Цифровой измеритель неуравновешенности напряжений в промышленной сети Советский патент 1991 года по МПК G01R29/16 G06F15/56 

Г Л) Л232/,У ) .0f.d3

6 Ч . С 4. 91 . Бюл . 16 V/) - ir лромскии мшино1 rpi итель- ны)1 с т и -. г им. Б.Ч. 4v т i r ч (7.1 . . 1айер (SU), Ченич (П ,1 и . I. , етровская (SU) ,53; 6С1.325 (033.3) (Sol Дь1 ие свидетельство (TCP 18 9,« G 01 R °/ 16 1973.

/м о i i кое t. пиде ГРЛТ ( ( f J Г), i )2, kJi. 01 P 2Э/ lf , . (ria; ill MVDOU M MI-РИТЕ. I ЧГ/РАРНОВ1- UFlMOUH ПЛ1и Я,КГНИЙ I HP rVli I HHO 1 СЕТИ

Ч57; НзоГреТ Ние .р к тетьнои технике и предназначено для когстропя качества электро знепгии систем jч кгроснаб.ния , Цеть нзобре-ччия - повышение гоч. 1)С гч имя и р зсг ирение функць нгшьных воэ- м, vHOf гей за счет измерения яующих тначений фачных напряжен нулевой у прямой последоват лььосте;1 и j эффициен га неуравновешенности ieri, Для этого в измерителе прс иэ- ВОД1ГС5 одновременная выГоркл и -IP ряемы. (Ьэтны и шрчже И и их прео - rnopaiii в мне оканальных ногаец 1 lejui нклю-ti Hbix аьэлсч p-UHjji MI pa илатрле, ци, ючпм Нс-pe pv. i ИРМ фиг-i, г if4, мэгштабирующем блок л н i.aii WIIULM кьздр оре . Члок i ии л( i я 1 ч in У напряжений н/пе ю1 1 м прямой пс (. ле довате п нос гей и ко эс)чИч- цгьчга Ht- ч-ранновепеннос ги се,-ч чо «- чоляет пценигь качество электроэнергии . 2 ил.

Изобретение относи гея к итмери- 1ельной технике н предназначено для контроля качества электроэнергии систем электроснабжения.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных вот-южностеи путем измерения действующи/ з ;ачении фазных напряжении нулевой и прямой последовагелъ- и коэффициента неуравновешенности сети.

На фи .1 преде -зелена структурная схем.) предлагаемого измерителя; н фиг. 2 - векторная диаграмма, поясняющая принцип измерения действующих значении симметричных составляющих в измерителе.

Измеь)нтел содержит (фиг,1) мае- шт чыи преобразователь 1, мно ка ьл ънлй PI о-цифровой чиеобр зои it ,ь, сосгоямнн из пяти I peoopd ыкг- те :ей аН nor - код 2-6, бл ж / син у члэации, многоканальный цифровой peic/pcHBtfbi i фильтр, со :лД1ДИЙ из пяти цифрг)вых нерекурсивных ьт- ров -12, многоканальный масштабно4 т щий G.io)- , состоящий из пяти час пта- пирующи,- блоков 13 - 17, многоканаль- ньй накапливающий квадратор, состоя щий из пяти квадраторов 13 - 22, л блок вычисления фазных напряжений нулевой и прямой последовательностей и коэффициента неуравновешенности сети, содержащий два умножителя 23

е-

fete

Сл

-,Ф

Xr.-oV

sn

ч

и 24, масштабирующие блоки 25 и 26, три сумматора 27-29, масштабирующие блоки 30 и 31, сумматоры. 32 и 33, масштабирующий блок 34, квадраторы 35 - 37, сумматоры 38-39, два блока 40 и 41 извлечения квадратного корня, масштабирующие блоки 42 и 43, блоки 44 и 45 извлечения квадратного (Корня, квадратор 46, сумматоры 47 и 43, блок 49 деления кодов, масштабирующий блок 50, блок 51 извлечения квадратного корня, умножитель 52 и блок 53 регистрации.

Измеритель работает следующим об- разом.

Найдем алгоритм работы одного из нерекурсивных цифровых фильтров Ла- пишем выражение для мгновенных значений первой гармоники исследуемого сигнала.

