一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法，其包括接入外部电源的防浪涌保护模块、电流电压测量及切换模块、连接负载的电子保护开关模块、微处理器及外围电路模块，所述微处理器与所述电流电压测量及切换模块、所述电子保护开关模块电信号连接，所述电流电压测量及切换模块包括设置在所述防浪涌保护模块输出电路上的量程逐渐增大的电流互感器、通过电压变换器与所述防浪涌保护模块输出端连接的测量芯片、设置在所述电流互感器输出端的漏电流传感器，每个所述电流互感器分别通过继电器开关与所述微处理器电气连接。本发明专利技术可学习用电设备的工作特征，自动辨识设备的工作状态与特点；实现过载、短路以及漏电的自适应保护。

【技术实现步骤摘要】
一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法
本专利技术涉及一种控制器，特别是涉及一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法。
技术介绍
目前，人们的生活无法离开电力，普通家庭生活中的各种家电，每个企业中的办公设备以及制造设备，甚至是人们出行工具中的新能源电力汽车等等，越来越多的电力产品出现在各个领域。在这些电力产品中，充电电源显得必不可少。对与各个电力产品的工作状态的监控和电器保护也变得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的之一在于提供一种智能单相用电识别保护控制器，可自动学习用电设备的工作特征，自动辨识设备的工作状态与特点；实现过载、短路以及漏电的自适应保护；且控制精度高。本专利技术通过如下技术方案实现上述目的：一种智能单相用电识别保护控制器，其包括接入外部电源的防浪涌保护模块、电流电压测量及切换模块、连接负载的电子保护开关模块、微处理器及外围电路模块，所述微处理器与所述电流电压测量及切换模块、所述电子保护开关模块电信号连接，所述电流电压测量及切换模块包括设置在所述防浪涌保护模块输出电路上的量程逐渐增大的电流互感器、通过电压变换器与所述防浪涌保护模块输出端连接的测量芯片、设置在所述电流互感器输出端的漏电流传感器，每个所述电流互感器分别通过继电器开关与所述微处理器电气连接。本专利技术的另一目的在于提供一种智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其包括以下步骤，S1：初始化程序；S2：执行交流采集及切换逻辑；S3：执行有效值及功率、功角读取逻辑；S4：执行电流谐波畸变率计算逻辑；S5：执行状态学习与存储逻辑；S6：执行状态辨识与搜索逻辑；S7：执行短路与过载自适应保护逻辑；S8：执行漏电保护与电压异常保护逻辑；S9：执行WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑；S10：执行人机界面处理逻辑；S11：重复执行步骤S2～S9。与现有技术相比，本专利技术一种智能单相用电识别保护控制器及其控制方法的有益效果在于：在无需增加其他传感器的情况下，只通过测量与记录单相用设备的电流、电压、功率因数、谐波畸变率等电气特征的组合，进行学习用电设备的工作特征，自动辨识设备的工作状态与特点；通过其供电特征自动调整供电回路的过载保护、短路保护以及漏电保护的设定值，实现自适应保护；通过WIFI无线网络与手机APP进行数据交换，可实现对用电设备的工作特征显示、电参量监测、保护动作信息提示、远程通、断电等功能。【附图说明】图1为本专利技术实施例的模块化电路控制原理示意图；图2为本专利技术实施例的主控制逻辑流程示意图；图3为图2中交流采集及切换逻辑的控制流程示意图；图4为图2中有效值及功率、功角读取逻辑的控制流程示意图；图5为图2中电流谐波畸变率计算逻辑的控制流程示意图；图6为图2中状态学习与存储逻辑的控制流程示意图；图7为图2中状态辨识与搜索逻辑的控制流程示意图；图8为图2中短路与过载自适应保护的控制流程示意图；图9为图2中漏电保护与电压异常保护的控制流程示意图；图10为漏电流保护动作曲线图；图11为图2中WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑的控制流程示意图。【具体实施方式】实施例：请参照图1，本实施例为智能单相用电识别保护控制器，其包括接入外部电源的防浪涌保护模块1、电流电压测量及切换模块2、连接负载的电子保护开关模块3以及微处理器MCU及外围电路模块4，微处理器MCU与电流电压测量及切换模块2、电子保护开关模块3电信号连接。防浪涌保护模块1主要由防浪涌保护电路和AC/DC电源模块组成。所述防浪涌保护电路主要作用是保护后端电路不受雷电波侵入时造成损坏，主要由压敏电阻、共模电感以及X电容和Y电容构成。所述AC/DC电源模块，是高频开关电源，将AC220V电压变换成DC5V为控制器提供电源，同时具有隔离外部强电干扰的作用。电流电压测量及切换模块2包括设置在防浪涌保护模块1输出电路上的的三个量程逐渐增大的电流互感器TA1～TA3、通过电压变换器TV与防浪涌保护模块1输出端连接的测量芯片、设置在电流互感器TA1～TA3输出端的漏电流传感器TA4。