CN116742649A - 一种无功补偿线性过零检测电路及动态调整过零投切方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无功补偿线性过零检测电路及动态调整过零投切方法，包括继电器控制电路、投入过零信号输出电路、切除过零信号输出电路；所述继电器控制电路在过零信号发生前进行投切命令控制，并根据投切状态进行计算，对继电器投入与切除过零精度进行实时动态调整，确保后续继电器投入与切除时间的准确性。本发明解决了传统过零脉冲信号误差大，继电器因长时间工作结构疲劳，过零点不准的问题，连续线性监测更真实反馈开关两端闭合与断开时的电压变化情况，通过对继电器动作时间的动态调整提高过零投入时稳定性，降低涌流倍数，避免切除时发生拉弧引起的继电器触点损伤，适用所有无功补偿电压过零投切场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种线性过零检测电路及调整过零投切方法，特别是一种无功补偿线性过零检测电路及动态调整过零投切方法。
背景技术
面对复杂电网环境，尤其是工业使用环境，传统的低压无功补偿过零投切电路采用的是光耦、运放、电阻分压等方法来检测测继电器开关两端电压信号过零变化，投切过零检测故障率较高，使用寿命短，其中光耦信号作为过零监测信号，上升沿或下降沿电平变化容易受温度影响，过零信号虽然实现隔离但是误差较大，在软件设计中需要进行长时间的优化滤波才能实现过零投切，过零投切响应速度较慢,并且容易因为光衰而容易造成设备损坏。采用运放监测过零方法，有两种方式，一种是通过比较器模式进行零点判断，一种是跟随器模式实现连续监测，运放的这两种模式可以实现过零预测但是没有实现隔离，容易被干扰，电阻分压监测过零方法，成本较低，过零信号预测速度快，但是没有实现隔离，采用此方案设备耐压实验时漏电流较大，并且抗干扰能力较差，个别极端条件下容易造成芯片的损坏。随着社会发展的迅速，设备质量要求的提高，低涌流，快响应，高质量已经是现在低压无功补偿投切设备基本要求，一种可自动根据电网环境调整继电器因长时间工作疲劳而造成的动作时间变慢问题的设备与方法非常必要。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无功补偿线性过零检测电路及动态调整过零投切方法。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种无功补偿线性过零检测电路及动态调整过零投切方法。
其中，一种无功补偿线性过零检测电路，包括：继电器控制电路、投入过零信号输出电路以及切除过零信号输出电路；其中，继电器控制电路与投入过零信号输出电路通过继电器开关连接，投入过零信号输出电路中的第一输入端口与切除过零信号输出电路中的第二输入端口连接。
所述继电器控制电路中，第一控制接口与第二控制接口连接驱动管脚，通过单片机对继电器开关进行控制。
所述投入过零信号输出电路中，电器开关一端连接投入过零信号输出电路中的第一输入端，该第一输入端与第一限流电阻一端连接，第一限流电阻另一端与第一电压互感器的原边第一号脚连接，第一电压互感器原边第二号脚与第二限流电阻一端连接，第二限流电阻的另一端连接继电器开关中的输出端，第一电压互感器副第一号脚连接第三采样电阻一端，第三采样电阻另一端连接第一电压互感器副边第二号管脚，第三采样电阻与第一滤波电容并联，第一滤波电容一端与第四电阻一端连接，第四电阻另一端与第二电容串联且与第一滤波电容并联，第二电容与第四电阻连接端为所述投入过零信号输出电路的输出端，输出模拟电压投入过零信号，第二电容另一端接1.65V。
所述切除过零信号输出电路中，第二输入端连接第五限流电阻一端，第五限流电阻另一端连接第二电压互感器原边第一号脚，第二电压互感器原边第二号脚连接第六限流电阻一端，第六限流电阻另一端连接电源N相或B相，第二电压互感器副边第一号脚与第二号脚并联连接第七采样电阻，第七采样电阻并联第三滤波电容，第八电阻串联第四电容后，与第三滤波电容并联；第八电阻与第四电容连接端为所述切除过零信号输出电路的输出端，输出模拟电压切除过零信号，第四电容另一端接1.65V。
一种动态调整过零投切方法，法采用上述无功补偿线性过零检测电路实现，包括：动态调整过零投入方法和动态调整过零切除方法。
所述的动态调整过零投入方法，具体包括以下步骤：
步骤a1，根据投入过零信号输出电路输出端输出的数据，记录第一次电压过零时刻t1和第二次电压过零时刻t2，据此计算电压变化周期T，并记录时刻t1和时刻t2时的数据；
