CN103176076A - 电力质量监测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力质量监测装置及其方法，该电力质量监测装置包括：计算单元，用于计算施加的商用电压的绝对值；累计单元，用于每恒定时段累计施加的商用电压的绝对值以输出；提取单元，用于采样每时段的商用电压的累计最大值的绝对值；以及确定单元，用于通过使用采样的商用电压的累计最大值的绝对值来确定商用电压的质量。其具有可以高速地监测电力质量的优势。

Description

电力质量监测装置及其方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月20日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2011-0138396号的优先权，其全部内容通过引证结合于本文中。

技术领域

本发明涉及电力质量监测装置及其方法，更具体地，涉及能够检测诸如突然的电压骤升和电压骤降的电力质量的电力质量监测装置及其方法。

背景技术

通常，诸如计算机、通信设备、医学设备和军事设备的电子产品是对电力质量非常敏感的负载。因为这种工业、商业和军事负载通过在自动处理相互连接以及连接至其的电力系统来工作，使得这些负载对电力质量非常地敏感。

电力质量分为电压质量和电流质量；电压质量涉及诸如电压骤升和电压骤降、欠电压和过电压、中断、噪声和诸如直流偏移、谐波、间谐波和切痕（notching）、电压不平衡、电压波动和闪变等其他因素的状态；电流质量涉及供电中断问题，诸如由于随着非线性负载的增大而产生的电流畸变的电压畸变。

另一方面，因为电力质量监测装置是通过安装在电力系统（发电和输电/配电步骤中的电力系统）（即，电源侧与负载设备）之间来监测在电力系统和负载设备中是否产生错误操作的装置，因此，如果在电力系统和负载设备中产生错误操作，则它可以通过电力质量分析或通过阻断电力系统和负载设备之间的电路来保护电力系统和负载设备以预先防止事故。

为此，根据现有技术的电力质量监测装置通过采样模拟信号来将模拟形状的电压和电流信号转换成数字数据，通过使用转换后的数字数据计算RMS（均方根），采用通过将算得的RMS与参考值相比较来监测事故的产生的方法。

然而，尽管根据现有技术的电力质量监测装置需要最低数量周期以上的数据来检测RMS，但是存在难以进行检测的问题，这是因为在数值变化发生在很短的持续时间（诸如电压骤升和电压骤降）的情况下该变化几乎不出现在RMS中。也就是说，由于根据现有技术的电力质量监测装置需要很长一段时间来计算RMS，它存在不能监测很短的持续时间（诸如半周期）内发生的电压骤升和电压骤降的问题。

发明内容

为了克服以上所述问题完成了本发明，因此，本发明的目的在于提供一种能够快速地检测诸如突然的电压骤升和电压骤降的电力质量的电力质量监测装置及其方法。

根据用于实现上述目的的本发明的一个方面，提供一种电力质量监测装置，包括：计算单元，用于计算施加的商用电压的绝对值；累计单元，用于每恒定时段累计施加的商用电压的绝对值以输出；提取单元，用于采样每时段的商用电压的累计最大值的绝对值；以及确定单元，用于通过使用采样的商用电压的累计最大值的绝对值来确定商用电压的质量。

电力质量监测装置还包括控制单元，其通过监测施加的商用电压执行控制，以在每当商用电压达到预定时刻时在提取单元中采样商用电压的累计最大值的绝对值。

控制单元在进行控制以采样商用电压的累计最大值的绝对值之后，执行控制以初始化累计单元中累计的商用电压的绝对值。

预定时刻是所述商用电压零交叉的时刻。

商用电压零交叉的时刻在商用电压的每半周期达到。

控制单元包括：检测器，用于通过监测施加的商用电压来检测商用电压是否达到预定时刻；以及定时控制器，用于输出提取控制信号至提取单元，以使得在商用电压达到预定时刻时在提取单元中采样商用电压的累计最大值的绝对值。

