CN107887880A - 一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法 - Google Patents
一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法，其包括接入外部电源的防浪涌保护模块、电流电压测量及切换模块、连接负载的电子保护开关模块、微处理器及外围电路模块，所述微处理器与所述电流电压测量及切换模块、所述电子保护开关模块电信号连接，所述电流电压测量及切换模块包括设置在所述防浪涌保护模块输出电路上的量程逐渐增大的电流互感器、通过电压变换器与所述防浪涌保护模块输出端连接的测量芯片、设置在所述电流互感器输出端的漏电流传感器，每个所述电流互感器分别通过继电器开关与所述微处理器电气连接。本发明可学习用电设备的工作特征，自动辨识设备的工作状态与特点；实现过载、短路以及漏电的自适应保护。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种控制器，特别是涉及一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法。
【背景技术】
目前，人们的生活无法离开电力，普通家庭生活中的各种家电，每个企业中的办公设备以及制造设备，甚至是人们出行工具中的新能源电力汽车等等，越来越多的电力产品出现在各个领域。在这些电力产品中，充电电源显得必不可少。对与各个电力产品的工作状态的监控和电器保护也变得尤为重要。
【发明内容】
本发明的主要目的之一在于提供一种智能单相用电识别保护控制器，可自动学习用电设备的工作特征，自动辨识设备的工作状态与特点；实现过载、短路以及漏电的自适应保护；且控制精度高。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种智能单相用电识别保护控制器，其包括接入外部电源的防浪涌保护模块、电流电压测量及切换模块、连接负载的电子保护开关模块、微处理器及外围电路模块，所述微处理器与所述电流电压测量及切换模块、所述电子保护开关模块电信号连接，所述电流电压测量及切换模块包括设置在所述防浪涌保护模块输出电路上的量程逐渐增大的电流互感器、通过电压变换器与所述防浪涌保护模块输出端连接的测量芯片、设置在所述电流互感器输出端的漏电流传感器，每个所述电流互感器分别通过继电器开关与所述微处理器电气连接。
本发明的另一目的在于提供一种智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其包括以下步骤，
S1：初始化程序；
S2：执行交流采集及切换逻辑；
S3：执行有效值及功率、功角读取逻辑；
S4：执行电流谐波畸变率计算逻辑；
S5：执行状态学习与存储逻辑；
S6：执行状态辨识与搜索逻辑；
S7：执行短路与过载自适应保护逻辑；
S8：执行漏电保护与电压异常保护逻辑；
S9：执行WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑；
S10：执行人机界面处理逻辑；
S11：重复执行步骤S2～S9。
与现有技术相比，本发明一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法的有益效果在于：在无需增加其他传感器的情况下，只通过测量与记录单相用设备的电流、电压、功率因数、谐波畸变率等电气特征的组合，进行学习用电设备的工作特征，自动辨识设备的工作状态与特点；通过其供电特征自动调整供电回路的过载保护、短路保护以及漏电保护的设定值，实现自适应保护；通过WIFI无线网络与手机APP进行数据交换，可实现对用电设备的工作特征显示、电参量监测、保护动作信息提示、远程通、断电等功能。
【附图说明】
图1为本发明实施例的模块化电路控制原理示意图；
图2为本发明实施例的主控制逻辑流程示意图；
图3为图2中交流采集及切换逻辑的控制流程示意图；
图4为图2中有效值及功率、功角读取逻辑的控制流程示意图；
图5为图2中电流谐波畸变率计算逻辑的控制流程示意图；
图6为图2中状态学习与存储逻辑的控制流程示意图；
图7为图2中状态辨识与搜索逻辑的控制流程示意图；
图8为图2中短路与过载自适应保护的控制流程示意图；
图9为图2中漏电保护与电压异常保护的控制流程示意图；
图10为漏电流保护动作曲线图；
图11为图2中WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑的控制流程示意图。
【具体实施方式】
实施例：
请参照图1，本实施例为智能单相用电识别保护控制器，其包括接入外部电源的防浪涌保护模块1、电流电压测量及切换模块2、连接负载的电子保护开关模块3以及微处理器MCU及外围电路模块4，微处理器MCU与电流电压测量及切换模块2、电子保护开关模块3电信号连接。
防浪涌保护模块1主要由防浪涌保护电路和AC/DC电源模块组成。所述防浪涌保护电路主要作用是保护后端电路不受雷电波侵入时造成损坏，主要由压敏电阻、共模电感以及X电容和Y电容构成。所述AC/DC电源模块，是高频开关电源，将AC220V电压变换成DC5V为控制器提供电源，同时具有隔离外部强电干扰的作用。
电流电压测量及切换模块2包括设置在防浪涌保护模块1输出电路上的的三个量程逐渐增大的电流互感器TA1～TA3、通过电压变换器TV与防浪涌保护模块1输出端连接的测量芯片、设置在电流互感器TA1～TA3输出端的漏电流传感器TA4。电流互感器TA1、TA2、TA3分别通过继电器开关J1、J2、J3与微处理器MCU电气连接。
