CN114295936A - 一种应用于静态开关的电网电压检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于静态开关的电网电压检测系统及方法，属于电压检测技术领域，具体方法包括：步骤一：通过采样电路将交流AC220V电压转换成小于3V的电压和过零方波直流电压信号；步骤二：将电压方波信号和过零方波直流电压信号发送到与采样电路相连接的控制芯片中；步骤三：控制芯片对接收到的电压信号进行分析，判定电网电压是否故障；控制芯片对接收到的电压信号进行分析的方法包括：建立校核点电压表；在每个上升沿触发信号触发中断时，周期从0开始计数，在每个校核点上进行电压采样，标记为采样电压，将校核点输入到校核点电压表中，获得对应的标准电压值，将采样电压与标准电压值进行对比。

Description

一种应用于静态开关的电网电压检测系统及方法

技术领域

本发明属于电压检测技术领域，具体是一种应用于静态开关的电网电压检测系统及方法。

背景技术

静态开关一般应用在不间断电源系统中，实现市电与逆变电源的快速切换。实现静态开关快速切换的首要条件是对于电网状态准确迅速判断。如果电网状态检测速度慢、准确率低，那么必将影响到静态开关的性能。检测方法有多种，因方法不同，切换速度也会不同。

所以，为了提高静态开关切换速度，确保安全可靠，静态开关的控制单元必须对市电等指标进行检测，只有对电网状态的准确判断，才能实现静态开关快速、安全的切换。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种应用于静态开关的电网电压检测系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种应用于静态开关的电网电压检测方法，具体方法包括：

步骤一：通过采样电路将交流AC220V电压转换成小于3V的电压和过零方波直流电压信号；

步骤二：将电压方波信号和过零方波直流电压信号发送到与采样电路相连接的控制芯片中；

步骤三：控制芯片对接收到的电压信号进行分析，判定电网电压是否故障；

控制芯片对接收到的电压信号进行分析的方法包括：

建立校核点电压表；在每个上升沿触发信号触发中断时，周期从0开始计数，在每个校核点上进行电压采样，标记为采样电压，将校核点输入到校核点电压表中，获得对应的标准电压值，将采样电压与标准电压值进行对比；

当采样电压与标准电压值之间的偏差不大于阈值X1时，则判定电网波形正常，不进行后续操作；当采样电压与标准电压值之间的偏差大于阈值X1时，则判定电网波形异常，持续统计连续出现电网波形异常的校核点数量，当统计的异常校核点数量大于M个时，M为正整数，判定电网电压故障。

进一步地，建立校核点电压表的方法包括：

获取电网的标准交流周期和标准交流周期内的标准电压曲线，在获取的电网交流周期上设置N校核点，其中N为正整数，将校核点映射到标准电压曲线中，获得对应校核点的标准电压值，根据校核点和对应的标准电压值建立校核点电压表。

进一步地，数字电平从低电平变为高电平的一瞬间叫做上升沿；当电位由低变高而触发输出变化即为上升沿触发。

进一步地，步骤三中控制芯片对接收到的电压信号进行分析的另一种方法包括：

设置异常预判库，当采样电压与标准电压值之间的偏差大于阈值X1时，获取偏差值P_i，其中i＝1、2、……、M，将偏差值P_i输入到异常预判库中，获得电网电压故障概率Q_i，设置阈值X2，当Q_i≥X2或i＝M时，终止检测，评定电网电压故障；当Q_i<X2时，获取下一个校核点的偏差值P_i+1；

当P_i+1≤X1时，终止检测，判定电网电压正常；当P_i+1>X1时，将偏差值P_i+1输入到异常预判库中，获得电网电压故障概率Q_i+1，当Q_i+1≥X2或i+1＝M时，终止检测，评定电网电压故障；当Q_i+1<X2时，进行循环迭代，直到i＝M或者Q_i≥X2，终止检测，评定电网电压故障。

进一步地，设置异常预判库的方法包括：

获取大量的控制芯片对电压信号进行分析的历史数据，包括校核点数量和对应每个校核点的偏差值，设置数据条，所述数据条有M个数据填充位，一个数据填充位对应一个异常校核点的偏差值，将一组分析历史数据整合到一个数据条中，当数据填充位内没有填充偏差值时，数据条中对应的数据填充位自动删除；建立数据库，将数据条输入到数据库中进行保存，在数据库内设置归类单元和概率单元；归类单元用于根据输入进来的偏差值进行归类，概率单元用于对归类数据进行分析，获取当前的电网电压故障概率，并将电网电压故障概率进行输出。

