CN103227451A - 一种电网电压欠过压检测保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网电压欠过压检测保护方法，包括步骤：1）将电网电压降低至所需范围；2）将降低后的电压进行处理及采样；3）进行AD转换；4）进行数据处理并发出相应的控制指令，实现补偿设备的保持或切除。本发明还提供了实现该检测保护方法的检测保护装置。本发明能够用于检测电网电压是否属于设定值范围，并根据不同设定值，启动相应的功能，以满足设备的需要，该方法简单可靠，有效降低了电网电压欠过压检测和保护的难度，同时也降低了补偿设备的成本。

Description

一种电网电压欠过压检测保护方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电网电压欠过压检测保护方法及装置。属于电力电子技术领域。 

背景技术

电能作为一种清洁、快捷、输送方便的可控型能源，已经在医疗、冶炼、化工、航空等各个领域得到非常广泛的应用，为了提高电能的质量，各种补偿设备被投入电网，根据《中华人民共和国机械行业标准JB/T11067-2011》中的技术要求，要求补偿设备须有欠过压保护功能。 

目前的欠过压检测保护装置大多利用专用设备，投入和维护成本高；另外，各行业技术人员提出了不同的保护方法，但这些方法大都实现起来比较复杂，对所用元件精度要求比较高，增加了设备的成本和设备的不稳定性。 

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种电网电压欠过压检测保护方法及装置。 

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案： 

一种电网电压欠过压检测保护方法，包括步骤： 

1）将电网电压降低至所需范围； 

2）将降低后的电压进行处理及采样； 

3）进行AD转换； 

4）进行数据处理并发出相应的控制指令，实现补偿设备的保持或切除。 

所述步骤1）将电网电压降低至信号VIN，所述步骤2）利用分压电路提供基准电压V+，并通过比较放大电路输出信号VO1，以满足AD转换使用，所述步骤4）根据设定保护值，并所得到的信号将处理成相应的控制指令信号，并生成的控制指令信号，通过断开或合闭相应的继电器实现不同的功能切换，将补偿设备设定在保持、投入或切除状态。 

实现上述检测保护方法的检测保护装置，包括依次连接的： 

同步变压单元，用于将电网电压降低至所需范围； 

电压处理及采样单元，用于将降低后的电压进行处理及采样； 

AD转换单元，用于进行AD转换； 

数据处理及动作执行单元，用于进行数据处理并发出相应的控制指令，实现补偿设备的保持或切除。 

所述同步变压单元为三相四线同步变压器，采用初级为A/B/C三相进线，次级为带中线抽头的A1/B1/C1/N1四线出线，变比为390V:28V，功率为100W以下的同步变压器。 

所述电压处理及采样单元为三路相同的电路，其中每一路电路包括电阻R4、电阻R5组成的分压电路，以提供基准电压V+；以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、运放A1A、电阻R6组成的比较放大电路，电阻R2为采样电阻，以使信号VO1取得供AD转换单元使用的值。 

电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6值由公式 

$\mathrm{VO}1=(\frac{R3+R6}{R3}-\frac{R6*R2}{R3(R3+R2)})V_{-}-\frac{R6*R2}{R3(R1+R2)}\mathrm{VIN}$ 确定。 

每一路电路包括电阻R1～R6，电容C1和运放A1A；信号VIN经电阻R1连至电阻R3，电阻R2一端接地，电阻R2与电容C1并联后连接至电阻R1和电阻R3之间的节点；电阻R3分别连接至运放A1A的负极端以及电阻R6，电阻R6连接至运放A1A的输出端，运放A1A的正极端连接至电阻R4和电阻R5之间的节点，电阻R5接地，运放A1A输出信号VO1，运放A1A连接至15V电源。 

所述数据处理和动作执行单元采用DSP处理器 

本发明的有益效果是，本发明能够用于检测电网电压是否属于设定值范围，并根据不同设定值，启动相应的功能，以满足设备的需要，该方法简单可靠，有效降低了电网电压欠过压检测和保护的难度，同时也降低了补偿设备的成本。 

