座核反应堆停电。在夏季高温断电一天多，持续了29小时之久，使5000万美国人和加拿大人叫苦连天，直接和间接经济损失超过300亿美元。后查事故原因是配电网设计不合理：一个电厂先断电，引发几十个电厂超负荷连接跳闸、自我保护，从而导致七个州、一个省全面断电。因此急需一种可以不间断提供电力供应的手段。

发明内容

本发明的目的在于提出市电故障检测电路及方法、保供电应急电源系统，在市电供应故障后，可以实现零切换时间地切换备用电源，给用户提供不间断电源，提高供电质量。

采用的方案是：

市电故障检测电路，包括：电容、第一电阻、第一比较器、第二比较器、信号发生器、2个二极管以及第二电阻；

其中，所述电容的一端连接输入的市电；所述电容的另一端通过所述第一电阻接地；

所述第一比较器的正极信号输入端和所述第二比较器的负极信号输入端连接在所述电容和所述第一电阻的连线之间；

所述第一比较器的负极信号输入端和所述第二比较器的正极信号输入端连接所述信号发生器；

所述第一比较器的信号输出端连接其中一个所述二极管的正极，所述第二比较器的信号输出端连接另一个所述二极管的正极；

各个所述二极管的负极共同通过所述第二电阻接地；各个所述二极管的负极输出市电故障信号。

以及，市电故障检测方法，包括步骤：

采集市电信号；

将采集的市电信号分别与预设的电压上限值和预设的电压下限值比较；

当所述采集的市电电压大于所述预设的电压上限值时，输出高电平；或者，当所述采集的市电电压小于所述预设的电压下限值时，输出高电平。

以及，保供电应急电源系统，包括：

市电故障检测电路、控制器、整流器、控制开关、不间断电源以及发电机；

其中，市电信号通过所述控制开关连接所述不间断电源；

所述市电故障检测电路的输入端连接所述市电信号；所述市电故障检测电路的输出端连接所述控制器；

所述控制器连接所述控制开关和所述发电机；所述发电机通过所述整流器连接所述不间断电源；所述不间断电源还与负载连接；

当所述控制器接收到所述市电故障检测电路输出的高电平时，控制所述控制开关打开，同时控制所述不间断电源自带的蓄电池组向负载供电，以及控制所述发电机发电；

当所述发电机的输出电压达到所述市电的电压时，使所述蓄电池停止向负载供电，由所述发电机给负载供电。

本发明将市电输入信号经电容和电阻形成RC支路，由于电容电流超前于电容电压90度，这样在RC形成的支路上，支路电流将超前于总的市电输入电压，使得在电阻上，可以提前得到反映市电变化的电压信号。在信号发生器上，输出两路信号，分别是参考电压上限信号和参考电压下限信号，将反映市电变化的电压信号分别与参考电压上限信号和参考电压下限信号进行比较；当反映市电变化的电压信号大于参考电压上限信号时，输出为高电平，代表市电过高信号；当反映市电变化的电压信号小于参考电压下限信号时，输出为高电平，代表市电过低信号；当控制器接收到高电平信号时，可以提前切断市电对负载的供电，同时控制发电机发电，控制不间断电源中的蓄电池组向负载供电；当发电机电压稳定后，由发电机向负载供电。在市电供应出现故障后，可以实现零切换时间地切换备用电源，给用户提供不间断电源，提高供电质量。

附图说明

图1为本发明中提出的市电故障检测电路的一个结构示意图；

图2为本发明中提出的市电故障检测方的一个实施流程图；

图3为本发明中提出的保供电应急电源系统的一个结构示意图。

具体实施方式

为便于理解本发明，下面将结合附图对本发明进行说明。

本发明提出一种市电故障检测电路，其中一个结构示意图，请参考图1，包括：电容C1、第一电阻R1、第一比较器U1A、第二比较器U1B、信号发生器、2个二极管D1和D2以及第二电阻R2；

其中，电容C1的一端连接输入的市电；电容C1的另一端通过第一电阻R1接地；

第一比较器U1A的正极信号输入端和第二比较器U1B的负极信号输入端连接在电容C1和第一电阻R1的连线之间；

第一比较器UIA的负极信号输入端和第二比较器U1B的正极信号输入端连接信号发生器；

第一比较器U1A的信号输出端连接其中一个二极管D1的正极，第二比较器U1B的信号输出端连接另一个二极管D2的正极；

各个二极管的负极共同通过第二电阻R2接地；各个二极管的负极输出市电故障信号。

其工作原理是：市电输入信号经电容C1，电阻R1形成RC网络回路，由于电容电流超前于电容电压90度，这样在RC形成的支路上，支路电流将超前于总的市电输入电压，使得在电阻R1上，可以提前得到反映市电变化的电压信号Ur1。在信号发生器上，输出了两路信号，分别是参考电压上限信号和参考电压下限信号，Ur1信号分别与上限信号和下限信号进行比较。当Ur1大于上限信号时，U1A输出为高电平，经二极管D1输出一个高电平，代表市电过高信号。同理当Ur1小于下限信号时，U1B输出为高电平，经二极管D2输出一个高电平，代表市电过低信号。这样就可以从电阻R2上得到一个快速的市电故障信号。市电的频率和相位产生偏移，也会体现在电压信号偏移出标准信号的上限下限的范围，同理也能快速的实现检测。本发明电路简单，标准的信号发生器，可以采用EPROM写入的生成方式。