进一步地，异常预判库的工作方法包括：

获取偏差值对应异常校核点的次数，标记为异常编号，将识别的偏差值标记为Bj，获取偏差值Bj的j-1次归类数据，归类单元根据偏差值Bj在j-1次归类数据中匹配到对应的数据条，并将匹配到的数据条标记为j次归类数据，概率单元统计j次归类数据中拥有M个数据填充位的数据条的数量占比，标记为电网电压故障概率，并将电网电压故障概率进行输出。

一种应用于静态开关的电网电压检测系统，包括电路模块和服务器；

所述电路模块由采样电路及其控制芯片组成的电路板，用于将交流AC220V电压通过采样电路转换成小于3V的电压及过零方波直流电压信号，通过控制芯片对上述信号进行采样分析；判定电网电压是否故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过采样电路进行静态开关的电网电压采样，并通过对电网电压进行分析判断，具有简单、快捷和精准的特点，提高了静态开关切换过程的准确性与安全性，实现静态开关快速、安全的切换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明电路原理图；

图3为本发明交流电压及过零采样图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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。

如图1至图3所示，一种应用于静态开关的电网电压检测方法，具体方法包括：

步骤一：通过采样电路将交流AC220V电压转换成小于3V的电压和过零方波直流电压信号；

如图3所示，交流AC220V电压通过采样电路，在A点变成电压方波信号，在B点变成直流电压波形信号，这些信号送入到控制芯片的管脚；

经过交流电压及过零采样电路处理的信号，方波信号的幅值为3V；方波信号从0V上升到3V，称为上升沿；方波信号从3V下降到0V，称为下降沿；

数字电平从低电平(数字“0”)变为高电平(数字“1”)的那一瞬间叫做上升沿；上升沿触发是当信号有上升沿时的开关动作，当电位由低变高而触发输出变化的就叫上升沿触发；也就是当测到的信号电位是从低到高，也就是上升时就触发，叫做上升沿触发；

上升沿与下降沿检测的是电平变化的一瞬间，就会产生中断，这个时间是us级别的，但是如果中断引脚检测到一直保持低/高电平，则无法产生下次中断，也就是中断只会触发一次，只有在下次电平发生变化时才会重新触发中断。

步骤二：将电压方波信号和过零方波直流电压信号发送到与采样电路相连接的控制芯片中；

步骤三：控制芯片对接收到的电压信号进行分析，判定电网电压是否故障；

在一个实施例中，控制芯片对接收到的电压信号进行分析的方法包括：

建立校核点电压表；在每个上升沿触发信号触发中断时，周期从0开始计数，在每个校核点上进行电压采样，标记为采样电压，将校核点输入到校核点电压表中，获得对应的标准电压值，将采样电压与标准电压值进行对比；

当采样电压与标准电压值之间的偏差不大于阈值X1时，则判定电网波形正常，不进行后续操作；当采样电压与标准电压值之间的偏差大于阈值X1时，则判定电网波形异常，持续统计连续出现电网波形异常的校核点数量，当统计的异常校核点数量大于M个时，M为正整数，是根据相关规定的时延和N的值进行设置的；判定电网电压故障；反之，则不进行操作。

建立校核点电压表的方法包括：

获取电网的标准交流周期和标准交流周期内的标准电压曲线，在获取的电网交流周期上设置N校核点，其中N为正整数，一般取N＝200，将校核点映射到标准电压曲线中，获得对应校核点的标准电压值，根据校核点和对应的标准电压值建立校核点电压表。

示例性的：

将每个电网交流周期分为200个点，在每个上升沿触发信号触发中断时，周期从0开始计数；保存一个周期内从0开始的200个电压标准值；在每个点上进行电压采样，并将电压采样值与电压标准值进行比对；如果每个采样点上电压采样值与电压标准值相差在20％以内，则判定电网波形正常；如果每个采样点上电压采样值与电压标准值相差超出20％，则判定电网波形异常；当电压采样值异常个数连续超过20个点(2ms)，那么判断电网电压故障。

在另一个实施例中，控制芯片对接收到的电压信号进行分析的方法包括：

设置异常预判库，建立校核点电压表；在每个上升沿触发信号触发中断时，周期从0开始计数，在每个校核点上进行电压采样，标记为采样电压，将校核点输入到校核点电压表中，获得对应的标准电压值，将采样电压与标准电压值进行对比；

