CN110703124B - 一种用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法，该方法可在不增加额外装置的基础上，通过对主电路电流进行采样和处理，从而判断出电源和负载是否缺相，并进行缺相故障报警和相应保护动作，无需增加电源和负载成本，无需采用额外的判断及保护装置，只需对主电路电流进行采样，即可判断出三相电源及负载是否缺相，该方法简单高效，硬件电路简单，软件运算量小，对运算速度和运算能力要求不高，对处理器的要求较低，可同时检测三相电源和负载缺相情况。

Description

一种用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法

技术领域

本发明属于电动汽车充电安全专项领域，具体涉及一种用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法。

背景技术

随着各行各业对三相电源的需求越来越多，对三相电源的检测电路也提出了更高的要求，检测电路要尽可能准确快速地检测到三相电源以及所带负载的缺相情况，并发出故障报警信号，同时进行相应的保护动作。目前用于检测三相电源缺相的检测电路一般为对三相电源全桥整流后采样再分析处理，或对三相电源的每一相电压分别采样后再分析处理。而用于检测三相电源所带负载是否缺相的检测电路一般为对三相电流采样后再分析处理，或三相电压电流同时采样后再分析处理。以上用于三相电源或负载的缺相检测电路均需增加额外的装置和器件，增加电源或负载成本，同时检测电路复杂或软件运算量大。

现有技术中，三相电源缺相的检测电路中对输出三相电压进行整流采样或直接采样，采样电路复杂，而检测负载是否缺相的检测方法是对三相电流进行采样处理，在三相电流采样中需要在三相输出电路上增加电流互感器，或采用在三相驱动电路上串电阻采样，总之，以上检测方法均需增加额外的装置或器件，增加电源或负载的成本，而且电路复杂，可靠性降低，且检测电路会增加电源功耗，电源或负载效率降低。且目前的缺相检测电路只能分别判断电源或负载是否缺相，不可同时检测电源和负载缺相情况。

发明内容

本发明上述问题，克服上述检测技术的缺陷，提出一种用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法。该方法可在不增加额外装置的基础上，通过对主电路电流进行采样和处理，从而判断出电源和负载是否缺相，并进行缺相故障报警和相应保护动作。该方法无需增加电源和负载成本，无需采用额外的判断及保护装置，只需对主电路电流进行采样，即可判断出三相电源及负载是否缺相，该方法简单高效，硬件电路简单，软件运算量小，对运算速度和运算能力要求不高，对处理器的要求较低，可同时检测三相电源和负载缺相情况。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法，所述步骤包括：

基于三相电源及负载出现缺相的检测需求，设定相应参考基准值k0；

获取所述主电路电流I在第一时间段t1的波形信息；

基于所述主电路电流I在第一时间段t1的波形信息，确定所述主电路电流I的最大值H与最小值L；

基于所述主电路电流I的最大值H与最小值L确定参数K；以及响应于判断所述参数K大于所述参考基准值k0确定所述三相电源和/或负载出现缺相和/或三相不平衡，发出故障报警；

所述三相电源及负载出现缺相的检测需求至少包括以下一种：

负载中任一相缺失；

负载中无缺相，仅出现三相不平衡；

负载中至少缺两相或所述三相电源缺相；或

负载中只有一相缺失，同时出现三相不平衡；

所述基于三相电源及负载出现缺相的检测需求，设定相应参考基准值k0进一步包括：

A、所述三相电源携带单一负载的情况下，参考基准值k0设定为：

负载中任一相缺失，所述参考基准值k0为

负载中无缺相，仅出现三相不平衡，所述参考基准值k0的取值范围为

负载中至少缺两相或所述三相电源缺相，所述参考基准值k0为1；

负载中只有一相缺失，同时出现三相不平衡，所述参考基准值k0的取值范围为

或

B、所述三相电源携带多个负载的情况下，根据负载的功率不同及重要度，参考基准值k0设定为：

n个负载中，功率分别为P1，P2，P3，……，Pn，每个负载的参考基准值分别为k1，k2，k3，……，kn，则三相电源设定所述参考基准值k0为：k0＝a1k1+a2k2+a3k3+…+ankn。

较佳的，所述方法包括：

响应于判断所述参数K小于等于所述参考基准值k0时，判断为正常运行；

获取所述主电路电流I在第二时间段t2的波形信息，所述第二时间段t2晚于所述第一时间段t1；以及将所述主电路电流I在第二时间段t2的波形信息指定为所述主电路电流I在第一时间段t1的波形信息。

较佳的，所述三相电源携带多个负载的情况下，根据负载的功率不同及重要度，参考基准值k0的设定进一步包括：

所述三相电源携带多个负载的情况下，所述参考基准值k0求值公式中：k1，k2，k3，……，kn为A中单个负载中所述参考基准值k0的集合；a1，a2，a3，……，an的值为