定时控制器在输出提取控制信号至提取单元后，进一步输出复位控制信号至累计单元以初始化累计单元中累计的商用电压的绝对值。

提取单元是采样和保持电路。

商用电压是交流电压。

电力质量监测装置还包括用于消除施加的商用电压的噪声的噪声消除单元。

电力质量监测装置还包括用于控制输出的商用电压的绝对值的增益的增益控制单元。

确定单元将预定参考电压与采样的商用电压的累计最大值的绝对值相比较，并通过使用比较结果来确定商用电压的质量。

确定单元将第一预定参考电压、第二预定参考电压与采样的商用电压的累计最大值的绝对值相比较，并通过使用比较结果来确定在商用电压中是否产生电压骤升或电压骤降。

确定单元包括第一确定设备，该第一确定设备用于在采样的商用电压的累计最大值的绝对值大于第一参考电压的情况下确定产生电压骤升。

确定单元包括第二确定设备，该第二确定设备用于在采样的商用电压的累计最大值的绝对值小于第二参考电压的情况下确定产生电压骤降。

根据用于实现上述目的的本发明的另一方面，提供了一种电力质量监测方法，包括：计算施加的商用电压的绝对值；每恒定时段累计商用电压的绝对值以输出；采样每时段的商用电压的累计最大值的绝对值；以及通过使用采样的商用电压的累计最大值的绝对值确定商用电压的质量。

在采样每时段的商用电压的累计最大值的绝对值之前，还包括：监测施加的商用电压；以及输出提取控制信号，以每当商用电压达到预定时刻时采样商用电压的累计最大值的绝对值，其中采样每时段的商用电压的累计最大值的绝对值是每当输出提取控制信号时采样商用电压的累计最大值的绝对值。

在输出提取控制信号后，该方法还包括：输出复位控制信号，以初始化累计的商用电压的绝对值，其中，每恒定时段累计商用电压的绝对值以输出是每当输出复位控制信号时初始化累计的商用电压的绝对值。

预定时刻是商用电压零交叉的时刻。

商用电压零交叉的时刻在商用电压的每半周期达到。

确定商用电压的质量是将第一预定参考电压、第二预定参考电压与采样的商用电压的累计最大值的绝对值相比较，并通过使用比较结果来确定在商用电压中是否产生电压骤升或电压骤降。

附图说明

从以下结合附图对实施方式的描述中，本发明总体构思的这些和/或其他方面以及优点将变得显而易见和更容易理解：

图1是根据本发明一个实施方式的电力质量监测装置的构成图；

图2是图1所示的噪声消除单元中输出的电压波形图A；

图3是图1所示的计算单元中输出的电压波形图B；

图4是图1所示的增益控制单元中输出的电压波形图C；

图5是图1所示的提取单元中输出的电压波形图D；

图6是图1所示的检测器中输出的电压波形图E；

图7是图1所示的定时控制器中输出的信号波形图，其为图6所示的时段Q的放大图；

图8是示出了产生突然电压骤升并检测该产生结果的操作的波形图；

图9是示出了产生突然电压骤降并检测该产生结果的操作的波形图；以及

图10是示出了根据本发明另一实施方式的监测电力质量的过程的操作流程图。

具体实施方式

本说明书和权利要求书中所使用的术语或词语不应被解释为限制于通常或字典意义，而应被解释为与基于规则的本发明的技术精神有关的涵义和概念，发明人根据该规则适当地定义了用于以最好的方式描述他/她的发明的术语的概念。

因此，本发明的实施方式和附图中所给出的构造仅为大部分示例性实施方式的示例，并不代表本发明的所有技术精神。因此，应当理解，在提出本申请时替代构造的各种等同物和修改是可行的。

以下将参考附图详细描述本发明的实施方式。

图1是根据本发明一个实施方式的电力质量监测装置的构成图。

如图所示1，电力质量监测装置100包括噪声消除单元110、计算单元120、累计单元130、增益控制单元140、确定单元160和控制单元170。

简要地说明上述电力质量监测装置，电力质量监测装置是用来检测诸如电压骤升和电压骤降、欠电压和过电压、中断、噪声和诸如直流偏移、谐波、间谐波和切痕、电压不平衡、电压波动和闪变等其他因素的状态的手段，作为通过安装在在电源侧和负载设备（即发电和输电/配电步骤中的电力系统）之间来监测在电力系统和负载设备中是否产生错误操作的装置。

具体地，集中在（concentrically）用于检测由于数值变化发生在诸如半周期的短时间内而在现有技术中未监测到的电压骤升和电压骤降的方法，来说明根据本发明一个实施方式的电力质量监测装置。

噪声消除单元110可以消除AC（交流）形状的商用电压中所包含的DC（直流）成分的噪声，而作为用于消除所施加的商用电压Va的噪声的手段。该噪声消除单元110可以由包括电容器等的滤波器形成。

