CN217034130U - 一种电网异常检测电路及用电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电网异常检测电路及用电设备。其中，该电路包括：采样模块，连接交流电网的输出端，用于分别检测所述交流电网输出的三相电压的其中任意两相电压的频率，并基于所述任意两相电压之间的相位差生成采样方波信号；信号处理模块，用于对所述采样方波信号进行处理并输出至微处理器；所述微处理器，用于根据所述任意两相电压的频率，以及所述信号处理模块处理后的采样方波信号判断电网是否存在异常。通过本实用新型，不仅能够判断单相电压的频率是否异常，还能够准确判断两相电压之间的相位差是否异常，提高了电网异常检测的准确性。

Description

一种电网异常检测电路及用电设备

技术领域

本实用新型涉及电子电力技术领域，具体而言，涉及一种电网异常检测电路及用电设备。

背景技术

交流电网是一个复杂的***，其状态实时变化，且容易受到外界干扰，当用电设备***(例如光伏空调)并网运行时，需要实时监测电网的运行状态。为了实现电网的稳定运行，各国发布的电网规范，给出了在理想电网条件下，并网发电***对于电能质量、电压幅值和频率等信息的规范要求。因此精确快速的获取电网变化，并以此控制用电设备***的电力变换器按照规范要求工作，是完成新能源并网发电安全可靠运行的基础。电网的运行状态不仅包括单相电压的频率异常，还包括任意两相电压之间的相位差异常，现有的针对电网运行状态的检测方式，往往只检测单相电压的频率是否准确，而忽略对任意两相电压之间的相位差进行检测，因此现有的电网运行状态检测方案容易存在检测结果不准确的问题。

针对现有技术中的电网运行状态检测方案容易存在检测结果不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例中提供一种电网异常检测电路及用电设备，以解决现有技术中的电网运行状态检测方案容易存在检测结果不准确的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电网异常检测电路，所述电路包括：

采样模块，连接交流电网的输出端，用于分别检测所述交流电网输出的三相电压的其中任意两相电压的频率，并基于所述任意两相电压之间的相位差生成采样方波信号；

信号处理模块，用于对所述采样方波信号进行处理并输出至微处理器；

所述微处理器，用于根据所述任意两相电压的频率，以及所述信号处理模块处理后的采样方波信号判断电网是否存在异常。

进一步地，所述采样模块包括：

第一检测单元、第二检测单元，分别连接所述三相电压的其中一相电压的输出端子，均用于基于所述交流电网输出的单相电压生成电压信号，所述电压信号的频率等于所述单相电压的频率；

异或门鉴相器，其输入端分别连接所述第一检测单元和所述第二检测单元，用于根据所述第一检测单元和所述第二检测单元输出的电压信号生成所述采样方波信号，并输出至所述信号处理模块。

进一步地，所述采样模块还包括：

备用检测单元，其输入端可择一地连接所述第一检测单元所连接的输出端子或者所述第二检测单元所连接的输出端子。

进一步地，所述采样模块还包括：

第一开关，所述第一开关为单刀双掷开关，其第一触点连接所述三相电压的其中一相电压的输出端子，其第二触点连接所述第一检测单元，其第三触点连接所述备用检测单元；

第二开关，所述第二开关为单刀双掷开关，其第一触点连接所述三相电压的其中另一相电压的输出端子，其第二触点连接所述第二检测单元，其第三触点连接所述备用检测单元。

进一步地，所述检测单元包括：

电压跟随器，其同相输入端通过第一电阻连接所述三相电压的其中一相电压的输出端子，其反相输入端通过第二电阻接地，其输出端通过第三电阻连接自身的反相输入端，其输出端还通过第四电阻连接第一比较器的同相输入端；