电压变换器TV将AC220V变换成微处理器可以处理识别的交流信号Uln，Uln信号一路进入到所述测量芯片中，另一路进入到微处理器MCU的ADC转换电路中。TA1～TA3是三个具有不同测量量程的电流互感器，TA3量程最大，TA1量程最小。TA4是漏电流传感器，电源的L、N导线从漏电流传感器TA4中穿过，如果出现漏电时，由于L、N导线中的电流形成的合成磁场不再为零，漏电流传感器TA4会形成输出漏电流输出ILD。J1、J2、J3为切换继电器开关，微处理器MCU通过J1ctr～J3ctr分别控制J1～J3的闭合来选择其中的一个电流互感器导通，从而选择最适合的量程来测量电流Iln，电流Iln信号一路进入到所述测量芯片中，另一路进入到微处理器MCU的ADC转换电路中。所述测量芯片是采用硬件电路构成测量电流Iln、电压Uln有效值以及功率Pln，功角PFln专用芯片，其特点是测量精度高，稳定可靠，微处理器MCU通过SPI2接口和所述测量芯片进行数据读取和初始化等。
电子保护开关模块3包括电子保护开关S1和电子开关驱动电路。电子保护开关S1是静态电子开关，微处理器MCU通过S1ctr控制信号经过所述电子开关驱动电路来控制S1的导通与关断。当控制检测到负载出现过载、短路和漏电时，控制电子保护开关S1迅速的关断，避免线路和设备损坏。同时，可通过APP进行远程的通断控制。
外围电路模块4包括与微处理器MCU电气连接的WIFI电路、存储器EEPROM、OLED显示及按键单元以及过载指示GZ_LED、短路指示DL_LED和漏电指示LD_LED。WIFI电路负责和外部的无线路由器进行数据通讯，数据最终和手机的APP相连接，将控制测量的数据、保护信息以及一些状态传输到APP上，微处理器MCU和WIFI电路采用SPI通讯接口。存储器EEPROM是非易失性存储器，主要记录微处理器MCU识别的用电设备特征，如电流、电压、功率，功角等信息，存储器EEPROM和微处理器MCU的通讯是I2C通讯接口。OLED显示及按键单元构成了整个系统的人机交互接口，OLED显示系统的一些主要信息，按键用来设定或查询信息。过载指示GZ_LED、短路指示DL_LED和漏电指示LD_LED三个指示灯采用LED显示。
请参照图2，本实施例智能单相用电识别保护控制器的控制方法包括以下步骤：
S1：初始化程序；
S2：执行交流采集及切换逻辑；
S3：执行有效值及功率、功角读取逻辑；
S4：执行电流谐波畸变率计算逻辑；
S5：执行状态学习与存储逻辑；
S6：执行状态辨识与搜索逻辑；
S7：执行短路与过载自适应保护逻辑；
S8：执行漏电保护与电压异常保护逻辑；
S9：执行WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑；
S10：执行人机界面处理逻辑；
S11：重复执行步骤S2～S9。
其中，请参照图3，步骤S2中的交流采集及切换逻辑包括以下步骤：
S201：交流采集及切换逻辑开始；
S202：微处理器MCU控制J3ctr使J3继电器节点闭合，控制J1ctr、J2ctr使J1，J2继电器节点断开；
S203：读取TA3的输出值I3，启动ADC进行模数转换，测算电流Iac3；
S204：判断电流Iac3是否小于测量门槛Is3，若是，则进行下一步；若不是，则将Iac3转换采样数据写入Iacduf采样数据缓冲区，并执行步骤S211；
S205：控制J2ctr使J2继电器节点闭合，控制J1ctr、J3ctr使J1、J3继电器节点断开；
S206：读取TA2输出值I2，启动ADC进行模数转换，测算电流Iac2；
S207：判断电流Iac2是否小于测量门槛Is2；若是，则进行下一步；若不是，则将Iac2转换采样数据写入Iacduf采样数据缓冲区，并执行步骤S211；
S208：控制J1ctr使J1继电器节点闭合，控制J2ctr、J3ctr使J2、J3继电器节点断开；
S209：读取TA1输出值I1，启动ADC进行模数转换，测算电流Iac1；
S210：将Iac1转换采样数据写入Iacduf采样数据缓冲区；
S211：控制J1ctr、J2ctr、J3ctr使J1、J2、J3继电器节点断开；
S212：读取TV输出值Uln，启动ADC进行模数转换，计算Uln的基波幅值大小Uln1；
S213：读取TA4输出值ILD，启动ADC进行模数转换，测算漏电电流基波幅值ILD1大小，并结束逻辑。
由于负载电流的量程范围和测量精度存在一定的矛盾(量程越大测量精度就越低)。因此本实施例采用三个电流互感器TA1～TA3和三个切换继电器J1～J3进行量程切换测量，TA1～TA3的量程由小到大。控制逻辑通过判断电流的门槛IS3、IS2来进行识别采用最合理的量程测量范围保证测量的精度。其量程选择控制逻辑说明如表1所示。
表1切换量程控制表
| 电流 | TA选择 | J1 | J2 | J3 | 缓冲区Iacduf |
| >IS3 | TA3 | 分 | 分 | 合 | Iac3->Iacduf |
| <IS3且>IS2 | TA2 | 分 | 合 | 分 | Iac2->Iacduf |
| <IS2 | TA1 | 合 | 分 | 分 | Iac1->Iacduf |
请参照图4，步骤S3中的有效值及功率、功角读取逻辑包括以下步骤：
S301：有效值及功率、功角读取逻辑开始；