电流互感器TA1、TA2、TA3分别通过继电器开关J1、J2、J3与微处理器MCU电气连接。电压变换器TV将AC220V变换成微处理器可以处理识别的交流信号Uln，Uln信号一路进入到所述测量芯片中，另一路进入到微处理器MCU的ADC转换电路中。TA1～TA3是三个具有不同测量量程的电流互感器，TA3量程最大，TA1量程最小。TA4是漏电流传感器，电源的L、N导线从漏电流传感器TA4中穿过，如果出现漏电时，由于L、N导线中的电流形成的合成磁场不再为零，漏电流传感器TA4会形成输出漏电流输出ILD。J1、J2、J3为切换继电器开关，微处理器MCU通过J1ctr～J3ctr分别控制J1～J3的闭合来选择其中的一个电流互感器导通，从而选择最适合的量程来测量电流Iln，电流Iln信号一路进入到所述测量芯片中，另一路进入到微处理器MCU的ADC转换电路中。所述测量芯片是采用硬件电路构成测量电流Iln、电压Uln有效值以及功率Pln，功角PFln专用芯片，其特点是测量精度高，稳定可靠，微处理器MCU通过SPI2接口和所述测量芯片进行数据读取和初始化等。电子保护开关模块3包括电子保护开关S1和电子开关驱动电路。电子保护开关S1是静态电子开关，微处理器MCU通过S1ctr控制信号经过所述电子开关驱动电路来控制S1的导通与关断。当控制检测到负载出现过载、短路和漏电时，控制电子保护开关S1迅速的关断，避免线路和设备损坏。同时，可通过APP进行远程的通断控制。外围电路模块4包括与微处理器MCU电气连接的WIFI电路、存储器EEPROM、OLED显示及按键单元以及过载指示GZ_LED、短路指示DL_LED和漏电指示LD_LED。WIFI电路负责和外部的无线路由器进行数据通讯，数据最终和手机的APP相连接，将控制测量的数据、保护信息以及一些状态传输到APP上，微处理器MCU和WIFI电路采用SPI通讯接口。存储器EEPROM是非易失性存储器，主要记录微处理器MCU识别的用电设备特征，如电流、电压、功率，功角等信息，存储器EEPROM和微处理器MCU的通讯是I2C通讯接口。OLED显示及按键单元构成了整个系统的人机交互接口，OLED显示系统的一些主要信息，按键用来设定或查询信息。过载指示GZ_LED、短路指示DL_LED和漏电指示LD_LED三个指示灯采用LED显示。请参照图2，本实施例智能单相用电识别保护控制器的控制方法包括以下步骤：S1：初始化程序；S2：执行交流采集及切换逻辑；S3：执行有效值及功率、功角读取逻辑；S4：执行电流谐波畸变率计算逻辑；S5：执行状态学习与存储逻辑；S6：执行状态辨识与搜索逻辑；S7：执行短路与过载自适应保护逻辑；S8：执行漏电保护与电压异常保护逻辑；S9：执行WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑；S10：执行人机界面处理逻辑；S11：重复执行步骤S2～S9。其中，请参照图3，步骤S2中的交流采集及切换逻辑包括以下步骤：S201：交流采集及切换逻辑开始；S202：微处理器MCU控制J3ctr使J3继电器节点闭合，控制J1ctr、J2ctr使J1，J2继电器节点断开；S203：读取TA3的输出值I3，启动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能单相用电识别保护控制器，其特征在于：其包括接入外部电源的防浪涌保护模块、电流电压测量及切换模块、连接负载的电子保护开关模块、微处理器及外围电路模块，所述微处理器与所述电流电压测量及切换模块、所述电子保护开关模块电信号连接，所述电流电压测量及切换模块包括设置在所述防浪涌保护模块输出电路上的量程逐渐增大的若干电流互感器、通过电压变换器与所述防浪涌保护模块输出端连接的测量芯片、设置在所述电流互感器输出端的漏电流传感器，每个所述电流互感器分别通过继电器开关与所述微处理器电气连接。

【技术特征摘要】
1.一种智能单相用电识别保护控制器，其特征在于：其包括接入外部电源的防浪涌保护模块、电流电压测量及切换模块、连接负载的电子保护开关模块、微处理器及外围电路模块，所述微处理器与所述电流电压测量及切换模块、所述电子保护开关模块电信号连接，所述电流电压测量及切换模块包括设置在所述防浪涌保护模块输出电路上的量程逐渐增大的若干电流互感器、通过电压变换器与所述防浪涌保护模块输出端连接的测量芯片、设置在所述电流互感器输出端的漏电流传感器，每个所述电流互感器分别通过继电器开关与所述微处理器电气连接。2.如权利要求1所述的智能单相用电识别保护控制器，其特征在于：所述电压变换器将AC220V变换成所述微处理器可以处理识别的交流信号，该信号一路进入到所述测量芯片中，另一路进入到所述微处理器的ADC转换电路中。3.如权利要求1所述的智能单相用电识别保护控制器，其特征在于：所述外围电路模块包括与所述微处理器电气连接的WIFI电路、存储器、OLED显示及按键单元以及过载指示、短路指示和漏电指示。4.一种基于权利要求1所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，S1：初始化程序；S2：执行交流采集及切换逻辑；S3：执行有效值及功率、功角读取逻辑；S4：执行电流谐波畸变率计算逻辑；S5：执行状态学习与存储逻辑；S6：执行状态辨识与搜索逻辑；S7：执行短路与过载自适应保护逻辑；S8：执行漏电保护与电压异常保护逻辑；S9：执行WIFI通讯与数据传输远程控制逻辑；S10：执行人机界面处理逻辑；S11：重复执行步骤S2～S9。