Способ определения электрических мощностей в системе генератор-преобразователь-потребитель Советский патент 1988 года по МПК G01R21/06 

4 4ib

СО tvD СП

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано при оценке снабжения электроэнергией в электротехниг ческих и энергетических цепях для по- вьпиения эффективности распределения и передачи электроэнергии от генераторов к потребителям, содержащих, как промежуточное звено, преобразо- ватель.

Цель изобретения - повьпаение точности измерений распределения и передачи Ьбменной и реактивной энергии в системе генератор - преобразова- тель - потребитель, когда существуют интервалы времен, на которых генератор (преобразователь) отключен от преобразователя и потребителя Гпот- ребителя).

На чертеже приведена блок-схема . устройства, реализующего предлагаемый способ измерения электрических мощностей в системе генератор - преобразователь - потребитель.

Устройство содержит датчик 1 напряжения, датчик 2 тока, блок 3 умножения, блок 4 определения знака, блоки 5 и 6 интегрирования, датчик 7 тока, блок 8 возведения в квадрат, коммутатор 9, блоки 10 - 12 интегрирования, аналого-цифровые преобразователи 13-17, вычислитель 18, блок 19 индикации, блок 20 сопряжения и пульт 21 управления. Выходы датчиков i и 2 напряжения и тока подключены к входам блока 3 умножения, выход которого подключен к входу блока 4 определения знака, первый выход которого подключен к блоку 5 и первому входу Коммутатора 9, второй - к входу блока 6 и второму входу коммутатора 9, а третий - к третьему входу коммутатора 9, четвертый вход которого через блок 8 возведения в квадрат подключен к выходу датчика 7 тока, а первый - третий выходы подключены к входам блоков 10 - 12 соответственно

выходь: блоков 5, 6, 10, 11 и 12 через аналого-цифровые преобразователи 13 - 17 подключены к входам вычислителя 18, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам блоков 5, 6-, 10, II и 12, кроме того, вычислитель 18 соединен с блоком 19 индикации, блоком 20 сопряжения и пуль- .том 21 управления.

5 0

5

При оценке обменных процессов в системе генератор - преобразователь - потребитель требуется рассмотреть сечение генератор - преобразователь и преобразователь - потребитель. На периоде работы системы существуют три характерных интервала:

интервал длительности t, когда мгновенная мощность, поступающая , от генератора (преобразователя) в преобразователь и потребитель (потребитель) , положительная;

интервал длительностью t, когда мгновенная мощность, поступающая от генератора (преобразователя) в преобразователь и потребитель (потребитель), отрицательная;

интервал длительностью t, когда генератор (преобразователь) отключен от преобразователя и потребителя (потребителя), для которых выполняется ссотнощение

t + t° + t Т.,

Для определенности в дальнейшем рассмотрим обменные процессы при расчете активной, обменной и реактивной мощностей и энергии в сечении преобразователь - потребитель (для сечения генератор - преобразователь аналогично) . ,

Исходя из теоремы Умова-Пойтинга, поток энергии от генератора к потребителю через преобразователь за период работы представим интегралом вида

-J(fndS)dt j(Pjt)

о 5

с/)

где Р (t) - мощность, связанная с раС сеянием энергии и ее преобразованием в иные виды; изменение энергии накопителей.

Пусть очередность следования интервалов периода Т равна t°, t. Тогда интеграл (1) запишем в форме

I

- (|ndS)dt I, + 1 + 1, (2)

.

где I, j(IIdS)dt J ((t) +

at,

о S

dt

J (flldSOdt j (P°(t) +

b ;dcoi(ti i

dt ° (3)

14А)325

W J p;(t)dt; t

w J P;(t)dt;

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано при оценке снабжения электроэнергией в электрических и энергетических цепях для повьшения эффективности распределения и передачи энергии от генераторов к потребителям, содержащих, как промежуточное звено, преобразователь. Цель изобре-- тения - повьшение точности измерений распределения и передачи обменной и реактивной энергии в системе генератор - преобразователь - потребитель, когда существуют интервалы времени, на которых генератор (преобразователь) отключен от преобразователя и потребителя (потребителя), при различной интенсивности преобразования электромагнитной энергии, поступающей от генератора в потребитель, в другие виды энергии на протяжении работы системы. Дня этого определяют ток потребителя in(t) и вычисляют интегралы квадратов мгновенных значений тока потребителя для интервалов времени, когда мгновенная мощность отрицательная, положительная и равна нулю. Реактивную мощность Q вычисляют по формулам, приведенным в тексте описания. 1 ил.. с S

(4)

(энергия на интервале t от генератора и преобразователя к потребителю не поступает, превращение энергии в другие формы осуществляется за счет энергии, содержащейся в накопителях

потребителя);

тт

1, (ndS)dt ( () +

t+et при P(t)0; tet при P(t)«iO;i t eit: при P(t) 0.

