CN109687384A - 一种基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，步骤一、计算线路上的总功率S、有功功率P、无功功率Q和功率因素COSΦ；步骤二、设定阈值；步骤三、当检测到线路上的总功率到达总功率阈值时，判断线路上的功率因素是否低于第一功率因素阈值，如果线路上的功率因素大于第一功率因素阈值，则将线路与电源断开；步骤四、将线路上的功率因素提高至不小于第一功率因素阈值，当计时达到第一时间阈值后，如果线路上的总功率还是大于总功率阈值时，则将线路与电源断开；步骤五、线路与电源断开时进行计时，当计时达到第二时间阈值后，将线路与电源连接，重新上电运行，回到步骤三。本发明解决了用电线路被误切除的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能用电监控技术领域，具体涉及一种基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法。
背景技术
物联网技术近十年发展十分迅速。物联网作为新一代信息技术的重要组成部分，是继计算机、互联网之后的第三次世界信息产业浪潮，并有逐步替代传统互联网的趋势。其应用遍及智能交通、环境保护、市政管理、公共安全、平安家居、智能消防、工业检测、环境检测、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系检测、食品溯源、敌情侦查和情报搜索等众多领域。针对物联网业务巨大的市场潜力以及发展速度，继续一款基于物联网用电的综合监控终端------智能家用配电箱。
基于物联网的用电综合监控终端主要包括监控终端、运营商网络服务器和用户终端。监控终端即我们要做的设备，主要是电路的数据采集和通信，之后监控终端和运营商网络进行信息交互，服务器负责数据的分析、汇总、存储和运算等。用户终端(手机、电脑)可以对服务器进行访问及控制命令的发布。
目前智能家用配电箱中没有无功功率分析功能，且当线路过载切除后没有自恢复功能，导致一直敞开的家用设备无法正常工作，比如冰箱。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的目的是提供一种基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，通过对线路的功率和功率因素进行监测，对线路起到了有效的保护功能，且本发明中提供了一种自恢复方法，当线路被切除后尝试自恢复过程，减小线路被误切除的几率，保证线路上设备的正常运行，本发明解决了用电线路被误切除的技术问题。
为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，包括以下步骤：
步骤一、计算线路上的总功率S、有功功率P、无功功率Q和功率因素COSΦ；
步骤二、设定线路总功率阈值、第一功率因素COSΦ阈值和第二功率因素COSΦ阈值，实时监测和计算线路上的总功率值和功率因素，所述第一功率因素COSΦ阈值大于所述第二功率因素COSΦ阈值；
步骤三、当检测到线路上的总功率到达所述总功率阈值时，判断线路上的功率因素是否低于所述第一功率因素COSΦ阈值，如果线路上的功率因素大于所述第一功率因素COSΦ阈值，则将线路与电源断开，进入步骤五，等待重新上电；如果线路上的功率因素小于所述第一功率因素COSΦ阈值，则进入步骤四；
步骤四、设定一第一时间阈值，投切无功补偿电容提高线路上的功率因素，直到线路上的功率因素不小于所述第一功率因素COSΦ阈值，并开始计时，当计时达到所述第一时间阈值后，如果线路上的总功率还是大于所述总功率阈值时，则将线路与电源断开，进入步骤五，等待重新上电；否则维持线路正常运行；
步骤五、设定一第二时间阈值，线路与电源断开时进行计时，当计时达到所述第二时间阈值后，将线路与电源连接，重新上电运行，回到步骤三，如果线路上的总功率仍然到达所述总功率阈值，且线路上的功率因素大于所述第一功率因素COSΦ阈值时，则将线路与电源保持断开。
优选的，还包括：
步骤六、设定一第三时间阈值，如果线路上的功率因素小于所述第二功率因素COSΦ阈值，记录线路上的功率因素小于所述第二功率因素COSΦ阈值的累计时间，当该累计时间达到所述第三时间阈值时，将线路与电源断开，进入步骤七，等待重新上电；
