電壓突升和突降的快速檢測器及方法
2023-10-04 02:29:29
專利名稱：電壓突升和突降的快速檢測器及方法
技術領域：
本發明涉及電壓檢測領域，特別涉及一種檢測電壓突升和突降的裝置及方法。
背景技術：
在對電壓突升和突降的補償中的關鍵因素是快速檢測到電壓突升和突降事件。遲延檢測到事件以及遲延補償事件會導致系統停止運行或給系統帶來嚴重的後果。然而，由於傳統方式依賴於對電源進行均方根估計或者依賴於對整流後的信號進行低通濾波，因此通常需要2至5個振蕩周期，才能檢測到電壓突升和突降事件。
發明內容
有鑑於上述原因，本發明旨在提供一種簡單快速地檢測電壓突升和突降的方法和裝置。
本發明的電壓突升和突降的檢測方法包括以下步驟產生與電源電壓信號同相固定幅度的參考正弦信號；對電源電壓信號和參考正弦信號進行整流；將整流後的電源電壓信號與整流後的參考正弦信號進行比較得到表示電壓是否突升或突降的檢測結果。
在所述比較步驟中，從整流後的電源電壓信號減去整流後的參考正弦信號得到檢測結果。在這種情況下，當檢測結果大於0時，表示電壓突升；當檢測結果小於0時，表示電壓突降。實踐中，往往設定當檢測結果大於預定正值時，表示電壓突升；當檢測結果小於預定負值時，表示電壓突降。
在所述比較步驟中，從整流後的參考正弦信號減去整流後的電源電壓信號得到檢測結果。在這種情況下，當檢測結果小於0時，表示電壓突升；當檢測結果大於0時，表示電壓突降。或者，當檢測結果小於預定負值時，表示電壓突升；當檢測結果大於預定正值時，表示電壓突降。
在所述比較步驟之後還包括對檢測結果進行低通濾波的步驟。在這種情況下，截止頻率為電源電壓信號的頻率。
本發明的電壓突升和突降的檢測儀包括參考正弦信號發生器，用於輸入電源電壓信號而產生與電源電壓信號同相固定幅度的參考正弦信號；第一整流電路，用於輸入電源電壓信號而對電源電壓信號進行整流；第二整流電路，連接於參考正弦信號發生器，用於輸入參考正弦信號而對參考正弦信號進行整流；比較器，連接於第一整流電路和第二整流電路，用於將整流後的電源電壓信號與整流後的參考正弦信號進行比較，而得到表示電壓是否突升或突降的檢測結果。
所述比較器從整流後的電源電壓信號減去整流後的參考正弦信號得到檢測結果。
所述比較器亦可從整流後的參考正弦信號減去整流後的電源電壓信號得到檢測結果。
本發明的檢測儀還包括一階低通濾波器，連接於比較器，對檢測結果進行低通濾波。其中，一階低通濾波器的截止頻率為電源電壓信號的頻率。
本發明的檢測方案僅需1/4個振蕩周期就能檢測到電壓的突升和突降，從而能夠顯著地提高響應速度。並且，本發明可以使用模擬電路很容易地實施，並且不必數字電路，從而實現本發明的成本也得到降低。
圖1示出本發明的電壓突升和突降檢測方法的流程圖；圖2示出本發明的電壓突升和突降檢測器的電路方框圖；圖3示出本發明的電壓突升和突降檢測器的電路圖；圖4示出當電源有20％突降時該檢測器的跟蹤結果；圖5示出電源有25％突升時該檢測器的跟蹤結果。
具體實施例方式
下面，將參照圖1描述本發明的簡單快速地檢測電壓突升和突降的方法。該方法包括以下步驟步驟S1產生與電源電壓信號v(t)同相固定幅度的參考正弦信號y(t)；步驟S2對電源電壓信號和參考正弦信號進行整流；步驟S3將整流後的電源電壓信號與整流後的參考正弦信號進行比較得到表示電壓是否突升或突降的檢測結果。
在所述比較步驟中，是從整流後的電源電壓信號減去整流後的參考正弦信號得到檢測結果。此時，可以直接認為當檢測結果ε(t)大於0，即ε(t)＝|v(t)|-|y(t)|＞0時，表示電壓突升；當檢測結果ε(t)小於0，即ε(t)＝|v(t)|-|y(t)|＜0時，表示電壓突降。通常，ε(t)以兩倍於電源頻率甚至更高的頻率迅速地波動。由於電力公司一般允許它們提供的電源具有5％的波動，因此與之相應的，前面所建議的方案還可以改型為當檢測結果ε(t)大於預定正值例如ε(t)＞-0.05M時，表示電壓突升；當檢測結果ε(t)小於預定負值例如ε(t)＜-0.05M時，表示電壓突降，其中M是正常電源的幅度。
