CN112816913A - 一种单相交流电压信号掉电快速检测方法、装置、存储介质、程序产品及终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明包含一种单相交流电压信号掉电快速检测算法、装置、存储介质、程序产品及终端设备，其通过开辟存储空间，并对单相交流电压进行采样，存储至存储空间内。对于采样电压值，根据其相位在存储器中查找出上一周期相应相位的电压值，两者比较之后，根据误差连续查出误差阈值的次数判断是否掉电。本发明只用到有限内存，不用查正弦表或进行三角函数计算，CPU处理器的开销低。本发明通过电压误差阈值和计时器阈值的合理组合，能够适应实际电网环境中非正弦电压波形的情况，在工业园区或偏远地区电网电压波形畸变、谐波分量大的电网环境也能够实现毫秒级的掉电响应，快速无缝切换至备用电源，确保重要负载的稳定运行。

Description

一种单相交流电压信号掉电快速检测方法、装置、存储介质、 程序产品及终端设备

技术领域

本发明涉及单向交流电检测技术领域，具体涉及一种单相交流电压信号掉电快速检测方法、装置、存储介质、程序产品及终端设备。

背景技术

电网安全可靠供电，在工商业发展至关重要，当出现意外停电时，实现毫秒级的掉电检测响应，快速无缝切换至备用电源，确保重要负载稳定运用是技术难点。在UPS不间断电源、EPS应急电源、智能电网等设备的控制系统中，都需要快速检测输入交流电压是否掉电，以实现快速响应电网异常，进行快速无缝切换的核心产品功能。

现有技术中，针对三相交流电压的掉电快速检测，有相对成熟的算法，能够在三相任意相位掉电实现几乎相同的掉电响应时间。但针对单相交流电压的掉电快速检测，实现快速检测性能一直是难点。目前对于单相交流电压的检测方法主要有以下两种：

方法一：画线检测法。通过采样实时电压与软件设定的门限值进行比较，当连续出现实时电压值比门限值低时，则认为电压掉电。该方法无法准确匹配单相交流电压正弦变化的特点，存在门限值和滤波时间设定无法适应不同相位时刻掉电的问题。在工程实践中，常常以多段画线法实施，同时还要考虑防止误判断的情况，滤滤时间无法设定太短，整体方案复杂，无法实现快速响应性能，检测切换时间难以做到小于15毫秒。

方法二：正弦表检测法。将采样到的瞬时电压值与软件内的基准正弦表进行比较，当连续出现电压值小于正弦表中的对应数值，则认为电网掉电。该方法的应用相比画线检测法适应了单相交流电周期性正弦变化信号的特点，但将实时电压与正弦表相位对应数值比较，需依赖设备锁相环完成对单相交流电的相位的锁定。若锁相环性能较差，或实际电网电压波形畸变，都严重影响该方法的工程应用。既容易误判断，又无法实现快速的响应时间。

有鉴于此，本设计人针对单相交流电压检测存在的问题进行深入构思，遂产生本案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单相交流电压信号掉电快速检测算法、装置、存储介质、程序产品及终端设备，以实现快速掉电检测响应。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种单相交流电压信号掉电快速检测方法，其包括

设置步骤，开辟存储空间M[i]，i∈[1，N]；设置计时器阈值T_gate和误差阈值V_gate；所述存储空间用于存储单相交流电压采样值，该存储空间至少存储一个周期的单相交流电压值；

采样步骤，采样实时单相交流电压值V_new，根据当前相位在存储空间中查找上一周期对应相位的电压值V_last，若电压值V_last不存在，则进入循环采样步骤；若电压值V_last存在，进入掉电判断步骤；

掉电判断步骤，计算当前采样电压值V_new与上一周期对应相位的电压值V_last的误差：V_delta=|V_new - V_last|；若误差V_delta大于设定的误差阈值V_gate时，计时器T_cnt累加，接着判断计时器T_cnt是否达到设定的计时器阈值T_gate，若到达，则判断掉电异常；否则进入循环采样步骤；