U,(t(,) , B(cosqo6 + C,sinq(v,(l)

где С, и В. - вещественая и мнимая

составляющие амплиту- ды первой гармоники исследуемого сигнала или коэффициенты Фурье,

2fr

ot -Weit ,

де G30 - частота первой гармоники

сигнала; At - интервал дискретизации

сигнала;

m - число точек дискретизации сигнала,

q О, 1 ,2(т-1).

Коэффициенты Фурье В и С t равны оответственно:

2 т-1

В, --- U-cosstf.; 1 т -г 5

- №-

40

45

С. - --- U,.sins.(2)

m 5

Подставляя выражение (2) в формулу

(1), получим50

№1

U

Ч ™

U coe(q-s) PC,

Сделав замену q-s п и воспользовавшись периодичностью сигнала, , получим

0 гтИ

4-- vcosn Формула (3) показывает, что мгновенные значения первой гармоники сигнала в любой точке отсчета t«, получаются как линейная комбинация значений самого сигнала в точке tn и b(m-l) предшествующих точках t, ,

tft-m+i т е Формула (3)

представляет собой алгоритм линейного нерекурсивного цифрового фильтра (m-l)-ro порядка с весовыми коэффициентами h n cos (noЈ) и с умножением выходного сигнала фильтра на 2/ш.

Передаточная функция этого фильт -п pa W(Z) 2L hhZ .

п«о п Зная , можно найти квадраты

действующего значения первой гармоники

№-« п

U

.1га

V

рО Т

(4)

Далее по методу симметричных составляющих комплексы напряжений нулевой и прямой последовательностей можно записать соответственно:

25

30

UQ -f(UA + 6в + Uc);

(5)

U,,|)- ---(иЛб + aUec -f a2Ucfl),

(6)

де а е

.f

.4

JT

. а . а

f. .

т.е.

.f

- опе

ратор поворота угла;

ид 6 и с комплексы Фазных , t напряжений;

илв, ивс и

U св - комплексы линейных

напряжений.

Из векторной диаграммы (фиг.2) по соотношениям сторон треугольников СВД и САД находим аналитическое выражение векторов фазных напряжений

UA ) - JY0

в -Х0 - JY0

Uc - (Х-Х0) + j(Y-Y0) J

(7)

,

По аналогии системы (7) получаем аналитическое выражение векторов ли- нейных напряжений

( А Ь U Д 6 Ь вс -X - JY

-(ил«.-х) - iv

(8)

CR vUAb Подставляя выражение (7) в (5) и (8) в (6) соответственно, после цр обр овании получим:

l Q -f(llA+ X 3V +

+ J(Y - 3Y0)

(ч

з4Т L(°

лр )

+ - х),

iu теореме infaropa

22

1 в Ч о J

2

(ивс

1СА - 3Uf

3U 1

(

JA8L3 -1W

11 в

1 z i г + LBC 1

по ним определяется коэффициент

Ч

, 100

ч

-3-(2ЬАЬЧЬ)4 - (1г

де.

+

-)г

Соотношения (3), (Д), (5), (в), (17), (18) и (19) положены в основу рабо ты изме ри теля.

Линейные напряжения дв(t Uftc (t) Utft(t) с выходов масштабного разователя 1 и фазные напряжения t fl(t), Ug(t) исследуемой сети поступают на входы знало о-пифровых преобразователей 2-6 соответственно и блока 7, который задает моменты квантовая tjj, каждого из сигналов U(t) и в эти моменты формирует импульсы запуска преобратоьателей 2-6. На выходе каждого из преобразователей образуются коды мг новенных 4 5 9 э

г л Л

I у .

М 1 Л0

5

Y лКс

- X

И соотношении f ОВ и (ВА соотвотс i HI HI- 10-222

IT

+ I1 в П

А5

У

,г2

I jlf Т 1ВП J4 BI рПА(. Н Ч 1. 1 1 I ) (

,i (Q), а также (14 1 n i ) i IO) с fj т т г ценно notji 1 i ani

ПО П ЧИН ОКГНЧ Лп t П1 l i IJf , H H ll

( т 1Л1ЧИ-, 1H ЧГЧиИ iv IP. Ч1

н ч i 4i in и при -1ои г ос IL (-) t ч О t н cTOiViouif нидо cor i ) ( тс (ечнм

1

)

- С А6 + 1 ВГ

СА12 -Т

v

t

неур шчовешснностч ю

3Us

U,

С А

i 3t 5)L- KJ 2L«6l « -I + Tчении игстрдуемо о ij I(r1 - iКОТОрЫе ПОДаЮТСЯ На ВХОД о }

