一种基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法，其包括以下步骤，S3测量控制电压幅值Uac1和频率Freq1；S4执行负载运行识别与状态识别逻辑；S5执行同步锁相算法与逆变输出逻辑，实现逆变电压和控制电源的电压同频率、同相位以及同幅值；S6执行直流电压与逆变电源测量监测逻辑；S7执行晃电监视与切换逻辑；S8执行再同步与控制电源回切逻辑；S9晃电波形数据与事件存储记录。本发明专利技术能够有效的避免电源发生晃电时对负载端和控制电源造成的冲击和过压问题，实现逆变电源与控制电源的快速切切换；既能对单相设备进行有效的晃电保护也能对三相设备进行晃电保护，且带有晃电波形输出模块，便于进行晃电分析和记录。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法
本专利技术涉及一种电源保护装置，特别是涉及一种基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法。
技术介绍
目前，工业控制回路中大量使用交流接触器等控制元件，当电源波动时，会造成交流接触器脱扣，影响控制回路的正常运行。因此，在电源控制装置中需要增加防晃电功能。现有技术中常用的防晃电技术方案是离线式的UPS（即不间断电源），请参照附图12，其主要包括：1）电池充电电路部分，电池充电电路主要负责对蓄电池组进行充电，当控制电源电压正常时，充电电路将交流电整流成直流电压，对电池组进行充电，一般以先恒流再恒压的充电方式，其充电电压一般是可设定的；2）蓄电池组，蓄电池组一般为多节蓄电池组串并联组成，构成了储能单元，蓄电池的容量一般按UPS的容量和负载需要后备电源的工作时间确定；3）直流/交流逆变电路，直流/交流逆变电路，主要负责将蓄电池的直流电压逆变成交流电压；4）切换电路，主要负责监视控制电源电压和切换功能，当控制电源异常时，切换电路断开控制电源后接通逆变电源，蓄电池放电为负载供电；当控制电源恢复正常时，切换电路断开逆变电源后切换到控制电源供电；5）滤波电路主要是抑制切换过程中或正常工作过程中，电压的波形闪变和干扰。现有技术中的上述方案存在以下缺点：1）蓄电池组工作温度窄，且单节电池出现异常时影响其他电池对负载的继续供电；2）逆变电源输出的交流电压和控制电源电压不同步，切换过程存在瞬态过电压，尤其是负载为感性负载时，容隐引起设备和负载损坏；3）无法提供切换过程中的数据信息，无法分析动作过程事件；4）可靠性较差，无智能管理功能，无法监视充电的特征曲线等。因此，有必要提供一种新的基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法，能够有效的避免电源发生晃电时对负载端和控制电源造成的冲击和过压问题，实现逆变电源与控制电源的快速切切换；既能对单相设备进行有效的晃电保护也能对三相设备进行晃电保护，且带有晃电波形输出模块，便于进行晃电分析和记录。本专利技术通过如下技术方案实现上述目的：一种基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法的控制方法，其包括以下步骤，S1：主程序开始；S2：初始化程序；S3：执行控制电源测量与监测逻辑，测量控制电压幅值Uac1和频率Freq1，通过数模转换和测量计算出对应的幅值大小FUAC1和频率大小F1；S4：执行负载运行识别与状态识别逻辑；S5：执行同步锁相算法与逆变输出逻辑，实现逆变电压和控制电源的电压同频率、同相位以及同幅值；S6：执行直流电压与逆变电源测量监测逻辑；S7：执行晃电监视与切换逻辑，在控制电源正常、逆变电源输出正常且直流电压也正常的情况下，监视控制电源是否发生突然降低，如果降低将立即控制切换电路将与其同步的逆变电源切换到负载上，保证负载的连续稳定运行；S8：执行再同步与控制电源回切逻辑，根据逆变电源的监测结果、晃电监视结果和控制电源的监测结果，快速实现控制电源与逆变电源对负载端供电的切换；S9：晃电波形数据与事件存储记录；S10：执行SCB模块通讯与监测逻辑。