Способ определения параметров электроэнергии сети переменного тока Советский патент 1992 года по МПК G01R21/133 

1

О

J

СП

ел

CD

Изобретение может быть использовано в микропроцессорных устройствах и системах судовой и промышленной электроэнергетики для измерения параметров электроэнергии трехфазной трех- проводной сети переменного тока Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения экспресс-идентификации основных носителей информации в трехфазной трех- проводной сети, путем анализа аналоговой и- дискретной составляющих сигналов синусоидальной формыр Для этого с помощью преобразователей (ПР) 9-14 преобразуют три линейных U.., U UCj . напряжения и три фазных 1д, 1&, 1С тока генератора (Г) 13 в дискретные сигналы, отображающие полупериоды их синусоид1. Последовательный анализ состояния набора дискретов IU, , исд позволяет определить закон (алгоритм) управления ЛЦП, на вход которого поступают нормализованные амплитудные значения полных токов фаз и линейных напряжений генератора и, следовательно, последовательность измерения фазных токов и линейных напряжений. По с &

А,

которым рассчитывают активную, реактивную и полную мощности, а также фазовый сдвиг и направление потока мощности. Устройство, реализующее способ, содержит трансформатор напряжения 2. три трансформатора тока 6,

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения электрической мощности, и может быть использовано в микропроцессорных устройствах и системах судовой и промышленной электроэнергетики для измерения параметров электроэнергии трехфазной трехпроврдной сети переменного тока.

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения экспресс-идентификации дискретов линейных напряжений трехфазной сети, что обеспечивает одновременное измерение параметров трехпро- водной сети за время менее одного периода электрического колебания, а также возможность му.чьтиплицирован- ной обработки сигналов синусоидальной формы.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации способа определения параметров трехфазной сети переменного тока; на фиг. 2 - диаграммы способа определения; на фиг. 3. - алгоритм управления процессом измерения параметров электроэнергии трехфазной сети переменного тока, i

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит аналого-цифрс- вой преобразователь (ЛЦП) 1,на шесть входов, трехфазный трансформатор 2 напряжений (ТН), три резистора 3-5 и три трансформатора 6-8 тока, необходимые для нормальной работы АЦП, шесть преобразователей 9-1 (П1с, где k 1,6), которые входные напряжения и токи синусоидальной формы преобразуют в сигналы прямоугольной формы (меандр), модуль 15 ввода кодовых сигналов (МВКС.), постоянный запоминающий блок (ПЗУ) 16, в котором записана программа, реализующая предлагаемый способ измерен- /0, оперативный запоминающий блок (ОЗУ) 17, храняций текущие кодовые сигналы, управляющие работой программы, центральный вычиси

7, 8, шестиканальный аналого-цифровой преобразователь 1, модуль 15 ввода кодовых сигналов, оперативный запоминающий блок 17, постоянный запоминающий блок 16, центральный вычислительный блок 18. 3 ил., 1 табл„

15

20

25

30

35

40

45

50

55

лительный блок (ЦВУ) 18. АЦП, ЦВУ, МВКС, ОЗУ и ПЗУ соединены между собой шестнадцатиразрядной шиной данных (фиг. 1).

Цель достигается применением мультиплицированной обработки дискретной и аналоговой информации, содержащейся в сигналах синусоидальной формы

Способ основан на системном подходе,при котором управление процессом, измерения множества входных величин Б соответствии с выбранным критерием быстродействия осуществляется адаптивно. Алгоритм измерения перестраивается в зависимости от набора состояний цифровых сигналов, характеризующих полупериоды синусоидальных величин.,

Для этой цели необходимо с помощью преобразоватрлей 9-1 преобразовать три. линейных t исд напряжения и три фазных 1д, тока генератора в дискретные сигналы, отображающие полупериоды их синусоид.

