CN105137365A - 三相电源监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源监测和无线通信技术领域，公开了一种三相电源监测系统，包括电压信号模块、电压互感器、第一AD736模块、电流信号模块、电流互感器、LM741模块、第二AD736模块、MCU模块和电源异常处理模块等。还公开了三相电源监测方法，通过电压监测方法、电流监测方法和相序监测方法，实现对三相电源的工作状况的监测。本发明实现对三相电源的电压进行检测，判断是否欠压、过压；对三相电源的电流进行检测，判断是否欠流、过流；对三相电源的相序进行检测，判断是否缺相、错相；实现提醒工作人员对电源异常进行处理；同时对被检测三相电源的状态参数进行存储并远程监测。

Description

三相电源监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及电源监测和无线通信技术领域，特别是一种三相电源监测系统及监测方法。

背景技术

随着科学技术的发展，电器设备的普及，人民的生活得到了大幅度的提高，但人们对这些电器设备需求的增加，也就造成了电力系统越来越复杂。目前，电力系统的供电方式大多采用三相制，如果发生某一相断线或错相连接，便会产生缺相或错相的不正常运行状态，另外，由于一些大功率电器等的冲击性负荷工作对电网造成干扰，产生过压、欠压、过流、欠流等现象，都会对电源产生影响。如果用电设备长时间处于这种情况下工作，轻则损坏用电设备，重则引发火灾，危机人身安全。因此对电源的欠压、过压、欠流、过流、缺相、错相等进行监测具有很重要的现实意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种三相电源监测系统及监测方法，能够实现对三相电源的电压电流和相序进行监测，并对三相电源进行远程开关控制和处理。

本发明采取的技术方案是：

一种三相电源监测系统，其特征是，包括电压信号模块、电压互感器、第一AD736模块、电流信号模块、电流互感器、LM741模块、第二AD736模块、MCU模块和电源异常处理模块，所述电压信号模块、电压互感器、第一AD736模块依次连接至所述MCU模块，所述电流信号模块、电流互感器、LM741模块、第二AD736模块依次连接至所述MCU模块，所述电压信号模块连接所述三相电源给所述电压互感器提供三相电压，所述电压互感器将采集到的高电压转换成低电压，所述第一AD736模块将接收到的低电压转换成直流电压有效值，并传送至所述MCU模块；所述电流信号模块连接所述三相电源给所述电流互感器提供三相电流，所述电流互感器将采集到的高电流信号转换成低电流信号，所述LM741模块将接收到的低电流信号转换成低电压信号并进一步通过第二AD736模块转换成直流电压有效值，并传送至所述MCU模块，所述MCU模块将所述第一AD736模块和第二AD736模块传送来的直流电压有效值转换成三相电源的实际电压值和电流值，并将实际电压值、电流值与预设的过压阈值、欠压阈值、过流阈值、欠流阈值进行比较，判断是否存在欠压、过压、欠流、过流现象，并将判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理。

进一步，所述三相电源监测系统还包括相序监测模块，所述相序监测模块均连接至所述MCU模块，所述相序监测模块对所述三相电源进行缺相检测和正逆相序检测，并将检测信号发送至所述MCU模块，所述MCU模块将检测信号判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理。

进一步，所述三相电源监测系统还包括相序纠正模块，所述相序纠正模块连接至所述MCU模块，当所述电源异常处理模块得到的判断结果为错相时，所述电源异常处理模块通过所述相序纠正模块对所述三相电源进行相位纠正。

进一步，所述三相电源监测系统还包括报警器、显示屏，所述报警器和显示屏均连接至所述MCU模块，当所述MCU模块得到所述三相电源异常时，所述MCU模块控制所述报警器报警，控制所述显示屏显示电源异常信息。

进一步，所述三相电源监测系统还包括远程监控中心、WIFI模块、路由器模块和电源开关控制模块，所述电源开关控制模块与所述MCU模块连接，所述WIFI模块连接所述MCU模块和所述路由器模块，所述路由器模块连接所述远程监控中心，所述WIFI模块接收所述MCU模块发送的电源状态参数，并将其发送到路由器模块，所述路由器模块接收WIFI模块发送的电源状态参数再将其发送给远程监控中心，所述远程监控中心对电源状态参数进行存储监控，并通过所述路由器模块和WIFI模块向MCU模块发送命令，通过所述电源开关控制模块控制三相电源的开关。