图2是图1所示的噪声消除单元中输出的电压波形图A，如图2所示，在噪声消除单元110中，可以输出通过消除直流成分所获得的交流形状的商用电压。

计算单元120可由用于整流交流电压的整流器122形成，作为计算商用电压的绝对值的手段。

图3是图1所示的计算单元中输出的电压波形图B，如图3所示，整流器122通过整流商用电压，使正弦波形的商用电压具有全为正（+）的电压波形。因此，整流器122中整流的商用电压与图2所示的电力系统中输出的商用电压相比具有大约两倍的频率。

累计单元130输出每恒定时段的商用电压的绝对值。也就是说，累计单元130可以对每恒定时段的商用电压的绝对值连续地求和，并能通过对对应于每时段的商用电压的绝对值积分来检测每时段中的幅度。

累计单元130由包括积分器的结构形成，并可以通过积分每半周期的商用电压的绝对值来测量商用电压的幅度。

增益控制单元140可以通过将增益加入累计单元130中累计的商用电压的绝对值来控制商用电压的绝对值的大小。更具体地说，增益控制单元140可以根据电源侧和负载设备的类型或特性来输出加入适当增益的商用电压的绝对值。

图4是图1所示的增益控制单元中输出的电压波形图C，参考图4，累计单元130以商用电压的每半周期1/2T累计商用电压的绝对值以输出，并可以增加和输出商用电压的绝对值的增益。

因为提取单元150是采样商用电压的累计最大值的绝对值的手段，所以它通过以每时段在累计单元130中所累计的商用电压的绝对值的最大值来标准化商用电压的幅度的方式来执行操作以输出。

此处，提取单元150可由采样和保持电路S/H 152形成，并且采样和保持电路152可以继续进行将连续输入电压的波形转换成间断波形的操作，即，通过采样（标准化）和保持采样结果原样预定时间所维持的电压。

图5是在图1所示的提取单元中输出的电压波形图D，如图5所示，采样和保持电路152以商用电压的每半周期1/2T来采样商用电压的累计最大值的绝对值，并会在恒定时段内保持采样的商用电压的累计最大值的绝对值。

因为确定单元160是通过使用采样的商用电压的累计最大值的绝对值来确定商用电压的质量的手段，所以它会将预定参考电压与采样的商用电压的累计最大值的绝对值进行比较，并通过使用比较结果来确定商用电压的质量。

详细地解释，包括第一确定设备162和第二确定设备164的确定单元160将第一预定电压Vref1、第二预定电压Vref2与采样的商用电压的累计最大值的绝对值相比较，并通过使用相比结果来确定在商用电压中是否产生电压骤升或电压骤降，并且如果采样的商用电压累计最大值的绝对值大于第一参考电压Vref1，则在第一确定设备162中可确定产生电压骤升。

并且，如果采样的商用电压的累计最大值的绝对值小于第二参考电压Vref2，则第二确定设备164可确定发生电压骤降。

控制单元170通过监测施加的商用电压来执行控制，以每当商用电压达到预定时刻时通过提取单元150采样商用电压的累计最大值的绝对值。

此外，控制单元170执行控制，以在商用电压的累计最大值的绝对值之后，初始化累计单元130中累计的商用电压的绝对值。

图6是图1所示的检测器中输出的电压波形图E，图7是图1所示的定时控制器中输出的信号波形图，其为图6所示时段Q的放大图。

参考图6和图7更详细地进行说明，控制单元170包括检测器172和定时控制器174，并通过利用检测器172监测施加的商用电压来检测商用电压是否达到预定时刻。也就是说，如图6所示，检测器172检测商用电压是否达到进行零交叉的时刻，并可以以信号的形式将检测结果传输至定时控制器174。

定时控制器可以根据检测器172输出的信号输出控制信号至提取单元150和累计单元130，并可由计数器形成。

如图6和图7所示，在检测到商用电压达到时段Q中的时刻t0的预定时刻后，经过时间a1后，定时控制单元174输出提取控制信号F-1至提取单元150，以利用提取单元150采样商用电压的累计最大值的绝对值。

并且，如果经过时间a4，则在定时控制单元174中，根据施加的时钟信号CLK，还输出复位控制信号F-2至累计单元130以初始化累计单元130中累计的商用电压的绝对值。

该过程可以以固定时段（即，半周期）来重复。

另一方面，如图2所示，商用电压为零交叉的时刻在商用电压的每半周期达到，电力质量监测装置100可以计算出每半周期的商用电压的幅度；从而，在计算商用电压的幅度后，其可以检测到经过该半周期后在商用电压中是否产生电压骤升或电压骤降。