循环采样步骤，存储本次采样电压值至V_new存储空间M[i]，令i=i+1，若i>N，令i=1，继续进行采样步骤。

所述设置步骤中，存储空间M[i]的大小为N与采样频率以及单相交流信号频率有关，即N=F_sam/F_ac，其中，F_sam为采样频率，F_ac为单相交流信号频率。

所述采样频率F_sam满足以下条件：F_sam＞100*F_ac。

一种单相交流电压信号掉电快速检测装置，其包括交流信号输入模块、交流电压采样模块、交流频率测量模块、CPU计算模块、掉电检测结果输出模块，所述交流信号输入模块连接交流电压采样模块、交流频率测量模块，所述交流电压采样模块和交流频率测量连接CPU计算模块，所述CPU计算模块连接掉电检测结果输出模块；

所述交流信号输入模块，用于输入单相交流信号；

所述交流电压采样模块，用于对输入的单相交流信号进行采样，获得实时单相交流电压值V_new，采样频率为F_sam；

所述交流频率测量模块，用于对输入的单相交流信号转换为方波频率信号，获取单相交流信号频率F_ac；

所述CPU计算模块设有存储空间M[i]，i∈[1，N]，该CPU计算模块用于获取单相交流电压值V_new和单相交流信号频率F_ac；并根据单相交流电压值V_new的当前相位在存储空间中查找上一周期对应相位的电压值V_last，计算当前采样电压值V_new与上一周期对应相位的电压值V_last的误差：V_delta=|V_new - V_last|；若误差V_delta大于设定的误差阈值V_gate时，计时器T_cnt累加，接着判断计时器T_cnt是否达到设定的计时器阈值T_gate，若到达，则判断掉电异常；否则，无掉电；

所述掉电检测结果输出模块，用于在CPU计算模块判断出是否断电时，输出掉电异常或无掉电。

所述存储空间M[i]的大小为N与采样频率以及单相交流信号频率有关，即N=F_sam/F_ac，其中，F_sam为采样频率，F_ac为单相交流信号频率。

所述采样频率F_sam满足以下条件：F_sam＞100*F_ac。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上所述的掉电快速检测方法。

一种计算机软件程序产品，所述计算机软件程序产品在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上所述的掉电快速检测方法。

一种终端设备，包括处理器及存储器，

所述存储器用于存储指令；

所述处理器用于执行所述存储器存储的指令，以使所述终端设备执行如上所述的掉电快速检测方法。

采用上述方案后，本发明通过开辟存储空间，并对单相交流电压进行采样，存储至存储空间内。对于采样电压值，根据其相位在存储器中查找出上一周期相应相位的电压值，两者比较之后，根据误差连续查出误差阈值的次数判断是否掉电。本发明只用到有限内存，不用查正弦表或进行三角函数计算，CPU处理器的开销低。本发明通过电压误差阈值和计时器阈值的合理组合，能够适应实际电网环境中非正弦电压波形的情况，在工业园区或偏远地区电网电压波形畸变、谐波分量大的电网环境也能够实现毫秒级的掉电响应，快速无缝切换至备用电源，确保重要负载的稳定运行。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明揭示了一种单相交流电压信号掉电快速检测方法，其包括以下步骤：

S1、开辟存储空间M[i]，设置计时器阈值T_gate和误差阈值V_gate。其中，存储空间用于存储单相交流电压采样值，该存储空间至少存储一个周期的单相交流电压值。

上述存储空间M[i]的大小为N，即i∈[1，N]，表示该存储空间可以存储N个采样值。本实施例中，存储空间的大小N与采样频率以及单相交流信号频率有关，即N=F_sam/F_ac，其中F_sam为采样频率，F_ac为单相交流信号频率。

本实施例中，采用CPU处理器进行采样工作（CPU处理器可以为工控机、PC、嵌入式处理器、数字信号处理器、单片机等）。所以，本实施例在CPU处理器内开辟存储空间的。且本实施例采用的是230V，50Hz的单相交流电，所以交流电频率F_ac为50Hz；而采样频率选用20KHz。因此，本实施例中存储空间的N为400。

