CN107907763B - 储能逆变器快速离网检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对市电信号进行检测并判断是否出现波形异常状态，从而为储能逆变器的快速离网切换提供依据的储能逆变器快速离网检测方法，该方法为：对所述市电信号进行采样而获得采样信号，每次采样后，基于采样信号的电压和相位，结合计算出的高压波形检测计数器和低压波形检测阈值以及预设的电压检测阈值、电压判断阈值和各种时间阈值，判断出市电信号是否出现异常。本发明克服了现有离网检测耗时过长的问题，能够快速判定出市电是否出现异常，从而为储能逆变器后续的离网动作提供了有利的先机。该方法具有良好的适应性，且在正常注入特定谐波的情况下也不会误检市电异常，准确性高。

Description

储能逆变器快速离网检测方法

技术领域

本发明属于储能逆变器领域，具体涉及一种具有离网功能的储能逆变器在市电异常而需要迅速切换至离网模式时采用的检测方法。

背景技术

常用的并离网系统主要分为UPS和EPS，其中UPS又分为在线式和后备式等。在线式通常是将市电整流成直流再经过逆变而输出逆变电压的方式供给负载用电，当市电出现中断时，在线式UPS可以由电池实现无缝切换；后备式UPS则是检测到市电电压正常情况下，通过旁路将市电接入负载端，当市电电压出现异常时，需要切断旁路，从电池获取离网电压，这个过程会导致离网端出现短暂的断电情况。因此如何迅速的检测出市电异常，成为保障离网迅速切换的关键。

通常的检测方法是通过市电过零点的相位或者一个周期市电有效值等方式来完成检测，但是这些方法会造成检测周期至少为一个市电周期，从而导致离网切换时间大大加长，影响负载供电。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够迅速、准确地识别市电异常，从而为离网切换提供保障的储能逆变器快速离网检测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种储能逆变器快速离网检测方法，用于对市电信号进行检测并判断是否出现波形异常状态，从而为储能逆变器的快速离网切换提供依据，所述储能逆变器快速离网检测方法为：对所述市电信号进行采样而获得采样信号，每次采样后执行以下步骤：

步骤1：计算当前采样信号的相位所对应的高压波形检测阈值和低压波形检测阈值；

步骤2：判断此时所述储能逆变器的波形异常标志位是否被置位，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤5；

步骤3：判断当前采样信号的电压是否在所述高压波形检测阈值和所述低压波形检测阈值所限定范围内，若是，则所述市电信号正常，对所述市电信号正常的持续时间进行计时并执行步骤4，若否，则结束此次检测；

步骤4：判断所述市电信号正常的持续时间是否超过预设的第一时间阈值，若是，则清除所述波形异常标志位，并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测，若否，则结束此次检测；所述市电检测的相关计时包括对所述市电信号正常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生高低波动异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计；

步骤5：判断当前采样信号的电压是否高于预设的电压检测阈值，若是，则所述市电信号产生峰值电压异常，对所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行累计并执行步骤6，若否，则执行步骤7：

步骤6：判断所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间是否超过预设的第二时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位后执行步骤7，若否，则执行步骤7：

步骤7：判断当前采样信号的相位是否在[20°，180°]范围内，若是，则执行步骤8，若否，则执行步骤17；

步骤8：判断当前采样信号的电压是否高于所述高压波形检测阈值，若是，则所述市电信号产生波形高压异常，对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行累计并执行步骤9，若否，则将对所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计清零后执行步骤12；

步骤9：判断当前对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间的累计是否超过预设的第三时间阈值，若是，则所述市电信号产生高低波动异常，执行步骤10，若否，则执行步骤11；

步骤10：将对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计清零，并对所述市电信号产生高低波动异常的持续时间进行累计，再执行步骤11；

步骤11：判断所述市电信号产生波形高压异常的持续时间是否超过预设的第四时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测，若否，则执行步骤12；

步骤12：判断当前采样信号的电压是否低于所述低压波形检测阈值，若是，则所述市电信号产生波形低压异常，对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行累计并执行步骤13，若否，则将对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计清零后结束此次检测；

步骤13：判断当前对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间的累计是否超过预设的第三时间阈值，若是，则所述市电信号产生高低波动异常，执行步骤14，若否，则执行步骤15；

步骤14：将对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计清零，并对所述市电信号产生高低波动异常的持续时间进行累计，再执行步骤15；

步骤15：判断所述市电信号产生波形低压异常的持续时间是否超过预设的第四时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测，若否，则执行步骤16；

步骤16：判断所述市电信号产生的波形高低异常的持续时间是否超过预设的第五时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测；若否，则结束此次检测；

步骤17：判断当前采样信号的电压是否低于预设的电压判断阈值，若是，则所述市电信号产生过零异常，对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行累计，并执行步骤18；若否，则将对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计清零后结束此次检测；