附图说明

图1为本发明的原理结构图； 

图2为电压处理及采样电路； 

图3为AD转换电路。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。 

实施例1： 

采用初级为A/B/C三相进线，次级为带中线抽头的A1/B1/C1/N1四线出线，变比为390V:28V，功率为100W以下的同步变压器，将电网电压降低至信号VIN，利用分压电路提供基准电压V+，并通过比较放大电路输出信号VO1，以满足AD转换使用，根据设定保护值，并所得到的信号将处理成相应的控制指令信号，并生成的控制指令信号，通过断开或合闭相应的继电器实现不同的功能切换，将补偿设备设定在保持、投入或切除状态。 

电压处理及采样单元为三路相同的电路，其中每一路电路包括电阻R4、电阻R5组成的分压电路，以提供基准电压V+；以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、运放A1A、电阻R6组成的比较放大电路，电阻R2为采样电阻，以使信号VO1取得供AD转换单元使用的值。 

电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6值由公式 

$\mathrm{VO}1=(\frac{R3+R6}{R3}-\frac{R6*R2}{R3(R3+R2)})V_{-}-\frac{R6*R2}{R3(R1+R2)}\mathrm{VIN}$ 确定。 

每一路电路包括电阻R1～R6，电容C1和运放A1A；信号VIN经电阻R1连至电阻R3，电阻R2一端接地，电阻R2与电容C1并联后连接至电阻R1和电阻R3之间的节点；电阻R3分别连接至运放A1A的负极端以及电阻R6，电阻R6连接至运放A1A的输出端，运放A1A的正极端连接至电阻R4和电阻R5之间的节点，电阻R5接地，运放A1A输出信号VO1，运放A1A连接至15V电源。 

如图2所示的A/B/C三路处理及采样电路，电阻R4、电阻R5、电阻R6为阻值10KΩ的电阻，运放A1A为集成芯片TL084ID，电阻R1、电阻R3为阻值30KΩ的电阻，电阻R2为阻值6.2KΩ的电阻，电容C1为0.1μF的滤波电容，可将VIN信号处理成满足本发明要求的信号VO1，信号VO1的波动范围为（0.04V，3.3V）。 

由同阻值的电阻R4、电阻R5组成的分压电路得V+=1.25V，由运放A1A输入端虚短得V-=V+，进一步分析得： 

$\mathrm{VO}1=(\frac{R3+R6}{R3}-\frac{R6*R2}{R3(R3+R2)})V_{-}-\frac{R6*R2}{R3(R1+R2)}\mathrm{VIN}.$

根据VO1的波动范围，本发明VO1的波动范围为（0.04V，3.3V），根据VO1的波动范围，可以确定电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R6的值，电容C1为0.1μF的滤波电容，该电路可将VIN信号处理成可输入AD转换单元的信号VO1。 

AD转换单元为图3所示的AD转换电路，包括集成芯片AD7938BSUZ，2.5V外置基准电源作为参考电压，滤波电感L1，本发明中L1为PSCD0504T-220M-S，电容C2、电容C3构成5V电源滤波电路，电容C4、电容C5构成3.3V电源滤波电路，电容C6构成2.5V基准电源滤波电路，其中电容C2、电容C4为10μF/16V钽电容，电容C3、电容C5、电容C6为0.1μF的电容，将VO1（VO1A/VO1B/VO1C三个信号）处理成数字信号供数据处理单元使用。 

数据处理和动作执行单元采用DSP处理器进行数据处理并发出相应的控制指令，通过断开或合闭相应的继电器实现补偿设备的保持或切除。采用快速处理器DSP2812进行数据处理，根据设定保护值，并所得到的信号将处理成相应的控制指令信号，并生成的控制指 令信号，通过断开或合闭相应的继电器实现不同的功能切换，将补偿设备设定在保持、投入、切除等状态。 

具体计算过程如下： 

由电阻R4/R5确定参考电压V+，为了得到最大变化范围取R4=R5，根据集成芯片TL084ID特性及省电原则，选取R4和R5为10KΩ，可得V-=1.25V，R6为负反馈，取其值为10KΩ，由公式（1），得VO1=(1.25+1.25*10/R5-VIN*10/R5)V，为了得到VO1最大变范围，又有电网电流有正负之分，则有2VO1<3.3V，设VIN=0V，则有VO1<1.65V，则有R3>31.25KΩ，取R3为30KΩ整数值，便于计算VO1。 

