Способ измерения активной и реактивной мощности Советский патент 1984 года по МПК G01R21/06 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано для учета и измерения мощности и энергии в энер гетических системах с искажающими нагрузками. Известен способ измерения актив ной и реактивной мощности, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока, перемножают их и усредняют результаты перем ножения за пернод ij . Недостатком указанного способа яв ляется низкая точность. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения активной и реактивной мощности, заключающийся в том, что измеряют в п точках периодй мгновенные, значения тока и напряжения со сдвигом по фазе на углы R;, и перемножают эти значения для каждого из углов, суммируют и вычисляют мощности по получаемым числовым эквивалентам l Однако известный способ не позволяет проводить измерения в несинусоидальных режимах и режимах, характе ризующихся наличием субгармоник или различных частот напряжения и тока, Цель изобретения - повышение точности измерения в режимах, когда ток н напряжение имеют периодический характер и произвольную форму. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока, их перемножают и усредняют результаты перемножения за период, перемноженные сигналы разделяют по знаку и усредняют отдельно, а составляющие мощности вычисляют по формулам: р+ + Р- ; Q ---( Р t - Р t), где Р - активная мощность; Q - реактивная мощность; среднее за период значение положительной мгновенной мощности; Р.- среднее за период значение отрицательной мгновенной мощности; сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность положительна; сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность отрицательна; Т - период кривой мгновенной мощности. На фиг. приведена произвольная периодическая кривая мгновенной мощности P.(t);Ha фиг. 2 - блок-схема устройства, реализующего данный способ. Из теоремы Умова-Пойнтинга следует: .,,.Рд„,Н..р:и -, 3wit) Po{tH- , P(t) P(t)+ P(t)- мгновенаая мощность;Р (t) - ее часть движения энергии от генератора к нагрузке; Р (t) - ее часть при движении энергии в обратном направлении; РО (t) (t)+ РО (t)- мощность, связанная с рассеянием энергии и ее преобразованием в иные виды; Pp(t) - ее часть при движении энергии от генератора к нагрузке; Po(t) - ее часть при движении энергии в обратном направлении; АШ1 . J.wit)1 изменение энергии накопителей; 3wctf V--- - изменение энергии накопителей при передаче мощности от генератора к нагрузке; 9 изменение энергии накопителей при передаче мощности в обратном направлении Усреднение за период всех указанных отдельно для положительных и отрицательных значений мгновенйой мощности дает: С учетом закона сохранения энергии W(T) W (0) и условия стационарности процесса для усредненных величин зменения энергии имеет место равенствоследовательно

311

%+ р. р; р, (4),

где Р - среднее за период значение мгновенной мощности, т.е. активная мощность.

Умножая (1) на t, а (2) на вычитая одно из другого с учетом (3), получаем

p,-i.-p.-tnPo- --p;-tnir-ii.O

at

9w

.(|nVt.-(-,t.y,.(t.H.

4tt.t.-t....t.i.o...(,).

Отсюда следует

f (p.i.p.t.)

(5)

Полученное .выражение совпадает с реактивной мощностью в записи

Q - ( JI ) (6)

Соотношения (4) и (6) позволяют вычислять активную и реактивную мощности для периодических кривых мгновенной мощности произвольной формы

Устройство 1 и 2 напряжения и тока, осуществляющие гальваническую развязку и согласование уровней сигналов исследуемых цепей и измеритель ной части устройства; выходные напряжение , датчика 1 пропорционально измеряемому напряжению, т;.е. Bbui выходное напряжение U8t,ix2 датчика 2 пропорционально измеряемому току, т.е. zwi блок 3 перемножения сигналов с датчиков, блок 4 селекции сигнала,блок 5 усреднения, блоки 6 и 7 измерения длительности сигналов, блок 8 усреднения, аналого-цифровые преобразователи 9-13, встроенную микро-ЭВМ 14, управляющую работой устройства и обрабатывающую результаты измерений, блok 15 индикации, отображающий результаты измерений, пульт 16 управления устройством, блок 17 сопряжения устройства со стандартным интерфейсом измерительных систем.

Измерение мощности производится следующим образом.

С помощью датчиков 1 и 2 напряжения и тока соответственно производится непрерывное измерение напряжения и тока. Сигналы с выходов этих датчиков поступают на блок 3 перемно1-6264

« женин, который формирует сигнал,пропорциональньй мощности Р K.ji. Этот сигнал обрабатывается блоком. 4 селекции, осуществляющим разделение

5 сигнала на его входе по знаку, и через аналого-цифровой преобразователь 9 поступает на вход микро-ЭВМ 14, где программным путем производится вычисление периода. Положительная

10 составляющая сигнала с блока 4 поступает на блок 5, производящий усреднение ее за период, и блок 6, измеряющий суммарную за период дпительность интервалов времени, на кото15 рых сигнал отличен от нуля. Блоки 7 и 8 производят аналогичные операции с отрицательной составляющей. Ннфор$4ация с блоков 5-8 поступает через аналого-цифровые преобразова20 тели 10 - 13 на вход микро-ЭВМ 14, производящей вычисление активной и реактивной составляющей мощности:

.,

25 , р4 рл-р- 0.

Результаты вычислений отображаются блоком 15 индикации. . Использование предлагаемого способа измерения мощности позволяет до30 биться повышенной точности измерений, которую не могут обеспечить известные способы при наличии нагрузок, изменяющих форму кривых тока и напряжения.

35 Рассмотрим, например, результаты измерений реактивной мопцюсти, когда напряжение и ток в нагрузке имеют соответственно вид:

40 cot;

i T,,in(wt-46°)- 3 5inScot,

причем I, 01 If. При этом реализация традиционных спо45 собов измерения,.как известно, дает

величину

оо Q E QnU einif + UjDjsin qijt... ;

П 1

что в рассматриваемом случае приво50 дит к значению реактивной мощности

, «-w-lf °-f -Реализация же данного способа из55 4ерений с учетом выражения (6) дает

. 2 величину Q 1,116 - ,,

г.е. на 11,6% выще. Таким образом,

искажающие свойства нагрузки учитываются более полис.

Одинаковый подход к измерению активной и реактивной мощности делает предлагаемый способ достаточно универсальным, а использование при его реализации микро-ЭВМ дает возможность

применять этот способ в информационно-измерительных и управляющих системах учета и контроля мощности и энергии. Это, в свою очередь, ведет к улучшению структуры энергопотребления, т.е. к экономии энергоресурсов и рациональному использованию энергии.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩОСТИ, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения Напряжения тока, их перемйожают и усредняют результаты перем- ножения за период, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений в режимах, когда ток и напряжение имеют перио- т ческий характер и произвольную форму, перемноженные сигналы разделяют по знаку и усредняют отдельно, a составляющие мощности вычисляют по формулам: Р. - J a«(p.t.-p,to. где Р - ajcTHBHafl мощность; Q -.реактивная .мощность; Р.среднее за период значение положительной мгновенной мощности; Р. среднее за период значение отрицательной мгновенной мощности; (Л .Vсумма интервалов времени, на которых .мгновенная мощность положительна; t.§ сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность отрицательна; т период кривой мгновенной МО1ЦНОСТИ.