5.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述交流采集及切换逻辑包括以下步骤，微处理器依次分别控制其中一个继电器闭合，其他的继电器断开，读取闭合的继电器对应的电流互感器的输出值，得到测算电流；比较所述测算电流与设定的测量门槛的大小，并根据比较结果确定进行测量的电流互感器，并存储对应的测算电流；读取电压变换器输出值Uln，计算该输出值的基波幅值大小Uln1；读取漏电流传感器的输出值ILD，启动ADC进行模数转换，测算漏电电流基波幅值ILD1大小。6.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述有效值及功率、功角读取逻辑包括以下步骤，S301：有效值及功率、功角读取逻辑开始；S302：通过SPI2读取测量芯片获得Uln全波有效值Ulnrms；S303：通过SPI2读取测量芯片获得Iln全波有效值Ilnrms；S304：通过SPI2读取测量芯片获得负载有功功率Pln；S305：通过SPI2读取测量芯片获得负载功率角PFln。7.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述电流谐波畸变率计算逻辑包括以下步骤，S401：电流谐波畸变率计算逻辑开始；S402：从Iacduf采样数据区读取数据计算Iln基波幅值Iln1；S403：计算谐波电流总畸变率THDiz＝SQRT(Ilnrms*Ilnrms-Iln1*Iln1)/Iln1*100％；S404：计算偶数次谐波畸变率THDi2n＝SQRT(Σ(I2*I2+……I2n*I2n)/Iln1*100％；S405：计算奇数次谐波畸变率THDi(2n+1)＝SQRT(Σ(I3*I3+……I(2n+1)*I(2n+1))/Iln1*100％。8.如权利要求4所述的智能单相用电识别保护控制器的控制方法，其特征在于：所述状态学习与存储逻辑包括以下步骤，S501：状态学习与存储逻辑开始；S502：启动状态学习标志并判断状态学习标志StduyFlag是否等于1，若是，则进行下一步；若不是，则结束逻辑；S503：启动状态学习标志StduyFlag，并判断状态学习标志StduyFlag是否等于2，若不是，则进行下一步；若是，则执行步骤S513；S504：学习时间计数器Ts清零；S505：参数设定初值，包括电流最大Imax、最小值Imin设定初值，Imax＝Imin＝Ilnrms；功率最大Pmax、最小值Pmin设定初值，Pmax＝Pmin＝Pln；功角最大PFmax、最小值PFmin设定初值，PFmax＝PFmin＝PFln；总畸变率最大THDizmax、最小值THDizmin设定初值，THDizmax＝THDizmin＝THDiz；偶次畸变率最大THDi2nmax、最小值THDi2nmin设定初值，THDi2nmax＝THDi2nmin＝THDi2n；奇次畸变率最大THDi(2n+1)max、最小值THDi(2n+1)min设定初值，THDi(2n+1)max＝THDi(2n+1)min＝THDi(2n+1)；电压最大Umax、最小值Umin设定初值，Umax＝Umin＝Ulnrms；S512：启动状态学习标志StduyFlag等于2；S513：若Imax<Ilnrms，则执行Imax＝Ilnrms；若Imin>Ilnrms，则执行Imin＝Ilnrms；S514：若Pmax<Pln，则执行Pmax＝Pln；若Pmin>Pln，则执行Pmin＝Pln；S515：若PFmax<PFln，则执行PFmax＝PFln；若PFmin>PFln，则执行PFmin＝PFln；S516：若THDizmax<THDiz，则执行THDizmax＝THDiz；若THDizmin>THDiz，则执行THDizmin＝THDiz；S517：若THDi2nmax<THDi2n，则执行THDi2nmax＝THDi2n；若THDi2nmin>THDi2n，则执行THDi2nmin＝THDi2n；S518：若THDi(2n+1)max<THDi(2n+1)，则执行THDi(2n+1)max＝THDi(2n+1)；若THDi(2n+1)min>THDi(2n+1)，则执行THDi(2n+1)min＝THDi(2n+1)；S519：若Umax<Ulnrms，则执行Umax＝Ulnrms；若Umin>Ulnrms，则执行Umin＝Ulnrms；S520：判断学习时间计数器Ts是否大于5秒，若是，则进行下一步，若不是，则结束逻辑；S521：计算电压平均值Uavr＝(Umax+Umin)/2；S522：读取学习序号StdNo，并按学习序号StdNo将Uavr、Imax、Imin、Pmax、Pmin、PFmax、PFmin、THDizmax、THDizmin、THDi2nmax、THDi2nmin、THDi...

【专利技术属性】
技术研发人员：王野，姜万东，卢菁锋，罗婉婷，
申请(专利权)人：丽水学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33