本发明还提出一种市电故障检测方法，请参考图2，包括步骤：

S201、采集市电信号；

S202、将采集的市电信号分别与预设的电压上限值和预设的电压下限值比较；

S203、当采集的市电电压大于预设的电压上限值时，输出高电平；

S204、当采集的市电电压小于预设的电压下限值时，输出高电平。

本发明中，采用简单的元器件，RC阻容网络回路，实现了信号的移相，将市电电压信号的变化，提前反映在电路上，实现了快速检测的基础；标准信号源方式设定了故障判断的电压上限值和电压下限值的基准，通过比较器的快速作用，可以很快的生成电源故障的信号，电路简单实用，不易受到干扰。

本发明还提出一种保供电应急电源系统，请参考图3，包括：

市电故障检测电路、控制器、整流器、控制开关、不间断电源以及发电机；

其中，市电信号通过控制开关连接不间断电源；

市电故障检测电路的输入端连接市电信号；市电故障检测电路的输出端连接控制器；

控制器连接控制开关和发电机；发电机通过整流器连接不间断电源；不间断电源还与负载连接；

当控制器接收到市电故障检测电路输出的高电平时，控制控制开关打开，同时控制不间断电源自带的蓄电池组向负载供电，以及控制发电机发电；

当发电机的输出电压达到市电的电压时，使蓄电池停止向负载供电，由发电机给负载供电。

通常发电机都是采用柴油发电机，柴油机发电机需0-15分钟稳定运行才能可靠供电期间的电池组供电，柴油机在0-15分钟内稳定运行后，由柴油机向负载供电。

该发电机也可以采用其他形式的发电机。

本发明将市电输入信号经电容和电阻形成RC支路，由于电容电流超前于电容电压90度，这样在RC形成的支路上，支路电流将超前于总的市电输入电压，使得在电阻上，可以提前得到反映市电变化的电压信号。在信号发生器上，输出两路信号，分别是参考电压上限信号和参考电压下限信号，将反映市电变化的电压信号分别与参考电压上限信号和参考电压下限信号进行比较；当反映市电变化的电压信号大于参考电压上限信号时，输出为高电平，代表市电过高信号；当反映市电变化的电压信号小于参考电压下限信号时，输出为高电平，代表市电过低信号；当控制器接收到高电平信号时，可以提前切断市电对负载的供电，同时控制发电机发电，控制不间断电源中的蓄电池组向负载供电；当发电机电压稳定后，由发电机向负载供电。在市电供应出现故障后，可以实现零切换时间地切换备用电源，给用户提供不间断电源，提高供电质量。

蓄电池组可以是铅酸电池组，也可以是锂电池组，包括稀土锂钇电池组及含有锂元素的电池组。本发明以锂电池应用为主要方向，绿色环保，能量密度高、体积小、重量轻，特别适合于应急电源系统。

优选地，本发明采用在线式不间断电源，其工作原理是：在市电供电正常时，市电经过电源变压器、整流器后，一路经逆变器、滤波器输出至负载；另一路经充电回路向蓄电池组充电。当市电中断，蓄电池组端电压低于设定值或逆变器故障时，市电就通过旁路支路经转换开关、滤波器向负载供电。由此可见，不管市电正常或中断，在线式UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）的逆变器总是在工作。

在线式UPS的特点：

a．在线式UPS都为正弦波输出，其最显著的特点是实现了对负载的真正不间断供电。

b．在线式UPS实现了对负载的抗干扰供电。因为在线式UPS无论由市电或蓄电池对负载供电，都要通过逆变器进行，这就可能从根本上消除来自市电电网上的所有电压波动和电干扰对负载的影响，UPS始终向负载提供一个稳压稳频的高质量交流电源。而且，在线式UPS的正弦失真系数最小。

c．与后各式UPS相比，在线式UPS具有优良的瞬时特性时，它在100％负载加载或减载时，其输出电压的变化小于4％，时间约10～40ms。

d．在线式UPS具有较高的工作可靠性

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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.市电故障检测电路，其特征在于，包括：电容、第一电阻、第一比较器、第二比较器、信号发生器、2个二极管以及第二电阻；

其中，所述电容的一端连接输入的市电；所述电容的另一端通过所述第一电阻接地；

所述第一比较器的正极信号输入端和所述第二比较器的负极信号输入端连接在所述电容和所述第一电阻的连线之间；

所述第一比较器的负极信号输入端和所述第二比较器的正极信号输入端连接所述信号发生器；

所述第一比较器的信号输出端连接一个所述二极管的正极，所述第二比较器的信号输出端连接另一个所述二极管的正极；

各个所述二极管的负极共同通过所述第二电阻接地；各个所述二极管的负极输出市电故障信号。

2.市电故障检测方法，其特征在于，包括步骤：

采集市电信号；

将采集的市电信号分别与预设的电压上限值和预设的电压下限值比较；

当所述采集的市电电压大于所述预设的电压上限值时，输出高电平；或者，当所述采集的市电电压小于所述预设的电压下限值时，输出高电平。

3.保供电应急电源系统，其特征在于，包括：

市电故障检测电路、控制器、整流器、控制开关、不间断电源以及发电机；

其中，市电信号通过所述控制开关连接所述不间断电源；

所述市电故障检测电路的输入端连接所述市电信号；所述市电故障检测电路的输出端连接所述控制器；

所述控制器连接所述控制开关和所述发电机；所述发电机通过所述整流器连接所述不间断电源；所述不间断电源还与负载连接；

当所述控制器接收到所述市电故障检测电路输出的高电平时，控制所述控制开关打开，同时控制所述不间断电源自带的蓄电池组向负载供电，以及控制所述发电机发电；

当所述发电机的输出电压达到所述市电的电压时，使所述蓄电池停止向负载供电，由所述发电机给负载供电。

4.根据权利要求3所述的保供电应急电源系统，其特征在于，

所述蓄电池组为锂电池。

5.根据权利要求3或4所述的保供电应急电源系统，其特征在于，

所述不间断电源为在线式不间断电源。

Images