三相不间断电源的电网掉电检测方法转让专利
申请号 : CN201010615387.3
文献号 : CN102116822B
文献日 : 2012-11-14
发明人 : 王美力
申请人 : 易事特电力系统技术有限公司
摘要 :
本发明涉及交流逆变电源领域，尤其涉及三相不间断电源的电网掉电检测方法，对已全波整流的三相电网电压进行实时采样，一个工频周期采样180次，判断每次采样到的三相瞬时电压累加和是否低于设定的掉电检测点，如果UPS的三相输入电压已经持续2ms低压异常，则认为电网掉电。此发明利用三相电网的特性，即任何时刻的三相瞬时电压的绝对值累加和是在1.732~2倍峰值电压范围内，本发明能准确，快速检测出三相电掉电情况，检测时间稳定，并且系统可靠性强。
权利要求 :
1.三相不间断电源的电网掉电检测方法，其特征在于：包括如下步骤： A：开始周期中断，处理器对已全波整流后的三相电网电压进行实时采样；
B：对采样到的三相瞬时电压值进行累加求和；
C：判断累加和是否小于设定的掉电检测点，如果三相瞬时电压值的累加和小于设定的掉电检测点，则执行步骤G，如果三相瞬时电压值的累加和大于或等于掉电检测点，则执行步骤D； D：判断瞬时低压标志位是否为1，如果不为1，则执行步骤F，如果瞬时低压标志位为1，则执行步骤E；
E：瞬时电压正常计数器增1，并判断瞬时电压正常计数器是否大于指定阈值N，如果小于或等于阈值N，则结束，等待下次周期中断，如果大于阈值N，执行步骤F；
F：瞬时低压标志位、低压计数器、瞬时电压正常计数器全部清零，结束，等待下次周期中断；
G：设置瞬时低压标志位为1，低压计数器增1；
H：判断低压计数器是否高于18，如果低压计数器大于或等于18则认为三相电网掉电，如果低压计数器小于18则结束本次掉电判断并等待下次周期中断。
2.根据权利要求1所述的三相不间断电源的电网掉电检测方法，其特征在于：A步骤中：周期中断的时间间隔为三相电网输入周期的1/180。
3.根据权利要求2所述的三相不间断电源的电网掉电检测方法，其特征在于：C步骤中：掉电检测点为1000。
4.根据权利要求3所述的三相不间断电源的电网掉电检测方法，其特征在于：步骤E中，N为4、5或6。
5.根据权利要求4所述的三相不间断电源的电网掉电检测方法，其特征在于：A步骤中：处理器型号为：TMS320LF2407的DSP。
说明书 :
三相不间断电源的电网掉电检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及交流逆变电源领域，尤其涉及三相不间断电源的电网掉电检测方法。
背景技术
[0002] 后备式UPS平时处于蓄电池充电状态，在电网掉电时逆变器紧急切换到工作状态，将电池提供的直流电转变为稳定的交流电输出，因此后备式UPS存在一个切换时间问题。如何快速又准确无误地检测到电网掉电是后备式UPS的核心技术及难点。因为如果检测时间过长，必然造成负载设备停止工作，则相当于UPS不起作用，如果检测快速则容易误动作，造成市电与逆变频繁切换，以致损坏UPS。目前三相后备式UPS的电网掉电检测方法与单相后备式UPS的电网掉电检测方法是相同，通常通过以下方法实现掉电检测：
[0003] 方法一、逐点检测法。采样到的瞬时电压值与软件内正弦表中的相应点进行比较，当出现一段时间内瞬时电压值小于正弦表中的对应值，则认为是电网掉电。此方法是基于逆变完全锁相于电网相位，而且在市电波形的零点附近时，由于实际值与比较值相近，造成检测时间不固定，检测时间长短不固定。
[0004] 方法二、平均值检测法。对电压瞬时值进行累加一段时间后再求平均，如果此平均值小于设定值，则认为是电网掉电。此方法在逆变锁相于电网相位的过程中仍可检测。检测时间固定，但很难做到快速检测，此方法的检测时间大于4ms。而且当UPS的输入接发电机时，由于发电机波形很差，因此为了识别发电机波形，需要很复杂的算法，或者通过增加掉电检测时间来判断是否掉电，这样就不能及时判断电网是否掉电。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种三相不间断电源的电网掉电检测方法，其能准确，快速检测出三相电掉电情况，检测时间稳定，并且系统可靠性强。
[0006] 本发明的目的通过以下技术措施实现：三相不间断电源的电网掉电检测方法，包括如下步骤：
[0007] A：开始周期中断，处理器对已全波整流的三相电网电压进行实时采样；
[0008] B：对采样到的三相瞬时电压值进行累加求和；
[0009] C：判断累加和是否小于设定的掉电检测点，如果三相瞬时电压值的累加和小于设定的掉电检测点，则执行步骤G；如果三相瞬时电压值的累加和大于或等于掉电检测点，则执行步骤D；；