S302：通过SPI2读取测量芯片读取Uln全波有效值Ulnrms；
S303：通过SPI2读取测量芯片读取Iln全波有效值Ilnrms；
S304：通过SPI2读取测量芯片读取负载有功功率Pln；
S305：通过SPI2读取测量芯片读取负载功率角PFln，并结束逻辑。
请参照图5，步骤S4中的电流谐波畸变率计算逻辑包括以下步骤：
S401：电流谐波畸变率计算逻辑开始；
S402：从Iacduf采样数据区读取数据计算Iln基波幅值Iln1；
S403：计算谐波电流总畸变率：
THDiz＝SQRT(Ilnrms*Ilnrms-Iln1*Iln1)/Iln1*100％；
S404：计算偶数次谐波畸变率：
THDi2n＝SQRT(Σ(I2*I2+……I2n*I2n)/Iln1*100％；
S405：计算奇数次谐波畸变率：
THDi(2n+1)＝SQRT(Σ(I3*I3+……I(2n+1)*I(2n+1))/Iln1*100％，并结束逻辑。
请参照图6，步骤S5中的状态学习与存储逻辑包括以下步骤：
S501：状态学习与存储逻辑开始；
S502：启动状态学习标志并判断状态学习标志StduyFlag是否等于1，若是，则进行下一步；若不是，则结束逻辑；
S503：启动状态学习标志StduyFlag，并判断状态学习标志StduyFlag是否等于2，若不是，则进行下一步；若是，则执行步骤S513；
S504：学习时间计数器Ts清零；
S505：电流最大Imax、最小值Imin设定初值，即Imax＝Imin＝Ilnrms；
S506：功率最大Pmax、最小值Pmin设定初值，即Pmax＝Pmin＝Pln；
S507：功角最大PFmax、最小值PFmin设定初值，即PFmax＝PFmin＝PFln；
S508：总畸变率最大THDizmax、最小值THDizmin设定初值，即THDizmax＝THDizmin＝THDiz；
S509：偶次畸变率最大THDi2nmax、最小值THDi2nmin设定初值，即THDi2nmax＝THDi2nmin＝THDi2n；
S510：奇次畸变率最大THDi(2n+1)max、最小值THDi(2n+1)min设定初值，即THDi(2n+1)max＝THDi(2n+1)min＝THDi(2n+1)；
S511：电压最大Umax、最小值Umin设定初值，即Umax＝Umin＝Ulnrms；
S512：启动状态学习标志StduyFlag等于2；
S513：若Imax<Ilnrms，则执行Imax＝Ilnrms；若Imin>Ilnrms，则执行Imin＝Ilnrms；
S514：若Pmax<Pln，则执行Pmax＝Pln；若Pmin>Pln，则执行Pmin＝Pln；
S515：若PFmax<PFln，则执行PFmax＝PFln；若PFmin>PFln，则执行PFmin＝PFln；
S516：若THDizmax<THDiz，则执行THDizmax＝THDiz；若THDizmin>THDiz，则执行THDizmin＝THDiz；
S517：若THDi2nmax<THDi2n，则执行THDi2nmax＝THDi2n；若THDi2nmin>THDi2n，则执行THDi2nmin＝THDi2n；
S518：若THDi(2n+1)max<THDi(2n+1)，则执行THDi(2n+1)max＝THDi(2n+1)；若THDi(2n+1)min>THDi(2n+1)，则执行THDi(2n+1)min＝THDi(2n+1)；
S519：若Umax<Ulnrms，则执行Umax＝Ulnrms；若Umin>Ulnrms，则执行Umin＝Ulnrms；
S520：判断学习时间计数器Ts是否大于5秒，若是，则进行下一步，若不是，则结束逻辑；
S521：计算电压平均值Uavr＝(Umax+Umin)/2；
S522：读取学习序号StdNo，并按学习序号StdNo将Uavr、Imax、Imin、Pmax、Pmin、PFmax、PFmin、THDizmax、THDizmin、THDi2nmax、THDi2nmin、THDi(2n+1)max、THDi(2n+1)min存入到存储器EEPROM中，通过WIFI人工输入存储设备工作特征属性；
S523：启动状态学习标志StduyFlag＝0，StdNo＝StdNo+1，辨识状态StSearchFlag＝0，并结束逻辑。
用电设备的状态学习和存储，其学习逻辑图6所示。学习的主要电气特征量见表2所示。
表2用电设备学习特征量
对于不同的用电设备，采用电流、功率、功角以及谐波参数来识别用电设备的辨识区别。由于用电设备在运行中存在着一定的变化，因此，记录特征参数的最大最小值，将识别参量标定在最大最小范围之内。用电设备的属性可以通过人机界面设定或WIFI设定等方式输入，如“洗衣机”、“空调”等。将用电设备的记录参量按照学习序号StdNo记录到EEPROM中，用于后续的用电设备辨识逻辑。
请参照图7，步骤S6中的状态辨识与搜索逻辑包括以下步骤：
S601：状态辨识与搜索逻辑开始；
S602：判断状态辨识标志StSearchFlag是否等于1，若是，则结束逻辑；若不是，则进行下一步；
S603：执行电流功率辨识关联序号PIStIDNo＝0，电流功率辨识查询序号PIStINChkNo＝0，折算系数Ku＝Uavr/Ulnrms；
S604：判断PIStINChkNo是否小于StdNo，若是，则执行PIStINChkNo＝PIStINChkNo+1，并执行下一步，若不是则执行步骤S606；