Переменные в выражениях (2) - (4) имеют следующие значения:

РО (t); РО (t), P;(t),- мгновенная мощность преобразования энергии в потребителе в, другие формы энергии

соответственно на интервалах времени о

t , t, t ,

du)-(t) dM°(t) dto-(t)

мгновенdt dt dt ная мощность (изменение энергии) в накопителях электромагнитной энергии потребителя соответственно на интервалах времени t, t, t. Интервалы t,- t°, t могут состоять из нескольких не связанных между собой подьштервалова

. Если перейти от мгновенных значений указанных величин к интегральной форме, то имеют место следующие соот нощения:

W

Ч- &W ,o)

0 V - AW,; .

W

- uw:

dw (t)

гдеУ () dt;

W

).

J Pt(t)dt;

i

.- J

-

«; -(

dco Ct) dt

dt;

&w7 -j

dtp (t) dt

dt;

&W, О; uW2 О

25

gn

35

40

W - энергия, поступающая от генератора и преобразователя к потребителю;

W - энергия, возвращаемая генератору и преобразователю от потребителя;

, , W - энергия, преобра- .зуемая в потребителе в другие формы энергии соответственно на интервалах времени t , t,

AW, iW,, &W - изменение энергии, накопленной в накопителях электромагнитной энергии потребителя соответственно на интервалах времени t t t

U « U . L. ч

В соответствии с определением обменной энергии наличие интервала t в системе генератор - преобрааователь приводит к возможности определения - обменной энергии через сечение преобразователь - потребитель двумя способами.

Согласно первому способу определе- 50. ния обменной энергии в системе генератор - преобразователь - потребитель обменная энергия W, через сечение преобразователь - потребитель равна энергии iW, накопленной в потреби- 55 теле в конце интервала t :

Ы/ W

T7 ° J. IT

W + W - W .

(5)

Энергия Wgg на интервале t пре- вращзется в другие формы энергии W а на интервале t наряду с превращением в другие формы возвращается в генератор (-W ).

Обменная энергия W g Mepes сечение преобразователь - потребитель по второму способу равна энергии, наконце интервала t t- ,,(1

W

6 W - w -- - &w, W +

.uW

- iW

копленной в накопителях потребителя в 10 ное сопротивление потребителя, т.е.

коэффициент RH, зависит от тока и его значение во времени заранее может быть неизвестным.

При определении акт1шных потерь 15 по формуле (11) воспользуемся усред- (6) ненным значением величины R на протяжении всего периода Т работы систеЭнергия V на интервале t преобра- „bi генератор - преобразователь - пот- зуется в другие формы W и возвращается в генератор и преобразователь 20

(-W-).

Выражения для обменной мощности с р | i (t)dt; Р - ( u(t)i(t)dt учетом формул (5) и (6) имеют видо J

-uw; &w ( w - - W-.

ребитель. Дпя этого введем величины:

1

ов

(7)

ОВ2

- ,(В) 30

Формулы (7) и (8) совпадают с реактивной мощностью в записи:

Q, 7Q

w -

06i

.(9)

ITQ

061

W W - &W ....

ц (10),

которые для схем синусоидального тока и напряжения эквивалентны общепринятым определениям реактивной мощности и поэтому распространены на схемы с несинусоидальными, токами и напряжениямио

Тепло WT выделяемое на активном сопротивлении потребителя R, зависит от тока потребителя i|(t) через это сопротивление

т

W R j i (t)dt. о

Активная мощность потребителя пропорциональна квадрату тока, потребляемого им от генератора, т.е.

P(t) RJ (t). (II)

Коэффициент пропорциональности Кц имеет размерность сопротивления и в общем случае является переменной величиной, что связано с изменением структуры потребителя на протяжении интервалов его работы. Часто актив„bi генератор - преобразователь - пот-

р | i (t)dt; Р - ( u(t)i(t)dt о J

ребитель. Дпя этого введем величины:

1

25

ijP(t)dt.

Тогда сопротивление R найдем из выражения

RK 5 I u(t)i(t)dt/ f ij(t)dt

iI (12)

35 Энергию, выделяемую в виде тепла в потребителе на интервалах и t° ,

определим из соотношений:, fc

,(+1

W

jij (t)dt;

(13)

RKJ

ij (t)dt,

(14)

45

Введем обозначения:

4- Р -

W - W ,4. f .2

Р |-; 1 Jin (t)dt;

i (t)dt; l

f

i (t)dt.

60

Тогда выражения для обменной и реак- 55 тинной мощностей (7) - (10) с учетом формул (12) - (14) запишем в виде:

Q,

ОЕ1

р

1- + 1° + г

71Д413258

(р Р )(1 + 1°) который в зависимости от значения уп- оБ1 I + I 4- I равляющих сигналов с выхода блока 4

определения знака подает выходной

.- - сигнал блока 8 возведения в квадрат

Q, V(P - А - ) ; 3 один из входов блоков 6, 10 - 2.