步骤a2，根据电压变化周期预测下一个电压过零点时刻t3与该时刻的数据；
步骤a3，实际测量下一个电压过零点时刻t3与该时刻的数据，并与步骤a2中预测的时间和该时刻数据进行比较，若预测时间吻合且实际测量数据满足变化趋势则进行步骤a4，否则清除过零时刻t1与过零时刻t2数据返回步骤a1；
步骤a4，使用电压过零点时刻t3时的数据替换时刻t1时的数据；
步骤a5，再次检测电压过零点，替换t2时的数据；
步骤a6，判断投入命令标志是否置位，若置位则预测t3点时刻，否则继续检测电压过零点，更新t3时的数据并保存，返回步骤a4；
步骤a7，在t3时刻前若投入命令标志置位，则在Rt0时刻下发继电器命令，并检测数据变化，若数据与上述电压过零点时刻t3时的数据相吻合或数据无变化趋势，则记录当前时刻Rt1，并进行步骤a8；
步骤a8，对输出端输出的数据进行持续监测预设时间，判断疑似过零点数，若疑似过零点数大于0则判断数据是谐波因素或者继电器弹跳因素，根据因素差异更新Rt1时刻，并根据监测结果更新Rt1，若疑似过零点数为0，Rt1不变，记录继电器一次动作数据，即继电器的动作时间为Rt1时刻与Rt0时刻差值；
步骤a9，重复步骤a6至步骤a8，当记录继电器动作次数大于预设次数，判断继电器投入动作时间是否需要调整，若需要则修改系统继电器参数，否则清空记录次数数据；完成所述动态调整过零投入。
所述的动态调整过零切除方法，具体包括以下步骤：
步骤b1，根据切除过零信号输出电路输出端输出的数据，继电器在切除前，记录第一次电压过零时刻t1’和第二次电压过零时刻t2’，据此计算电压变化周期T’，并记录时刻t1’和时刻t2’时的数据；
步骤b2，根据电压变化周期预测下一个电压过零点时刻t3’与该时刻的数据；
步骤b3，实际测量下一个电压过零点时刻t3’与该时刻的数据，并与步骤b2中预测的时间和该时刻数据进行比较，若预测时间吻合且实际测量数据满足变化趋势则进行步骤b4，否则清除过零时刻t1’与过零时刻t2’数据返回步骤b1；
步骤b4，使用电压过零点时刻t3’时的数据替换时刻t1’时的数据；
步骤b5，再次检测电压过零点，替换t2’数据；
步骤b6，判断切除命令标志是否置位，若置位则预测分闸时刻进入步骤b7，若不置位则再次检测过压零点，更新t3’数据并保存返回步骤b4；
步骤b7，在Rq0时刻下发继电器切除信号，检测ADC1出现数值突变，则记录当前时刻Rq1并记录ADC2数据，并进行步骤b8；
步骤b8，记录继电器一次切除动作数据，即继电器的动作时间为Rq1时刻与Rq0时刻差值；
步骤b9，当记录继电器分闸时间次数大于预设次数，判断继电器切除分闸时间是否需要调整；若需要修改，则修改系统继电器参数，否则清空记录次数数据；完成所述的动态调整过零切除。
步骤a6中所述的投入命令标志和步骤b6中所述的切除命令标志的置位，由所述单片机发起。
步骤a8中所述的预设时间为10ms。
步骤a9和步骤b9中所述的预设次数为3次。
有益效果：
本发明结构简单，采用强电弱电全隔离，耐压效果显著，成本低且可靠性高，计算效率显著，不仅可以线性采样得到继电器两端电压过零信号变化，而且能识别继电器投入前后电压变化情况，可实现对继电器合闸动作时间与分闸时间实现us级的变化识别，用于实现调整低压无功补偿中随着继电器投切次数增加而导致的机械疲劳误差，减少设备因过零不准而导致的涌流问题或者拉弧而造成的继电器粘连，实现了对电网设备的保护，提高无功补偿设备使用寿命，适用所有无功补偿电压过零投切场合。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明提出的无功补偿线性过零检测电路原理图。
图2是本发明提出的继电器开关两端电压变化曲线示意图。
图3是本发明提出的继电器开关两端投入时电压变化曲线示意图。
图4是本发明提出的继电器切除时供电电压变化曲线示意图。
图5是本发明提出的继电器投入过零继电器调整流程图。
图6是本发明提出的继电器切除过零继电器调整流程图。
具体实施方式
本发明设计了一种无功补偿线性过零检测电路及动态调整过零投切方法，在继电器投切过程中准确判断继电器动作时间，并给以调整。
其中，一种无功补偿线性过零检测电路包括继电器控制电路、投入过零信号输出电路、切除过零信号输出电路。
本发明中，利用继电器控制电路IO1与IO2连接驱动管脚通过单片机进行控制。
利用投入过零信号输出电路Vin1端连接限流电阻R1，限流电阻R1与电压互感器PT1原边a1号脚连接，电压互感器PT1原边b2号脚与限流电阻R2连接，限流电阻R2连接继电器开关K1中Vout端，电压互感器PT1副边c1号脚连接采样电阻R3，采样电阻R3连接电压互感器副边d1号管脚，采样电阻R3与滤波电容C1并联，滤波电容C1与R4电阻连接，R4电阻与C2电容串联且与滤波电容C1并联，ADC1输出模拟电压投入过零信号。
