CN112578306A - 一种基于相角监测的三相电源故障识别方法 - Google Patents

一种基于相角监测的三相电源故障识别方法 Download PDF

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CN112578306A CN202011584530.7A CN202011584530A CN112578306A CN 112578306 A CN112578306 A CN 112578306A CN 202011584530 A CN202011584530 A CN 202011584530A CN 112578306 A CN112578306 A CN 112578306A
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李松梁
张凌华
左光焜
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    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies

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Abstract

本发明提供了一种基于相角监测的三相电源故障识别方法，包括以下步骤：S1：通过控制器的采样电路采集电源三相电压的AD数据；S2：对采集到的三相电压的AD数据均取最大值Vmax和最小值Vmin，通过Vmax、Vmin测算各相之间相角；S3：判断各相角是否超过判断阈值，若超过则识别为电源异常；S4：计算三相电压的有效值，若某一有效值低于异常阈值，则判定为电源异常；S5：对步骤S3、步骤S4两种方法进行整合判断电源状态是否异常；S6：更新电源状态后重新执行步骤S1。本发明所述的一种基于相角监测的三相电源故障识别方法解决了现有的三相电源故障识别方法故障检测不全面、对于输入通道较少的设备无法检测的问题。

Description

一种基于相角监测的三相电源故障识别方法
技术领域
本发明属于三相电源故障监测技术领域，尤其是涉及一种基于相角监测的三相电源故障识别方法。
背景技术
现广泛应用于市场双电源自动转换开关产品上的三相电源故障识别方法主要有两种：一种为监测电源相电压来判断电源故障的方法，此方法在某些特定负载情况下，无法检测出电源故障(如AB两相接入阻抗较小的负载时，A/B相断电情况无法识别出来)；另一种方法为同时监测电源的相电压和线电压来综合判断，此方法需要读取至少6路电压，对于输入通道较少的设备无法实施。
发明内容
有鉴于此，本发明创提出一种基于相角监测的三相电源故障识别方法以解决现有的三相电源故障识别方法故障检测不全面、对于输入通道较少的设备无法检测的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
进一步的，一种基于相角监测的三相电源故障识别方法，包括以下步骤：
S1：通过控制器的采样电路采集电源三相电压的AD数据；
S2：对采集到的三相电压的AD数据均取最大值Vmax和最小值Vmin，通过Vmax、Vmin测算各相之间相角；
S3：判断各相角是否超过判断阈值，若超过则识别为电源异常；
S4：计算三相电压的有效值，若某一有效值低于异常阈值，则判定为电源异常；
S5：对步骤S3、步骤S4两种方法进行整合判断电源状态是否异常；
S6：更新电源状态后重新执行步骤S1。
进一步的，步骤S2中通过Vmax、Vmin测算各相之间相角具体步骤如下：
A1：对每一相线采集到的三相电压的AD数据均取最大值Vmax和最小值 Vmin，通过对Vmax、Vmin处理获取该相线的相线频率；
A2：终取三相线频率的多值得出电源电压线频率；
A3：通过步骤A1中采集的各相的Vmax、Vmin以及步骤A2中得到的电源电压线频率测算各相之间相角；
进一步的，步骤A1中利用的通过对Vmax、Vmin处理获取该相线的相线频率计算步骤如下：
B1：对每一相线取
Figure BDA0002865270770000021
Figure BDA0002865270770000022
作两条水平线；
B2：按时间顺序寻找单相由上到下穿过V1线并相交的点P1，再寻找此相由下到上与V2线线相交的点P2；
B3：再找此相由上到下穿过V1线并相交的点P3；
B4：计算出此相线频率为
Figure BDA0002865270770000023
其中T为采样时间间隔；
B5：取三个相线频率中舍弃偏离值后的均值得出电源电压线频率。
进一步的，步骤A3中利用的各相之间相角计算步骤如下：
C1：计算各相的中值电压V0，
Figure BDA0002865270770000024
C2：按时间顺序找到A相由上到下穿过V0线并相交的点Pa，再找到B 相由上到下穿过V0线并相交的点Pb；
C3：计算该相的相角Vang，
Figure BDA0002865270770000031
F为步骤B4中求出的相线频率。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：本发明提出的一种基于相角监测的三相电源故障识别方法只需要采集三相电源的三路相电压即可实施，极大程度的节省了硬件电路的成本和复杂程度，有效克服了传统基于单一相电压值的电源故障监测方法受不同负载变化影响而导致监测不出来的问题，进而提高了双电源自动转换开关的安全性和可靠性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种基于相角监测的三相电源故障识别方法流程示意图；
图2为本发明实施例所述的控制器检测电路连接示意图；
图3为本发明实施例所述的无负载情况下相电压波形图示意图；
图4为本发明实施例所述的有负载情况下相电压波形图示意图；
图5为本发明实施例所述的无负载断相情况下相电压波形图示意图；
图6为本发明实施例所述的感性负载断相情况下相电压波形图示意图；
图7为本发明实施例所述的阻性小负载断相情况下相电压波形图示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1、图2所示，一种基于相角监测的三相电源故障识别方法，包括以下步骤：