设V+为零，同样的方法可推到出，R1取30KΩ便于计算。 

VO1输出到AD转换单元，AD转换单元分辨率(resolution)为： 

$\mathrm{Vres}=\frac{1}{4095}*5*1000\mathrm{mV}=1.221\mathrm{mV}.$

又由JB/T11067--2011标准得，电网电压波动15%的情况下，设备应能正常工作，则电网最大电压为380*1.15=437V，取442V，即可满足要求，同步变压器变比为390/28=13.928。 

则此时VIN最大值为： $V\max =\frac{442}{13.928*\sqrt{3}}*\sqrt{2}=25.92V.$

由图2得， $V_{\max }*\frac{R4}{30+R4}*\frac{1}{3}<=1.6V,$

得：R4<=6.775KΩ。 

取R4=6.2KΩ，尽可能在满足条件的情况下，提高R4的值则输出分辨率降低，降低R4的值则输出分辨率降低，折中的方法，取R4为6.2KΩ，R1=R5，提高AD输入端对电网电压的分辨率Vvres。 

此时Vvres为： 

$\mathrm{Vvres}=\frac{58.6227}{1000}*\frac{6.2}{30+6.2}*\frac{1}{3}=3.3467\mathrm{mV}>1.221\mathrm{mV}$

$V\max =(25.92+1.25)*\frac{6.2}{30+6.2}*\frac{1}{3}=1.55114V<1.6V.$

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (7)

1.一种电网电压欠过压检测保护方法，其特征在于，包括步骤：

1）将电网电压降低至所需范围；

2）将降低后的电压进行处理及采样；

3）进行AD转换；

4）进行数据处理并发出相应的控制指令，实现补偿设备的保持或切除。

2.根据权利要求1所述的检测保护方法，其特征在于，所述步骤1）将电网电压降低至信号VIN，所述步骤2）利用分压电路提供基准电压V+，并通过比较放大电路输出信号VO1，以满足AD转换使用，所述步骤4）根据设定保护值，并所得到的信号将处理成相应的控制指令信号，并生成的控制指令信号，通过断开或合闭相应的继电器实现不同的功能切换，将补偿设备设定在保持、投入或切除状态。

3.实现上述任一项权利要求所述的检测保护方法的检测保护装置，其特征在于，包括依次连接的：

同步变压单元，用于将电网电压降低至所需范围；

电压处理及采样单元，用于将降低后的电压进行处理及采样；

AD转换单元，用于进行AD转换；

数据处理及动作执行单元，用于进行数据处理并发出相应的控制指令，实现补偿设备的保持或切除。

4.根据权利要求3所述的检测保护装置，其特征在于，所述同步变压单元为三相四线同步变压器。

5.根据权利要求3所述的检测保护装置，其特征在于，所述电压处理及采样单元为三路相同的电路，其中每一路电路包括电阻R4、电阻R5组成的分压电路，以提供基准电压V+；以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、运放A1A、电阻R6组成的比较放大电路，电阻R2为采样电阻，以使信号VO1取得供AD转换单元使用的值；电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6值由公式

$\mathrm{VO}1=(\frac{R3+R6}{R3}-\frac{R6*R2}{R3(R3+R2)})V_{-}-\frac{R6*R2}{R3(R1+R2)}\mathrm{VIN}$ 确定。

6.根据权利要求5所述的检测保护装置，其特征在于，所述每一路电路包括电阻R1～R6，电容C1和运放A1A；信号VIN经电阻R1连至电阻R3，电阻R2一端接地，电阻R2与电容C1并联后连接至电阻R1和电阻R3之间的节点；电阻R3分别连接至运放A1A的负极端以及电阻R6，电阻R6连接至运放A1A的输出端，运放A1A的正极端连接至电阻R4和电阻R5之间的节点，电阻R5接地，运放A1A输出信号VO1，运放A1A连接至15V电源。

7.根据权利要求3所述的检测保护装置，其特征在于，所述数据处理和动作执行单元采用DSP处理器。

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