图8是示出了产生突然的电压骤升并检测该产生结果的操作的波形图，图9是示出了产生突然的电压骤降并检测该产生结果的操作的波形图。

参考图8，在时段S11中产生电压骤升后，在时段S12（即经过半周期后的时段）中可检测到电压骤升，并且，如图9所示，在时段S21中产生电压骤降后，可在时段S22（即经过半周期后的时段）中检测到电压骤降。

这样，通过计算商用电压幅度的方法，根据本发明一个实施方式的电力质量监测装置能够检测诸如高速的电压骤升和电压骤降的电力质量。

以下将介绍根据本发明的另一实施方式的电力质量监测方法。

图10是示出了根据本发明另一实施方式的监测电力质量的过程的操作流程图。

参考图10，计算施加的商用电压的绝对值（S200）。也就是说，进行计算以使正弦波形的商用电压通过商用电压的整流而具有全为正的电压波形。

而且，累计每恒定时段的商用电压的绝对值以输出（S220）。也就是说，商用电压的绝对值被连续求和以累计商用电压的绝对值，并且通过积分每恒定时段的商业电压的绝对值可以在每时段中检测出商用电压的幅度。

此后，每当输出提取控制信号时，采样商用电压的累计最大值的绝对值（S240）。

为此，检测施加的商用电压，并且输出提取控制信号以在每当商用电压达到预定时段时采样商用电压的累计最大值的绝对值。

此外，如图4和图5所示，通过以商用电压的每半周期采样商用电压的累计最大值的绝对值以输出提取控制信号，来维持每半周期的商用电压的累计最大值的绝对值，从而执行控制。

此后，输出复位控制信号，以每当输出复位控制信号时初始化累计的商用电压的绝对值，并且将对累计的商用电压的绝对值进行初始化的处理重复。

此后，通过使用采样的商用电压的累计最大值的绝对值来确定商用电压的质量（S260）。

也就是说，将预定参考电压与采样的商用电压的累计最大值的绝对值相比较，并通过使用比较结果来确定商用电压的质量。将第一预定参考电压、第二预定参考电压与采样的商用电压的累计最大值的绝对值相比较，并通过使用比较结果确定在商用电压中是否产生电压骤升或电压骤降。

例如，如果采样的商用电压的累计最大值的绝对值大于第一参考电压，则可确定产生电压骤升。如果采样的商用电压的累计最大值的绝对值小于第二参考电压，则可确定产生电压骤降。

这样，因为监测电压骤升和电压骤降的时间可以减少到低于商用电压的半周期，其具有这样的优势，即，通过计算商用电压的幅度的方法能够快速监测电力质量并且将计算复杂性最小化。

如上所述，根据本发明一个实施方式的电力质量监测装置及其方法，相比诸如现有技术的计算RMS（均方根）的方法，具有可以以快的速度检测商用电压的诸如电压骤升和电压骤降的电力质量的优势。

具体地，具有这样的优势，即，通过将基于商用电压的幅度的结果与参考电压相比较来监测电力质量可以快速地检测电压骤升和电压骤降，并且可以降低计算的复杂性。

也就是说，具有检测电压骤升和电压骤降的时间可以减少到低于商用电压的半周期的优势。

因此，具有可以改善电力质量监测装置的可靠性的优势。

以上描述示出了了本发明。另外，以上描述仅示出和解释了本发明的优选实施方式，但应当理解，本发明能够以各种其它组合、修改和环境中使用，并且能够在如本文所表述的、与上述教导和/或相关领域的技能或知识匹配的本发明构思范围内进行改变和更改。上文描述的实施方式进一步旨在解释实施本发明的最佳方式，并且使得本领域的普通技术人员能够这样的或以特定应用所需的其他实施方式以及各种修改利用本发明和/或使用本发明。因此，描述不是为了将本发明限于本文披露的形式。并且，意旨所附权利要求解释成包括可替换的实施方式。

Claims (22)

1.一种电力质量监测装置，包括：

计算单元，用于计算施加的商用电压的绝对值；

累计单元，用于每恒定时段累计施加的商用电压的绝对值以输出；

提取单元，用于采样每时段的所述商用电压的累计最大值的绝对值；以及

确定单元，用于通过使用采样的商用电压的累计最大值的绝对值来确定所述商用电压的质量。

2.根据权利要求1所述的电力质量监测装置，还包括控制单元，所述控制单元通过监测施加的商用电压执行控制，以在每当所述商用电压达到预定时刻时在所述提取单元中采样所述商用电压的累计最大值的绝对值。

