Измеритель параметров качества электроэнергии трехфазной сети Советский патент 1985 года по МПК G01R19/00 

1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для измерения симметричных составляющих напряжений трехфазной сети, а также при построении информационно-измерительных систем для контроля параметров качества электроэнергии.

Известно устройство для измерения несимметрии режима многофаз. ной цепи, основанное на симметричном умножении числа фаз сети, выпрямлении полученного многофазного напряжения и определении по огибающей выпрямленного напряжения обратной последовательности напряжения О J- Недостатки данного устройства применение громоздких и сложных в изготовлении многофазных трансформаторов, необходимость подбора диодов по идентичным вольтамперным характеристикам, а также необходимость применения селективного фильтра настроенного на вторую гармонику, что существенно снижает точность определения напряжения обратной последовательности.

Известно также устройство для измерения амплитудно-фазовой несимметрии трехфазной системы напряжений, содержащее генератор модулирующих напряжений, три одинаковых кольцевых модулятора, входы которых присоединены к фазовым проводам трехфазной системы и генератору модулирующих напряжений, и индикатор.

Недостатками указанного устройства является трудность получения трехфазной системы модулирующих напряжений, имеющих постоянный фа- зовьй сдвиг равный 2Л/З, наличие двух перестраиваемых фазосдвигающих цепей, что затрудняет настройку устройства по максимальному показанию индикатора, а также изменение характера несимметрии трехфазной системь напряжений, вызывающее расстройку фазосдвигающих цепей,а следовательно, и дополнительную погрешность.

Наиболее близок к предлагаемому по техниче1ской сзпцности измеритель параметров качества электроэнергии трехфазной сети, содержащий блоки умножения, сумматоры и индикаторы з.

4616 .2

Однако известное устройство характеризуется сравнительно низкой точностью, обусловленной наличием аналоговых блоков умножения, и низ5 КИМ быстродействием, связанным с возникновением переходных процес сов при изменении параметров входных напряжений (амплитуда, фаза, частота). Кроме того, выходной

0 параметр имеет вид ортогональных составляющих напряжений, что обусловливает необходимость дополнительных вычислений для определения амплитудь и фазы напряжений ну5левой, прямой и обратной последовательностей напряжений трехфазной сети.

Цель изобретения г повьшение точности и быстродействия устрой0ства.

Поставленная цель достигается тем, что в измеритель параметров ка честна электроэнергии трехфазной сети, содержащий блоки умножения,

5 сумматоры и индикаторы, введены запоминающие устройства, коммутатор., умножитель частоты, квадратор, корнеизвлекающее и вычитающее устройства, преобразователь напря|жение-код и блок управления, при .

0 .этом входные шины соединены через коммутатор с входом преобразователя напряжение-код, выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков умножения, вторые

5 входы которых соединены с первым и вторым выходами первого запоминающего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключены

0 к -первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключень к входам второго запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подклю5чен к выходу третьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого

0 через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и корнеизвлекающее устройство соединен с входами первого и второго регистрирующих устройств, входы которых через вычитающее устройство соедине5ны с третьим регистрирующим устройством, одна из входных шин через умножитель частоты соединена с управ31

ляющими входами преобразователя напряжение-код и блока управления,выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам всех блоков устройства,

На чертеже представлена блок-схема измерителя параметров качества электроэнергии трехфаной сети.

Входные шины А, В и С через коммутатор 1 соединены с входом преобразователя 2 напряжение-код (ПНК). Выходы преобразователя 2 подключены к первым входам блоков 3 и 4 умножения, вторые входы которых присоединены к выходам первого запоминающего устройства: (ЗУ) 5, Выходы блоков 3 и 4 умножения через первый 6 и второй 7 сумматоры подключены к второму запоминающему устройству 8. Выходы ЗУ 8 соединены с первыми входами третьего блока 9 умножения, вторые входы которого подключены к, выходам третьего запоминающего устройства 10,- Выходы блока 9 умножения через третий сумматор 11, квадратор 12, четвертый сумматор 13 и корнеизвлекающее устройство 14 соединены с регистрирующими устройствами 15-17, причем регистрирующее устройство 15 соединено с выходом корнеизвлекающего устройства 14 через вычитающее устройство 18 на управляющих входах которого установлен код номинального значения напряжения. Входная шина А через умножитель частоты 19 соединена с управляющими входами преобразователя 2 и блока 20 управления (БУ).