S605：判断Imin<Ilnrms*Ku<Imax&&Pmin<Pln*Ku<Pmax是否成立，若是，则执行PIStIDNo＝PIStINChkNo，并进行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S606：执行功角辨识关联序号PFStIDNo＝0，功角辨识查询序号PFStINChkNo＝0；
S607：判断PFStINChkNo<StdNo是否成立，若是，则进行下一步，若不是，则执行步骤S609；
S608：执行PFStINChkNo＝PFStINChkNo+1，并判断PFmin<PFln<PFmax是否成立，若是，则执行PFStIDNo＝PFStINChkNo，并执行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S609：总畸变率辨识关联序号THDizStIDNo＝0，总畸变率辨识查询序号THDizStINChkNo＝0；
S610：判断THDizStINChkNo<StdNo是否成立，若是，则THDizStINChkNo＝THDizStINChkNo+1，并进行下一步，若不是，则执行步骤S612；
S611：判断THDizmin<THDiz<THDizmax是否成立，若是，则执行THDizStIDNo＝THDizStINChkNo，并执行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S612：偶次畸变率辨识关联序号THDi2nStIDNo＝0，偶次畸变率辨识查询序号THDi2nStINChkNo＝0；
S613：判断THDi2nStINChkNo<StdNo是否成立，若是，则执行THDi2nStINChkNo＝THDi2nStINChkNo+1，并进行下一步，若不是，则执行步骤S615；
S614：判断THDi2nmin<THDi2n<THDi2nmax是否成立，若是，则执行THDi2nStIDNo＝THDi2nStINChkNo，并进行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S615：奇次畸变率辨识关联序号THDi(2n+1)StIDNo＝0，奇次畸变率辨识查询序号THDi(2n+1)StINChkNo＝0；
S616：判断THDi(2n+1)StINChkNo<StdNo是否成立，若是，则执行THDi(2n+1)StINChkNo＝THDi(2n+1)StINChkNo+1，并进行下一步，若不是，则执行步骤S618；
S617：判断THDi(2n+1)min<THDi(2n+1)<THDi(2n+1)max是否成立，若是，则THDi(2n+1)StIDNo＝THDi(2n+1)StINChkNo，并进行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S618：执行状态识别序号StIDNo＝0，状态识别计数器StIDCou＝0；
S619：初始化状态识别数组，
StIDBuf[5]＝{PIStIDNo,PFStIDNo,THDizStIDNo,THDi2nStIDNo,THDi(2n+1)StIDNo}；
S620：执行i＝0，j＝i+1；
S621：执行j＝i+1；
S622：判断StIDBuf[i]＝＝StIDBuf[j]是否成立，若是，则执行StIDCou＝StIDCou+1，StIDNo＝StIDBuf[i]，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S623：执行j＝j+1；
S624：判断j<5是否成立，若是，则执行步骤S622，若不是，则执行i＝i+1；
S625：判断i<4是否成立，若是，则执行步骤S621，若不是，则进行下一步；
S626：判断StIDCou>2是否成立，若是，则状态识别成功，按StIDNo读取出状态属性，显示在OLED上，指示用电状态StSearchFlag＝0，并结束逻辑；若不是，则状态未识别，进入到学习状态，启动状态学习标志StduyFlag＝1，StSearchFlag＝1，并结束逻辑。
用电设备的辨识逻辑见图7，该逻辑采用特征量关联搜寻方法，如果进入到某一特征量关联(即进入到其最大max-最小min范围之内，就认为与该特征量关联)，如表3所示，表3表明了采用特征量辨识范围，如果进入到该特征量辨识范围，辨识标志会记录存储的学习序号，当5个辨识特征量辨识完毕后比较辨识标志所标识的记录存储序号，如果5个辨识特征量记录序号中有3个及以上相同，则取其记录号读取用电特征属性。
表3用电设备特征量辨识表
请参照图8，步骤S7中的短路与过载自适应保护逻辑包括以下步骤：
S701：短路与过载自适应保护逻辑开始；
S702：判断启动状态学习标志StduyFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则进行下一步；
S703：判断状态辨识标志StSearchFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则按StIDNo读取出状态记录的最大电流Imax，并计算出Ku；
S704：判断过载标志GZFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则进行下一步；