當然，在所述比較步驟中，還可以是從整流後的參考正弦信號減去整流後的電源電壓信號得到檢測結果。此時，可以直接認為當檢測結果ε(t)小於0，即ε(t)＝|y(t)|-|v(t)|＜0時，表示電壓突升；當檢測結果ε(t)大於0即ε(t)＝|y(t)|-|v(t)|＞0時，表示電壓突降。與前面同理，還可以改型為ε(t)＜-0.05M，則表示電壓突升；ε(t)＞-0.05M，則表示電壓突降。
此外，為了具有更平滑的輸出，由截止頻率為電源頻率的簡單的一階濾波器對ε(t)進行濾波，例如截止頻率為50Hz。
本發明的電壓突升和突降的檢測儀包括參考正弦信號發生器，用於輸入電源電壓信號v(t)而產生與電源電壓信號同相固定幅度的參考正弦信號y(t)；第一整流電路，用於輸入電源電壓信號而對電源電壓信號進行整流；第二整流電路，連接於參考正弦信號發生器，用於輸入參考正弦信號而對參考正弦信號進行整流；比較器，連接於第一整流電路和第二整流電路，用於將整流後的電源電壓信號與整流後的參考正弦信號進行比較，而得到表示電壓是否突升或突降的檢測結果ε(t)。
其中，所述比較器可以設置為從整流後的電源電壓信號減去整流後的參考正弦信號得到檢測結果，也可以設置為從整流後的參考正弦信號減去整流後的電源電壓信號得到檢測結果。
為了具有更平滑的輸出，本發明的電壓突升和突降的檢測儀還包括對ε(t)進行濾波而得到εF(t)的簡單的一階濾波器，其截止頻率為電源頻率例如50Hz。
其中，參考正弦信號發生器可以從市場上購得。
參見圖3，其示出由兩塊TL074板構成兩個絕對值電路(即上述兩個整流電路)；由一塊TL074板構成比較器；由電阻和電容構成簡單的一階濾波器，該一階低通濾波器的截止頻率被設定為50Hz。
電源電壓信號Vin與參考正弦信號Vref分別提供給一個絕對值電路，由後者進行整流。之後，整流後的電源電壓信號Vin和整流後的參考正弦信號Vref提供給比較器進行比較。之後，比較器將比較結果ε(t)提供給一階濾波器進行濾波。
將檢測結果輸出到示波器中，即得到圖4和圖5所示的實驗結果。在圖4和圖5中，信道1表示電源電壓v(t)，由虛線分割的每個線段表示5V；信道2表示檢測器的輸出結果εF(t)，由虛線分割的每個線段表示1V。假定需要的電源幅度大約為9V。
圖4示出當電源有20％突降時該檢測器的跟蹤結果εF(t)。由圖4可見，當電源有突降時該檢測器的輸出迅速下降到低於-0.45V，並且該事件在1/4個振蕩周期內被檢測到。
圖5示出電源有25％突升時該檢測器的跟蹤結果εF(t)。由圖5可見，當電源有突升時該檢測器的輸出迅速上升到高於0.45V，並且該事件在1/4個振蕩周期內被檢測到。
從圖4和圖5中可以直觀地看到，對電源中有20％突降和25％突升的變化進行測試的結果表明可以在1/4個振蕩周期內迅速地跟蹤到電壓的突升或突降。
綜上，本發明通過獲得與電源電壓信號同相的固定幅度的參考正弦信號，並將整流後的電源電壓信號與整流後的參考正弦信號進行比較，可以迅速地揭示出電源是否有電壓的突升或突降，從而更快地進行補償，減少對系統的破壞。本發明的檢測方案僅需1/4個振蕩周期就能檢測到電壓的突升和突降，從而能夠顯著地提高響應速度。並且，本發明可以使用模擬電路很容易地實施，並且不必使用數字電路，從而實現本發明的成本也得到降低。