利用切除过零信号输出电路Vin2端接限流电阻R5，限流电阻R5连接电压互感器PT2原边a2号脚，电压互感器PT2原边b2号脚连接限流电阻R6连接电源N相或者B相，电压互感器PT2副边c2号脚与d2号脚并联R7采样电阻，采样电阻R7并联C3滤波电容，电阻R8串联C4电容与滤波电容C3并联；ADC2输出模拟电压切除过零信号。
本发明还提供一种动态调整过零投切方法，所述方法采用上述的无功补偿线性过零检测电路实现，包括：动态调整过零投入方法和动态调整过零切除方法。
其中，所述的动态调整过零投入方法，具体包括以下步骤：
步骤a1，根据投入过零信号输出电路2输出端ADC1输出的数据，记录第一次电压过零时刻t1和第二次电压过零时刻t2，据此计算电压变化周期T，并记录时刻t1和时刻t2时的数据；
步骤a2，根据电压变化周期预测下一个电压过零点时刻t3与该时刻的数据；
步骤a3，实际测量下一个电压过零点时刻t3与该时刻的数据，并与步骤a2中预测的时间和该时刻数据进行比较，若预测时间吻合且实际测量数据满足变化趋势(实际测量数据变化趋势：实测t3点连续两点ADC1数据符号发生变化同时连续两个点的ADC1的数据值之和与t1点d1与d2之和相比较≤10，与t2点d3与d4之和相比较≤10；并且根据ADC1采样间隔时间50us计算出斜率与t1点中d1与d2点ADC1数据斜率与t3点ADC1实测数据斜率相同则认为满足变化趋势。)则进行步骤a4，否则清除过零时刻t1与过零时刻t2数据返回步骤a1；
步骤a4，使用电压过零点时刻t3时的数据替换时刻t1时的数据；
步骤a5，再次检测电压过零点，替换t2数据；
步骤a6，判断投入命令标志是否置位，若置位则预测t3点时刻，否则继续检测电压过零点，更新t3数据并保存，返回步骤a4；
步骤a7，在t3时刻前若投入命令标志置位，则在Rt0时刻下发继电器命令，并检测数据变化，若数据与上述电压过零点时刻t3时的数据相吻合或数据无变化趋势，则记录当前时刻Rt1，并进行步骤a8；
步骤a8，对输出端ADC1输出的数据进行持续监测预设时间，判断疑似过零点数，若疑似过零点数大于0则判断数据是谐波因素或者继电器弹跳因素，根据因素差异更新Rt1时刻，并根据监测结果更新Rt1，若疑似过零点数为0，Rt1不变，记录继电器一次动作数据，即继电器的动作时间为Rt1时刻与Rt0时刻差值；
进一步的，疑似过零点数：如图2在标准50HZ正弦波中，一个周期零点出现的次数应该≤3，但是电网中存在电压谐波因素，这导致电压信号有概率在过零时被谐波干扰，此时在过零测量时会出现多个接近于电压零点的数值；
同时继电器属于机械元件，它的工作元件是一个铜制触点器件，在磁场作用下合闸的瞬间，触点有时会发生弹跳，这导致开关两端的电压出现零点后又恢复一定的电压值，反复出现零点直至弹跳结束，这种弹跳的发生在几十us级别；
而出现这些疑似零点的时刻我们需要精确判断出是真实的零点，区分谐波干扰，或者继电器弹跳干扰，用于得到准确的继电器动作时间；
继电器开关K1未合闸前，谐波是存在的，谐波干扰我们通过周期时间可以筛除；继电器弹跳发生在合闸后，且数值变化是突变的，与合闸时刻的电压值有关；
因为输出端ADC1输出的AD模拟量数据与继电器开关两端电压变化是线性等比例缩小的，所以AD模拟量的正弦波变化就是实际开关两端电压变化波形，这更利于寻找到真实的继电器合闸点，这是传统光耦触发或者比较触发信号所不具备的，它具有更多采样信息可以准确描述并分析电压零点情况；将其采样间隔固定在50us，连续两个点的变化斜率或者连续两点AD值变化量的差值大小是恒定的，更容易分析出继电器动作瞬间电压变化情况。
步骤a9，重复步骤a6至步骤a8，当记录继电器动作次数大于3次，判断继电器投入动作时间是否需要调整，若需要则修改系统继电器参数，否则清空记录次数数据；完成所述动态调整过零投入。
进一步的，判断继电器投入动作时间是否需要调整，当系统得到3次以上的继电器投入动作数据，这里我们将三次数据编码：D1，D2，D3；继电器初始动作时间为S0；S0是继电器出厂空载数据；
将D1，D2，D3数据进行排序并计算出三次采样数据平均值P，去除最大值D1与最小值D2，假设这里D2是中间值，则将D2与平均值P做差，其绝对值≤50us则满足条件继续将平均值P与S0进行比较做差，若平均值P减S0差值绝对值>100us，则将S0原有数值删除，并将平均值P值赋值于S0，此时继电器投入数据调整为平均值P并清除D1，D2，D3数据，重新记录次数。若D2与平均值P做差>50us,说明数据稳定性不好，清空D1，D2，D3数据，重新记录；若平均值P与S0差值绝对值≤100us，则说明投入动作时间正常没无须调整，清空D1，D2，D3数据，重新记录。