S705：判断Ilnrms*Ku>1.5*Imax是否成立，若是，则进行下一步，若不是，则执行过载计数器GZCou＝0，并执行步骤S707；
S706：判断过载计数器GZCou>3s是否成立，若是，则执行过载标志GZFlag＝1，控制S1ctr式电子开关S1断开，切断供电，控制GZctr控制过载指示灯GZ_LED点亮，同时OLED显示过载信息和电流大小，并进行下一步；若不是，则直接进行下一步；
S707：判断短路标志DLFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则进行下一步；
S708：判断Ilnrms*Ku>5*Imax是否成立，若是，则进行下一步，若不是，执行短路计数器DLCou＝0，并结束逻辑；
S709：判断短路计数器DLCou>0.05s是否成立，若是，则执行短路标志DLFlag＝1，控制S1ctr式电子开关S1断开，切断供电，控制DLctr控制短路指示灯DL_LED点亮，同时OLED显示短路信息和电流大小，并结束逻辑；若不是，则直接结束逻辑。
短路与过载自适应保护逻辑通过辨识出的用电设备工作属性和状态后，读取记录的电流最大值Imax和按电压折算的系数Ku，来自动计算过载和短路的保护门槛设定值。过载保护的设定值按1.5*Imax值来设定，短路保护的设定值按5*Imax值来设定。设定值按用电设备的状态辨识后，可以自动适应用电设备的工作情况，并满足可靠的保护灵敏性。
请参照图9，步骤S8中的漏电保护与电压异常保护逻辑包括以下步骤：
S801：漏电保护与电压异常保护逻辑开始；
S802：判断启动状态学习标志StduyFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则进行下一步；
S803：判断状态辨识标志StSearchFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则按StIDNo读取出状态记录的最大电流Imax，并计算出Ku，然后进行下一步；
S804：判断漏电标志LDFlag＝1是否成立，若是，则执行步骤S808，若不是，则进行下一步；
S805：判断ILD>ILDset0&&Ilnrms*Ku<0.1*Imax是否成立，若是，则执行步骤S807，若不是，则进行下一步；
S806：判断ILD>ILDset0+0.05*(Ilnrms*Ku-0.1*Imax)&&Ilnrms*Ku>0.1*Imax是否成立，若是，则进行下一步，若不是，则执行漏电计数器LDCou＝0，并执行步骤S808；
S807：判断漏电计数器LDCou>0.02s是否成立，若是，则执行漏电标志LDFlag＝1，控制S1ctr式电子开关S1断开，切断供电，控制LDctr控制漏电指示灯LD_LED点亮，同时OLED显示漏电信息和漏电流大小，并进行下一步；若不是，则直接进行下一步；
S808：判断电压异常标志VERFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则进行下一步；
S809：判断Ulnrms<0.80Ue或Ulnrms>1.15Ue(Ue＝220V)是否成立，若是，则进行下一步，若不是，则执行电压异常计数器VERCou＝0，并结束逻辑；
S810：判断电压异常计数器VERCou>0.3s是否成立，若是，则执行电压异常标志VERFlag＝1，控制S1ctr式电子开关S1断开，切断供电，OLED显示电压信息，并结束逻辑，若不是，则直接结束逻辑。
图9表明了漏电保护和电压异常保护的处理算法和逻辑。漏电保护采用状态识别之后的最大电流Imax作为浮动的制动门槛，提供两段的保护模式，漏电流保护动作曲线如图10所示。漏电流保护的动作门槛，在大于ILD0set后，会随着电流的增大而自动增大门槛，可以避免在电流较大时由于漏电流互感器的误差而造成的误判断。
请参照图11，步骤S9中的WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑包括以下步骤：
S901：WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑开始；
S902：判断WIFI是否已建立连接，若是，则上传APP数据，即包括电压Ulnrms、电流Ilnrms、功率Pln、功角PFln、谐波畸变率THDi；若不是，则结束逻辑；
S903：按StIDNo读取出状态属性，将用电工作状态属性上传到APP；
S904：判断启动状态学习标志StduyFlag＝1是否成立，若是，则将学习状态上传到APP，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S905：判断状态辨识标志StSearchFlag＝1是否成立，若是，则将辨识状态上传到APP，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S906：判断过载标志GZFlag＝1是否成立，若是，则将过载信息上传到APP，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S907：判断短路标志DLFlag＝1是否成立，若是，则将短路信息上传到APP，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S908：判断漏电标志LDFlag＝1是否成立，若是，则将漏电信息上传到APP，