与现有技术相比，本专利技术一种基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法的有益效果在于：采用复合因子判断的同步锁相算法将超级电容储能的直流能量逆变成和控制电源快速同步，并作为控制电源的后备电源；当控制电源发生晃电时，逆变电源迅速切换并输出到负载端，保证负载的连续工作；控制电源恢复后，逆变电源通过同步锁相算法进行逆变调节，使逆变电源与控制电源再同步，然后切换成系统控制电源供电；充分保证整个切换过程中对负载和设备的冲击最小，负载电压连续，避免由于感性负载的反向电动势引起的暂态过压问题；本装置将切换过程中的控制电压、逆变电压等波形保存到USB存储器并显示到人机界面，提供完善的事故记录与波形分析，精确的获得电压波动时间，波动幅值和相位变化；采用的N+1方式的超级电容管理模块，每个管理模块管理超级电容的充电、监视其温升以及故障情况，如果发生异常自动短接输出，不影响其他模块，保证了储能的可靠与稳定。附图说明图1为本专利技术实施例的模块化控制原理示意图；图2为本专利技术实施例中超级电容智能管理模块的控制原理示意图；图3为本专利技术实施例的控制方法流程示意图；图4为本专利技术实施例中控制电源测量与监测逻辑控制流程示意图；图5为本专利技术实施例中负载运行识别与状态识别逻辑控制流程示意图；图6为本专利技术实施例中同步锁相算法与逆变输出逻辑控制流程示意图；图7为本专利技术实施例中直流电压与逆变电源测量监测逻辑控制流程示意图；图8为本专利技术实施例中晃电监视与切换逻辑控制流程示意图；图9为本专利技术实施例中再同步与控制电源回切逻辑控制流程示意图；图10为本专利技术实施例中晃电波形数据与事件存储记录逻辑控制流程示意图；图11为本专利技术实施例中SCB通讯与监测逻辑控制流程示意图；图12为现有技术的模块化控制原理示意图。具体实施方式实施例：请参照图1，本实施例为基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法，其包括与控制电源输入端连接（即附图1中的控制电源AC220V输入）的并设置有电源输出端（即附图1中的AC220V输出）的电源智能管理模块A、与电源智能管理模块A连接的超级电容智能管理模块B。所述电源智能管理模块A包括核心处理部分a、控制电压测量与监视部分b、直流升压与逆变控制部分c、逆变回路测量与监视部分d以及电源切换与反向电势吸收部分e；所述超级电容智能管理模块B包括智能超级电容充电与管理部分f。所述核心处理部分a主要包含微处理器及外围电路、AC/DC电源转换及储能电路、USB读取与存储电路、对外部监控系统的数据通讯接口、触屏显示及LED指示部分、与所述超级电容智能管理模块B连接的通讯接口电路。微处理器及外围电路作为装置的核心部件，主要实现各种数据量的采集与分析，经过算法实现本专利技术的控制功能。AC/DC电源转换及储能电路，主要作用是为装置提供弱电电源，其储能部分是当控制电源发生电压降低或电压晃电时，其储能能量可提供装置继续稳定工作，VCC为AC/DC经过储能回路后输出的装置供电电压，Ucap为储能电容的电压。USB读取与存储电路，负责存储装置记录的波形数据、动作记录等信息，形成文件后将其存储在U盘中，方便用户分析事故记录，USB的控制通过SPI总线和微处理器进行通讯和控制。数据通讯接口，主要是通过微处理器及外围电路与其连接，进行对外的数据交换，将装置的测量信息、动作信息及自我检测信息以及监控系统的控制命令等进行数据交换，实现装置的智能化，数据通讯接口和微处理器的串口UART1连接。触屏显示及LED指示部分作为装置的人机交互部分，其重要作用是显示装置的各种数据和信息、提供用户参数设定界面等。与超级电容智能管理模块B进行通讯的通讯接口电路为RS485通讯接口，即附图1中的RS485通讯接口电路，主要通过RS485通讯，实现对超级电容的充电情况（包括充电电流和充电电压）、超级电容的温度、充电电路的温度等信息进行智能管理和检测。请参照附图1控制电压测量与监视部分b，主要负责监测控制电源输入端的电压大小、频率以及电源输出端的电流大小。