一种交流正负半周不平衡负载自适应控制系统

技术领域

本发明涉及电气与能源控制技术领域，具体为一种交流正负半周不平衡负载自适应控制系统。

背景技术

当下，电作为新的能源，随着科学技术的发展创新，应用范围已经非常普遍，小到家用电器，大到国防航空。但是，随着电的普遍使用，一些弊端也逐渐显现出来。当电网传输的交流电受到大量非线性负载电荷的影响，使得电网端的交流电压出现畸变与不对称，当用电器在运作过程中受到类似这种不对称的交流电压或者另外一些不可抗性因素的影响时，用电器的实际负载可能会在某一段时间内超过额定功率，甚至超过极限功率(120％额定功率)。用电器在这种超负荷状态下运行可能会影响用电器的使用寿命甚至会直接烧毁。目前只能通过设置额定负载(功率)和极限负载的范围，保证交流负载不平衡时用电器能够正常运行，还不能对产生不平衡状态后的自适应控制，因此提出一种交流正负半周不平衡负载自适应控制系统。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种交流正负半周不平衡负载自适应控制系统，解决了目前只能通过设置额定负载(功率)和极限负载的范围，保证交流负载不平衡时用电器能够正常运行，还不能对产生不平衡状态后的自适应控制的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种交流正负半周不平衡负载自适应控制系统，包括CPU模块，所述CPU模块中设置有获取单元、计算单元，所述获取单元中设置有电流获取模块、转化模块、传输模块，所述电流获取模块的信号输出端与转化模块的信号接收端连接，所述转化模块的信号输出端与传输模块的信号接收端连接。

优选的，所述获取单元中还包括有时间模块、存储模块，所述传输模块的信号输出端与时间模块的信号接收端连接，所述时间模块的信号输出端与存储模块的信号接收端连接。

优选的，所述计算单元中包括有接收模块、计算模块，所述接收模块的信号输出端与计算模块的信号接收端连接，所述计算模块的信号输出端与对比模块的信号接收端连接。

优选的，所述计算单元中还包括有判断模块、查验模块，所述对比模块的信号输出端与判断模块的信号接收端连接，所述判断模块的信号输出端与查验模块的信号接收端连接。

优选的，所述计算单元中还包括有输入输出隔离保护、记录模块，所述查验模块的信号输出端与输入输出隔离保护的信号接收端连接，所述输入输出隔离保护的信号输出端与记录模块的信号接收端连接。

优选的，所述CPU模块中还包括有平衡单元，所述平衡单元中设置有统计模块、调节模块、电源模块、稳压模块、提示模块，所述统计模块的信号输出端与调节模块的信号接收端连接，所述调节模块的信号输出端与电源模块的信号接收端连接。

优选的，所述电源模块的信号输出端与稳压模块的信号接收端连接，所述稳压模块的信号输出端与提示模块的信号接收端连接。

优选的，所述计算单元中用到的公式包括i＝I

本发明提供了一种交流正负半周不平衡负载自适应控制系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)、该交流正负半周不平衡负载自适应控制系统，通过设置CPU模块、获取单元、电流获取模块、转化模块、传输模块、时间模块、存储模块，通过CPU模块对整个自适应控制系统进行控制，使得当回路中电流量出现异常时，能够及时作出响应，保护电路中元器件不至于因电流过大烧毁，提高用电器的使用寿命和保护人身财产安全，通过获取单元中的电流获取模块及时获取回路中的电流量，对回路中的电流状况进行实时监测，减少响应所需时间。

(2)、该交流正负半周不平衡负载自适应控制系统，通过设置计算单元、接收模块、计算模块、判断模块、查验模块、输入输出隔离保护、记录模块，通过计算单元中的接收模块对获取单元发出的数字信号进行接收，并进行计算、判断，通过记录模块对判断模块给出的结果进行记录，从而计算其准确率，使得当回路中电流量出现异常时，能够及时作出响应，保护电路中元器件不至于因电流过大烧毁，提高用电器的使用寿命和保护人身财产安全，同时能够根据准确率对控制系统进行不断优化。

(3)、该交流正负半周不平衡负载自适应控制系统，通过设置平衡单元、统计模块、调节模块、电源模块、稳压模块、提示模块，通过电流模块运行切断电源，等待一段时间后检测回路电流是否恢复正常，然后重新接入电源，或触发稳压模块，当回路电流不稳定时起到保护电路中元器件的作用不至于因电流过大烧毁，并通过提示模块提示管理人员注意，提高用电器的使用寿命和保护人身财产安全。

附图说明

图1为本发明的整体系统图；

图2为本发明获取单元的系统图；

图3为本发明计算单元的系统图；

图4为本发明平衡单元的系统图；

图5为本发明的整体流程示意图；

图6为本发明中正常电流波形示意图；

图7为本发明中异常波形一示意图；

图8为本发明中异常波形二示意图；

图9为本发明中异常波形三示意图。

图中：1、CPU模块；2、获取单元；3、计算单元；4、平衡单元；201、电流获取模块；202、转化模块；203、传输模块；204、时间模块；205、存储模块；301、接收模块；302、计算模块；303、判断模块；304、查验模块；305、输入输出隔离保护；306、记录模块；401、统计模块；402、调节模块；403、电源模块；404、稳压模块；405、提示模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图9，本发明提供以下技术方案：

实施例一：一种交流正负半周不平衡负载自适应控制系统，包括CPU模块1，CPU模块1中设置有获取单元2、计算单元3，获取单元2中设置有电流获取模块201、转化模块202、传输模块203，电流获取模块201的信号输出端与转化模块202的信号接收端电信号连接，转化模块202的信号输出端与传输模块203的信号接收端电信号连接；