所述第一比较器，其反相输入端通过第五电阻接地，其输出端连接分压回路；

所述分压回路，包括依次串联的电压源、第六电阻、第七电阻，所述第七电阻接地，所述第六电阻和所述第七电阻之间引出的线路连接所述异或门鉴相器。

进一步地，所述检测单元还包括：

第一电容，并联设置在所述第三电阻的两端；

第八电阻，其一端连接所述电压跟随器的同相输入端，另一端接地；

第二电容，并联设置在所述第八电阻的两端。

进一步地，所述检测单元还包括：

第三电容，其第一端连接至所述第一比较器的同相输入端和所述第四电阻之间，其第二端接地；

第四电容，其第一端连接至所述第一比较器的反相输入端和所述第五电阻之间，其第二端接地。

进一步地，所述检测单元还包括：

第一单向元件，设置在所述第一比较器的输出端和所述分压回路之间，其阳极连接所述第一比较器的输出端，其阴极连接所述分压回路。

进一步地，所述信号处理模块包括：

滤波单元，其输入端连接所述采样模块，输出端连接模数转换单元的输入端，用于对所述采样模输出的采样方波信号进行滤波；

所述模数转换单元，其输出端连接所述微处理器，用于将经过所述滤波单元滤波后的采样方波信号转换为数字信号，输出至所述微处理器。

进一步地，所述电路还包括：

第二比较器，其同相输入端连接至所述滤波单元与所述模数转换单元之间，反相输入端输入参考电压，其输出端连接所述微处理器。

本实用新型还提供一种用电设备，包括上述电网异常检测电路。

进一步地，所述用电设备为光伏空调。

应用本实用新型的技术方案，通过交流电网输出的三相电压的其中任意两相电压的频率，以及基于两相电压之间的相位差生成的采样方波信号判断电网是否存在异常，不仅能够判断单相电压的频率是否异常，还能够准确判断两相电压之间的相位差是否异常，提高了电网异常检测的准确性。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的一种电网异常检测电路的结构图；

图2为根据本实用新型实施例的另一种电网异常检测电路的结构图；

图3为根据本实用新型实施例的检测单元的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本实用新型实施例中可能采用术语第一、第二等来描述检测单元，但这些检测单元不应限于这些术语。这些术语仅用来将设置在不同位置的检测单元区分开。例如，在不脱离本实用新型实施例范围的情况下，第一检测单元也可以被称为第二检测单元，类似地，第二检测单元也可以被称为第一检测单元。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本实用新型的可选实施例。

实施例1

本实施例提供一种电网异常检测电路，图1为根据本实用新型实施例的一种电网异常检测电路的结构图，如图1所示，该电网异常检测电路包括：

采样模块10，连接交流电网的输出端，用于分别检测交流电网输出的三相电压的其中任意两相电压的频率，并基于其中任意两相电压之间的相位差生成采样方波信号。

在具体实施时，采样模块10可以连接示波器，以显示交流电网输出的三相电压的其中任意两相电压的频率，进而判断该两相电压的频率是否在预设范围内，进而判断电网是否异常。

信号处理模块20，用于对采样方波信号进行处理并输出至微处理器30。

微处理器30，用于三相电压的其中任意两相电压的频率，以及信号处理模块处理后的采样方波信号判断电网是否存在异常。

电网的异常不仅包括单相电压的频率异常，还包括两相电压之间的相位差异常，因此，不仅需要判断其中任意两相电压的各自的频率是否异常，还需要根据基于两相电压之间的相位差生成的采样方波信判断两相电压之间的相位差是否异常。

本实施例的电网异常检测电路，通过交流电网输出的三相电压的其中任意两相电压的频率，以及基于两相电压之间的相位差生成的采样方波信号判断电网是否存在异常，不仅能够判断单相电压的频率是否异常，还能够准确判断电压之间的相位差是否异常，提高了电网异常检测的准确性。

为了分别检测三相电压的其中任意两相电压的频率，如图1所示，采样模块10包括：第一检测单元101、第二检测单元102以上两个检测单元，第一检测单元101、第二检测单元102分别连接三相电压的其中一相电压的输出端子，第一检测单元101和第二检测单元102分别基于交流电网输出的单相电压生成电压信号，该电压信号的频率等于单相电压的频率。第一检测单元101、第二检测单元102生成的电压信号均为方波信号，第一检测单元101、第二检测单元102可以分别连接示波器，以分别显示两相电压的频率，进而判断该两相电压的频率是否在预设范围内，进而判断电网是否异常。

在本实施例中，第一检测单元101连接三相电压的其中第一相电压A相的输出端子，第二检测单元102连接三相电压的其中第二相电压B相或者第三相C相的输出端子。

为了生成采样方波信号，如图1所示，上述采样模块10还包括：异或门鉴相器103，其输入端分别连接第一检测单元101和第二检测单元102，用于根据第一检测单元101和第二检测单元102输出的电压信号生成采样方波信号，并输出至信号处理模块20。

由于第一检测单元101、第二检测单元102生成的电压信号均为方波信号，因此，在第一检测单元101、第二检测单元102输出的电压信号相同时，异或门鉴相器103输0，在第一检测单元101、第二检测单元102输出的电压信号不同时，异或门鉴相器103输出1，进而生成采样方波信号。