控制电压测量与监视部分b包括与控制电源输入端连接的电压互感器TV本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法，其特征在于：所述晃电控制电路包括电源智能管理模块、与所述电源智能管理模块连接的超级电容智能管理模块；所述电源智能管理模块包括核心处理部分、对所述控制电源的输入端的电压大小、频率以及所述电源输出端的电流大小进行监测的控制电压测量与监视部分、直流升压与逆变控制部分、逆变回路测量与监视部分、电源切换与反向电势吸收部分；所述超级电容智能管理模块包括智能超级电容充电与管理部分；所述控制算法包括以下步骤，S1：主程序开始；S2：初始化程序；S3：执行控制电源测量与监测逻辑，测量控制电压幅值Uac1和频率Freq1，通过数模转换和测量计算出对应的幅值大小FUAC1和频率大小F1；S4：执行负载运行识别与状态识别逻辑；S5：执行同步锁相算法与逆变输出逻辑，实现逆变电压和控制电源的电压同频率、同相位以及同幅值；S6：执行直流电压与逆变电源测量监测逻辑；S7：执行晃电监视与切换逻辑，在控制电源正常、逆变电源输出正常且直流电压也正常的情况下，监视控制电源是否发生突然降低，如果降低将立即控制切换电路将与其同步的逆变电源切换到负载上，保证负载的连续稳定运行；S8：执行再同步与控制电源回切逻辑，根据逆变电源的监测结果、晃电监视结果和控制电源的监测结果，快速实现控制电源与逆变电源对负载端供电的切换；S9：晃电波形数据与事件存储记录；S10：执行SCB模块通讯与监测逻辑。...

【技术特征摘要】
1.一种基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法，其特征在于：所述晃电控制电路包括电源智能管理模块、与所述电源智能管理模块连接的超级电容智能管理模块；所述电源智能管理模块包括核心处理部分、对所述控制电源的输入端的电压大小、频率以及所述电源输出端的电流大小进行监测的控制电压测量与监视部分、直流升压与逆变控制部分、逆变回路测量与监视部分、电源切换与反向电势吸收部分；所述超级电容智能管理模块包括智能超级电容充电与管理部分；所述控制算法包括以下步骤，S1：主程序开始；S2：初始化程序；S3：执行控制电源测量与监测逻辑，测量控制电压幅值Uac1和频率Freq1，通过数模转换和测量计算出对应的幅值大小FUAC1和频率大小F1；S4：执行负载运行识别与状态识别逻辑；S5：执行同步锁相算法与逆变输出逻辑，实现逆变电压和控制电源的电压同频率、同相位以及同幅值；S6：执行直流电压与逆变电源测量监测逻辑；S7：执行晃电监视与切换逻辑，在控制电源正常、逆变电源输出正常且直流电压也正常的情况下，监视控制电源是否发生突然降低，如果降低将立即控制切换电路将与其同步的逆变电源切换到负载上，保证负载的连续稳定运行；S8：执行再同步与控制电源回切逻辑，根据逆变电源的监测结果、晃电监视结果和控制电源的监测结果，快速实现控制电源与逆变电源对负载端供电的切换；S9：晃电波形数据与事件存储记录；S10：执行SCB模块通讯与监测逻辑。2.如权利要求1所述的基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法，其特征在于：所述步骤S3控制电源测量与监测逻辑包括以下步骤：S301：通过数模转换读取Uac1采样点，并储存到datbuf1中；S302：读取datbuf1中24个数据，并用傅立叶变换计算Uac1的幅值FUAC1；S303：通过高速输入接口读取Freq1的上升沿，并计算高速输入时间Tr1；S304：将捕捉时间Tr1存储到datbuf2中，读取上一次的Tr1’，计算控制电压频率值F1；S305：启动ADC转换计算超级电容储能电压Ucap的幅值大小FUCAP；S306：判断FUAC1是否大于0.85Ue，且FUAC1是否小于1.15Ue，其中Ue是指控制电源的额定电压；S307：若步骤S306的结果是肯定的，则判断F1是否大于49.5Hz且F1是否小于50.5Hz，若是，则设置控制电源的异常标志KZErrFlag和KZFcou均等于0，再执行步骤S308；S308：判断FUCAP是否大于12V，若是则设置充电异常标志CHRErrFlag和CHRcou均等于0，且结束控制电源测量与监测逻辑；否则，执行步骤S309；S309：判断充电异常标