其中P＝P1+P2+P3+…+Pn。

较佳的，所述基于所述主电路电流I的最大值H与最小值L，确定参数K进一步包括：

所述参数K为

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的缺相检测方法可同时检测三相电源及其负载的缺相情况，且不增加额外的判断及保护装置和器件，可大大降低三相电源和负载的成本，该方法硬件电路简单，只需要检测主电路电流，并对主电路电流的最大值最小值进行简单运算，与参考基准值进行比较，即可判断三相电源和负载是否缺相，而且该方法软件运算量小，对运算速度和运算能力要求不高，对处理器的要求较低。

2、该方法对单一负载的缺相判断时，无论该负载功率大小，判断缺相的参考基准值相同，对多个负载中的某一个负载出现缺相时，仅需重新设定参考基准值即可，因此该方法在判断三相电源及负载是否缺相时具有广泛适用性。

3、该方法可实现三相电源及负载缺相的检测判断，当检测到三相电源或负载缺相时，发出警报并进行相应的保护动作，可提高电源的性能，确保三相电源和负载均安全稳定运行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明整体流程图；

图2为本发明电路原理图；

图3为本发明缺两项电流波形图；

图4为本发明缺一相电流波形图1；

图5为本发明缺一相电流波形图2；

图6为本发明缺一相电流波形图3；

图7为本发明未缺相电流波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图2电路原理图所示，电路通过6个脉冲控制场效应管，并连接负载，此时MCU微控制单元通过电流信号处理电路采集R0端的电流信号，这些信号在A/D转换之前，首先需要对其进行滤波、分压限幅、信号放大等预处理，消除杂波干扰。

如图1流程图所示，基于三相电源及负载出现缺相的检测需求，需设定三相电源及负载缺相的参考基准值k0，该参考值k0可通过与上位机通讯进行人为设定、系统自动进行负载识别、自适应参数设定、亦可根据三相电源的用途提前设定一固定值，所述参考基准值k0是根据三相电源及负载对缺相情况的反应需要越灵敏，设定越小：

A、三相电源所带负载为单一负载情况下，参考基准值k0可按如下设定：

当设定为负载中只要某一相缺失时，系统即识别缺相情况并进行相应保护，参考基准值k0设定为

当设定为负载虽没有缺相情况，但出现三相不平衡情况时，系统进行缺相不平衡报警并进行相应保护，根据三相不平衡报警要求的灵敏度不同，参考基准值k0设定为

区间范围内的某个值，要求可识别不平衡的灵敏度越高，k0值越小；当设定为负载中只有一相缺相时系统不识别缺相情况，仅对电源缺相或负载缺两相时判定为缺相情况并进行相应保护时，参考基准值k0设定为1；当设定为负载中虽只有一相缺失，但同时出现三相不平衡情况时，系统判定为缺相情况并进行相应保护时，参考基准值k0可设定为

区间范围内的某个值，要求可识别不平衡的灵敏度越高时，k0值越小。

在三相电源及负载出现缺相情况时，主电路电流会出现相应的改变，三相电源输出正弦波电压，假设三相正弦波电压的周期为T，对应的电流情况主电路电流I波形如图3、图4、图5、图6、图7所示。

图3所示为三相电源缺相或负载出现两相缺相情况下的电流波形图。

三相电压周期为T，相应相电流周期为

从图中可看出仅剩单相情况下，即电源出现缺相或负载中两相缺失时，主电路电流波形与单相电流波形相同，周期为

其电流可表示为

从该公式可分析出，该电流的最大值为H＝Im，最小值为L＝0，此时参考基准值k0的值为1；

图4、图5、图6所示为负载出现一相缺相情况下的电流波形图，分别为缺U缺V缺W的情况，此时主电路与剩余两相电路波形图I如下计算：

三相电压周期为T，相应相电流周期为

从图中可看出负载缺一相情况下，主电路电流为剩余两相电流合成电流，从波形可看出周期为

其电流可分两部分表示，前半部分可表示为

简化计算后

从该公式可分析出，该电流的最大值为H＝Im，最小值为

此时参考基准值k0的值为1。

后半部分电流波形可表示为

简化计算后

从该公式可分析出，该电流的最大值为

最小值为

此时参考基准值k0的值为

图7所示为三相电源和负载均正常运行未出现缺相情况下的电流波形图。

三相电压周期为T，相应相电流周期为

从图中可看出正常运行情况下，主电路电流波形周期为

其电流可表示为

简化计算后

从该公式可分析出，该电流的最大值为H＝2Im，最小值为

此时参考基准值k0的值为

B、所述三相电源携带多个负载的情况下，根据负载的功率不同及重要度，参考基准值k0的设定进一步包括：：

假设n个负载，功率分别为P1，P2，P3，……，Pn，每个负载的缺相参考基准值分别为k1，k2，k3，……，kn，则三相电源设定参考基准值k0为：

kO＝alk1+a2k2+a3k3+…+ankn

k1，k2，k3，……，kn的值可按上步骤A中方法进行设定；

通常情况下，a1，a2，a3，……，an的值为：

其中，P＝P1+P2+P3+…+Pn。

但在特殊情况下，负载的重要等级不同，如某个负载对缺相的要求异常严苛时，可根据负载重要度以及各负载的缺相灵敏度对a1，a2，a3，……，an的值进行设定，重要等级越高的负载其相应的权重a值越大，反之越小。