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S909：判断电压异常标志VERFlag＝1是否成立，若是，则将电压异常信息上传到APP，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S910：判断APP是否复位故障信息，若是，则执行过载标志GZFlag＝0，短路标志DLFlag＝0，漏电标志LDFlag＝0，电压异常标志VERFlag＝0，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S911：判断APP远程断电命令是否下达，若是，则控制S1ctr式电子开关S1断开，切断供电，OLED显示“远程断电”，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S912：判断APP远程通电命令是否下达，若是，则控制S1ctr式电子开关S1闭合，使电源供电，OLED显示“远程通电”，并结束逻辑，若不是，则直接结束逻辑。
图11为本实施例的WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑。该逻辑在与WIFI网络建立通讯连接后，会自动的将测量的数据上传给APP，APP中可以监测到当前用电设备的电流、电压、功率、功角以及波形畸变率等测量数据，同时如果短路保护、过载保护、漏电保护以及电压异常保护动作时，会将动作信息上送到APP。APP可以实现远程的动作信息复位，远程的实现对供电的控制(通电、断电)操作。
本实施例智能单相用电识别保护控制器及其控制方法的有益效果在于：
1)采用多特征参量识别用电设备，并根据用电设备的特征自动调整短路、过载以及漏电保护的动作门槛，实现自适应保护；
2)采用多参数状态学习和记录，并通过辨识算法实现对用电设备的准确识别和辨识；
3)通过WIFI通讯，将用电设备的状态参量数据，保护动作信息实现实时上送，并可以实现远程的控制用电通断；
4)无需增加更多的传感器，只需要通过多个电气特征参量的学习以及状态辨识搜寻算法，可准确的辨识用电设备状态和特征；
5)利用用电设备的状态特征自动的调整过载保护、短路保护与漏电流保护的参数门槛，无需认为的设定；
6)通过WIFI通讯，可以在手机APP上监测用电设备的电气参量，实现远程的供电通断控制。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。
Claims (10)
1.一种智能单相用电识别保护控制器，其特征在于：其包括接入外部电源的防浪涌保护模块、电流电压测量及切换模块、连接负载的电子保护开关模块、微处理器及外围电路模块，所述微处理器与所述电流电压测量及切换模块、所述电子保护开关模块电信号连接，所述电流电压测量及切换模块包括设置在所述防浪涌保护模块输出电路上的量程逐渐增大的若干电流互感器、通过电压变换器与所述防浪涌保护模块输出端连接的测量芯片、设置在所述电流互感器输出端的漏电流传感器，每个所述电流互感器分别通过继电器开关与所述微处理器电气连接。
2.如权利要求1所述的智能单相用电识别保护控制器，其特征在于：所述电压变换器将AC220V变换成所述微处理器可以处理识别的交流信号，该信号一路进入到所述测量芯片中，另一路进入到所述微处理器的ADC转换电路中。
3.如权利要求1所述的智能单相用电识别保护控制器，其特征在于：所述外围电路模块包括与所述微处理器电气连接的WIFI电路、存储器、OLED显示及按键单元以及过载指示、短路指示和漏电指示。
4.一种基于权利要求1所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：初始化程序；
S2：执行交流采集及切换逻辑；
S3：执行有效值及功率、功角读取逻辑；
S4：执行电流谐波畸变率计算逻辑；
S5：执行状态学习与存储逻辑；
S6：执行状态辨识与搜索逻辑；
S7：执行短路与过载自适应保护逻辑；
S8：执行漏电保护与电压异常保护逻辑；
S9：执行WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑；
S10：执行人机界面处理逻辑；
S11：重复执行步骤S2～S9。
5.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述交流采集及切换逻辑包括以下步骤，
微处理器依次分别控制其中一个继电器闭合，其他的继电器断开，读取闭合的继电器对应的电流互感器的输出值，得到测算电流；比较所述测算电流与设定的测量门槛的大小，并根据比较结果确定进行测量的电流互感器，并存储对应的测算电流；读取电压变换器输出值Uln，计算该输出值的基波幅值大小Uln1；读取漏电流传感器的输出值ILD，启动ADC进行模数转换，测算漏电电流基波幅值ILD1大小。
6.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述有效值及功率、功角读取逻辑包括以下步骤，
S301：有效值及功率、功角读取逻辑开始；
S302：通过SPI2读取测量芯片获得Uln全波有效值Ulnrms；
S303：通过SPI2读取测量芯片获得Iln全波有效值Ilnrms；
S304：通过SPI2读取测量芯片获得负载有功功率Pln；
S305：通过SPI2读取测量芯片获得负载功率角PFln。