所述的动态调整过零切除方法，具体包括以下步骤：
步骤b1，根据切除过零信号输出电路3输出端ADC2输出的数据，继电器在切除前，记录第一次电压过零时刻t1’和第二次电压过零时刻t2’，据此计算电压变化周期T’，并记录时刻t1’和时刻t2’时的数据；
步骤b2，根据电压变化周期预测下一个电压过零点时刻t3’与该时刻的数据；
步骤b3，实际测量下一个电压过零点时刻t3’与该时刻的数据，并与步骤b2中预测的时间和该时刻数据进行比较，若预测时间吻合且实际测量数据满足变化趋势则进行步骤b4，否则清除过零时刻t1’与过零时刻t2’数据返回步骤b1；
步骤b4，使用电压过零点时刻t3’时的数据替换时刻t1’时的数据；
步骤b5，再次检测电压过零点，替换t2’数据；
步骤b6，判断切除命令标志是否置位，若置位则预测分闸时刻进入步骤b7，若不置位则再次检测过压零点，更新t3’数据并保存返回步骤b4；
步骤b7，在Rq0时刻下发继电器切除信号，检测ADC1出现数值突变，则记录当前时刻Rq1并记录ADC2数据，并进行步骤b8；
步骤b8，记录继电器一次切除动作数据，即继电器的动作时间为Rq1时刻与Rq0时刻差值；
步骤b9，记录继电器分闸时间次数大于3次，判断继电器切除分闸时间是否需要调整；若需要修改，则修改系统继电器参数，否则清空记录次数数据；完成所述的动态调整过零切除。
进一步的，判断继电器切除分闸时间是否需要调整，继电器分闸需要根据ADC2的信号与ADC1信号的变化来判断继电器分闸的时间；这里为了保证电流过零切除，继电器的分闸点需要满足在如图4位置进行分闸；
继电器的分闸时间，这里假设记录F1，F2，F3三个数据，继电器初始分闸时间为S1，S1为空载时出厂分闸数据；
当记录分闸时间数据大于3次后，将记录三次的分闸数据排序，并计算平均值P2，去除最大值F1，最小值F2，假设中间值为F3，则将F3与平均值P2做差取绝对值，若其绝对值≤50us，则继续将平均值P2与系统中S1值做差，并判断绝对值是否>100us,若>100us,则说明分闸时间需要调整，则删除S1，将平均值P2赋值给S1，清空F1，F2，F3数据，删除记录次数，重新开始；若F3与平均值P2做差绝对值>50us,则说明三次分闸时间数据稳定性较差，清空F1，F2，F3数据与记录次数，重新开始记录。
步骤a6中所述的投入命令标志和步骤b6中所述的切除命令标志的置位，由所述单片机发起。
步骤a8中所述的预设时间为10ms。
ADC1信号输出电路与ADC2信号输出电路作为无功补偿过零信号采样电路的优势：
常规的过零信号类似于光耦或者比较器，或者电阻采样，它们要么不隔离要么信号只有在过零点时刻仅有个电压翻转，过零点数据采样精度很差，不能实现继电器的动作时间的精确捕捉，而本发明的电路，ADC1输出信号，与ADC2输出信号，完全隔离，且过零信号连续，能实现全周期的波形采样跟踪，可避免耐压问题，完美的解决了传统方案的不足；
ADC2输出信号，在正常情况下也可以用于对电压进行采样，实现电压采样与切除过零二合一应用。
ADC1输出信号与ADC2输出信号处理过程可补充细节补充如下：
在不需进行继电器投切时，ADC2信号输出为电压采样波形，分补时可采样相电压，共补时为线电压，可在出厂时进行标定，计算出输入电压的数值，用于显示；
在需要进行过零投入时，ADC1输出信号就是继电器K1开关两端的电压值，继电器在投入前后，ADC1的输出信号是持续检测的，在继电器发生合闸的瞬间，系统可根据ADC1的变化情况准确的分析出，合闸点发生在无论下一个零点出现之前，还是下一个零点出现之后，即使合闸点发生在零点位置上，也可以连续数据点的变化分析判断出更精确的时刻，同时还能根据ADC1合闸点瞬间的变化，判断出继电器弹跳的情况。
根据弹跳的时间，我们也可以进行适当的二次调整，二次适当调整的意思是，根据继电器的弹跳出现时间，判断弹跳出现在零点前后关系，若在零点前，三次记录得到的调整值加10us，若在零点后，三次记录得到的调整值减10us，若三次记录不出现弹跳且一会在前一会在后则对调整的数值不做二次处理，实现继电器过零投入的过程在不断的进行调整与变化，避免继电器疲劳而造成的寿命降低保证系统的长久使用与稳定性。
实施例：