当采样电压与标准电压值之间的偏差不大于阈值X1时，则判定电网波形正常，不进行后续操作；当采样电压与标准电压值之间的偏差大于阈值X1时，获取偏差值P_i，其中i＝1、2、……、M，M与上一实施例中的值相同；i＝1表示采样电压与标准电压值之间的偏差大于阈值X1时的第一个异常校核点，i＝2表示第一个异常校核点的下一个校核点的采样电压与标准电压值之间的偏差大于阈值X1，依次类推，中断后重新开始；将偏差值P_i输入到异常预判库中，获得电网电压故障概率Q_i，设置阈值X2，阈值X2是由专家组根据异常预判库进行设置的；当Q_i≥X2或i＝M时，终止检测，评定电网电压故障；当Q_i<X2时，获取下一个校核点的偏差值P_i+1；

当P_i+1≤X1时，终止检测，判定电网电压正常；当P_i+1>X1时，将偏差值P_i+1输入到异常预判库中，获得电网电压故障概率Q_i+1，当Q_i+1≥X2或i+1＝M时，终止检测，评定电网电压故障；当Q_i+1<X2时，进行循环迭代，直到i＝M或者Q_i≥X2，终止检测，评定电网电压故障。

设置异常预判库的方法包括：

获取大量的控制芯片对电压信号进行分析的历史数据，分析历史数据为出现电网波形异常的数据，包括校核点数量和对应每个校核点的偏差值，设置数据条，所述数据条有M个数据填充位，一个数据填充位对应一个异常校核点的偏差值，将一组分析历史数据整合到一个数据条中，当数据填充位内没有填充偏差值时，数据条中对应的数据填充位自动删除；建立数据库，将数据条输入到数据库中进行保存，在数据库内设置归类单元和概率单元；归类单元用于根据输入进来的偏差值进行归类，概率单元用于对归类数据进行分析，获取当前的电网电压故障概率，并将电网电压故障概率进行输出。

异常预判库的工作方法包括：

获取偏差值对应异常校核点的次数，标记为异常编号，就是连续出现的第几个异常校核点，将识别的偏差值标记为Bj，j即为异常编号，B1为第一个偏差值，B2为连续出现的第二个偏差值，连续出现不是指连续出现在异常预判库内，而是至在一个周期内，连续出现的第二个异常校核点；获取偏差值Bj的j-1次归类数据，当j-1＝0时，对应的归类数据为异常预判库内的全部数据条，归类单元根据偏差值Bj在j-1次归类数据中匹配到对应的数据条，并将匹配到的数据条标记为j次归类数据，概率单元统计j次归类数据中拥有M个数据填充位的数据条的数量占比，标记为电网电压故障概率，并将电网电压故障概率进行输出；

示例性的，识别输入进来的第一个偏差值，归类单元根据偏差值匹配对应的数据条，并将匹配到的数据条标记为一次归类数据，概率单元统计一次归类数据中拥有M个数据填充位的数据条的数量占比，标记为电网电压故障概率，并将电网电压故障概率进行输出；识别连续输入进来的第二个偏差值，归类单元根据偏差值在一次归类数据中匹配对应的数据条，并将匹配到的数据条标记为二次归类数据，概率单元统计二次归类数据中拥有M个数据填充位的数据条的数量占比，标记为电网电压故障概率，并将电网电压故障概率进行输出；识别连续输入进来的第三个偏差值，归类单元根据偏差值在二次归类数据中匹配对应的数据条，并将匹配到的数据条标记为三次归类数据，概率单元统计三次归类数据中拥有M个数据填充位的数据条的数量占比，标记为电网电压故障概率，并将电网电压故障概率进行输出；依次类推。

本实施例与上一实施例相比，不用等到连续出现M个异常校核点，在过程中即可根据数据判断电网电压是否故障，提高判断速度。

一种应用于静态开关的电网电压检测系统，应用于上述中任一项的一种应用于静态开关的电网电压检测方法，包括电路模块和服务器；

所述电路模块由采样电路及其控制芯片组成的电路板，用于将交流AC220V电压通过采样电路转换成小于3V的电压及过零方波直流电压信号，通过控制芯片对上述信号进行采样分析；判定电网电压是否故障。

上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (7)

