ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ Российский патент 1997 года по МПК G01R21/06 G01R22/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано, например, при построении счетчиков энергии электросети.

Лучшие электромеханические счетчики энергии сети имеют точность измерения, ограниченную классом 0,5.

Разработка электронных аналоговых, а затем цифровых счетчиков электроэнергии открыла новые возможности в повышении точности измерения примерно на порядок.

Совершенствование электронных счетчиков электроэнергии сети, продолжающееся до сих пор, идет в направлении осуществления компенсации аппаратных погрешностей или погрешностей, возникающих в особых режимах работы электросети.

Известно, например, электронное устройство для измерения электрической энергии [1] в котором для повышения точности измерения взятие выборок напряжений и токов во всех фазах жестко синхронизировано с периодом напряжения первой фазы.

Известен цифровой измеритель электрической энергии [2] в котором осуществлена компенсация нелинейных составляющих погрешностей, возникающих при измерении энергии электросети с резкопеременными нагрузками.

Известен взятый в качестве прототипа электронный измеритель мощности и энергии [3] в котором для повышения точности обеспечено преобразование двухполярных входных сигналов в униполярные. Устройство прототип [3] содержит два блока выборки, блок преобразования сигналов, линию связи, блок управления и обработки.

Общим недостатком известных решений, включая прототип [3] является их неспособность учесть реальную погрешность, вносимую измерительными преобразователями (трансформаторами) тока и напряжения электросети (ТТ и ТН), с вторичных цепей которых снимаются входные для электронного измерителя сигналы. Указанная погрешность, как показали исследования находящихся в эксплуатации ТТ и ТН, может существенно отличаться от записанной в паспорте, и зависит от электрического режима работы ТТ и ТН, а также от температуры окружающей среды. Реальные отклонения погрешности находящихся в эксплуатации ТТ и ТН от записанной в паспорте настолько значимы, что их неучет сводит на нет преимущества по точности электронной измерительной системы перед электромеханической.

Задача изобретения состоит в создании измерителя, учитывающего изменения погрешности трансформаторов тока и напряжения в процессе их эксплуатации и, таким образом, способного реально обеспечить повышенную точность измерения параметров режима электросети.

Предметом изобретения является измеритель параметров режима электрической сети, содержащий по крайней мере два блока выборки, блок аналого-цифрового преобразования, блок обработки и линию связи выхода блока аналого-цифрового преобразования с входом блока обработки, группа выходов которого образуют информационные выходы измерителя, причем вход данных первого блока выборки предназначен для подключения к измерительному преобразователю фазного тока электросети, вход данных второго блока выборки предназначен для подключения к измерительному преобразователю фазного напряжения электросети, выход датчика входного тока первого блока выборки и выход датчика входного напряжения второго блока выборки подключены к первому и второму входам блока аналого -цифрового преобразования соответственно, отличающихся согласно изобретения, тем что в первый блок выборки введен датчик входного тока, а блок аналого-цифрового преобразования снабжен третьим и четвертым входами, к которым подключены выходы датчика входного напряжения первого блока выборки и датчика входного тока второго блока выборки соответственно, блок обработки выполнен с возможностью вычисления погрешностей измерительных преобразователей и учета их при определении параметров режима электросети.

Устройство, характеризующееся указанной совокупностью признаков, учитывает изменения погрешности находящихся в эксплуатации измерительных преобразователей тока и напряжения в зависимости от электрического режима сети и, таким образом, позволяет реально обеспечить точность измерения, соответствующую классу 0,1.

Изобретение имеет развитие, заключающееся в том, что блок обработки снабжен дополнительным входом, предназначенным для подключения к датчику температуры окружающей среды. Это позволяет учесть температурные изменения погрешности измерительных преобразователей и дополнительно повысить точность измерения.

Сущность изобретения поясняется чертежами
На фиг. 1 приведена блок-схема измерителя с раскрытием выполнения блоков выборки применительно к одной фазе электросети; на фиг. 2 схема внутреннего выполнения блока преобразования; на фиг. 3 функциональная схема, соответствующая алгоритму работы блока обработки.