[0010] D：判断瞬时低压标志位是否为1，如果不为1，则执行步骤F；如果瞬时低压标志位为1，则执行步骤E；；
[0011] E：瞬时电压正常计数器增1，并判断瞬时电压正常计数器是否大于指定阈值N，如果小于或等于N则结束本次掉电判断并等待下次周期中断；如果大于N，执行步骤F；
[0012] F：瞬时低压标志位、低压计数器、瞬时电压正常计数器全部清零，结束，等待下次周期中断；
[0013] G：设置瞬时低压标志位为1，低压计数器增1；
[0014] H：判断低压计数器是否高于18，如果低压计数器大于或等于18则认为三相电网掉电，如果低压计数器小于18，则结束本次掉电判断并等待下次周期中断。
[0015] 其中，A步骤中：周期中断的时间间隔为UPS三相电网输入周期的1/180。
[0016] 其中，C步骤中：掉电检测点的电压为220V对应的三相瞬时电压累加和的最小值的一半。
[0017] 其中，步骤E中，N为4、5或6。
[0018] 其中，A步骤中：处理器型号为：TMS320LF2407的DSP。
[0019] 本发明的有益效果为：三相不间断电源的电网掉电检测方法，包括如下步骤： [0020] A：开始周期中断，处理器对已全波整流的三相电网电压信号进行实时采样；
[0021] B：对采样到的三相瞬时电压值进行累加求和；
[0022] C：判断累加和是否小于设定的掉电检测点，如果三相瞬时电压值的累加和小于设定的掉电检测点，则执行步骤G；如果三相瞬时电压值的累加和大于或等于掉电检测点，则执行步骤D；
[0023] D：判断瞬时低压标志位是否为1，如果不为1，则执行步骤F；如果瞬时低压标志位为1，则执行步骤E；
[0024] E：如果瞬时低压标志位为1，瞬时电压正常计数器增1，并判断瞬时电压正常计数器是否大于指定阈值N，如果小于或等于N则结束本次掉电判断并等待下次周期中断；如果大于N，执行步骤F；
[0025] F：瞬时低压标志位、低压计数器、瞬时电压正常计数器全部清零，结束，等待下次周期中断；
[0026] G：设置瞬时低压标志位为1，低压计数器增1；
[0027] H：判断低压计数器是否高于18，如果低压计数器大于或等于18则认为三相电网掉电，如果低压计数器小于18，则结束本次掉电判断并等待下次周期中断。
[0028] 本发明提出的方法利用三相电的特性，即任何时刻的三相瞬时电压的绝对值累加和是在1.732~2倍峰值电压范围内，因此累加和数值很大而且波动很小，本发明能准确，快速检测出三相电掉电情况，检测时间固定，并且系统可靠性强。
附图说明
[0029] 图1是本发明提出的方法中三相电网电压分别经全波整流后的波形。
[0030] 图2是本发明提出的方法的检测流程图；
[0031] 图3是本发明应用于40KVA后备式UPS切换波形图；
[0032] 图4是本发明的切换波形图；
[0033] 附图标记：
[0034] 1——整流后 [0035] 2——整流后
[0036] 3——整流后
[0037] 4——40KVA后备式UPS的旁路空开后的A相电网波形
[0038] 5——40KVA后备式UPS的旁路空开后的B相电网波形
[0039] 6——40KVA后备式UPS的旁路空开后的C相电网波形
[0040] 7——40KVA后备式UPS逆变/旁路切换信号
[0041] 8——40KVA后备式UPS逆变/旁路切换信号
[0042] 9——40KVA后备式UPS的A相输出波形
[0043] 10——40KVA后备式UPS的A相输入电网波形。
具体实施方式
[0044] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0045] 如图2所示，三相不间断电源的电网掉电检测方法，包括如下步骤： [0046] A：开始周期中断，处理器对已全波整流的三相电网电压信号进行实时采样；
[0047] B：对采样到的三相瞬时电压值进行累加求和；
[0048] C：判断累加和是否小于设定的掉电检测点1000，如果三相瞬时电压值的累加和小于设定的掉电检测点1000，则执行步骤G；如果三相瞬时电压值的累加和大于或等于1000，则执行步骤D；
[0049] D：判断瞬时低压标志位是否为1，如果不为1，则执行步骤F；如果瞬时低压标志位为1，则执行步骤E；
[0050] E：瞬时电压正常计数器增1，并判断瞬时电压正常计数器是否大于指定阈值5，如果小于或等于5则结束，等待下次周期中断；如果大于5 ，执行步骤F；
[0051] F：瞬时低压标志位、低压计数器、瞬时电压正常计数器全部清零，结束，等待下次周期中断；