如图1，本实施例公开了一种无功补偿线性过零检测电路，包括继电器控制电路、投入过零信号输出电路、切除过零信号输出电路。其中继电器控制电路IO1与IO2连接驱动管脚通过单片机进行控制。
所述Vin1端连接限流电阻R1，限流电阻R1与电压互感器PT1原边a1号脚连接，电压互感器PT1原边b1号脚与限流电阻R2连接，限流电阻R2连接继电器开关K1中Vout端，电压互感器PT1副边c1号脚连接采样电阻R3，采样电阻R3连接电压互感器副边d1号管脚，采样电阻R3与滤波电容C1并联，滤波电容C1与R4电阻连接，R4电阻与C2电容串联且与滤波电容C1并联，ADC1输出模拟电压投入过零信号。
所述Vin2端接限流电阻R5，限流电阻R5连接电压互感器PT2原边a2号脚，电压互感器PT2原边b2号脚连接限流电阻R6连接电源N相或者B相，电压互感器PT2副边c2号脚与d2号脚并联R7采样电阻，采样电阻R7并联C3滤波电容，电阻R8串联C4电容与滤波电容C3并联；ADC2输出模拟电压切除过零信号。
结合图1，对无功补偿线性过零检测电路进行详细的说明。
在本实施例中，无功补偿投入电压过零信号，主要就是继电器开关两端的电压信号，Vin1是交流电源输入端，Vout接负载端入段，只要让继电器合闸时间点无限接近电压零点就可以实现无涌流投切，但是常规的检测手段无法实现可靠的线性检测，只能通过脉冲来反馈出零点时刻，这种方式只能预判出粗略的过零点，参见图1中，限流电阻R1与限流电阻R2，应根据工作环境和PT1原边线圈选择合适的功率与阻值大小，必要时要考虑电阻耐压要求，在使用中避免发热，PT1互感器将继电器开关两端的高压信号转变成电流信号，再通过采样电阻R3将电流信号变成与高压信号同步的弱电信号，采样电阻R3阻值不宜过大，应选择高精度电阻且信号幅值在0-5V区间并留有过压余量，该弱点信号连续且线性反应出继电器两端的开关电压变化，后通过C1滤波变成稳定的交流正弦模拟信号ADC1，R4与C2构成RC滤波电路可对波形进行一进步滤波操作，R4的阻值不能过大，C2的容值选用nf级别，避免波形变化不同步，将ADC1输入进单片机的AD口进行连续采样，采样间隔越小，过零点时间判断越精确。继电器投入控制需要在下一次过零点前发出，并需要根据已知的继电器合闸时间给出精确的控制命令下发时间。
在本实施例中，无功补偿切除过零信号，需要通过系统电压判断，这里采用的原理是纯容性无功条件下，无功电流与电压之间夹角为90°，通过精准判断系统电压零点，即可推断出电流零点时刻，当继电器闭合后，PT1电压互感器采样是一条直线，PT2电压互感器采样波形是正弦信号，通过PT2电压互感器原边R5与R6限流电阻，将供电一侧电压转化为电流信号通过采样电阻R7，将电流信号变成线性电压信号，采样电阻R7阻值不宜过大，应选择高精度电阻且信号幅值在0-5V区间并留有过压余量，再通过C3滤波电容进行滤波，R8电阻与C4电容组成RC滤波电路对ADC2信号进一步优化。
本发明还提供一种动态调整过零投切方法，包括以下过程：
利用投入过零信号输出电路的ADC1信号数据，ADC1采样信号间隔固定并进行连续判断，当连续两个点数据乘积出现负值，记录此刻t1两点数据d1与d2的数据值，继续检测信号的变化情况，直至连续两个点数据乘积再次出现负值，记录t2两点数据d3与d4，利用得到t1点与t2点的电压过零数据，计算判断时间T用于确认电压变化周期，预测下一个电压过零点时间t3与采样数值，利用无功补偿线性过零检测电路得到实际t3点的数据，并与预测数据进行对比，此时t3-t2时间与t2-t1时间相吻合，保存记录t3点数据，此时t3-t1是完整的一次周期循环，将t3点数据赋值于t1，继续进行电压过零点数据判断并更新采样数值。
优选的，所述t1点t2点持续更新，实现继电器开关在未闭合前准确预判下一个电压过零点t3，投入指令在预测过下一个零点t3前Rt0时刻下发继电器命令后检测数值变化，若出现ADC1输出数值与历史保存t3点数据相吻合或者持续多点数据无变化趋势，则记录时间点Rt1，再继续持续监测一段时间，若无疑似二次过零点，则说明投入时间点Rt1小于等于t3点时刻，若出现二次过零点或多次过零点，则判断电压谐波干扰或者继电器弹跳因素，通过ADC1数据连续性判断区分谐波与弹跳特性，出现二次以上过零点则说明Rt1大于t3点，更新Rt1点时间，继电器的动作时间为Rt1时刻与Rt0时刻差值，保存继电器1次动作数据。
进一步的，根据继电器多次投入后的动作时间数据，判断继电器的动作时间与保存时间做对比，若差值过大舍弃，若连续多次动作时间相似且与保存值差值在允许调整范围内，调整更新继电器时间，并持续判断调整后的投入过零情况，若不出现二次多次过零点，则说明继电器动作时间满足要求。