цифровых фильтров 8 2 соеTBI t-вечно ,

Ь ка/кдом цифровом фильтре 3-12 реализуете алгоритм 2- л гosnOi, причем вес OBLIC- ксэффк- членты cosn 6b вычисляю i ся и эписыва- ются в блок памяти цифрового фильтра заранее. Код с выхода к ЗАДс г фильтра подается через наглый из масштабирующих блоков 13-17 HI к LKflbti з квадраторов 13-22 соответственно Коэффициент передачи каждого масштабирующего блока равен 2/т и поэтому

на его выходе образуется код 1,, согласно выражению (3). Каждый из квадраторов 13-22 предназначен для возве- дения в квадраты кода , и суммиро- вания полученных квадратов в m точках квантования. 3 результате в каждом из квадраторов 18-22 согласно выражению (4) будут получены коды величины U, представляющей собой10

квадрат действующего значения первой гармоники исследуемого сигнала.

Таким образом, на выходах квадраторов 13-22 соответственно получаются коды величин , , 1тсд , V д и t a

20 поступают на входы суммирования сумматора 27, в котором получается код суммы квадратов .2 2

Код с выхода масштабирующего блока 42 вводится в блок 44 извлечения квадратного корня, с выхода которог код

- « йВ «- UcV поступает на вход суммирования сумматора 47. На другой вход суммирова ния сумматора 47 поступает код с выхода сумматора 27.

В сумматоре 47 получается код

UA6 + ивс + исд +

DW v. п - - I Т

Коды с выходов квадраторов 13 -+ L Цп2 п (и + „ LЈ )М

гт-иттяют ня нхопы суммипования Р° -я -1

U

АВ

иьс +

U

СА

20

который представляет собой квадрат действующего значения напряжения прямой последовательности.

Код с выхода квадратора 19 посту пает на вход суммирования сумматора 29, на другой вход суммирования которого через масштабирующий блок 25 с коэффициентом передачи,равным трем, вводится код с выхода квадратора 21. На входы вычитания сумматора 29 прикладываются коды с выходов квадраторов 20 и 22, причем код с выхода квадратора 22 поступает на вход масштабирующего блока 34 с коэффициентом передачи, равным 3. ча выходе которого образуется код 3 U

i8 и 19 коС выходов квадраторов ды U д„ и Ь Ьс соответственно вводятся в умножитель 23, с выхода которого код произведения UpB Uftc поступа ет на масштабирующий блок 30,коэффициент передачи которого ранен четырем, поэтому на его выходе образуется код 4 UAb- UBC.

Код UCA с выхода квадратора 20 через масштабирующий блок 31 с коэффициентом передачи, равным 2,поступает на вход вычитания сумматора 12, на вход суммирования которого поступает также код с выхода сумматора 27

-

в результате чего в сумматоре 32 получается код разности квадратов (UAB + Ugc - Ь с) , который затем вводится в квадратор 36.

Полученный квадрат суммы квадра- тов (Un6 + UjL - U)4 с выхода квад-сд

ратора 36 и код произведения квадратов 4 с выхода масштабирующего блока 30 поступают на входы вычитания и суммирования соответственно сумматора 38, в котором бормнруется код разности 4 Гд6 U 6С - (1 ре +

+ UBC - с выхода сумматора 38 поступает на вход масштабирующего блока 42, коэффициент передачи которого равен 3, и на вход блока 41 извлечения квадратного корня, поймем на выходе масштабирующего РЛОГИ 4

образуется код 3 41 д6ицС - (Г д6 + ww - и)г1 , а на HMX W блок,) 41 извлечении кв,др ) ГП ЦТ) корня

Код с выхода масштабирующего блока 42 вводится в блок 44 извлечения квадратного корня, с выхода которого, код

- « йВ «- поступает на вход суммирования сумматора 47. На другой вход суммирования сумматора 47 поступает код с выхода сумматора 27.

В сумматоре 47 получается код

UA6 + ивс + исд +

20

25

30

35

Q В сумматоре 29 получается код 2 - З1 в + 3U&), который че

который представляет собой квадрат действующего значения напряжения прямой последовательности.