基于三相电源及负载出现缺相的检测需求，设定相应参考基准值k0后，获取所述主电路电流I在第一时间段t1的波形信息；基于所述主电路电流I在第一时间段t1的波形信息，可根据得到的波形信息直接确定待测主电路电流I的最大值H与最小值L；此时第一时间段t1必定大于一个周期，以保证获取完整采样周期的一组数据。

此时设定参数K：

参数K为主电路电流最大值H、最小值L的运算结果，其大小与电流值的大小无关，仅与电流的峰峰值比值有关，因此该参数不受单个负载功率变化的影响，其仅反映三相电源及负载是否存在缺相及缺相情况。从不同的缺相及正常情况下，参数K值为固定值可以看出，通过比较K值，即可判断三相电源及负载是否缺相，以及可判定是何种缺相情况，判断出缺相情况发生时，系统可发出缺相故障报警以及采取相应保护动作。

根据得出的参数K的值，通过参数K与参考基准值k0的比较，可判定出三相电源及负载是否出现缺相情况：响应于判断所述参数K大于所述参考基准值k0时，系统判定三相电源或负载出现缺相情况，发出缺相故障报警，并采样相应保护动作，封锁逆变电源，停止输出三相电压。

响应于判断所述参数K小于等于所述参考基准值k0时，判断为正常运行；获取所述主电路电流I在第二时间段t2的波形信息，所述第二时间段t2晚于所述第一时间段t1；以及将所述主电路电流I在第二时间段t2的波形信息指定为所述主电路电流I在第一时间段t1的波形信息，并持续判断所述参数K的值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法，其特征在于，步骤包括：

基于三相电源及负载出现缺相的检测需求，设定相应参考基准值k0；

获取主电路电流I在第一时间段t1的波形信息；

基于所述主电路电流I在第一时间段t1的波形信息，确定所述主电路电流I的最大值H与最小值L；

基于所述主电路电流I的最大值H与最小值L确定参数K；以及响应于判断所述参数K大于所述参考基准值k0确定所述三相电源和/或负载出现缺相和/或三相不平衡，发出故障报警；

所述三相电源及负载出现缺相的检测需求至少包括以下一种：

负载中任一相缺失；

负载中无缺相，仅出现三相不平衡；

负载中至少缺两相或所述三相电源缺相；或

负载中只有一相缺失，同时出现三相不平衡；

所述基于三相电源及负载出现缺相的检测需求，设定相应参考基准值k0进一步包括：

A、所述三相电源携带单一负载的情况下，参考基准值k0设定为：

负载中任一相缺失，所述参考基准值k0为

负载中无缺相，仅出现三相不平衡，所述参考基准值k0的取值范围为

负载中至少缺两相或所述三相电源缺相，所述参考基准值k0为1；

负载中只有一相缺失，同时出现三相不平衡，所述参考基准值k0的取值范围为

或

B、所述三相电源携带多个负载的情况下，根据负载的功率不同及重要度，参考基准值k0设定为：

n个负载中，功率分别为P1，P2，P3，……，Pn，每个负载的参考基准值分别为k1，k2，k3，……，kn，则三相电源设定所述参考基准值k0为：k0＝a1k1+a2k2+a3k3+…+ankn。

2.根据权利要求1所述的用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法，其特征在于，所述方法包括：

响应于判断所述参数K小于等于所述参考基准值k0时，判断为正常运行；

获取所述主电路电流I在第二时间段t2的波形信息，所述第二时间段t2晚于所述第一时间段t1；以及将所述主电路电流I在第二时间段t2的波形信息指定为所述主电路电流I在第一时间段t1的波形信息。

3.根据权利要求1所述用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法，所述三相电源携带多个负载的情况下，根据负载的功率不同及重要度，参考基准值k0的设定进一步包括：

所述三相电源携带多个负载的情况下，所述参考基准值k0求值公式中：k1，k2，k3，……，kn为A中单个负载中所述参考基准值k0的集合；a1，a2，a3，……，an的值为

其中P＝P1+P2+P3+…+Pn。

4.根据权利要求1所述用于三相电源及负载缺相检测和保护的方法，所述基于所述主电路电流I的最大值H与最小值L，确定参数K进一步包括：

所述参数K为

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