Устройство фиг. 1 содержит первый и второй блоки 1 и 2 выборки, блок 3 аналого-цифрового преобразования сигналов, линию 4 связи выхода блока 3 с входом блока 5 обработки, группа выходов 6 которого образует информационные выходы измерителя.

Блок 1 имеет вход 7 данных и выходы 8,9, а блок 2 вход 10 данных и выхода 11, 12. Выход 8 является выходом датчика 13 входного тока блока 1 и подключен к первому входу 14 блока 3, а выход 11 является выходом датчика 15 входного напряжения блока 2 и подключен к второму входу 16 блока 3.

В блок введен датчик 17 входного напряжения, а в блок 2 введен датчик 18 входного тока. При этом блок 3 снабжен третьим входом 19, к которому подключен выход 9, являющийся выходом датчика 17, и четвертым входом 20, к которому подключен выход 12, являющийся выходом датчика 18.

Входы 7 и 10 блоков 1 и 2 предназначены для подключения к измерительным преобразователям 21 и 22 соответственно фазного тока и фазного напряжения электросети.

Блок 5 обработки может быть снабжен входом 23, предназначенным для подключения к датчику 24 температуры окружающей среды.

Измерительные преобразователи 21 и 22 (трансформаторы фазного тока и фазного напряжения соответственно), а также датчик 24 (см. пунктир на фиг. 1) не входят в состав заявленного объекта и приведены на фиг. 1 для пояснения работы устройства.

Блок 3 применительно к одной фазе электросети может быть выполнен в виде (фиг. 2) аналого-цифровых преобразователей 25, 26, 27, 28 на входах и многоканального коммутатора 29 на выходе.

В качестве линии 4 может быть использована проводная или волоконно-оптическая линия связи с выходом преобразователем последовательного кода в параллельный.

Блок 5 может быть выполнен на базе микроЭВМ, производящей вычисления в соответствии с функциональной схемой фиг.3.

Измеритель работает следующим образом.

На входы 7 и 10 поступают мгновенные значения сигналов с вторичных цепей трансформатора 21 тока и трансформатора 22 напряжения фазы электросети.

С выходом 8 и 9 блока 1 снимаются мгновенные значения тока и напряжения трансформатора 21 фазного тока, а с выходов 11 и 12 блока 2 мгновенные значения напряжения и тока трансформатора 22 фазного напряжения.

Указанные сигналы преобразуются в блоке 3 в последовательный цифровой код и, пройдя линию 4 связи, поступают на обработку в блок 5.

Блок 5, согласно функциональной схеме фиг. 3, по мгновенным значениям тока i_I и напряжения u_I вторичной цепи трансформатора 21 тока, а также тока i_U и напряжения u_U вторичной цепи трансформатора 22 напряжения производит вычисление среднеквадратичных значений I_I, D_I, I_U, U_U за период Т переменного тока сети.

Кроме того, блок 5 определяет угол Φ между током i_I трансформатора 21 тока и напряжением u_U трансформатора 22 напряжения, активную мощность P, кажущуюся мощность S и реактивную мощность Q.

Величины I_I, U_I, I_I, U_u, v и дополнительно температура (вход 23) являются исходными данными для вычисления амплитудных (ΔI и ΔU) и угловых (ΔΦ_I и ΔΦ_U) погрешностей трансформаторов 21 и 22 тока и напряжения. Вычисленные погрешности ΔI, ΔU, ΔΦ_I, ΔΦ_U используются в блоке 5 для определения (см. фиг. 3) уточненных (индекс "y" на фиг. 3) значений тока I_y, напряжения U_y, активной мощности P_y, кажущейся мощности S_y и реактивной мощности Q_y.

Электроэнергия A_y вычисляется путем непрерывного суммирования произведений P_yT.

Таким образом, предложенное решение позволяет выбирать и использовать в качестве исходных данных для вычислений искомых параметров не только мгновенные значения тока трансформаторов тока (ТТ) и мгновенные значения напряжения трансформаторов напряжения (ТН), но и мгновенные значения напряжения ТТ, а также мгновенные значения тока ТН и дополнительно температуру среды.