步骤七、线路与电源断开时进行计时，当计时达到所述第二时间阈值后，将线路与电源连接，重新上电运行，回到步骤三，如果线路上的功率因素仍然小于所述第二功率因素COSΦ阈值，且线路上的功率因素小于所述第二功率因素COSΦ阈值的累计时间达到所述第三时间阈值时，则将线路与电源保持断开。
优选的，建构一电信号采集电路，该电信号采集电路包括：
若干串联的分压电阻，第一个所述分压电阻连接火线进线端，最后一个所述分压电阻连接一第一比较器的同相输入端，所述第一比较器的输出端连接至电压采集端；
电压采样电阻，其第一端连接所述第一比较器的同相输入端，所述电压采集电阻的第二端连接第一电源端，所述第一电源端连接零线进线端；
第一分压电路，其包括串联的两个电阻，所述第一分压电路的第一端连接第一电源端，所述第一分压电路的第二端连接所述第一比较器的输出端，所述第一分压电路的中间端连接所述第一比较器的反相输入端；
电流采样电阻，其串联在所述零线进线端，所述电流采样电阻的第一端连接一第二比较器的同相输入端，所述第二比较器的输出端连接至电流采集端；
第二分压电路，其包括串联的两个电阻，所述第二分压电路的第一端连接第一电源端，所述第二分压电路的第二端连接所述第二比较器的输出端，所述第二分压电路的中间端连接所述第二比较器的反相输入端；
其中，所述第一比较器和第二比较器的电源端连接至第二电源端，所述第一电源端的电压值为第二电源端电压值的一半。
优选的，对所述实时电流I进行A/D采样，所述实时电流值I的计算方法为：
I＝(IAD/X*VCC-VCC/2)/(1+R3/R2)/Ris；
其中，X为A/D满量程数值，电流的即时A/D数据为IAD，VCC为第二电源端电压值，Ris是电流采样电阻，R3、R2是第二分压电路中的两个电阻。
优选的，对所述实时电流U进行A/D采样，所述实时电压值U的计算方法为：
U＝(UAD/X*VCC-VCC/2)/(1+R11/R10)*(R5+R6+R7+R8+R9)/R9；
其中，电压的即时A/D数据为UAD，VCC为第二电源端电压值，R9是电压采样电阻，R11、R10是第一分压电路中的两个电阻，R5-R9是所述分压电阻。
优选的，步骤一中，所述电流有效值Ia的计算方法为：
所述电压有效值Ua的计算方法为：
其中，In是一个周期内采集到的各个实时电流值，Un是一个周期内的，采集到的各个实时电压值，一个周期A/D采集的数据个数为N。
优选的，计算出实时电流值I和实时电压值U在过零点的相位差Φ，过零点时刻为UAD和IAD从X/2过渡的时间点，分为正过零和负过零，分别对应电压、电流的0度和180度；将定位找到的三个过零点作为一个周期数据的起点、180度和终点，进而计算出周期、频率、有效值。
优选的，所述第一功率因素COSΦ阈值为0.75，所述第二功率因素COSΦ阈值为0.6。
优选的，所述总功率阈值为线路上所有设备额定功率的1.2倍，所述第一时间阈值和第三时间阈值为60s，所述第二时间阈值为15s。
与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：
1、对线路进行大功率保护，并提供自恢复功能，保障线路的安全运行性能，同时减小误保护几率；
2、对线路进行低功率因素保护，并提供自恢复功能，保障线路的安全运行性能，同时减小误保护几率；
3、可以调整线路功率因素，减小线路功率损耗。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是电源电路图；
图2是电信号采集电路图；
图3是本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。
本发明提供了一种基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，首先构建一电信号采集电路，以便于对线路上的电信号进行实时监测，并将监测结果传送至远端终端，实现远程监控。
如图1-2所示，该电信号采集电路包括：
若干串联的分压电阻R5-R8，第一个所述分压电阻R5连接火线进线端，最后一个所述分压电阻R8连接一第一比较器OP1的同相输入端，所述第一比较器OP1的输出端通过电阻R12连接至电压采集端。
电压采样电阻R9，其第一端连接所述第一比较器OP1的同相输入端，所述电压采集电阻R9的第二端连接第一电源端VCC/2，所述第一电源端VCC/2连接零线进线端，电压采样电阻R9两端并联一电容C9。
第一分压电路，其包括串联的两个电阻R10和R11，所述R10的第一端连接第一电源端VCC/2，所述R11的第二端连接所述第一比较器OP1的输出端，所述R10和R11的中间端连接所述第一比较器OP1的反相输入端。