7.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述电流谐波畸变率计算逻辑包括以下步骤，
S401：电流谐波畸变率计算逻辑开始；
S402：从Iacduf采样数据区读取数据计算Iln基波幅值Iln1；
S403：计算谐波电流总畸变率
THDiz＝SQRT(Ilnrms*Ilnrms-Iln1*Iln1)/Iln1*100％；
S404：计算偶数次谐波畸变率
THDi2n＝SQRT(Σ(I2*I2+……I2n*I2n)/Iln1*100％；
S405：计算奇数次谐波畸变率
THDi(2n+1)＝SQRT(Σ(I3*I3+……I(2n+1)*I(2n+1))/Iln1*100％。
8.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述状态学习与存储逻辑包括以下步骤，
S501：状态学习与存储逻辑开始；
S502：启动状态学习标志并判断状态学习标志StduyFlag是否等于1，若是，则进行下一步；若不是，则结束逻辑；
S503：启动状态学习标志StduyFlag，并判断状态学习标志StduyFlag是否等于2，若不是，则进行下一步；若是，则执行步骤S513；
S504：学习时间计数器Ts清零；
S505：参数设定初值，包括
电流最大Imax、最小值Imin设定初值，Imax＝Imin＝Ilnrms；
功率最大Pmax、最小值Pmin设定初值，Pmax＝Pmin＝Pln；
功角最大PFmax、最小值PFmin设定初值，PFmax＝PFmin＝PFln；
总畸变率最大THDizmax、最小值THDizmin设定初值，THDizmax＝THDizmin＝THDiz；
偶次畸变率最大THDi2nmax、最小值THDi2nmin设定初值，THDi2nmax＝THDi2nmin＝THDi2n；
奇次畸变率最大THDi(2n+1)max、最小值THDi(2n+1)min设定初值，THDi(2n+1)max＝THDi(2n+1)min＝THDi(2n+1)；
电压最大Umax、最小值Umin设定初值，Umax＝Umin＝Ulnrms；
S512：启动状态学习标志StduyFlag等于2；
S513：若Imax<Ilnrms，则执行Imax＝Ilnrms；若Imin>Ilnrms，则执行Imin＝Ilnrms；
S514：若Pmax<Pln，则执行Pmax＝Pln；若Pmin>Pln，则执行Pmin＝Pln；
S515：若PFmax<PFln，则执行PFmax＝PFln；若PFmin>PFln，则执行PFmin＝PFln；
S516：若THDizmax<THDiz，则执行THDizmax＝THDiz；若THDizmin>THDiz，则执行THDizmin＝THDiz；
S517：若THDi2nmax<THDi2n，则执行THDi2nmax＝THDi2n；若THDi2nmin>THDi2n，则执行THDi2nmin＝THDi2n；
S518：若THDi(2n+1)max<THDi(2n+1)，则执行THDi(2n+1)max＝THDi(2n+1)；若THDi(2n+1)min>THDi(2n+1)，则执行THDi(2n+1)min＝THDi(2n+1)；
S519：若Umax<Ulnrms，则执行Umax＝Ulnrms；若Umin>Ulnrms，则执行Umin＝Ulnrms；
S520：判断学习时间计数器Ts是否大于5秒，若是，则进行下一步，若不是，则结束逻辑；
S521：计算电压平均值Uavr＝(Umax+Umin)/2；
S522：读取学习序号StdNo，并按学习序号StdNo将Uavr、Imax、Imin、Pmax、Pmin、PFmax、PFmin、THDizmax、THDizmin、THDi2nmax、THDi2nmin、THDi(2n+1)max、THDi(2n+1)min存入到存储器EEPROM中，通过WIFI人工输入存储设备工作特征属性；
S523：启动状态学习标志StduyFlag＝0，StdNo＝StdNo+1，辨识状态StSearchFlag＝0，并结束逻辑。
9.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述状态辨识与搜索逻辑包括以下步骤，
S601：状态辨识与搜索逻辑开始；
S602：判断状态辨识标志StSearchFlag是否等于1，若是，则结束逻辑；若不是，则进行下一步；
S603：执行电流功率辨识关联序号PIStIDNo＝0，电流功率辨识查询序号PIStINChkNo＝0，折算系数Ku＝Uavr/Ulnrms；
S604：判断PIStINChkNo是否小于StdNo，若是，则执行PIStINChkNo＝PIStINChkNo+1，并执行下一步，若不是则执行步骤S606；
S605：判断Imin<Ilnrms*Ku<Imax&&Pmin<Pln*Ku<Pmax是否成立，若是，则执行PIStIDNo＝PIStINChkNo，并进行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S606：执行功角辨识关联序号PFStIDNo＝0，功角辨识查询序号PFStINChkNo＝0；
S607：判断PFStINChkNo<StdNo是否成立，若是，则进行下一步，若不是，则执行步骤S609；