步骤18：判断对所述市电信号产生过零异常的持续时间是否超过预设的第六时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测，若否，则结束此次检测。

优选的，采用多个计数器分别进行计数以对所述市电信号正常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生高低波动异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计。

优选的，所述第一时间阈值为4ms；所述第二时间阈值为2ms，所述第三时间阈值为0.5ms，所述第四时间阈值为2.5ms，所述第五时间阈值为2ms，所述第六时间阈值为1.8ms。

优选的，对所述市电信号进行采样的采样频率为20kHz。

优选的，所述电压检测阈值为403V或当前采样信号前一周期的峰值电压加上45V。

优选的，所述电压判断阈值为50V。

优选的，对所述市电信号的正半周直接采用所述储能逆变器快速离网检测方法，对所述市电信号的负半周，采用绝对值方法将其转换至正半周后采用所述储能逆变器快速离网检测方法。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明克服了现有离网检测耗时过长的问题，能够快速判定出市电是否出现异常，从而为储能逆变器后续的离网动作提供了有利的先机。该方法具有良好的适应性，且在正常注入特定谐波的情况下也不会误检市电异常，准确性高。

附图说明

附图1为市电波形分区示意图。

附图2为产生偏移的市电波形示意图。

附图3为本发明的储能逆变器快速离网检测方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：用于对市电信号进行检测并判断是否出现波形异常状态，从而为储能逆变器的快速离网切换提供依据的储能逆变器快速离网检测方法，该方法为：以20kHz为采样频率而对市电信号进行采样而获得采样信号，如附图3所示，每次采样后执行以下步骤：

步骤1：根据逆变锁相环的相位点，计算当前采样信号的相位所对应的高压波形检测阈值和低压波形检测阈值。可以采用现有方法进行计算，例如：以230V标准市电电压计算，高压阈值可在其对应相位点的电压值乘以1.3倍，低压阈值可在其对应相位点电压值乘以0.7倍。如附图1所示，实线表示市电信号，其正半周时位于其上方、负半周时位于其下方的虚线表示对应的高压波形检测阈值，另一条虚线则表示对应的低压波形检测阈值。

步骤2：判断此时储能逆变器的波形异常标志位是否被置位，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤5。

步骤3：判断当前采样信号的电压是否在步骤1计算出的高压波形检测阈值和低压波形检测阈值所限定范围内，若是，则市电信号正常，对市电信号正常的持续时间进行计时并执行步骤4，若否，则结束此次检测。

步骤4：判断市电信号正常的持续时间是否超过预设的第一时间阈值（第一时间阈值可以设置为4ms），若是，则清除波形异常标志位，并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测，若否，则结束此次检测。

该方法中，市电检测的相关计时包括对市电信号正常的持续时间进行的累计、对市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行的累计、对市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计、对市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计、对市电信号产生高低波动异常的持续时间进行的累计、对市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计。

可以采用多个计数器分别进行计数以对市电信号正常的持续时间进行的累计、对市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行的累计、对市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计、对市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计、对市电信号产生高低波动异常的持续时间进行的累计、对市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计，例如采用对市电信号正常的持续时间进行累计计数的电压正常计数器、对市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行累计计数的电压峰值异常计数器、对市电信号产生波形高压异常的持续时间进行累计计数的高压波形检测计数器、对市电信号产生波形低压异常的持续时间进行累计计数的低压波形检测计数器、对市电信号产生高低波动异常的持续时间进行累计计数的波形高低波动计数器、对市电信号产生过零异常的持续时间进行累计计数的过零检测计数器。每采样市电信号而判断出某一状态时，对应的计数器加1，从而通过计数器所记次数即可知对应的累计时间。例如前述步骤3中，若当前采样时判断出当前采样信号的电压在高压波形检测阈值和低压波形检测阈值所限定范围内，则可将电压正常计数器的计数加1；而步骤4中，判断市电信号正常的持续时间是否超过预设的第一时间阈值，即可通过判断电压正常计数器的计数是否达到第一时间阈值对应的次数即可。

上述步骤3和步骤4是在储能逆变器的波形异常标志位已被置位的情况下而进行的是否恢复波形异常标志位的逻辑。如果市电信号的采样信号在高压波形检测阈值和低压波形检测阈值所限定范围内，且持续时间超过第一时间阈值（4ms），则判定此时市电信号波形恢复正常，需清除波形异常标志位。

步骤5：判断当前采样信号的电压是否高于预设的电压检测阈值，若是，则市电信号产生峰值电压异常，对市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行累计（电压峰值异常计数器的计数加1）并执行步骤6，若否，则执行步骤7。

电压检测阈值可设置为403V或当前采样信号前一周期的峰值电压加上45V。例如附图1中所示的检测范围C中，判断出此时电压大于设定的电压检测阈值，则市电信号产生峰值电压异常，并对该市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行累计。