Если P(t) О, то выходной сигнал блока 8 возведения в квадрат посту / 4- (р +Р)(1 +1) пает на вход блока 10; если P(t) О, I + I + I 10 выходной сигнал поступает на вход

блока 12; если генератор (преобразователь) отключен от преобразователя Измерение активной, обменной и ре- „с / /./.

„ и потребителя (потребителя) (Ait)

активной мощностей с помощью устрой- вьтходной сигнал поступает на ства, реализующего данный способ. ,, вькодах блоков 10- производится следующим образом. формируются сигналы, пропордиональ

Датчики 1 и 2 напряжения и тока величинам: осуществляют гальваническую развязку,,

согласование уровней энергетических t г о г цепей и измерительной части устройст- I J in (t) I j 1„ (t)dt; ва, a также непрерьпвно измеряют мгно- .

венные значения напряжения Ug(t) и- Г 2

тока i (t). Выходное напряжение дат- vtJat,

о

вх

чика 1 напряжения TiBh.«i() пропорциональное измеряемому напряжению в ««формация в аналоговой форме с

(usb..,(t) ц ), и датчика 5, 6. 10 - 12 поступает через

тока Ue.Ct), пропорциональное из-аналого-цифровые преобразователи L.меряемому току (u.b,,.(t) iexCt) ° вычислитель 18, который вычисляпоступают на блок 3 умножения, на активную, обменную и реактивную

выходе которого формируется сигнал,™, ощности.

пропорциональный мгновенной мощностиР Р + Р ;

P(t) oi4Ue,(t)6i;i,(t).. p-U

о р - у ) ,

Яоъ Т+- 4 то т-

Выходной сигнал блока 3 умножения

поступает на блок 4 определения зна-- ка, который позволяет разделить сигналы на выходе по знаку (компаратор напряжения). Положительная составляюка, который позволяет разделить сиг- Qoei -. . . . :

налы на выходе по знаку (компаратор

мцая сигнала с выхода блока 4 опреде-- /-р (Р + Р )1

Ленин знака поступает на блок 5, осу- I + 1 + I

ществлякяций интегрирование мгновен-.

ной мощности P(t)(P(t) P(t) О.о - (Р + Р )(1 +,1° )

На выходе блока 5 формируется сигнал, i + i - i

пропорциональный W ОтрицательнаяТак как в вычислитель 18 поступают

составляющая сигнала с выхода блока -составлякяцие W, W, I , 1°, I , то

4 определения знака поступает нанаряду с вычислением мощностей БЫЧИблок 6, осуществляющий интегрированиеслитель 18 вычисляет активную энергию

мгновенной мощности P(t)(P(t) WftSW +W, а также обменные W,

P(t) О. На выходе блока 6 форми- Woez и реактивные Wp, , W pj энергии

руется сигнал, пропорциональный W,(Wpidj Qi(z)T).

Сигнал с выхода датчика 7 тока.Выходными сигналами вычислителя пропорциональный мгновенному току по-18 являются величины f Р, Qoci Qoe-z требителя ipCt), поступает на входQ ,, Qj,, Ид, W, , , Wp, , Wpj, блока 8 возведения в квадрат, на.выходе которого формируется сигнал, .Формула изобретения пропорциональньсй величине 1„ (t). Выходное напряжение блока 8 возведенияСпособ определения электрических в квадрат поступает на коммутатор 9, .мощностей в системе генератор - прео

91441325

образователь - потребитель, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока, их перемножают и результаты перемножения усредняют за период, перемноженные сигналы разделяют по знаку, вычисляют интегралы квадратов мгновенных значений тока для интервалов времени отрицательной и положительной мгновенных ю мощностей, активную мощность вычисляют по формуле Р, о т л игд

чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений распределения и передачи обменной и реактивной энергии, определяют мгновенные значения тока потребителя ij(t); выделяют квадрат мгновенных значений тока потребителя i|(t), вычисляют интеграл квадрата мгновенных значений и тока потребителя для интервалов времени отключения элементов системы друг от друга, а реактивную мощность Q вычисляют по формула ;

Гр „ (р -ьр ) Y

L 1- + I + д- J

7 г ()( 1°)

|i 1+ +10 + х-J

р Л

t

10

J u(t)i(t)dt; W Г u(t )i(t)dt

ов

-f4

Ju(t)i(t)dt; I I i (t)dt;

о „- о

t . f J ij (t)dt; Г j il (t)dt,

,-,-,

где Р(Р ) - среднее за период значение положительной (отрицательной) мгновенной мощности;

u(t) - мгновенное значение напряжения ;

i(t) - мгновенное значение тока;

f - сумма интервалов време ни, на которых мгновенная мощность P(t) в u(t)i(t) положительная;

t - сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность P(t) отрицательная; , :

t - сумма интервалов времени отключения элементов системы друг от друга (P(t) 0);

Т - период кривой мгновенной мощности.