需要聲明的是，雖然本發明已經通過上述具體實施例詳細說明，然而上述具體實施例卻僅是示意性的，而不能用來限制本發明。本領域的技術人員在本發明的精神和原理內，當可作各種修改或變型。本發明的保護範圍以所附的權利要求書的保護範圍為準。
權利要求
1.一種電壓突升和突降的檢測方法，其特徵在於包括以下步驟產生與電源電壓信號同相固定幅度的參考正弦信號；對電源電壓信號和參考正弦信號進行整流；將整流後的電源電壓信號與整流後的參考正弦信號進行比較得到表示電壓是否突升或突降的檢測結果。
2.如權利要求1所述的電壓突升和突降的檢測方法，其特徵在於，在所述比較步驟中，從整流後的電源電壓信號減去整流後的參考正弦信號得到檢測結果。
3.如權利要求2所述的電壓突升和突降的檢測方法，其特徵在於，在所述比較步驟中，當檢測結果大於0時，表示電壓突升；當檢測結果小於0時，表示電壓突降。
4.如權利要求2所述的電壓突升和突降的檢測方法，其特徵在於，在所述比較步驟中，當檢測結果大於預定正值時，表示電壓突升；當檢測結果小於預定負值時，表示電壓突降。
5.如權利要求1所述的電壓突升和突降的檢測方法，其特徵在於，在所述比較步驟中，從整流後的參考正弦信號減去整流後的電源電壓信號得到檢測結果。
6.如權利要求5所述的電壓突升和突降的檢測方法，其特徵在於，在所述比較步驟中，當檢測結果小於0時，表示電壓突升；當檢測結果大於0時，表示電壓突降。
7.如權利要求5所述的電壓突升和突降的檢測方法，其特徵在於，在所述比較步驟中，當檢測結果小於預定負值時，表示電壓突升；當檢測結果大於預定正值時，表示電壓突降。
8.如權利要求1所述的電壓突升和突降的檢測方法，其特徵在於，在所述比較步驟之後還包括對檢測結果進行低通濾波的步驟。
9.如權利要求8所述的電壓突升和突降的檢測方法，其特徵在於，在所述低通濾波的步驟中，截止頻率為電源電壓信號的頻率。
10.一種電壓突升和突降的檢測儀，其特徵在於包括參考正弦信號發生器，用於輸入電源電壓信號而產生與電源電壓信號同相固定幅度的參考正弦信號；第一整流電路，用於輸入電源電壓信號而對電源電壓信號進行整流；第二整流電路，連接於參考正弦信號發生器，用於輸入參考正弦信號而對參考正弦信號進行整流；比較器，連接於第一整流電路和第二整流電路，用於將整流後的電源電壓信號與整流後的參考正弦信號進行比較，而得到表示電壓是否突升或突降的檢測結果。
11.如權利要求10所述的電壓突升和突降的檢測儀，其特徵在於，所述比較器從整流後的電源電壓信號減去整流後的參考正弦信號得到檢測結果。
12.如權利要求10所述的電壓突升和突降的檢測儀，其特徵在於，所述比較器從整流後的參考正弦信號減去整流後的電源電壓信號得到檢測結果。
13.如權利要求10所述的電壓突升和突降的檢測儀，其特徵在於還包括一階低通濾波器，連接於比較器，對檢測結果進行低通濾波。
14.如權利要求13所述的電壓突升和突降的檢測儀，所述一階低通濾波器的截止頻率為電源電壓信號的頻率。
全文摘要
本發明提供一種簡單快速地檢測電壓突升和突降的方法和裝置。本發明的電壓突升和突降的檢測方法包括以下步驟產生與電源電壓信號同相固定幅度的參考正弦信號；對電源電壓信號和參考正弦信號進行整流；將整流後的電源電壓信號與整流後的參考正弦信號進行比較得到表示電壓是否突升或突降的檢測結果。本發明的檢測方案僅需1/4個振蕩周期就能檢測到電壓的突升和突降，從而能夠顯著地提高響應速度。並且，本發明可以使用模擬電路很容易地實施，並且不必數字電路，從而實現本發明的成本也得到降低。
文檔編號G01R19/00GK101093232SQ200610093809
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月19日 優先權日2006年6月19日
發明者曾啟明, 陳偉樂 申請人:香港理工大學