Код с выхода квадратора 19 поступает на вход суммирования сумматора 29, на другой вход суммирования которого через масштабирующий блок 25 с коэффициентом передачи,равным трем, вводится код с выхода квадратора 21. На входы вычитания сумматора 29 прикладываются коды с выходов квадраторов 20 и 22, причем код с выхода квадратора 22 поступает на вход масштабирующего блока 34 с коэффициентом передачи, равным 3. ча выходе которого образуется код 3 U,

который затем вводится в сумматор то

Кс - «СА - 3l B + 3Ujj, рез квадратор 37 прикладывается на

вход суммирования сумматора 48. Коды с выходов квадраторов 18 и 22 соответственно поступают на входы суммирования сумматора 28, на вход вычитания которого вводится код с выхода квадратора 21, в результате чего в сумматоре 23 образуется код суммы квадратов + Uй - UA, котодый затем через квадратор 3j поступает на вход вычитания сумматора 33. t С выхода квадраторов 18 и 22 коды и„в иUg соответственно вводятся в умножитель 24, - выхода которого код произведения квадратов UftB Uьпоступает на масштабирующий блок 26 с коэффициентом передачи, равным четырем, поэтому на его выходе получается код 4 , 55 который затем поступает на вход суммирования сумматора 33.i

45

50

В сумматоре 33 образуется код раз6

ности 4 LiJBul - (идв Ufl - U)2,

Koiupbiri через блок 40 извлечения квадратного корня и масштабирующий блок 43 с коэффициентом передачи,рав- ным трем, вводится на вход вычитания сумматора 39, на вход суммирования которого поступает код с выхода блока 41 извлечения квадратного корня .

В сумматоре 39 получается код

- (Aft +

U ВС

- U

2 f

Oft/

- (и

ЛЬ

+ ив - и

Л1

который затем через квадратор 46 поступает на другой вход суммирования сумматора 43, в котором образуется код

- и,

С А

- 3uJ

2,2

зий)

СЛ

4

4L lu

А6и6С

1 1 2 о - (UA& + иве- ССАГ - (Uje +

„г ,ДуМ и. LA; ) ,

который является квадратом цействую- щего значения напряжении нулевой последовательности. Коды с. выходов сумматоров 47 и 48 поступают на соответ- ствующие входы блока 49 деления кодов, на выходе которого получается код деления в соответствии с Формулой (19).

Код с выхода квадратора 13 через блок 45 извлечения квадратного корня и масштабирующий блок 50 с коэффициентом передачи вводится в

в умножитель 52, причем в блоке 45 извлечения квадратного корня производится деление и извлечение квадратного корня.

I

Код с выхода блока 49 деления через блок 51 извлечения квадратного корня поступает на другой вход умножителя 52, на выходе которого получается коэффициент неуравновешенное- ти (19), и он поступает на блок 53 регистрации.

9

5

о

5

40

5

5Q

Синхрош- (ацня работы всех уэчон измерителя осуществляется блоком 7. Формула и т о б о е т е и и я Цифровой измеритель неуравновешенности напряжении в промышленной сети, содержащий масштабный преобразователь, входы которого явпчютст входами фазных напряжений измерителя, an;i пого-иифровой преобразователь , информационный вход которого соединен с выходо масштабного преобразователя, блок синхронизации,соответствующий выход которого соединен г входом стробирования аналого-цифрового преобразователя, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повьгпе- ния точности измерения и расширения функциональных возможностей путем измерения действующих значений фазных напряжений ну- евой я прямой пос- тедовательносте и коэффициента не ураиноиешенности сети, аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде многпканального аналого-цифрового преобразователя, в него введены многоканальные последовательно соединенные цифровой рекурсивный фитьтр,мас- 1чтлбииукт.ни DJ-OK и накапливающий кнадраюр, а так/се бпок вычисления фазных напряжении нулевой и прямой последовательностей и коэффициента неуравновешенности сети, входы синхронизации которого соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, входы запуска которого соединены с соответствующими выходами масштабного преобразователя и входами фазных напряжений измерителя,соответствующие информационные входы многоканального аналого-цифрового преобразователя соединены с входами фазных напряжений измерителя, а выход соединен с информационным входом многоканального цифрового рекурсивного фильтра, выходы многоканального накапливающего квадратора соединены с информационными входами блока вычисления фазных напряжений нулевой и прямом последовательностей и коэффициента неуравновешенности сети.

в

t

Со

s lt,f,,lM

Т

7

Фиг, 2