获取单元2中还包括有时间模块204、存储模块205，传输模块203的信号输出端与时间模块204的信号接收端电信号连接，时间模块204的信号输出端与存储模块205的信号接收端电信号连接；

计算单元3中包括有接收模块301、计算模块302，接收模块301的信号输出端与计算模块302的信号接收端电信号连接，计算模块302的信号输出端与判断模块303的信号接收端电信号连接；

计算单元3中还包括有判断模块303、查验模块304，判断模块303的信号输出端与查验模块304的信号接收端电信号连接；

计算单元3中还包括有输入输出隔离保护305、记录模块306，查验模块304的信号输出端与输入输出隔离保护305的信号接收端电信号连接，输入输出隔离保护305的信号输出端与记录模块306的信号接收端电信号连接。

使用时，通过CPU模块1对整个自适应控制系统进行控制，使得当回路中电流量出现异常时，能够及时作出响应，通过获取单元2中的电流获取模块201及时获取回路中的电流量，通过转化模块202将获取到的回路电流信号转化为数字信号，通过传输模块203将数字信号传输至计算单元3中使用，通过时间模块204记录获取到电流信号以及数字信号发出的时间，通过存储模块205将这些操作数据进行保存，等待验证时使用；

通过计算单元3中的接收模块301对获取单元2发出的数字信号进行接收，通过计算模块302将接收到的数字信号进行计算，根据计算结果将电流波形显示出来，将识别出的电流波形与正常波形进行对比，通过判断模块303根据对比结果进行判断，看当前电流波形是否处于正常状态，以及异常拨动大小，通过查验模块304对判断模块303的结果进行再次验证，验证无误后输出至平衡单元4，对回路进行保护操作，通过输入输出隔离保护305降低信息传递过程中其他信号的干扰，通过记录模块306对判断模块303给出的结果进行记录，从而计算其准确率。

实施例二，本实施例区别于实施例一的技术方案包括：CPU模块1中还包括有平衡单元4，平衡单元4中设置有统计模块401、调节模块402、电源模块403，统计模块401的信号输出端与调节模块402的信号接收端电信号连接

平衡单元4中还包括有稳压模块404、提示模块405，调节模块402的信号输出端与电源模块403的信号接收端电信号连接

电源模块403的信号输出端与稳压模块404的信号接收端电信号连接，稳压模块404的信号输出端与提示模块405的信号接收端电信号连接。

使用时，通过统计模块401对所有的判断结果进行统计，以此来分析回路电流的稳定程度，以及影响回路电流不稳定的因素，通过调节模块402更具计算单元3给出的结果对回路进行调节，触发电源模块403运行切断电源，等待一段时间后检测回路电流是否恢复正常，然后重新接入电源，或触发稳压模块404，当回路电流不稳定时起到保护电路中元器件的作用不至于因电流过大烧毁，并通过提示模块405提示管理人员注意。

判断负载的平衡问题，首先就要通过扫描特定周期内的波形情况。通过欧姆定律(U＝IR)和焦耳定律(Q＝I

P＝UI

其中P为功率，U为电压，I为电流。根据国家电网标准，家用市电标准电压为220V和工业标准电压为380V。以下详述主要以家用电压220V为准。根据推导公式，主要通过检测电流的波形变化判断波形是否正常，同时为了能够直观显示电流的波形变化，使用示波器把电流波形显示出来，电流的正常波形如图6所示。

正常情况下，电流的输出波形是正负半周很平滑的正弦波形。当受到干扰因素影响时，回路中的稳定性就会受到破坏，此时电流的波形就会发生不确定性变化，出现一些异常波形，比如说正负半周波形不均衡，正/负半周波形丢失等。常见异常波形示例如图7-图9所示。

为了判断负载平衡问题，主要获取工作状态时回路的电流数据。由于电流属于一种模拟信号，所以需要使用MCU来对模拟信号进行转化，通过ADC采样方式，得到更详细精准的电流数据，为后续步骤的逻辑判断和负载自适应控制提供保证。以下有两种方法获取电流数据:

(1)取平均值法:

在一个完整周期内，电流的正弦波形可以看做是由很多个点组成的，在一定时间内将这些点对应的电流信号通过MCU控制ADC通道转化成数字信号，获取的电流数据精度根据自己需求和MCU处理效率而定，在获取数据之前需要设置好预定的采样次数、采样间隔时间和采样总时间。在设置采样总时间时需要考虑回路的稳定性，时间不能过短也不能过长，一般设置在电流周期整数倍的时间内采集(一个或多个完整周期内)，这样可以避免正负半周采样不均衡的问题，保证了采样数据的严谨性。一般情况下获取越多的数据，得到的数值越精准。例如，设置一个周期内一共由128个点组成，8ms采样一次，一个周期内可以获得16组电流数据。将采样的数据累加运算取平均值。这种方法适用于采样周期较长的情况。

(2)取最大值法

设置好预定的采样次数、采样间隔时间和采样总时间，获取并比较当前与下一次电流采样值，在一个或多个完整周期内，筛选出最大电流采样值。这种方法适用于采样周期较短的情况。

在一个或多个完整周期内，将正负半周获取得到的所有电流数据分别进行累加，然后将正负半周分别累加得到的电流值之差取绝对值，再分别除以正半周差值比率和负半周差值比率。通过比较正负半周比率之差是否处于范围(5％～9％)之内，超过范围则判定为回路电流不稳定。

通过上一步的得到的结果，当正负半周负载不平衡条件成立时，选择峰值较大的半个周期波形作为基点，然后通过以下公式计算得出有效值:

其中i是瞬时值，I

两者关系为:i＝I

其中:

因此:

算出负载面积，接下来通过微积分公式：

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。