电流采样电阻Ris，其串联在所述零线进线端，所述电流采样电阻Ris的第一端通过电阻R1连接一第二比较器OP2的同相输入端，电阻R1第二端与电流采样电阻Ris第一端两端并联一电容C7，所述第二比较器OP2的输出端通过电阻R4连接至电流采集端。
第二分压电路，其包括串联的两个电阻R2和R3，所述R2的第一端连接第一电源端VCC/2，所述R3的第二端连接所述第二比较器OP2的输出端，所述R2和R3的中间端连接所述第二比较器OP2的反相输入端。
其中，所述第一比较器OP1和第二比较器OP2连接至第二电源端VCC，所述第一电源端的电压值为第二电源端电压值的一半。电源电路如图1所示，第一三端稳压模块输出第二电源端VCC，第二三端稳压模块输出第一电源端VCC/2。
采集配电箱进线上的实时电流值I，并计算出电流有效值Ia；对所述实时电流I进行A/D采样，所述实时电流值I的计算方法为：
I＝(IAD/X*VCC-VCC/2)/(1+R3/R2)/Ris；
其中，X为A/D满量程数值，电流的即时A/D数据为IAD，VCC为第二电源端电压值，Ris是电流采样电阻，R3、R2是第二分压电路中的两个电阻。
一种基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，包括以下步骤：
步骤一、计算线路上的总功率S、有功功率P、无功功率Q和功率因素COSΦ。首先计算电流有效值Ia，所述电流有效值Ia的计算方法为：
采集配电箱进线上的实时电压值U，并计算出电压有效值Ua；对所述实时电流U进行A/D采样，所述实时电压值U的计算方法为：
U＝(UAD/X*VCC-VCC/2)/(1+R11/R10)*(R5+R6+R7+R8+R9)/R9；
其中，电压的即时A/D数据为UAD，VCC为第二电源端电压值，R9是电压采样电阻，R11、R10是第一分压电路中的两个电阻，R5-R9是所述分压电阻。
所述电压有效值Ua的计算方法为：
其中，In是一个周期内采集到的各个实时电流值，Un是一个周期内的，采集到的各个实时电压值，一个周期A/D采集的数据个数为N。
对实时电流值I和实时电压值U进行数据分析，计算出实时电流值I和实时电压值U在过零点的相位差Φ，进而计算得到功率因素COSΦ；过零点时刻为UAD和IAD从X/2过渡的时间点，分为正过零和负过零，分别对应电压、电流的0度和180度；将定位找到的三个过零点作为一个周期数据的起点、180度和终点，进而计算出周期、频率、有效值。
根据电流有效值Ia和电压有效值Ua计算出总功率S，根据功率因素COSΦ计算出有功功率P和无功功率Q。
步骤二、设定线路总功率阈值、第一功率因素COSΦ阈值和第二功率因素COSΦ阈值，实时监测和计算线路上的总功率值和功率因素，所述第一功率因素COSΦ阈值大于所述第二功率因素COSΦ阈值；本实施例中，总功率阈值为线路上所有设备额定功率的1.2倍，所述第一功率因素COSΦ阈值为0.75，所述第二功率因素COSΦ阈值为0.6。
步骤三、当检测到线路上的总功率到达所述总功率阈值时，判断线路上的功率因素是否低于所述第一功率因素COSΦ阈值，如果线路上的功率因素大于所述第一功率因素COSΦ阈值，则将线路与电源断开，进入步骤五，等待重新上电；如果线路上的功率因素小于所述第一功率因素COSΦ阈值，则进入步骤四；
步骤四、设定一第一时间阈值，投切无功补偿电容提高线路上的功率因素，减小线路上的无功损耗，直到线路上的功率因素不小于所述第一功率因素COSΦ阈值，并开始计时，当计时达到所述第一时间阈值后，如果线路上的总功率还是大于所述总功率阈值时，说明线路上的功率确实超过设定总功率阈值了，且无法进一步减小线路上的功率值，则将线路与电源断开，进入步骤五，等待重新上电；否则维持线路正常运行；
步骤五、设定一第二时间阈值，线路与电源断开时进行计时，当计时达到所述第二时间阈值后，将线路与电源连接，重新上电运行，回到步骤三，如果线路上的总功率仍然到达所述总功率阈值，且线路上的功率因素大于所述第一功率因素COSΦ阈值时，说明线路上功率值无法减小至合理范围了，则将线路与电源保持断开。如果重新上电后，线路上的功率和功率因素保持在阈值范围内，则保持线路导通。
步骤六、设定一第三时间阈值，如果线路上的功率因素小于所述第二功率因素COSΦ阈值，记录线路上的功率因素小于所述第二功率因素COSΦ阈值的累计时间，当该累计时间达到所述第三时间阈值时，将线路与电源断开，进入步骤七，等待重新上电；本实施例中，所述第一时间阈值和第三时间阈值为60s，所述第二时间阈值为15s。