То есть, в заявленном устройстве исходными для вычислений являются данные, непрерывно следящие за изменениями рабочих точек вольт амперных характеристик ТТ и ТН, и дополнительно температура, влияющая на положение указанных рабочих точек.

Поэтому заявленное решение позволяет осуществить коррекцию выходных параметров измерения в зависимости от реальной погрешности, вносимой находящимися в эксплуатации трансформаторами тока и напряжения, и соответственно повысить точность измерительной системы в целом.

По схеме фиг. 1, с учетом выполнения блока 3 по схеме фиг.2 и выполнения по алгоритму, соответствующему фиг.3, был собран макет предложенного устройства. При этом блок 3 был выполнен с использованием интегральной схемы К1108ПВ2 и обеспечивал время преобразования и записи в память вычислителя 5, равное 3 мкс на канал. Частота дискретизации аналого-цифрового преобразования составляла 50 кГц. вычисления по алгоритму, соответствующему функциональной схеме фиг. 3, проводились на ЭВМ IBM PC AT после ввода исходных данных за 10 периодов сетевого напряжения.

Сравнительные испытания предусматривали выполнения измерений одного и того же параметра энергии электросети при изменении нагрузки от 0,8 до 1,0 с использованием сначала трансформаторов тока и напряжения класса точности 0,2, а затем другого класса точности 0,5.

Результаты измерений, как и предполагалось, не совпали. Однако при выполнении измерений с помощью образцового счетчика типа ЦЭ6802 изменения результата, т. е. погрешности измерений, составили 0,58 а при использовании собранного в соответствии с изобретением макета всего 0,17

Использование: в электроизмерительной технике, например, при построении счетчиков энергии электросети. Сущность: измеритель содержит первый и второй блоки выборки с входами для подключения к измерительным преобразователям соответственно фазного тока и фазного напряжения электросети, блок аналого-цифрового преобразования, блок обработки и линию связи выхода аналого-цифрового преобразования с входом блока обработки. Выход датчика входного тока первого блока выборки и выход датчика входного напряжения второго блока выборки подключены к первому и второму входам блока аналого -цифрового преобразования соответственно. Введение в первый блок выборки датчика входного напряжения, во второй блок выборки - датчика входного тока и снабжение блока аналого-цифрового преобразования третьим и четвертым входами, к которым подключены выходы датчика входного напряжения первого блока выборки и датчика входного тока второго блока выборки соответственно, а также выполнение блока обработки с возможностью вычисления погрешностей измерительных преобразователей и их учета при определении уточненных значений параметров электросети позволяет осуществить коррекцию выходных параметров измерителя в зависимости от реальной погрешности, вносимой находящимися в эксплуатации трансформаторами тока и напряжения, и таким образом повысить точность измерительной системы в целом. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Измеритель параметров режима электрической сети, содержащий по крайней мере первый и второй блоки выборки с датчиками выходного тока и входного напряжения соответственно, блок аналого-цифрового преобразования, блок обработки и линию связи выхода блока аналого-цифрового преобразования с входом блока обработки, группа выходов которого образует информационные выходы измерителя, причем вход данных первого блока выборки предназначен для подключения к измерительному преобразователю фазного тока электросети, вход данных второго блока выборки предназначен для подключения к измерительному преобразователю фазного напряжения электросети, выход датчика входного тока первого блока выборки и выход датчика входного напряжения второго блока выборки подключены к первому и второму входам блока аналого-цифрового преобразования соответственно, отличающийся тем, что в первый блок выборки введен датчик входного напряжения, во второй блок выборки введен датчик входного тока, а блок аналого-цифрового преобразования снабжен третьим и четвертым входами, к которым подключены выходы датчика входного напряжения первого блока выборки и датчика входного тока второго блока выборки соответственно, при этом блок обработки выполнен с возможностью вычисления погрешностей измерительных преобразователей фазного тока и фазного напряжения и учета этих погрешностей для определения уточненных значений параметров режима электросети, поступающих на группу информационных выходов измерителя. 2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что блок обработки снабжен дополнительным входом, предназначенным для подключения к датчику температуры окружающей среды.