利用切除过零信号输出电路的ADC2值进行切除过零判断，低压无功补偿纯容性条件下电流与电压角度相差90°，通过判断切除时电压过零情况可计算出电流过零时刻，根据此特性在t2电压零点时，电流过零在分闸点Rq1则当检测信号确认t2点后，根据继电器切除时间计算出发送切除控制信号，使继电器在Rq1时刻分闸，达到电流过零切除目的。
进一步的，在分闸前继电器两端电压等电位，投入过零信号输出电路的ADC1信号数据是持续保持不变，当继电器分闸后，ADC1的信号出现突变，记录突变时刻的时间点Rq1，继电器切除时间为Rq1与Rq0之间差值，保存继电器1次切除数据。
再进一步的，继电器切除点Rq1可通过在t2与t3过零点时刻来判断出是否偏移，若连续多次出现Rq1分闸点不在ADC2数值峰值附近，则说明继电器分闸时间需要重新计算保存，用保存切除数据与储存切除数据比较，满足调整条件，允许继电器的切除数据更新继电器时间，并根据调整后切除情况，判断调整数据合理性，选择性进行是否永久保存。
下面结合流程图5图6对动态调整过零投切方法进行具体描述。
首先在继电器未闭合前，可以理解为系统正常上电开始，继电器两端的电压如图2所示，根据ADC1连续信号变化，单片机AD连续采样功能持续进行，AD采样模式为DMA存储模式，设定采样间隔为50us，建立数据缓冲区为400个数据点，连续运行一个周波，采样得到的ADC数据与1.65V，AD值做差，数据当连续两个点数据乘积出现负值，记录此刻t1两点数据d1与d2的数据值，继续检测信号的变化情况，直至连续两个点数据乘积再次出现负值，记录t2两点数据d3与d4，利用得到t1点与t2点的电压过零数据，计算判断时间T用于确认电压变化周期，此时的周期T接近于半个周期则说明数据有效，预测下一个电压过零点时间t3与采样数值，t3点的数据，并与预测数据进行对比，此时t3-t2时间与t2-t1时间相吻合，保存记录t3点数据，此时t3-t1是完整的一次周期循环，将t3点数据赋值于t1，继续进行电压过零点数据判断并更新采样数值。
一个完整周波采样完毕后，所述t1点t2点持续更新，实现继电器开关在未闭合前准确预判下一个电压过零点t3，如图3投入指令在预测过下一个零点t3前Rt0时刻下发继电器控制命令后并检测数值变化，若出现ADC1输出数值与历史保存t3点数据相吻合或者持续多点数据无变化趋势，则记录时间点Rt1如图3所示，再继续持续监测一段时间，若无疑似二次过零点，则说明投入时间点Rt1小于等于t3点时刻，若出现二次过零点或多次过零点，则判断电压谐波干扰或者继电器弹跳因素，通过ADC1数据连续性判断区分谐波与弹跳特性，出现二次以上过零点则说明Rt1大于t3点，更新Rt1点时间，继电器的动作时间为Rt1时刻与Rt0时刻差值，保存继电器1次动作数据。
根据继电器多次投入后的动作时间数据，判断继电器的动作时间与保存时间做对比，若差值过大舍弃，若连续多次动作时间相似且与保存值差值在允许调整范围内，调整更新继电器时间，并持续判断调整后的投入过零情况，若不出现二次多次过零点，则说明继电器动作时间满足要求，无需调整。
继电器闭合后，切除过零点判断条件需要根据纯容性无功条件下，无功电流与电压之间夹角为90°，通过精准判断电压零点，即可推断出电流零点时刻，根据此特性在t2电压零点时，电流过零在分闸点Rq1则当检测信号确认t2点后，根据继电器切除时间计算出发送切除控制信号，使继电器在Rq1时刻分闸，达到电流过零切除目的如图4所示。
在分闸前继电器两端电压等电位，投入过零信号输出电路的ADC1信号数据是持续保持不变，当继电器分闸后，ADC1的信号出现突变，记录突变时刻的时间点Rq1，继电器切除时间为Rq1与Rq0之间差值，保存继电器1次切除数据。
继电器切除点Rq1可通过在t2与t3过零点时刻来判断出是否偏移，若连续多次出现Rq1分闸点不在ADC2数值峰值附近，则说明继电器分闸时间需要重新计算保存，用保存切除数据与储存切除数据比较，满足调整条件，允许继电器的切除数据更新继电器时间，并根据调整后切除情况，判断调整数据合理性，选择性进行是否永久保存。
通过上述方法，可实现低压无功补偿过零投切的同时，实现对继电器投入动作时间与动作时间的检测，通过不断调整系统继电器动作数据与过零点的关系实现过零精度的不断优化调整。