S1：通过控制器的采样电路采集电源三相电压的AD数据，控制器采用但不限于WOTPC LEVEL3型控制器；
S2：对采集到的三相电压的AD数据均取最大值Vmax和最小值Vmin，通过Vmax、Vmin测算各相之间相角；
S3：判断各相角是否超过判断阈值，若超过则识别为电源异常；
S4：计算三相电压的有效值，若某一有效值低于异常阈值，则判定为电源异常；
S5：对步骤S3、步骤S4两种方法进行整合判断电源状态是否异常；
S6：更新电源状态后重新执行步骤S1。
如图1所示，步骤S2中通过Vmax、Vmin测算各相之间相角具体步骤如下：
A1：对每一相线采集到的三相电压的AD数据均取最大值Vmax和最小值 Vmin，通过对Vmax、Vmin处理获取该相线的相线频率；
A2：终取三相线频率的多值得出电源电压线频率；
A3：通过步骤A1中采集的各相的Vmax、Vmin以及步骤A2中得到的电源电压线频率测算各相之间相角；
如图1所示，步骤A1中利用的通过对Vmax、Vmin处理获取该相线的相线频率计算步骤如下：
B1：对每一相线取
Figure BDA0002865270770000051
Figure BDA0002865270770000052
作两条水平线；
B2：按时间顺序寻找单相由上到下穿过V1线并相交的点P1，再寻找此相由下到上与V2线线相交的点P2；
B3：再找此相由上到下穿过V1线并相交的点P3；
B4：计算出此相线频率为
Figure BDA0002865270770000061
其中T为采样时间间隔；
B5：取三个相线频率中舍弃偏离值后的均值得出电源电压线频率。
如图1所示，步骤A3中利用的各相之间相角计算步骤如下：
C1：计算各相的中值电压V0，
Figure BDA0002865270770000062
C2：按时间顺序找到A相由上到下穿过V0线并相交的点Pa，再找到B 相由上到下穿过V0线并相交的点Pb；
C3：计算该相的相角Vang，
Figure BDA0002865270770000063
F为步骤B4中求出的相线频率。
本发明用于对双电源自动转换开关的三相电源的故障监测。电路连接图如图1所示，控制器采集三相电源的各相AD数据，电源下端连接有负载，负载特性多样，本说明取两种具有代表性的负载进行举例。
首先我们来分析电源正常时三路相电压波形。
如图3所示，为电源正常时不接负载的波形，可见波形规则，相角均衡均为120°左右，另如图4所示，为电源正常时接负载的波形，同样可见波形规则，相角均衡均为120°左右。其余负载接入情况下，电压波形也基本相同，由此可见，在电源正常情况下，电源电压有效值和相角波动不大。
如图4所示，分析电源故障时三路相电压波形。为电源故障时不接负载情况的波形，可见故障相电源的相电压有效值降低，此情况可通过监测相电压有效值方法监测出来；若所接负载阻值较小或者为纯感性负载的情况下，相电压监测的方案就行不通了。
如图6、图7所示，由图可以发现，故障时，三相电压的有效值并没有很大变化，但是其中某两相之间的相角发生很明显的变化，有原来的120°左右变换为0°左右，此种情况即可通过本发明提出的一种基于相角监测的三相电源故障识别方法识别出故障。
本发明只需要采集三相电源的三路相电压即可实施，极大程度的节省了硬件电路的成本和复杂程度，有效克服了传统基于单一相电压值的电源故障监测方法受不同负载变化影响而导致监测不出来的问题，进而提高了双电源自动转换开关的安全性和可靠性，另外此方法可以无成本的用于产品升级，只需更新软件方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于相角监测的三相电源故障识别方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：通过控制器的采样电路采集电源三相电压的AD数据；
S2：对采集到的三相电压的AD数据均取最大值Vmax和最小值Vmin，通过Vmax、Vmin测算各相之间相角；
S3：判断各相角是否超过判断阈值，若超过则识别为电源异常；
S4：计算三相电压的有效值，若某一有效值低于异常阈值，则判定为电源异常；
S5：对步骤S3、步骤S4两种方法进行整合判断电源状态是否异常；
S6：更新电源状态后重新执行步骤S1。
2.根据权利要求1所述的一种基于相角监测的三相电源故障识别方法，其特征在于：步骤S2中通过Vmax、Vmin测算各相之间相角具体步骤如下：
A1：对每一相线采集到的三相电压的AD数据均取最大值Vmax和最小值Vmin，通过对Vmax、Vmin处理获取该相线的相线频率；
A2：终取三相线频率的多值得出电源电压线频率；
A3：通过步骤A1中采集的各相的Vmax、Vmin以及步骤A2中得到的电源电压线频率测算各相之间相角。
3.根据权利要求2所述的一种基于相角监测的三相电源故障识别方法，其特征在于：步骤A1中利用的通过对Vmax、Vmin处理获取该相线的相线频率计算步骤如下：
B1：对每一相线取
Figure FDA0002865270760000011
作两条水平线；
B2：按时间顺序寻找单相由上到下穿过V1线并相交的点P1，再寻找此相由下到上与V2线线相交的点P2；
B3：再找此相由上到下穿过V1线并相交的点P3；
B4：计算出此相线频率为
Figure FDA0002865270760000021
其中T为采样时间间隔；
B5：取三个相线频率中舍弃偏离值后的均值得出电源电压线频率。
4.根据权利要求3所述的一种基于相角监测的三相电源故障识别方法，其特征在于：步骤A3中利用的各相之间相角计算步骤如下：
C1：计算各相的中值电压V0，
Figure FDA0002865270760000022
C2：按时间顺序找到A相由上到下穿过V0线并相交的点Pa，再找到B相由上到下穿过V0线并相交的点Pb；
C3：计算该相的相角Vang，
Figure FDA0002865270760000023
F为步骤B4中求出的相线频率。
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