另外本实施例将计时器阈值T_gate设置为20（相当于1毫秒）；误差阈值V_gate设置为26V（相当于单相交流电压的20%）。

S2、开始采样，令i=1，然后进入步骤S3。

S3、采样实时单相交流电压值V_new，根据当前相位找到存储空间中存储的上一周期对应相位的电压值V_last，若电压值V_last不存在，则进入步骤S5；若电压值V_last存在，进入步骤S4。

本实施例中可以采用常规的硬件过零锁相检测或软件的数院锁相确定当前采样电压值的相位，允许有固定的相位差或延时。本方案无需精确获得电网相位，不需要复杂的数字锁相计算，CPU处理器开销低。

S4、计算当前采样电压值V_new与上一周期对应相位的电压值V_last的误差：V_delta=|V_new - V_last|；然后判断误差V_delta是否大于设定的误差阈值V_gate，即判断V_delta>V_gate是否成立，若不成立则进入步骤S7；若成立，则计时器T_cnt累加，即T_cnt=T_cnt+1，接着判断计时器T_cnt是否达到设定的计时器阈值T_gate，若到达，则判断掉电异常；否则进入步骤S5。

当判断出单相交流电压出现掉电异常时，可以进行快速的掉电相应。本实施例中，将计时器阈值T_gate设置为20（相当于1毫秒），从而能够实现小于2毫秒的电网掉电检测时间。

S5、存储本次采样电压值至V_new存储空间M[i]，令i=i+1，若i>N，令i=1，并进入步骤S3，继续进行采样及掉电检测。

上述内容仅为本发明的一个实施例，上述步骤并非用于限定本发明的保护范围。例如，在实际应用中，上述步骤2并非为必须，若i从其他值开始也是可以的，因为整个存储空间是进行循环索引的。

如图2所示，基于同一发明构思，本发明还揭示了一种单相交流电压信号掉电快速检测装置，其包括交流信号输入模块、交流电压采样模块、交流频率测量模块、CPU计算模块、掉电检测结果输出模块，所述交流信号输入模块连接交流电压采样模块、交流频率测量模块，所述交流电压采样模块和交流频率测量连接CPU计算模块，所述CPU计算模块连接掉电检测结果输出模块。

其中，交流信号输入模块，用于输入单相交流信号；交流电压采样模块，用于对输入的单相交流信号进行采样，获得实时单相交流电压值V_new，采样频率为F_sam，本实施例中，采样频率F_sam满足以下条件：F_sam＞100*F_ac。交流频率测量模块，用于对输入的单相交流信号转换为方波频率信号，获取单相交流信号频率F_ac。

所述CPU计算模块设有存储空间M[i]，i∈[1，N]，本实施例中，存储空间的大小N与采样频率以及单相交流信号频率有关，即N=F_sam/F_ac，其中F_sam为采样频率，F_ac为单相交流信号频率。

该CPU计算模块用于获取单相交流电压值V_new和单相交流信号频率F_ac；并根据单相交流电压值V_new的当前相位在存储空间中查找上一周期对应相位的电压值V_last，计算当前采样电压值V_new与上一周期对应相位的电压值V_last的误差：V_delta=|V_new- V_last|；若误差V_delta大于设定的误差阈值V_gate时，计时器T_cnt累加，接着判断计时器T_cnt是否达到设定的计时器阈值T_gate，若到达，则判断掉电异常；否则，无掉电。

所述掉电检测结果输出模块，用于在CPU计算模块判断出是否断电时，输出掉电异常或无掉电。

本发明还揭示了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上所述的掉电快速检测方法。

本发明还揭示了一种计算机软件程序产品，计算机软件程序产品在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如上所述的掉电快速检测方法。

本发明还揭示了一种终端设备，包括处理器及存储器，其中，所述存储器用于存储指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的指令，以使所述终端设备执行如上所述的掉电快速检测方法。

综上所述，本发明的关键在于，本发明只用到有限内存，不用查正弦表或进行三角函数计算，CPU处理器的开销低。本发明通过电压误差阈值和计时器阈值的合理组合，能够适应实际电网环境中非正弦电压波形的情况，在工业园区或偏远地区电网电压波形畸变、谐波分量大的电网环境也能够实现毫秒级的掉电响应，快速无缝切换至备用电源，确保重要负载的稳定运行。