Одна из возможных структур блока 20 управления изображена на чер- теже. Входная шина Пуск подключена к входу установки в 1 триггера 21, выход которого соединен логическим . элементом И 22, второй вход которой подключен к выходу умножителя 19 частоты, и входом формирователя 23 импульса установки в О сумматоров 6 и 7. Выход логического элемента И 22 подключен к счетному входу счетчика 24. Выходы счетчика 24 через дешифратор 25 соединены с управляющими входами ЗУ 5. Выход переполнения счетчика 24 подключен к счетному входу счетчика 26, второму входу формирователя 23 и входу син- хронизации дешифратора 27. Выходы счетчика 25 через дешифратор 27 подсоединены к управляющим входам

64 .

коммутатора 1 и входам синхронизации ввода в ЗУ . Выход переполнения счетчика 26 соединен с входом установки в О триггера 21 и входом установки в 1 триггера 28, Выход триггера 28 подключен к входу заторможенного мультивибратора 29, вход которого присоединен к счетному входу счетчика 30 к синхронизирующему входу логического . элемента 31. Выходы счетчика 30 соединены с управляющими входами логического элемента 31, а его выход переполнения - с входом установки в О триггера 28. Выходы логического элемента 31 соединены с управляющими входами блоков 8-17.

Рассмотрим работу измерителя параметров качества электрической энергии трехфазной сети.

В исходном состоянии триггеры

21и 28, счетчики 24, 26 и 30 находятся в состоянии О,а мультивибратор 29 заторможен, так как

на его управляющем входе О.

Период сети делится на п равных частей в умножителе 19 частоты,при этом в момент времени

Т

t. -i i, in

где Т - период сети-,

п - коэффидиент умножения умножителя 19 частоты, на выходе умножителя частоты 19 формируется импульс, который запускает ПНК 2, и поступает на управляющий вход БУ 20.

После подачи сигнала Пуск на вход БУ 20 (на вход установки в 1 триггера 21) триггер 21 устанавливается в состояние 1, при этом перепад напряжений на выходе триггера 21 запускает формирователь 23, на выходе которого формируется импульс, устанавливающий сумматоры 6 и 7 в нулевое состояние, а также открывается логический элемент И 22 Импульсы с выхода умножителя.19 частоты через логический элемент И

22поступают на счетный вход счетчика 24 и входы синхронизации работы блоков 3,4,6 и 7. Каждое состояние счетчика 24 дешифрируется в дешифраторе 25, при этом на одном из выходов дешифратора 25 присутствует сигнал Г, который выбирает нужные константы из ЗУ 5: i-му состоянию счетчика 24 соответствует выбор константы .sin торая поступает на входы блока 3 ум ножения, и константы cos - i, кот рая поступает на- входы блока 4 умн жения. Счетчик 24 имеет п устойчивых состояний, поэтому после п-го импульса на входе, на его выходе формируется импульс переполнения, кот рый запускает формирователь 23, сигнал с выхода которого сбрасывае сумматоры 6 и 7 в состояние О и прибавляет единицу к содержимому счетчика 26. Счетчик 26 имеет три устойчивых состояния: 0;1;2. Так ка выходы счетчика 26 через дешифратор 27 присоединены к управляющим входам коммутатора 1 и ЗУ 8, то со тоянию О счетчика 26 соответствуе подключение фазы А через коммутатор 1 к входу преобразователя 2 и зане ние в первую и вторую ячейки ЗУ 8 содержимого сумматоров 6 и 7 при кодировании напряжения , состоянию 1 счетчика 26 - подключение фазы В через коммутатор 1 к вх ду преобразователя 2 и занесение в третью и четвертую ячейки ЗУ 8 содержимого сумматоров 6 и 7 при кодировании напряжения Ug;состояние 2 счетчика 26 - подключение фазы с через коммутатор 1 к входу пре образователя 2 и занесение в пятую и шестую ячейки ЗУ 8 содержимого сумматоров 6 и 7 при кодировании напряжения U... После п-го импульса с выхода умножителя частоты 19, который про шел через логический элемент И 22, на выходах сумматоров 6 и 7 имеютс коды А()- ,) п которые заносятся в первую и вторую ячейки ЗУ 8, а счетчик 26 изменяет свое состояние из О в 1 После 2п-го импульса на выходах сумматоров 6 и 7 присутствуют коды .). 4..Z ф°--п / п которые заносятся в третью и четвертую ячейки ЗУ 8, а счетчик 26 принимает состояние 2. После Зп-го импульса на выходах сумматоров 6 и 7 будут коды п II . c.U,,)sbif, которые заносятся в пятую и шестую ячейки ЗУ 8. После пе,реполнения счетчика 26, импульс с его выхода устанавливает триггер 21 в состояние О, а триггер 28 - в состояние 1. Соответственно заканчивается работа блоков 21-27 и начинают работать блоки 2831, при этом заторможенный мультивибратор 29 начинает генерировать импульсы.. Импульсы с выхода мультивибратора 29 поступают на счетный вход счетчика 30 и синхронизирующий вход логической схемы 31. Импульс переполнения счетчика 30 устанавливает триггер 28 в состояние О, при этом цикл работы устройства заканчивается. Величины с, с g и можно интерпретировать как синусные составляющие, а Ъ, bg, b|- - как косинусные составляющие первой гармоники напряжений и.(t) и Ug(t) трехфазной сети. Порядок выбора констант из ЗУ 10 и кодов из ЗУ 8 определяется состоянием логического элемента 3-1, который строится таким образом, чтобы на сумматоре 11 последовательно во времени получали коды Г 1 1 Уз. 1б, . U 1u k IK J K b 5b -gbg-gb +--cg-g-b, 1 1 1 Уз. Уз, . к к 1, Уз тб - . 0 ,+-c b,- Ъ,Ь,Ъ,