实施例2

本实施例提供另一种电网异常检测电路，图2为根据本实用新型实施例的另一种电网异常检测电路的结构图，在实际应用中，如果一路检测单元检测到的电压信号的频率异常，可能是由于的电网单相电压的频率异常，也可能是检测单元本身发生故障，导致检测结果不准确，为了排除检测单元本身故障的影响，如图2所示，上述采样模块 10还包括：备用检测单元104，其输入端可择一地连接第一检测单元 101所连接的输出端子或者第二检测单元102所连接的输出端子。

具体地，为了实现控制备用检测单元104的输入端择一地连接第一检测单元101所连接的输出端子或者第二检测单元102所连接的输出端子，采样模块10还包括：第一开关S1，如图2所示，第一开关 S1为单刀双掷开关，其第一触点连接三相电压的其中一相电压(A相电压)的输出端子，其第二触点连接第一检测单元101，其第三触点连接备用检测单元104；第二开关S2，第二开关为单刀双掷开关，其第一触点连接三相电压的其中另一相电压的输出端子，其第二触点连接第二检测单元102，其第三触点连接备用检测单元104。

为了获得直流电压信号，信号处理模块20包括：滤波单元201，其输入端连接采样模块，输出端连接模数转换单元202的输入端，用于对采样模输出的采样方波信号进行滤波，在本实施例中，滤波单元 201采用RC滤波电路；由于异或门鉴相器103输出的采样方波信号为模拟信号，微处理器只能处理数字信号，因此，信号处理模块20还包括模数转换单元202，其输出端连接微处理器30，用于将经过滤波单元201滤波后的采样方波信号转换为数字信号，输出至微处理器30，以便于微处理器30根据采样方波信号生成的数字信号判断电网是否异常，进而控制用电设备是否并网。

微处理器内部设置有电压的预设值，用于判断采样方波信号的电压有有效值是否异常，为了实现软硬件双重判断，保证判断准确性，上述电网异常检测电路还包括：第二比较器A2，其同相输入端连接至滤波单元201与模数转换单元202之间，其反相输入端输入参考电压，其输出端连接微处理器30。其中，参考电压可以设置成等于预设值，在采样方波信号的电压有效值大于预设值时，第二比较器A2输出信号 1至微处理器，表明两相电压的相位差过大，电网存在异常。

图3为根据本实用新型实施例的检测单元的结构图，如图3所示，上述检测单元包括：电压跟随器U，其同相输入端通过第一电阻R1连接三相电压的其中一相电压的输出端子，其反相输入端通过第二电阻 R2接地，其输出端通过第三电阻R3连接自身的反相输入端，其输出端还通过第四电阻R4连接第一比较器A1的同相输入端；第一比较器 A1，其反相输入端通过第五电阻R5接地，其输出端连接分压回路101-1 的第六电阻R6和第七电阻R7之间；分压回路101-1，包括依次串联的电压源、第六电阻R6、第七电阻R7，第七电阻R7接地，第六电阻 R6和第七电阻R7之间引出的线路作为检测单元的输出端，连接上述异或门鉴相器103。

为了实现对电压跟随器U输出的电压进行滤波的作用，检测单元还包括：第一电容C1，并联设置在第三电阻R3的两端。

为了实现对电压跟随器U的同相输入端输入的电压进行滤波，上述检测单元还包括：第八电阻R8，其一端连接电压跟随器U的同相输入端，另一端接地；第二电容C2，并联设置在第八电阻R8的两端。

类似地，为了实现对第一比较器A1的同相输入端输入的电压进行滤波，上述检测单元还包括：第三电容C3，其第一端连接至第一比较器A1的同相输入端和第四电阻R4之间，其第二端接地；第四电容C4，其第一端连接至第一比较器A1的反相输入端和第五电阻R5之间，其第二端接地。

为了控制电压单向传输，上述检测单元还包括：第一单向元件D1，设置在第一比较器A1的输出端和分压回路101-1之间，其阳极连接第一比较器的输出端，其阴极连接分压回路101-1。