以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种单相交流电压信号掉电快速检测方法，其特征在于：包括

设置步骤，开辟存储空间M[i]，i∈[1，N]；设置计时器阈值T_gate和误差阈值V_gate；所述存储空间用于存储单相交流电压采样值，该存储空间至少存储一个周期的单相交流电压值；

采样步骤，采样实时单相交流电压值V_new，根据当前相位在存储空间中查找上一周期对应相位的电压值V_last，若电压值V_last不存在，则进入循环采样步骤；若电压值V_last存在，进入掉电判断步骤；

掉电判断步骤，计算当前采样电压值V_new与上一周期对应相位的电压值V_last的误差：V_delta=|V_new - V_last|；若误差V_delta大于设定的误差阈值V_gate时，计时器T_cnt累加，接着判断计时器T_cnt是否达到设定的计时器阈值T_gate，若到达，则判断掉电异常；否则进入循环采样步骤；

循环采样步骤，存储本次采样电压值至V_new存储空间M[i]，令i=i+1，若i>N，令i=1，继续进行采样步骤。

2.根据权利要求1所述的一种单相交流电压信号掉电快速检测方法，其特征在于：所述设置步骤中，存储空间M[i]的大小为N与采样频率以及单相交流信号频率有关，即N=F_sam/F_ac，其中，F_sam为采样频率，F_ac为单相交流信号频率。

3.根据权利要求2所述的一种单相交流电压信号掉电快速检测方法，其特征在于：所述采样频率F_sam满足以下条件：F_sam＞100*F_ac。

4.一种单相交流电压信号掉电快速检测装置，其特征在于：包括交流信号输入模块、交流电压采样模块、交流频率测量模块、CPU计算模块、掉电检测结果输出模块，所述交流信号输入模块连接交流电压采样模块、交流频率测量模块，所述交流电压采样模块和交流频率测量连接CPU计算模块，所述CPU计算模块连接掉电检测结果输出模块；

所述交流信号输入模块，用于输入单相交流信号；

所述交流电压采样模块，用于对输入的单相交流信号进行采样，获得实时单相交流电压值V_new，采样频率为F_sam；

所述交流频率测量模块，用于对输入的单相交流信号转换为方波频率信号，获取单相交流信号频率F_ac；

所述CPU计算模块设有存储空间M[i]，i∈[1，N]，该CPU计算模块用于获取单相交流电压值V_new和单相交流信号频率F_ac；并根据单相交流电压值V_new的当前相位在存储空间中查找上一周期对应相位的电压值V_last，计算当前采样电压值V_new与上一周期对应相位的电压值V_last的误差：V_delta=|V_new - V_last|；若误差V_delta大于设定的误差阈值V_gate时，计时器T_cnt累加，接着判断计时器T_cnt是否达到设定的计时器阈值T_gate，若到达，则判断掉电异常；否则，无掉电；

所述掉电检测结果输出模块，用于在CPU计算模块判断出是否断电时，输出掉电异常或无掉电。

5.根据权利要求4所述的一种单相交流电压信号掉电快速检测装置，其特征在于：所述存储空间M[i]的大小为N与采样频率以及单相交流信号频率有关，即N=F_sam/F_ac，其中，F_sam为采样频率，F_ac为单相交流信号频率。

6.根据权利要求4所述的一种单相交流电压信号掉电快速检测装置，其特征在于：所述采样频率F_sam满足以下条件：F_sam＞100*F_ac。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如权利要求1或2所述的掉电快速检测方法。

8.一种计算机软件程序产品，其特征在于：所述计算机软件程序产品在终端设备上运行时，使得所述终端设备执行如权利要求1或2所述的掉电快速检测方法。

9.一种终端设备，包括处理器及存储器，其特征在于：

所述存储器用于存储指令；

所述处理器用于执行所述存储器存储的指令，以使所述终端设备执行如权利要求1或2所述的掉电快速检测方法。

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