7

где с, b, с, b, Ср и Ьр - ортогональные составляющие, соответственно синусные и косинусные, напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Например, при определении отклонения напряжения трехфазной сети формируются импульсы, которые устанавливают в О сумматоры 11 и 13, на выходах БУ 20 .формируются управляющие сигналы, которые последовательно выводят коды Сд, С„, С Ьд и

b из ЗУ 8, а также сигналы, которые выводят константы +1/3, -1/6, -1/6,-15/6,+ Уз/6 из ЗУ 10. Эти код попарно умножаются в блоке 9 умножения, а произведения суммируются в сумматоре 11. После получения кода с. в сумматоре 11 он поступает на входы.квадратора 12 и по сигналам с соответствунщих выходов блока БУ 20 возводится в квадрат и згГносится в сумматор 13. Затем на одном из выходов блока 20 управления формируются импульс, который устанавливает в О сумматор 11, ц управляющие сигналы, которые последовательно выводят коды Ьд , Ьр, b ,, с . из ЗУ 8 а на других выходах БУ 20 - сигналы которые выводят константы +1/3, -1/6, -1/6, +Y3/6, -V3/6 из ЗУ lOj эти коды также попарно умножаются в блоке з ножения 9, а произведения суммирзгются в сумматоре 11. После того, как в сумматоре 11 получится код Ь, он поступает на вход квадратора 12 и по сигналу с БУ 20 возводится в квадрат и заносится в сумматор 13, после чего по сигналу с соответствующего выхода БУ 20 код из С5 мматора 13 поступает в корнеизвлекающее устройство 14.

1646168

Таким образом, на выходе корнеизвлекающего устройства будет код

и.НсЬЬ .

5 Этот код поступает на входы вычитающего устройства 18, на вторые входь которого подается код ( )

номинального значения напряжения. Выходной код блока 18

и и,-и,,„

фиксируется в регистрирующем устройстве 15 по сигналу с выхода БУ 20 Аналогично происходят определение нёсимметрии трехфазного напряжения, которое определяется по форму;ле

и.

eci.M

и смещение нейтрали, которое определяется по формуле

см нейтрали

Несимметрия напряжения фиксируется в регистрирующем устройстве 16, БУ, а смещение нейтрали - в регисТрирукнцем устройстве 17 по сигналам с соответствуюпр1х :выходов БУ 20.

Таким образом, измеритель параметров качества электроэнергии трехфазной сети повышает точность из- мерения симметричных составлякицих 1 напряжения трехфазной сети в 35 раз, что при совместной работе с устройствами автоматики предназначенными для управления исполнительными устройствами в энергох;истемах, обеспечивает выработку управляницих воздействий за минимальное время.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, содержащий блоки умножения, сумматоры и индикаторы, отличающийся тем,что, с целью повьшения, точности и быстродействия, в него введены запоминающие устройства, коммутатор, умножитель частоты, квадратор, корнеизвлекающее и вычитающее устройства, преобразователь напряжение-код и блок управления, при этом входные шины соединены через коммутатор с входом преобразователя напряжение-код, выход которого подключен к первым входам первого и второго блоков умножения,вторые входы которых соединены с первым и вторым выходами первого запоминающего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключены к первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к входам второго запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен,с первым входом третьего сумматора, (Л выход которого через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и корнеизвлекакнцее устройство соединен с входами первого и второго регистрирующих устройств, входы которых через вычитающее устройство соединены с третьим регистрирующим устройством, одна из О5 входных шин через умножитель частоты 4 соединена с управляющими входами преобразователя напряжение-код и 05 блока управления, выходы которого подключены к соответствующим управ- о:) лякнцим входа всех блоков устройства.