具体实现中，本申请提供计算机存储介质以及对应的数据处理单元，其中，该计算机存储介质能够存储计算机程序，所述计算机程序通过数据处理单元执行时可运行本发明提供的一种无功补偿线性过零检测电路及动态调整过零投切方法的发明内容以及各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，ROM)或随机存储记忆体(random access memory，RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术方案可借助计算机程序以及其对应的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以计算机程序即软件产品的形式体现出来，该计算机程序软件产品可以存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台包含数据处理单元的设备(可以是个人计算机，服务器，单片机，MUU或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本发明提供了一种无功补偿线性过零检测电路及动态调整过零投切方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种无功补偿线性过零检测电路，其特征在于，包括：继电器控制电路(1)、投入过零信号输出电路(2)以及切除过零信号输出电路(3)；其中，继电器控制电路(1)与投入过零信号输出电路(2)通过继电器开关(K1)连接，投入过零信号输出电路(2)中的第一输入端口(Vin1)与切除过零信号输出电路(3)中的第二输入端口(Vin2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种无功补偿线性过零检测电路，其特征在于，所述继电器控制电路(1)中，第一控制接口(IO1)与第二控制接口(IO2)连接驱动管脚，通过单片机对继电器开关(K1)进行控制。
3.根据权利要求2所述的一种无功补偿线性过零检测电路，其特征在于，所述投入过零信号输出电路中，电器开关(K1)一端连接投入过零信号输出电路(2)中的第一输入端(Vin1)，该第一输入端(Vin1)与第一限流电阻(R1)一端连接，第一限流电阻(R1)另一端与第一电压互感器(PT1)的原边第一号脚(a1)连接，第一电压互感器(PT1)原边第二号脚(b1)与第二限流电阻(R2)一端连接，第二限流电阻(R2)的另一端连接继电器开关(K1)中的输出端(Vout)，第一电压互感器(PT1)副第一号脚(c1)连接第三采样电阻(R3)一端，第三采样电阻(R3)另一端连接第一电压互感器(PT1)副边第二号管脚(d1)，第三采样电阻(R3)与第一滤波电容(C1)并联，第一滤波电容(C1)一端与第四电阻(R4)一端连接，第四电阻(R4)另一端与第二电容(C2)串联且与第一滤波电容(C1)并联，第二电容(C2)与第四电阻(R4)连接端为所述投入过零信号输出电路的输出端(ADC1)，输出模拟电压投入过零信号，第二电容(C2)另一端接1.65V。
4.根据权利要求3所述的一种无功补偿线性过零检测电路，其特征在于，所述切除过零信号输出电路(3)中，第二输入端(Vin2)连接第五限流电阻(R5)一端，第五限流电阻(R5)另一端连接第二电压互感器(PT2)原边第一号脚(a2)，第二电压互感器(PT2)原边第二号脚(b2)连接第六限流电阻(R6)一端，第六限流电阻(R6)另一端连接电源N相或B相，第二电压互感器(PT2)副边第一号脚(c2)与第二号脚(d2)并联连接第七采样电阻(R7)，第七采样电阻(R7)并联第三滤波电容(C3)，第八电阻(R8)串联第四电容(C4)后，与第三滤波电容(C3)并联；第八电阻(R8)与第四电容(C4)连接端为所述切除过零信号输出电路的输出端(ADC2)，输出模拟电压切除过零信号，第四电容(C4)另一端接1.65V。
5.一种动态调整过零投切方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1所述的无功补偿线性过零检测电路实现，包括：动态调整过零投入方法和动态调整过零切除方法。
6.根据权利要求5所述的一种动态调整过零投切方法，其特征在于，所述的动态调整过零投入方法，具体包括以下步骤：
步骤a1，根据投入过零信号输出电路(2)输出端(ADC1)输出的数据，记录第一次电压过零时刻t1和第二次电压过零时刻t2，据此计算电压变化周期T，并记录时刻t1和时刻t2时的数据；
步骤a2，根据电压变化周期预测下一个电压过零点时刻t3与该时刻的数据；
步骤a3，实际测量下一个电压过零点时刻t3与该时刻的数据，并与步骤a2中预测的时间和该时刻数据进行比较，若预测时间吻合且实际测量数据满足变化趋势则进行步骤a4，否则清除过零时刻t1与过零时刻t2数据返回步骤a1；