进一步，所述三相电源监测系统还包括备用电源，所述MCU模块判断所述三相电源为异常时，所述备用电源启用。

一种上述的三相电源监测系统的监测方法，其特征是，包括电压监测方法、电流监测方法和相序监测方法，所述电压监测方法的步骤如下：

（11）所述电压信号模块得到所述三相电源的交流电高电压信号发送至所述电压互感器；

（12）所述电压互感器将采集到的高电压转换成低电压并传送给所述第一AD736模块；

（13）所述第一AD736模块将接收到的低电压转换成直流电压有效值，并传送至所述MCU模块；

（14）所述MCU模块将所述第一AD736模块传送来的直流电压有效值转换成三相电源的实际电压值；

（15）所述MCU模块将实际电压值与预设的过压阈值、欠压阈值进行比较，判断是否存在欠压、过压现象，并将判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理，

所述电流监测方法的步骤如下：

（21）所述电流信号模块得到所述三相电源的交流电电流信号发送至所述电流互感器；

（22）所述电流互感器将采集到的高电流信号转换成低电流信号并传送至所述LM741模块；

（23）所述LM741模块将接收到的低电流信号转换成低电压信号并通过第二AD736模块进一步转换成直流电压有效值，并传送至所述MCU模块；

（24）所述MCU模块将所述第二AD736模块传送来的直流电压有效值转换成三相电源的实际电流值；

（25）所述MCU模块将实际电流值与预设的过流阈值、欠流阈值进行比较，判断是否存在欠流、过流现象，并将判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理。

进一步，还包括相序监测方法，所述相序监测方法的步骤如下：

（31）所述相序监测模块对所述三相电源进行缺相检测和正逆相序检测；

（32）所述相序监测模块将检测信号发送至所述MCU模块；

（33）所述MCU模块将检测信号判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理。

进一步，所述监测方法还包括通过远程监控中心、WIFI模块、路由器模块和电源开关控制模块实现远程控制的方法，所述WIFI模块接收所述MCU模块发送的电源状态参数，并将其发送到路由器模块，所述路由器模块接收WIFI模块发送的电源状态参数再将其发送给远程监控中心，所述远程监控中心对电源状态参数进行存储监控，并通过所述路由器模块和WIFI模块向MCU模块发送命令，通过所述电源开关控制模块控制三相电源的开关。

本发明的有益效果是：

(1)将三相电源状态参数采集与无线数据通信系统集成，通过无线数据传输网络对三相电源状态参数进行传输并存储监控；

(2)采用单片机技术对数据进行采集、处理，出现异常情况控制报警器报警，具有高性能、高速度、低功耗、低成本等优点；

(3)对三相电源异常情况进行分类处理；

(4)远程控制三相电源的开关。

附图说明

附图1三相电源监测应用示意图；

附图2为相序监测流程图；

附图3电压采集流程图；

附图4为电压、电流监测流程图；

附图5为电源异常情况处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明三相电源监测系统及监测方法的具体实施方式作详细说明。