3.根据权利要求2所述的电力质量监测装置，其中，所述控制单元在进行控制以采样所述商用电压的累计最大值的绝对值之后，执行控制以初始化所述累计单元中累计的所述商用电压的绝对值。

4.根据权利要求2所述的电力质量监测装置，其中，所述预定时刻是所述商用电压零交叉的时刻。

5.根据权利要求4所述的电力质量监测装置，其中，所述商用电压零交叉的时刻在所述商用电压的每半周期达到。

6.根据权利要求2所述的电力质量监测装置，其中，所述控制单元包括：

检测器，用于通过监测施加的商用电压来检测所述商用电压是否达到所述预定时刻；以及

定时控制器，用于输出提取控制信号至所述提取单元，以使得在所述商用电压达到所述预定时刻时在所述提取单元中采样所述商用电压的累计最大值的绝对值。

7.根据权利要求6所述的电力质量监测装置，其中，所述定时控制器在所述提取控制信号输出至所述提取单元后，进一步输出复位控制信号至所述累计单元以初始化所述累计单元中累计的所述商用电压的绝对值。

8.根据权利要求1所述的电力质量监测装置，其中，所述提取单元是采样和保持电路。

9.根据权利要求1所述的电力质量监测装置，其中，所述商用电压是交流电压。

10.根据权利要求9所述的电力质量监测装置，其中，所述计算单元包括用于整流所述交流电压的整流器。

11.根据权利要求1所述的电力质量监测装置，还包括用于消除施加的商用电压的噪声的噪声消除单元。

12.根据权利要求1所述的电力质量监测装置，还包括用于控制输出的商用电压的绝对值的增益的增益控制单元。

13.根据权利要求1所述的电力质量监测装置，其中，所述确定单元将预定参考电压与采样的商用电压的累计最大值的绝对值相比较，并通过使用比较结果来确定所述商用电压的质量。

14.根据权利要求13所述的电力质量监测装置，其中，所述确定单元将第一预定参考电压、第二预定参考电压与采样的商用电压的累计最大值的绝对值相比较，并通过使用比较结果来确定在所述商用电压中是否产生电压骤升或电压骤降。

15.根据权利要求14所述的电力质量监测装置，其中，所述确定单元包括第一确定设备，所述第一确定设备用于在采样的商用电压的累计最大值的绝对值大于所述第一参考电压的情况下确定产生所述电压骤升。

16.根据权利要求14所述的电力质量监测装置，其中，所述确定单元包括第二确定设备，所述第二确定设备用于在采样的商用电压的累计最大值的绝对值小于所述第二参考电压的情况下确定产生所述电压骤降。

17.一种电力质量监测方法，包括：

计算施加的商用电压的绝对值；

每恒定时段累计所述商用电压的绝对值以输出；

采样每时段的所述商用电压的累计最大值的绝对值；以及

通过使用采样的商用电压的累计最大值的绝对值确定所述商用电压的质量。

18.根据权利要求17所述的电力质量监测方法，在采样每时段的所述商用电压的累计最大值的绝对值之前，还包括：

监测施加的商用电压；以及

每当所述商用电压达到所述预定时刻时输出提取控制信号以采样所述商用电压的累计最大值的绝对值，

其中，采样每时段的所述商用电压的累计最大值的绝对值包括每当输出所述提取控制信号时采样所述商用电压的累计最大值的绝对值。

19.根据权利要求18所述的电力质量监测方法，在输出所述提取控制信号后，还包括：

输出复位控制信号，以初始化累计的商用电压的绝对值，

其中，每恒定时段累计所述商用电压的绝对值以输出包括每当输出所述复位控制信号时初始化累计的商用电压的绝对值。

20.根据权利要求18所述的电力质量监测方法，其中，所述预定时刻是所述商用电压零交叉的时刻。

21.根据权利要求20所述的电力质量监测方法，其中，所述商用电压零交叉的时刻在所述商用电压的每半周期达到。

22.根据权利要求17所述的电力质量监测方法，其中，确定所述商用电压的质量是将第一预定参考电压、第二预定参考电压与采样的商用电压的累计最大值的绝对值相比较，并通过使用比较结果来确定在所述商用电压中是否产生电压骤升或电压骤降。

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