步骤6：判断市电信号产生峰值电压异常的持续时间是否超过预设的第二时间阈值（第二时间阈值可设定为2ms），也可利用电压峰值异常计数器的计数进行该判断，若是，则将波形异常标志位置位后执行步骤7，若否，则执行步骤7。

步骤7：判断当前采样信号的相位是否在[20°，180°]范围内，若是，符合图1中的检测范围A，则执行步骤8，若否，符合图1中的检测范围B，则执行步骤17。

步骤8：判断当前采样信号的电压是否高于高压波形检测阈值，若是，则市电信号产生波形高压异常，对市电信号产生波形高压异常的持续时间进行累计（高压波形检测计数器的计数加1）并执行步骤9，若否，则将对市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行的累计（电压峰值异常计数器）、对市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计（高压波形检测计数器的计数）清零后执行步骤12。

步骤9：判断当前对市电信号产生波形低压异常的持续时间的累计是否超过预设的第三时间阈值（第三时间阈值最短可设定为0.5ms，对应于5次电压采样波动计数），也可利用低压波形检测计数器的计数进行该判断（如判断低压波形检测计数器的计数是否大于n次，当第三时间阈值设定为对应5次高低压电压变化时，n=5），若是，则市电信号产生高低波动异常，执行步骤10，若否，则执行步骤11。

步骤10：将对市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计（低压波形检测计数器）清零，并对市电信号产生高低波动异常的持续时间进行累计（波形高低波动计数器的计数加1），再执行步骤11。

步骤11：判断市电信号产生波形高压异常的持续时间是否超过预设的第四时间阈值（第四时间阈值可设定为2.5ms），也可利用高压波形检测计数器的计数进行该判断，若是，则将波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时（各计数器）清零后结束此次检测，若否，则执行步骤12。

步骤12：判断当前采样信号的电压是否低于低压波形检测阈值，若是，则市电信号产生波形低压异常，对市电信号产生波形低压异常的持续时间进行累计（低压波形检测计数器的计数加1）并执行步骤13，若否，则将对市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计（过零检测计数器、对市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计（低压波形检测计数器）清零后结束此次检测。

步骤13：判断当前对市电信号产生波形高压异常的持续时间的累计是否超过预设的第三时间阈值，也可利用高压波形检测计数器的计数进行该判断（例如计数是否大于5），若是，则市电信号产生高低波动异常，执行步骤14，若否，则执行步骤15。

步骤14：将对市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计（高压波形检测计数器）清零，并对市电信号产生高低波动异常的持续时间进行累计（波形高低波动计数器的计数加1），再执行步骤15。

步骤15：判断市电信号产生波形低压异常的持续时间是否超过预设的第四时间阈值（2.5ms），也可利用低压波形检测计数器的计数进行该判断，若是，则将波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时（各计数器）清零后结束此次检测，若否，则执行步骤16。

步骤16：判断市电信号产生的波形高低异常的持续时间是否超过预设的第五时间阈值（第五时间阈值可设定为2ms），也可利用波形高低波动计数器的计数进行该判断，若是，则将波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时（各计数器）清零后结束此次检测；若否，则结束此次检测。

步骤17：判断当前采样信号的电压是否低于预设的电压判断阈值（电压判断阈值可设定为50V），若是，则市电信号产生过零异常，对市电信号产生过零异常的持续时间进行累计（过零检测计数器的计数加1），并执行步骤18；若否，则将对市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计（过零检测计数器）清零后结束此次检测。

步骤18：判断对市电信号产生过零异常的持续时间是否超过预设的第六时间阈值（第六时间阈值可设定为1.8ms），也可利用过零检测计数器的计数进行该判断，若是，则将波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时（各计数器）清零后结束此次检测，若否，则结束此次检测。

通过以上方法，当波形异常标志位被置位时，则储能逆变器需要进行离网切换，切换至电池为负载供电的状态。

市电信号的波形为正负各一半周期的近似正弦波，对于其正半周直接采用上述储能逆变器快速离网检测方法，而对于其负半周，采用绝对值方法将其转换至正半周后再采用上述储能逆变器快速离网检测方法。

首先，上述方法克服了现有大部分方案离网检测耗时过长的问题，能迅速准确的识别电网异常的情况，从而迅速切断电源与后备负载的连接，起到保护后备负载并为其提供能量的作用，完成不间断电源职能。该方法基本在异常发生的3ms内即能判定出波形的异常情况，为储能逆变器的后续离网动作提供了有利的先机。

其次，本方案撇除了容易导致波形误检的部分因素，以图2为例，当市电处于过零点期间，锁相和采样等误差造成的相位偏移问题，容易导致在市电过零点附近的电压阀值判断产生错误（t2、t4时市电采样小于低压阀值，t1、t3时市电采样大于高压阀值）。因此本方案很好的规避了过零点附近的检测问题。