S608：执行PFStINChkNo＝PFStINChkNo+1，并判断PFmin<PFln<PFmax是否成立，若是，则执行PFStIDNo＝PFStINChkNo，并执行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S609：总畸变率辨识关联序号THDizStIDNo＝0，总畸变率辨识查询序号THDizStINChkNo＝0；
S610：判断THDizStINChkNo<StdNo是否成立，若是，则THDizStINChkNo＝THDizStINChkNo+1，并进行下一步，若不是，则执行步骤S612；
S611：判断THDizmin<THDiz<THDizmax是否成立，若是，则执行THDizStIDNo＝THDizStINChkNo，并执行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S612：偶次畸变率辨识关联序号THDi2nStIDNo＝0，偶次畸变率辨识查询序号THDi2nStINChkNo＝0；
S613：判断THDi2nStINChkNo<StdNo是否成立，若是，则执行THDi2nStINChkNo＝THDi2nStINChkNo+1，并进行下一步，若不是，则执行步骤S615；
S614：判断THDi2nmin<THDi2n<THDi2nmax是否成立，若是，则执行THDi2nStIDNo＝THDi2nStINChkNo，并进行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S615：奇次畸变率辨识关联序号THDi(2n+1)StIDNo＝0，奇次畸变率辨识查询序号THDi(2n+1)StINChkNo＝0；
S616：判断THDi(2n+1)StINChkNo<StdNo是否成立，若是，则执行THDi(2n+1)StINChkNo＝THDi(2n+1)StINChkNo+1，并进行下一步，若不是，则执行步骤S618；
S617：判断THDi(2n+1)min<THDi(2n+1)<THDi(2n+1)max是否成立，若是，则THDi(2n+1)StIDNo＝THDi(2n+1)StINChkNo，并进行下一步，若不是，则直接执行下一步；
S618：执行状态识别序号StIDNo＝0，状态识别计数器StIDCou＝0；
S619：初始化状态识别数组，StIDBuf[5]＝{PIStIDNo,PFStIDNo,THDizStIDNo,THDi2nStIDNo,THDi(2n+1)StIDNo}；
S620：执行i＝0，j＝i+1；
S621：执行j＝i+1；
S622：判断StIDBuf[i]＝＝StIDBuf[j]是否成立，若是，则执行StIDCou＝StIDCou+1，StIDNo＝StIDBuf[i]，并进行下一步，若不是，则直接进行下一步；
S623：执行j＝j+1；
S624：判断j<5是否成立，若是，则执行步骤S622，若不是，则执行i＝i+1；
S625：判断i<4是否成立，若是，则执行步骤S621，若不是，则进行下一步；
S626：判断StIDCou>2是否成立，若是，则状态识别成功，按StIDNo读取出状态属性，显示在OLED上，指示用电状态StSearchFlag＝0，并结束逻辑；若不是，则状态未识别，进入到学习状态，启动状态学习标志StduyFlag＝1，StSearchFlag＝1，并结束逻辑。
10.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述短路与过载自适应保护逻辑包括以下步骤，
S701：短路与过载自适应保护逻辑开始；
S702：判断启动状态学习标志StduyFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则进行下一步；
S703：判断状态辨识标志StSearchFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则按StIDNo读取出状态记录的最大电流Imax，并计算出Ku；
S704：判断过载标志GZFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则进行下一步；
S705：判断Ilnrms*Ku>1.5*Imax是否成立，若是，则进行下一步，若不是，则执行过载计数器GZCou＝0，并执行步骤S707；
S706：判断过载计数器GZCou>3s是否成立，若是，则执行过载标志GZFlag＝1，控制S1ctr式电子开关S1断开，切断供电，控制GZctr控制过载指示灯GZ_LED点亮，同时OLED显示过载信息和电流大小，并进行下一步；若不是，则直接进行下一步；
S707：判断短路标志DLFlag＝1是否成立，若是，则结束逻辑，若不是，则进行下一步；
S708：判断Ilnrms*Ku>5*Imax是否成立，若是，则进行下一步，若不是，执行短路计数器DLCou＝0，并结束逻辑；
S709：判断短路计数器DLCou>0.05s是否成立，若是，则执行短路标志DLFlag＝1，控制S1ctr式电子开关S1断开，切断供电，控制DLctr控制短路指示灯DL_LED点亮，同时OLED显示短路信息和电流大小，并结束逻辑；若不是，则直接结束逻辑。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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