本实施例的电网异常检测电路，具体工作原理如下：

当第一检测单元101和第二检测单元102检测到电网输出的其中任意两相电压的频率后，分别判断两相电压的频率是否在预设范围内，以及根据两相电压的相位差生成的采样方波信号判断两相电压的相位差是否异常，如果两相电压的频率均在预设范围(本实施例中为50± 2Hz)，并且采样方波信号的电压有效值等于电压源提供的电源电压 Vcc的2/3，即采样方波信号的占空比等于2/3，则表明电网不存在异常，可以控制用电设备并网运行。其中，上述预设值是根据电网正常状态下，两相电压之间的相位差确定的，电网正常状态下，任意两相电压之间的相位差为120°，因此，上述电压有效值等于电压源提供的电源电压Vcc的2/3。将第一检测单元101和第二检测单元102检测到的两路方波电压信号经过异或门鉴相器103输出后得到采样方波信号，然后经过滤波单元201后得到直流电压信号，再经数模转换单元202 输入到微处理器30，与正常状态下的电压的预设值比较。在经过滤波单元201滤波后的直流电压信号的输出端设置第二比较器A2，作为硬件的保护电路，当采样方波信号的电压有效值超出上述预设值后，第二比较器A2输出信号至微处理器30，微处理器30触发保护操作。当检测到的两相电压的频率均超出50±2Hz的范围时，说明电网存在异常，控制用电设备停止并网运行，并利用示波器检测电网是否正常。当只有一相电压的频率异常时，将异常的一相电压的切换开关(第一开关S1或者第二开关S2)切换到备用检测单元104检测频率以及两相之间的相位差值，如果两相电压的频率均在50±2Hz的范围，则表明检测单元本身存在异常，否则表明电网异常。第一开关S1和第二开关 S2可采用继电器、光耦等器件实现。

实施例3

本实施例提供一种用电设备，包括上述实施例中的电网异常检测电路。在本实施例中，该用电设备可以为光伏空调。

以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种电网异常检测电路，其特征在于，所述电路包括：

采样模块，连接交流电网的输出端，用于分别检测所述交流电网输出的三相电压的其中任意两相电压的频率，并基于所述任意两相电压之间的相位差生成采样方波信号；

信号处理模块，用于对所述采样方波信号进行处理并输出至微处理器；

所述微处理器，用于根据所述任意两相电压的频率，以及所述信号处理模块处理后的采样方波信号判断电网是否存在异常。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述采样模块包括：

第一检测单元、第二检测单元，分别连接所述三相电压的其中一相电压的输出端子，均用于基于所述交流电网输出的单相电压生成电压信号，所述电压信号的频率等于所述单相电压的频率；

异或门鉴相器，其输入端分别连接所述第一检测单元和所述第二检测单元，用于根据所述第一检测单元和所述第二检测单元输出的电压信号生成所述采样方波信号，并输出至所述信号处理模块。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述采样模块还包括：

备用检测单元，其输入端可择一地连接所述第一检测单元所连接的输出端子或者所述第二检测单元所连接的输出端子。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述采样模块还包括：

第一开关，所述第一开关为单刀双掷开关，其第一触点连接所述三相电压的其中一相电压的输出端子，其第二触点连接所述第一检测单元，其第三触点连接所述备用检测单元；

第二开关，所述第二开关为单刀双掷开关，其第一触点连接所述三相电压的其中另一相电压的输出端子，其第二触点连接所述第二检测单元，其第三触点连接所述备用检测单元。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述检测单元包括：

电压跟随器，其同相输入端通过第一电阻连接所述三相电压的其中一相电压的输出端子，其反相输入端通过第二电阻接地，其输出端通过第三电阻连接自身的反相输入端，其输出端还通过第四电阻连接第一比较器的同相输入端；

所述第一比较器，其反相输入端通过第五电阻接地，其输出端连接分压回路；

所述分压回路，包括依次串联的电压源、第六电阻、第七电阻，所述第七电阻接地，所述第六电阻和所述第七电阻之间引出的线路连接所述异或门鉴相器。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述检测单元还包括：

第一电容，并联设置在所述第三电阻的两端；

第八电阻，其一端连接所述电压跟随器的同相输入端，另一端接地；

第二电容，并联设置在所述第八电阻的两端。

7.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述检测单元还包括：

第三电容，其第一端连接至所述第一比较器的同相输入端和所述第四电阻之间，其第二端接地；

第四电容，其第一端连接至所述第一比较器的反相输入端和所述第五电阻之间，其第二端接地。

8.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述检测单元还包括：

第一单向元件，设置在所述第一比较器的输出端和所述分压回路之间，其阳极连接所述第一比较器的输出端，其阴极连接所述分压回路。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号处理模块包括：

滤波单元，其输入端连接所述采样模块，输出端连接模数转换单元的输入端，用于对所述采样模输出的采样方波信号进行滤波；

所述模数转换单元，其输出端连接所述微处理器，用于将经过所述滤波单元滤波后的采样方波信号转换为数字信号，输出至所述微处理器。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第二比较器，其同相输入端连接至所述滤波单元与所述模数转换单元之间，反相输入端输入参考电压，其输出端连接所述微处理器。

11.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的电网异常检测电路。

12.根据权利要求11所述的用电设备，其特征在于，所述用电设备为光伏空调。

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