步骤a4，使用电压过零点时刻t3时的数据替换时刻t1时的数据；
步骤a5，再次检测电压过零点，替换t2时的数据；
步骤a6，判断投入命令标志是否置位，若置位则预测t3点时刻，否则继续检测电压过零点，更新t3时的数据并保存，返回步骤a4；
步骤a7，在t3时刻前若投入命令标志置位，则在Rt0时刻下发继电器命令，并检测数据变化，若数据与上述电压过零点时刻t3时的数据相吻合或数据无变化趋势，则记录当前时刻Rt1，并进行步骤a8；
步骤a8，对输出端(ADC1)输出的数据进行持续监测预设时间，判断疑似过零点数，若疑似过零点数大于0则判断数据是谐波因素或者继电器弹跳因素，根据因素差异更新Rt1时刻，并根据监测结果更新Rt1，若疑似过零点数为0，Rt1不变，记录继电器一次动作数据，即继电器的动作时间为Rt1时刻与Rt0时刻差值；
步骤a9，重复步骤a6至步骤a8，当记录继电器动作次数大于预设次数，判断继电器投入动作时间是否需要调整，若需要则修改系统继电器参数，否则清空记录次数数据；完成所述动态调整过零投入。
7.根据权利要求6所述的一种动态调整过零投切方法，其特征在于，所述的动态调整过零切除方法，具体包括以下步骤：
步骤b1，根据切除过零信号输出电路(3)输出端(ADC2)输出的数据，继电器在切除前，记录第一次电压过零时刻t1’和第二次电压过零时刻t2’，据此计算电压变化周期T’，并记录时刻t1’和时刻t2’时的数据；
步骤b2，根据电压变化周期预测下一个电压过零点时刻t3’与该时刻的数据；
步骤b3，实际测量下一个电压过零点时刻t3’与该时刻的数据，并与步骤b2中预测的时间和该时刻数据进行比较，若预测时间吻合且实际测量数据满足变化趋势则进行步骤b4，否则清除过零时刻t1’与过零时刻t2’数据返回步骤b1；
步骤b4，使用电压过零点时刻t3’时的数据替换时刻t1’时的数据；
步骤b5，再次检测电压过零点，替换t2’数据；
步骤b6，判断切除命令标志是否置位，若置位则预测分闸时刻进入步骤b7，若不置位则再次检测过压零点，更新t3’数据并保存返回步骤b4；
步骤b7，在Rq0时刻下发继电器切除信号，检测ADC1出现数值突变，则记录当前时刻Rq1并记录ADC2数据，并进行步骤b8；
步骤b8，记录继电器一次切除动作数据，即继电器的动作时间为Rq1时刻与Rq0时刻差值；
步骤b9，当记录继电器分闸时间次数大于预设次数，判断继电器切除分闸时间是否需要调整；若需要修改，则修改系统继电器参数，否则清空记录次数数据；完成所述的动态调整过零切除。
8.根据权利要求7所述的一种动态调整过零投切方法，其特征在于，步骤a6中所述的投入命令标志和步骤b6中所述的切除命令标志的置位，由所述单片机发起。
9.根据权利要求8所述的一种动态调整过零投切方法，其特征在于，步骤a8中所述的预设时间为10ms。
10.根据权利要求9所述的一种动态调整过零投切方法，其特征在于，步骤a9和步骤b9中所述的预设次数为3次。
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| CN202310703294.3A CN116742649A (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 一种无功补偿线性过零检测电路及动态调整过零投切方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN117722750A (zh) * | 2024-02-07 | 2024-03-19 | 东莞市智杰电子科技有限公司 | 一种用于svg无功补偿的制冷空调运行安全监管系统 |
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2023
- 2023-06-13 CN CN202310703294.3A patent/CN116742649A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117722750A (zh) * | 2024-02-07 | 2024-03-19 | 东莞市智杰电子科技有限公司 | 一种用于svg无功补偿的制冷空调运行安全监管系统 |
| CN117722750B (zh) * | 2024-02-07 | 2024-05-03 | 东莞市智杰电子科技有限公司 | 一种用于svg无功补偿的制冷空调运行安全监管系统 |
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