志CHRErrFlag是否等于1，若是，则结束控制电源测量与监测逻辑；若不是，则储能计数器CHRcou=CHRcou+1，S310：判断CHRcou是否大于充电异常计数，若是，则设置充电异常标志CHRErrFlag等于1，并结束控制电源测量与监测逻辑；否则，直接结束控制电源测量与监测逻辑；S311：若步骤S306或步骤S307的结果是否定的，则判断控制电源异常标志KZErrFlag是否等于1，若是，则结束控制电源测量与监测逻辑；若不是，则控制电异常计数器KZFcou=KZFcou+1；S312：判断KZFcou是否大于控制电异常计数，若是，则设置控制电源异常标志KZErrFlag等于1，并结束控制电源测量与监测逻辑；否则，直接结束控制电源测量与监测逻辑。3.如权利要求1所述的基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法，其特征在于：所述步骤S4负载运行识别与状态识别逻辑中，当控制电压正常，即KZErrFlag为0，并且装置内部储能充电也无异常，即CHRErrFlag为0时，检测负载电流Iac的幅值FIAC大小，如果FIAC大于0.05Ie则认为控制电源带有负载工作，如果小于0.05Ie则认为没有负载工作，其中，Ie是控制电源的额定电流；控制电源有负载工作时，负载运行计数器FZRcou累加，大于负载运行确认计数后，负载运行标志FZRunFlag置1；如果负载电流Iac的幅值FIAC大于1.5Ie，则认为出现了过载情况，此时负载过载标志FZOCFlag被置1。4.如权利要求1所述的基于单相和多相抗晃电控制电路的控制算法，其特征在于：所述同步锁相算法与逆变输出逻辑包括以下步骤，S501：判断控制电源异常标志KZErrFlag和充电异常标志CHRErrFlag是否都等于1，若是，则结束同步锁相算法与逆变输出逻辑，若不是，则进行下一步；S502：判断负载运行标志FZRunflag是否等于1且负载过载标志FZOCFlag是否等于0，若不是则结束同步锁相算法与逆变输出逻辑，若是，则进行下一步；S503：判断逆变运行标志ACInvRunFlag是否等于1，若不是则结束同步锁相算法与逆变输出逻辑，若是，则进行下一步；S504：判断直流异常标志DCErrFlag是否等于1，若是则结束同步锁相算法与逆变输出逻辑，若不是，则进行下一步；S505：设定逆变电压初始值：即初始幅值为FUAC1，初始相角为0，初始频率为F1；S506：启动NBctr控制逆变回路工作，延时1s后，检测逆变输出电压是否正常；S507：判断逆变电源Uac2和逆变频率Freq2是否正常，若是，则设置逆变异常标志ACInvErrFlag等于1，再结束同步锁相算法与逆变输出逻辑，若不是，则设置ACInvRunFlag等于1，设置ACInvErrFlag等于0；S508：计算逆变电压与控制电压的频差dF、角差dJ和压差dV，dF=Freq2-Freq1；dJ=arg(FUAC2)-arg(FUAC1)；dV=FUAC2-FUAC1；S509：计算复合调整因子Y=0.5*|YF|+0.3*|YJ|+0.2*|Yv|，其中YF=dF/dF0，YJ=dJ/dJ0，YV=dV/dV0；S510：判断复合调整因子Y是否大于1，若是，则进行下一步，若不是，则设置逆变同步锁定标志ACInvLockFlag等于1，再结束同步锁相算法与逆变输出逻辑；S511：设置逆变同步锁定标志ACInvLockFlag等于0；S512：判断频率调整因子YF是否大于MAX{YJ，Yv}，若是，则执行步骤S513，若不是，则执行步骤S514；S513：若YF大于0，则按照dF0的步长减小逆变电压频率；若YF小于0，则按照dF0的步长增加逆变电压频率；S514：判断角度调整因子YJ是否大于MAX{YF，Yv}，若是，则执行步骤S515，若不是，则执...

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞怡，王野，罗婉婷，邱庆华，丁禾玥，马圆圆，
申请(专利权)人：丽水学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33