[0052] G：设置瞬时低压标志位为1，低压计数器增1；
[0053] H：判断低压计数器是否高于18，如果低压计数器大于或等于 18则认为三相电网掉电，如果低压计数器小于18则结束，等待下次周期中断。
[0054] 本实施例中对采样到的三相瞬时电压进行累加求和；判断此累加和是否小于1000，如果小于1000则可能是要开始掉电，因此设置瞬时低压标志位，同时低压计数器增
1，进一步判断低压计数器是否大于18，大于18则是电网掉电，否则结束本次检测，等待下次采样判断。
1，进一步判断低压计数器是否大于18，大于18则是电网掉电，否则结束本次检测，等待下次采样判断。
[0055] 对采样到的三相瞬时电压进行累加求和、如果三相瞬时电压累加和大于或者等于1000，则可能是以下两种情况：（1）三相电网正常，则瞬时低压标志位、低压计数器、瞬时电压正常计数器清零，等待下次采样判断；（2）三相电网掉电过程中的干扰，则需要滤波，因为不能保证电网掉电之后的2ms内没有干扰，即对掉电检测采取求概率的方法，检测23个点中允许有5个点的干扰，然后同样等待下次采样判断。如果压标志位为0则三相电网正常，如果压标志位为1则是三相电网掉电过程中的干扰。
[0056] 本实施例掉电检测点选1000的原因是：
[0057] 如图1所示，可以明显看出三相正弦波经过全波整流后是周期为 的波形，其三相电压表达式分别为：
[0058]
[0059]
[0060]
[0061] 其中 ， 为正弦电压峰值。则三相电压累加和的表达式为：
[0062]
[0063] 由于此累加和具有周期性，周期为 ，因此在 时，三相电压累加和为：
[0064]
[0065] 当 时， ，而当 取最大值即 时，，从而可以得出累加和的范围为：
。若取 ，则任意时刻的三相电压累加和都在539~622V范围内。
由于此累加和的值很大，而且比较恒定，波动较小，因此对于软件的掉电检测点可以设置较高，而如果只用单相进行检测，则在每个周期的正弦零点附件时（0度及180度） 对应的电压值很小，因此对于软件掉电检测造成困扰，因为软件不能判断到电网是否真的掉电。单相掉电检测法的掉电检测时间不可能做到2ms，如果要适应发电机波形，更是不可能做到2ms检测。
。若取 ，则任意时刻的三相电压累加和都在539~622V范围内。
由于此累加和的值很大，而且比较恒定，波动较小，因此对于软件的掉电检测点可以设置较高，而如果只用单相进行检测，则在每个周期的正弦零点附件时（0度及180度） 对应的电压值很小，因此对于软件掉电检测造成困扰，因为软件不能判断到电网是否真的掉电。单相掉电检测法的掉电检测时间不可能做到2ms，如果要适应发电机波形，更是不可能做到2ms检测。
[0066] 本实施例的TMS320LF2407型号的DSP的采样基准电源及工作电源都为3.3V，10位AD采样结果，即最大值为1024，硬件采样电路的峰值2.8V对应于真正电网有效值230V。将掉电点选取220V对应的三相瞬时电压累加和最小值的一半，则本实施例的掉电检测点的值为 ≈1000。
[0067] 本实施例因为市电频率是50赫兹，也就是周期为20毫秒，这样的话如果设置低压计数器的阈值为18，也就是当系统连续18次采样检测的都是低压则判断为掉电，即连续2毫秒低压的时候判断为掉电。
[0068] 本实施例的周期中断的时间间隔为UPS三相电网输入周期的1/180，这是为了让采样的时间适应UPS三相电网输入周期，适应发电机波形。
[0069] 本实施例的采样次数之所以为180，主要是因为TMS320LF2407型号的DSP的主频不高，仅为20MHz，而且此DSP处理器还需处理其它重要任务，因此周期中断时间不能太短，否则响应不及时。本发明可以采用其他更高工作频率的处理器，比如150 MHz的DSP，那么采样频率就可以相应的增加数倍，则掉电检测更为精确无误。
[0070] 本实施例的三相后备式UPS的输入可以是三相市电电网，也可以是三相发电机的输出。
[0071] 如图3所示，当三相电网掉电时，只需2ms即可快速检测到三相电网掉电。
[0072] 如图4是本发明提出的方法实际应用中的切换波形。当UPS输入正常时，即电网正常或发电机输出正常时，DSP发出关逆变SCR、开旁路SCR信号，UPS进入旁路输出。而当UPS输入掉电后，DSP经2ms（采样并掉电判断所耗去的时间）后发出旁路切换到逆变的信号，即需旁路SCR关闭、逆变SCR打开，之后UPS进入逆变输出。从图4中可以看出，输出电压真正掉电的时间小于2ms，保护了负载设备。
[0073] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。