总之，该检测方法在实际应用中具有良好的适应性，并且在正常注入特定谐波的情况下不会误检市电异常的情况。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种储能逆变器快速离网检测方法，用于对市电信号进行检测并判断是否出现波形异常状态，从而为储能逆变器的快速离网切换提供依据，其特征在于：所述储能逆变器快速离网检测方法为：对所述市电信号进行采样而获得采样信号，每次采样后执行以下步骤：

步骤1：计算当前采样信号的相位所对应的高压波形检测阈值和低压波形检测阈值；

步骤2：判断此时所述储能逆变器的波形异常标志位是否被置位，若是，则执行步骤3，若否，则执行步骤5；

步骤3：判断当前采样信号的电压是否在所述高压波形检测阈值和所述低压波形检测阈值所限定范围内，若是，则所述市电信号正常，对所述市电信号正常的持续时间进行计时并执行步骤4，若否，则结束此次检测；

步骤4：判断所述市电信号正常的持续时间是否超过预设的第一时间阈值，若是，则清除所述波形异常标志位，并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测，若否，则结束此次检测；所述市电检测的相关计时包括对所述市电信号正常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生高低波动异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计；

步骤5：判断当前采样信号的电压是否高于预设的电压检测阈值，若是，则所述市电信号产生峰值电压异常，对所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行累计并执行步骤6，若否，则执行步骤7：

步骤6：判断所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间是否超过预设的第二时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位后执行步骤7，若否，则执行步骤7：

步骤7：判断当前采样信号的相位是否在[20°，180°]范围内，若是，则执行步骤8，若否，则执行步骤17；

步骤8：判断当前采样信号的电压是否高于所述高压波形检测阈值，若是，则所述市电信号产生波形高压异常，对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行累计并执行步骤9，若否，则将对所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计清零后执行步骤12；

步骤9：判断当前对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间的累计是否超过预设的第三时间阈值，若是，则所述市电信号产生高低波动异常，执行步骤10，若否，则执行步骤11；

步骤10：将对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计清零，并对所述市电信号产生高低波动异常的持续时间进行累计，再执行步骤11；

步骤11：判断所述市电信号产生波形高压异常的持续时间是否超过预设的第四时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测，若否，则执行步骤12；

步骤12：判断当前采样信号的电压是否低于所述低压波形检测阈值，若是，则所述市电信号产生波形低压异常，对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行累计并执行步骤13，若否，则将对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计清零后结束此次检测；

步骤13：判断当前对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间的累计是否超过预设的第三时间阈值，若是，则所述市电信号产生高低波动异常，执行步骤14，若否，则执行步骤15；

步骤14：将对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计清零，并对所述市电信号产生高低波动异常的持续时间进行累计，再执行步骤15；

步骤15：判断所述市电信号产生波形低压异常的持续时间是否超过预设的第四时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测，若否，则执行步骤16；

步骤16：判断所述市电信号产生的波形高低异常的持续时间是否超过预设的第五时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测；若否，则结束此次检测；

步骤17：判断当前采样信号的电压是否低于预设的电压判断阈值，若是，则所述市电信号产生过零异常，对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行累计，并执行步骤18；若否，则将对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计清零后结束此次检测；

步骤18：判断对所述市电信号产生过零异常的持续时间是否超过预设的第六时间阈值，若是，则将所述波形异常标志位置位并将全部市电检测的相关计时清零后结束此次检测，若否，则结束此次检测。

2.根据权利要求1所述的储能逆变器快速离网检测方法，其特征在于：采用多个计数器分别进行计数以对所述市电信号正常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生峰值电压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形高压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生波形低压异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生高低波动异常的持续时间进行的累计、对所述市电信号产生过零异常的持续时间进行的累计。

3.根据权利要求1所述的储能逆变器快速离网检测方法，其特征在于：所述第一时间阈值为4ms；所述第二时间阈值为2ms，所述第三时间阈值为0.5ms，所述第四时间阈值为2.5ms，所述第五时间阈值为2ms，所述第六时间阈值为1.8ms。

4.根据权利要求1所述的储能逆变器快速离网检测方法，其特征在于：对所述市电信号进行采样的采样频率为20kHz。

5.根据权利要求1所述的储能逆变器快速离网检测方法，其特征在于：所述电压检测阈值为403V或当前采样信号前一周期的峰值电压加上45V。

6.根据权利要求1所述的储能逆变器快速离网检测方法，其特征在于：所述电压判断阈值为50V。

7.根据权利要求1所述的储能逆变器快速离网检测方法，其特征在于：对所述市电信号的正半周直接采用所述储能逆变器快速离网检测方法，对所述市电信号的负半周，采用绝对值方法将其转换至正半周后采用所述储能逆变器快速离网检测方法。

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