参见附图1，三相电源监测系统包含电压信号模块、电压互感器、第一AD736模块、相序监测模块、MCU模块、电流信号模块、电流互感器、LM741模块、第二AD736模块、报警器、电源开关控制模块、电源异常处理模块、WIFI模块、路由器模块、远程监控中心。电压信号模块和电流信号模块分别提供电压信号和电流信号。电压互感器主要完成电压信号的采集，将高电压按一定比例转换成低电压，便于进行测量，确保操作人员和仪表的安全。AD736模块主要是用电压转换芯片AD736将交流电压转换成其有效值。相序监测模块是对输入的三相电压信号进行缺相检测和正、逆相序检测，当出现此状态时，向MCU模块发送状态指示命令。电流互感器主要起到电流变换和电器隔离的作用，将数值较大的电流按一定变换比例转换为数值较小的电流，便于测量。LM741模块是利用LM741运算放大器将输入的电流信号转换成电压信号。报警器具有报警功能，当电源异常时提醒工作人员过来处理。电源开关控制模块可实现对电源进行远程开关控制，当需要对设备进行维修，出现雷雨天气等情况时，可在远程监控中心向MCU模块发送命令对其进行控制。电源异常处理模块，可对三相电源的各种异常进行分类处理，保护用电设备和正常工作。MCU模块用于对输入的电压值进行AD转换，然后再换算处理得到三相交流电源的实际电压值和电流值，将实际电压值、电流值与设定的过压阈值、欠压阈值、过流阈值、欠流阈值进行比较，判断是否存在欠压、过压、欠流、过流现象，同时和相序监测模块检测的三相电源缺相和正、逆相序状态显示在TFTLCD显示屏上；控制报警器，当监测到电源异常时向报警器发送报警命令；向电源开关控制模块发送开关命令，实现对电源的开关远程控制；控制电源异常处理模块，对电源的异常情况进行分类处理；将采集到的电源状态参数(包括电压值、电流值及是否出现欠压、过压、欠流、过流、错相、缺相)发送到WIFI模块。WIFI模块接收MCU模块发送的电源状态参数，并将其发送到路由器同时接收路由器返回的电源开关控制命令。路由器模块接收WIFI模块发送的电源状态参数再将其发送给远程监控中心，同时将远程监控中心发送的电源开关控制命令发送给WIFI模块。远程监控中心对电源状态参数进行存储监控，并向MCU模块发送命令，远程控制电源的开关。

具体地说，首先由电压信号模块向电压互感器输入三相电源电压信号，电压互感器将此高电压信号按一定比例转换成低电压信号，并将其输送到第一AD736模块和相序监测模块，第一AD736模块将电压信号转换成其有效值输送到MCU模块，同时相序监测模块对输入的电压信号进行检测，看是否存在缺相和错相现象，并向MCU模块输送相应的异常命令指示，若存在错相、缺相，MCU模块向报警器发命令报警，并控制电源异常处理模块进行异常处理。另外，电流信号模块向电流互感器输送三相电源电流信号，电流互感器将此高电流信号按一定比例转换成低电流信号，并将其输送到LM741模块,LM741模块将输入的电流信号转换成电压信号，并输送到第二AD736模块，第二AD736模块将电压信号转换成其有效值输送到MCU模块，MCU模块对输入的电压信号进行AD转换、处理换算成实际电压值，电流值。并将实际电压、电流值与事先设定的过压阈值、欠压阈值、过流阈值、欠流阈值进行比较，判断是否存在欠压、过压、欠流、过流现象，若存在此现象则向报警器发送命令报警，同时控制电源异常处理模块进行异常处理。同时MCU模块在其TFTLCD显示屏上显示三相电源状态参数（包括实际电压值、电流值及是否存在欠压、过压、欠流、过流、缺相、错相）。MCU模块将三相电源状态参数发送到WIFI模块，由WIFI模块发送到路由器，再由路由器发送到远程监控中心进行存储监控，同时远程监控中心可向MCU模块发送命令控制电源开关控制模块，对电源的开关进行控制。

上述三相电源系统的方法如下：

首先，由电压信号模块提供三相电源的电压信号，并输送到电压互感器，电压互感器将此高电压信号按一定的比例转换成低电压信号，再输送到第一AD736模块和相序监测模块，第一AD736模块用其电压转换芯片AD736将交流电压转换成其有效值输送给MCU模块，相序监测模块对输入的三相电压信号进行缺相检测和相序检测，并将检测结果用高低电平方式发送给MCU模块。

电流信号模块提供三相电源的电流信号，输送给电流互感器，电流互感器将此高电流信号按一定的比例转换成低电流信号，并输送到LM741模块，LM741模块将输入的电流信号转换成电压信号，再输送到第二AD736模块，第二AD736模块用其电压转换芯片AD736将交流电压转换成其有效值输送给MCU模块。