步骤七、线路与电源断开时进行计时，当计时达到所述第二时间阈值后，将线路与电源连接，重新上电运行，回到步骤三，如果线路上的功率因素仍然小于所述第二功率因素COSΦ阈值，且线路上的功率因素小于所述第二功率因素COSΦ阈值的累计时间达到所述第三时间阈值时，说明线路的功率因素无法进一步减小，无功损耗过大，则将线路与电源保持断开。如果重新上电后，线路上的功率和功率因素保持在阈值范围内，则保持线路导通。
上述技术方案中，计算所需切入的补偿电容容值大小，将功率因素COSΦ调整阈值范围以上，补偿电容容值的计算方法为：
其中，C为补偿电容，为补偿前功率因数角，为补偿后功率因数角，P为当前有功功率，U为电网电压。
根据计算得到的补偿电容容值C，调整所述补偿电容的投切数量和大小，使得输出的并联容值与补偿电容容值C一致。
由上所述，本发明方法对线路进行大功率保护，同时对线路进行低功率因素保护，并提供自恢复功能，保障线路的安全运行性能，同时减小误保护几率；进一步的，本发明中可以调整线路功率因素，减小线路功率损耗。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、计算线路上的总功率S、有功功率P、无功功率Q和功率因素COSΦ；
步骤二、设定线路总功率阈值、第一功率因素COSΦ阈值和第二功率因素COSΦ阈值，实时监测和计算线路上的总功率值和功率因素，所述第一功率因素COSΦ阈值大于所述第二功率因素COSΦ阈值；
步骤三、当检测到线路上的总功率到达所述总功率阈值时，判断线路上的功率因素是否低于所述第一功率因素COSΦ阈值，如果线路上的功率因素大于所述第一功率因素COSΦ阈值，则将线路与电源断开，进入步骤五，等待重新上电；如果线路上的功率因素小于所述第一功率因素COSΦ阈值，则进入步骤四；
步骤四、设定一第一时间阈值，投切无功补偿电容提高线路上的功率因素，直到线路上的功率因素不小于所述第一功率因素COSΦ阈值，并开始计时，当计时达到所述第一时间阈值后，如果线路上的总功率还是大于所述总功率阈值时，则将线路与电源断开，进入步骤五，等待重新上电；否则维持线路正常运行；
步骤五、设定一第二时间阈值，线路与电源断开时进行计时，当计时达到所述第二时间阈值后，将线路与电源连接，重新上电运行，回到步骤三，如果线路上的总功率仍然到达所述总功率阈值，且线路上的功率因素大于所述第一功率因素COSΦ阈值时，则将线路与电源保持断开。
2.如权利要求1所述的基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，还包括：
步骤六、设定一第三时间阈值，如果线路上的功率因素小于所述第二功率因素COSΦ阈值，记录线路上的功率因素小于所述第二功率因素COSΦ阈值的累计时间，当该累计时间达到所述第三时间阈值时，将线路与电源断开，进入步骤七，等待重新上电；
步骤七、线路与电源断开时进行计时，当计时达到所述第二时间阈值后，将线路与电源连接，重新上电运行，回到步骤三，如果线路上的功率因素仍然小于所述第二功率因素COSΦ阈值，且线路上的功率因素小于所述第二功率因素COSΦ阈值的累计时间达到所述第三时间阈值时，则将线路与电源保持断开。
3.如权利要求1所述的基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，其特征在于，建构一电信号采集电路，该电信号采集电路包括：
若干串联的分压电阻，第一个所述分压电阻连接火线进线端，最后一个所述分压电阻连接一第一比较器的同相输入端，所述第一比较器的输出端连接至电压采集端；
电压采样电阻，其第一端连接所述第一比较器的同相输入端，所述电压采集电阻的第二端连接第一电源端，所述第一电源端连接零线进线端；
第一分压电路，其包括串联的两个电阻，所述第一分压电路的第一端连接第一电源端，所述第一分压电路的第二端连接所述第一比较器的输出端，所述第一分压电路的中间端连接所述第一比较器的反相输入端；
电流采样电阻，其串联在所述零线进线端，所述电流采样电阻的第一端连接一第二比较器的同相输入端，所述第二比较器的输出端连接至电流采集端；
第二分压电路，其包括串联的两个电阻，所述第二分压电路的第一端连接第一电源端，所述第二分压电路的第二端连接所述第二比较器的输出端，所述第二分压电路的中间端连接所述第二比较器的反相输入端；