1.一种应用于静态开关的电网电压检测方法，其特征在于，具体方法包括：

步骤一：通过采样电路将交流AC220V电压转换成小于3V的电压和过零方波直流电压信号；

步骤二：将电压方波信号和过零方波直流电压信号发送到与采样电路相连接的控制芯片中；

步骤三：控制芯片对接收到的电压信号进行分析，判定电网电压是否故障；

控制芯片对接收到的电压信号进行分析的方法包括：

建立校核点电压表；在每个上升沿触发信号触发中断时，周期从0开始计数，在每个校核点上进行电压采样，标记为采样电压，将校核点输入到校核点电压表中，获得对应的标准电压值，将采样电压与标准电压值进行对比；

当采样电压与标准电压值之间的偏差不大于阈值X1时，则判定电网波形正常，不进行后续操作；当采样电压与标准电压值之间的偏差大于阈值X1时，则判定电网波形异常，持续统计连续出现电网波形异常的校核点数量，当统计的异常校核点数量大于M个时，M为正整数，判定电网电压故障。

2.根据权利要求1所述的一种应用于静态开关的电网电压检测方法，其特征在于，建立校核点电压表的方法包括：

获取电网的标准交流周期和标准交流周期内的标准电压曲线，在获取的电网交流周期上设置N校核点，其中N为正整数，将校核点映射到标准电压曲线中，获得对应校核点的标准电压值，根据校核点和对应的标准电压值建立校核点电压表。

3.根据权利要求1所述的一种应用于静态开关的电网电压检测方法，其特征在于，数字电平从低电平变为高电平的一瞬间叫做上升沿；当电位由低变高而触发输出变化即为上升沿触发。

4.根据权利要求1所述的一种应用于静态开关的电网电压检测方法，其特征在于，步骤三中控制芯片对接收到的电压信号进行分析的另一种方法包括：

设置异常预判库，当采样电压与标准电压值之间的偏差大于阈值X1时，获取偏差值P_i，其中i＝1、2、……、M，将偏差值P_i输入到异常预判库中，获得电网电压故障概率Q_i，设置阈值X2，当Q_i≥X2或i＝M时，终止检测，评定电网电压故障；当Q_i<X2时，获取下一个校核点的偏差值P_i+1；

当P_i+1≤X1时，终止检测，判定电网电压正常；当P_i+1>X1时，将偏差值P_i+1输入到异常预判库中，获得电网电压故障概率Q_i+1，当Q_i+1≥X2或i+1＝M时，终止检测，评定电网电压故障；当Q_i+1<X2时，进行循环迭代，直到i＝M或者Q_i≥X2，终止检测，评定电网电压故障。

5.根据权利要求4所述的一种应用于静态开关的电网电压检测方法，其特征在于，设置异常预判库的方法包括：

获取控制芯片对电压信号进行分析的历史数据，包括校核点数量和对应每个校核点的偏差值，设置数据条，所述数据条有M个数据填充位，一个数据填充位对应一个异常校核点的偏差值，将一组分析历史数据整合到一个数据条中，当数据填充位内没有填充偏差值时，数据条中对应的数据填充位自动删除；建立数据库，将数据条输入到数据库中进行保存，在数据库内设置归类单元和概率单元；归类单元用于根据输入进来的偏差值进行归类，概率单元用于对归类数据进行分析，获取当前的电网电压故障概率，并将电网电压故障概率进行输出。

6.根据权利要求5所述的一种应用于静态开关的电网电压检测方法，其特征在于，异常预判库的工作方法包括：

获取偏差值对应异常校核点的次数，标记为异常编号，将识别的偏差值标记为Bj，获取偏差值Bj的j-1次归类数据，归类单元根据偏差值Bj在j-1次归类数据中匹配到对应的数据条，并将匹配到的数据条标记为j次归类数据，概率单元统计j次归类数据中拥有M个数据填充位的数据条的数量占比，标记为电网电压故障概率，并将电网电压故障概率进行输出。

7.一种应用于静态开关的电网电压检测系统，其特征在于，应用于权利要求1至6中任一项所述的一种应用于静态开关的电网电压检测方法中，包括电路模块和服务器；

所述电路模块由采样电路及其控制芯片组成的电路板，用于将交流AC220V电压通过采样电路转换成小于3V的电压及过零方波直流电压信号，通过控制芯片对上述信号进行采样分析；判定电网电压是否故障。

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