MCU模块对由电压信号模块和电流信号模块得到的电压值进行AD转换，然后再换算处理得到三相交流电源的实际电压值和电流值，将实际电压值、电流值与设定的过压阈值、欠压阈值、过流阈值、欠流阈值进行比较，判断是否存在欠压、过压、欠流、过流现象，同时和相序监测模块检测的三相电源缺相和正、逆相序状态显示在TFTLCD显示屏上；将三相电源的状态参数发送到WIFI模块；控制报警器，当三相电源出现欠压、过压、欠流、过流、错相、缺相时，向报警器发送报警命令，提醒工作人员出现异常情况；控制电源异常处理模块，对三相电源的异常进行分类处理；控制电源开关控制模块，对三相电源进行远程开关控制。

WIFI模块将接收到的MCU模块发送的三相电源状态参数发送到路由器，再由路由器发送给远程监控中心，对电源状态参数进行存储监控，当出现重大雷雨天气或需要对设备维修等时，可由远程监控中心向MCU模块发送电源开关控制命令，控制电源的开关。

参见附图2，三相电源电压信号A、B、C分别进入正弦检测，然后将采样信号进行缺相检测，如果缺A相就向MCU模块发送缺A命令，缺B相就向MCU模块发送缺B命令，缺C相就向MCU模块发送缺C命令；若不缺相就进行相序判断，若错相就向MCU模块发送逆序命令，否则就发送正序命令。

参见附图3，首先将高交流电压信号输送到电压互感器进行降压处理，再输送到AD736模块转换为直流电压有效值，同时将高交流电流信号输送到电流互感器进行降流处理，用LM741将此交流电流信号转换成交流电压信号，再将低交流电压信号输送到AD736模块转换为直流电压有效值。

参见附图4，首先进行模拟电压信号采集，然后对其进行AD转换，转换后的值经过MCU模块处理换算成实际的电压值、电流值并送到服务器进行存储，同时把电压值、电流值输送到TFTLCD显示屏上显示，此外将实际电压值、电流值与事先设定的过压阈值、欠压阈值、过流阈值、欠流阈值进行比较，判断是否存在欠压、过压、欠流、过流现象，得到三相电源状态，如果出现异常，则进行异常处理，同时进行报警。没有出现异常，则继续与设定值进行比较，得到电压电流状态。

参见附图5，如果出现异常，若为错相异常，则用相序纠正模块对三相电源相序进行纠正,然后恢复正常相序进行供电；若为缺相异常，则切换到备用电源对用电设备进行供电；若出现过流、欠流、过压、欠压，则切断电源，然后判断是否恢复正常值，若恢复正常值，则恢复电源供电，若没恢复正常值，则判断异常时间是否超过一分钟（时间可自由设置），若没有，继续判断是否恢复正常值，若异常时间超过一分钟，则切换到备用电源对用电设备进行供电，同时也对电压、电流值进行判断，看是否恢复正常值，若否，则继续用备用电源供电，若恢复正常值，则切换回原三相电源对用电设备进行供电。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种三相电源监测系统，其特征在于：包括电压信号模块、电压互感器、第一AD736模块、电流信号模块、电流互感器、LM741模块、第二AD736模块、MCU模块和电源异常处理模块，所述电压信号模块、电压互感器、第一AD736模块依次连接至所述MCU模块，所述电流信号模块、电流互感器、LM741模块、第二AD736模块依次连接至所述MCU模块，所述电压信号模块连接所述三相电源给所述电压互感器提供三相电压，所述电压互感器将采集到的高电压转换成低电压，所述第一AD736模块将接收到的低电压转换成直流电压有效值，并传送至所述MCU模块；所述电流信号模块连接所述三相电源给所述电流互感器提供三相电流，所述电流互感器将采集到的高电流信号转换成低电流信号，所述LM741模块将接收到的低电流信号转换成低电压信号并进一步通过第二AD736模块转换成直流电压有效值，并传送至所述MCU模块，所述MCU模块将所述第一AD736模块和第二AD736模块传送来的直流电压有效值转换成三相电源的实际电压值和电流值，并将实际电压值、电流值与预设的过压阈值、欠压阈值、过流阈值、欠流阈值进行比较，判断是否存在欠压、过压、欠流、过流现象，并将判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理。