其中，所述第一比较器和第二比较器的电源端连接至第二电源端，所述第一电源端的电压值为第二电源端电压值的一半。
4.如权利要求3所述的基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，其特征在于，对所述实时电流I进行A/D采样，所述实时电流值I的计算方法为：
I＝(IAD/X*VCC-VCC/2)/(1+R3/R2)/Ris；
其中，X为A/D满量程数值，电流的即时A/D数据为IAD，VCC为第二电源端电压值，Ris是电流采样电阻，R3、R2是第二分压电路中的两个电阻。
5.如权利要求4所述的基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，其特征在于，对所述实时电流U进行A/D采样，所述实时电压值U的计算方法为：
U＝(UAD/X*VCC-VCC/2)/(1+R11/R10)*(R5+R6+R7+R8+R9)/R9；
其中，电压的即时A/D数据为UAD，VCC为第二电源端电压值，R9是电压采样电阻，R11、R10是第一分压电路中的两个电阻，R5-R9是所述分压电阻。
6.如权利要求5所述的基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，其特征在于，步骤一中，所述电流有效值Ia的计算方法为：
所述电压有效值Ua的计算方法为：
其中，In是一个周期内采集到的各个实时电流值，Un是一个周期内的，采集到的各个实时电压值，一个周期A/D采集的数据个数为N。
7.如权利要求6所述的基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，其特征在于，计算出实时电流值I和实时电压值U在过零点的相位差Φ，过零点时刻为UAD和IAD从X/2过渡的时间点，分为正过零和负过零，分别对应电压、电流的0度和180度；将定位找到的三个过零点作为一个周期数据的起点、180度和终点，进而计算出周期、频率、有效值。
8.如权利要求2所述的基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，其特征在于，所述第一功率因素COSΦ阈值为0.75，所述第二功率因素COSΦ阈值为0.6。
9.如权利要求8所述的基于计算无功功率的大功率切除保护和复位方法，其特征在于，所述总功率阈值为线路上所有设备额定功率的1.2倍，所述第一时间阈值和第三时间阈值为60s，所述第二时间阈值为15s。
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Application publication date: 20190426 Assignee: Jiangsu Baohan Leasing Co.,Ltd. Assignor: SUZHOU LZY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980035386 Denomination of invention: A High Power Cutoff Protection and Reset Method Based on Calculating Reactive Power Granted publication date: 20200508 License type: Exclusive License Record date: 20230511 |
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Denomination of invention: A High Power Cutoff Protection and Reset Method Based on Calculating Reactive Power Effective date of registration: 20230512 Granted publication date: 20200508 Pledgee: Jiangsu Baohan Leasing Co.,Ltd. Pledgor: SUZHOU LZY TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980040471 |
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