2.根据权利要求1所述的三相电源监测系统，其特征在于：所述三相电源监测系统还包括相序监测模块，所述相序监测模块均连接至所述MCU模块，所述相序监测模块对所述三相电源进行缺相检测和正逆相序检测，并将检测信号发送至所述MCU模块，所述MCU模块将检测信号判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理。

3.根据权利要求2所述的三相电源监测系统，其特征在于：所述三相电源监测系统还包括相序纠正模块，所述相序纠正模块连接至所述MCU模块，当所述电源异常处理模块得到的判断结果为错相时，所述电源异常处理模块通过所述相序纠正模块对所述三相电源进行相位纠正。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的三相电源监测系统，其特征在于：所述三相电源监测系统还包括报警器、显示屏，所述报警器和显示屏均连接至所述MCU模块，当所述MCU模块得到所述三相电源异常时，所述MCU模块控制所述报警器报警，控制所述显示屏显示电源异常信息。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的三相电源监测系统，其特征在于：所述三相电源监测系统还包括远程监控中心、WIFI模块、路由器模块和电源开关控制模块，所述电源开关控制模块与所述MCU模块连接，所述WIFI模块连接所述MCU模块和所述路由器模块，所述路由器模块连接所述远程监控中心，所述WIFI模块接收所述MCU模块发送的电源状态参数，并将其发送到路由器模块，所述路由器模块接收WIFI模块发送的电源状态参数再将其发送给远程监控中心，所述远程监控中心对电源状态参数进行存储监控，并通过所述路由器模块和WIFI模块向MCU模块发送命令，通过所述电源开关控制模块控制三相电源的开关。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的三相电源监测系统，其特征在于：所述三相电源监测系统还包括备用电源，所述MCU模块判断所述三相电源为异常时，所述备用电源启用。

7.一种如权利要求3所述的三相电源监测系统的监测方法，其特征在于：包括电压监测方法、电流监测方法和相序监测方法，所述电压监测方法的步骤如下：

（11）所述电压信号模块得到所述三相电源的交流电高电压信号发送至所述电压互感器；

（12）所述电压互感器将采集到的高电压转换成低电压并传送给所述第一AD736模块；

（13）所述第一AD736模块将接收到的低电压转换成直流电压有效值，并传送至所述MCU模块；

（14）所述MCU模块将所述第一AD736模块传送来的直流电压有效值转换成三相电源的实际电压值；

（15）所述MCU模块将实际电压值与预设的过压阈值、欠压阈值进行比较，判断是否存在欠压、过压现象，并将判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理，

所述电流监测方法的步骤如下：

（21）所述电流信号模块得到所述三相电源的交流电电流信号发送至所述电流互感器；

（22）所述电流互感器将采集到的高电流信号转换成低电流信号并传送至所述LM741模块；

（23）所述LM741模块将接收到的低电流信号转换成低电压信号并通过第二AD736模块进一步转换成直流电压有效值，并传送至所述MCU模块；

（24）所述MCU模块将所述第二AD736模块传送来的直流电压有效值转换成三相电源的实际电流值；

（25）所述MCU模块将实际电流值与预设的过流阈值、欠流阈值进行比较，判断是否存在欠流、过流现象，并将判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理。

8.根据权利要求7所述的三相电源监测方法，其特征在于：还包括相序监测方法，所述相序监测方法的步骤如下：

（31）所述相序监测模块对所述三相电源进行缺相检测和正逆相序检测；

（32）所述相序监测模块将检测信号发送至所述MCU模块；

（33）所述MCU模块将检测信号判断结果发送至所述电源异常处理模块进行处理。

9.根据权利要求7或8所述的三相电源监测方法，其特征在于：所述监测方法还包括通过远程监控中心、WIFI模块、路由器模块和电源开关控制模块实现远程控制的方法，所述WIFI模块接收所述MCU模块发送的电源状态参数，并将其发送到路由器模块，所述路由器模块接收WIFI模块发送的电源状态参数再将其发送给远程监控中心，所述远程监控中心对电源状态参数进行存储监控，并通过所述路由器模块和WIFI模块向MCU模块发送命令，通过所述电源开关控制模块控制三相电源的开关。