Последовательный анализ наборов состояний входных сигналов дает возможность определить алгоритм управления АЦП 1, на вход которого поступают нормализованные амплитудные значения полных фаз и линейных напряжений генератора (Г) 19.

t

На фиг„ 2 приведены диаграммы, поясняющие сущность способа определения. В качестве базовых величин при определении исходного состояния выбираются линейные напряжения. Так как система трехфазная, то число возможных состояний дискретных сигналов, отображающих полупериоды синусоид/.равняется шести (.однозначные наборы 0-0-0 и 1-1-1 в симметричной трехфазной сети невозможны). Возможные наборы состоя- ний для последовательности чередования линейных, напряжений Н, 1 о.ли исд обозначены С;, i 1,6, ПРИЧЕМ порядковый номер состояния совпадают с его лвоичным кодом, . С - 001 (, Ufcc 0, u

С }). С2 -°10 (иД&

я 0, ие,с 1 ucft 0) и т°д К-йьчдое состояние определяет единственно возможный по критерию быстродействия алгоритм решения задами измерения.

Если исходное состояние С (на фиг. 2 обозначено линией 1), то ближайшим по времени является измерение бита 116споэтому программа измерения определяет момент перехода и6сиз О в 1V (линия 2) и записывает осе вход

ное слово, в котором маскируются все биты, кроме и&(. и 1А„ Анализ значений этих битов позволяет определить направление мощности генератора. При этом, если U6C переходит из О в , а ток 1д 0, или U переходит, из 1

в О, а 1д 1, то система находится в генераторном режиме, когда я первом случае 1Л 1, а во втором Тд - 0, то система находится в двигательном режиме.

Далее программным путем производится отсчет единичных временных интервалов от линии 2 до моментов иемене- ния состояния битов 1д и U6c(линии 3 и соответственно) , Полученные таким образом цифровые коды, позволяют определить значения угла (р и период Т. В данном случае цифровой код интер- - вала линия 2 - линия 3 соответствует величине 90 - if, а код интервала линия . - линия ( - величине 1/6TV Эта информация позволяет определить моменты измерения амплитудных значений напряжения иэси фазных токов 1д, 16

и 1С (по линиям 5 и 6-8 соответственно) , следующие один за другим с интервалом 1/6Т. Момент измерения амплитуды тока 1д определяется равенством количества отсчитанных единичных временных интервалов величине l/ iT + (90°-tp).

Особенностью- программной реализации предлагаемого метода является адаптация процесса измерения к начальным условиям: состоянию параметров электроэнергии на момент ввода информации С СА„„оСпЯи временному интервалу между моментом ввода С, и началом его анализа t |t...tn|,

П -- ,30

Задача оптимизации в данном слу- : зак.тгг- -петсг i указании, к-ткую альтернат::;, V; из ь - V,. ...V, , где q - число таких альтернатив (для предлагаемого способа q 6), следует

реализовать б зависимости от Си t; на данный момент временив Эта задачу решается алгоритмом К

V; - R(C, V;.,, t),

где V; , {(6 S.

При этом правило R решает задачу альтернативной оптимизации

R;q(c,v,t)

mm t ves

v.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

no критерию быстродействия О путем проверки условий Р( ( 0), 0), д(1-тсА ля определения тояния С. из нэбораТс о .С6-1о

. По установленному состоянию С| альтернативные управления Vj вводят в алгоритм нужный набор условий для выполнения процесса обработки информации, а сама архитектура алгоритма при этом не меняется

Б таблице приведены соответствия наборов управления Vj цифровым кодам состояния С Јс, .. «сЛ линейных напряжений трехфазной сети.

Устройство для осуществляется предлагаемого способа работает следующим образомс

После преобразования в трехфа;.оп трансформаторе 2 напряжений нормализованные значения Uft&, Ug,f. и поступают на первые три входа АЦП 1, на другие три схода через соответствующие резисторы 3-5 поступают фаз ные токи 1д, 1а и Т.с. Эти же напряжения и токи поступают на входы соответствующих преобразователей 9-1, с вы;;о дов которых сигналы прямоугольной формы (меандр) поступают на соответствующие входы модуля 15 ввода кодовых слов, в котором в зависимости от величин линейных напряжений вырабатываются коды, управляющие работой программы измерения электрических величин,, Программа измерения записана в постоянном запоминающем блоке 16, а управляющие коды, обновляемые на каждом цикле измерений, - в блоке 17.

ЛЦП, ИПКС, ОЗУ, ПЗУ и ЦВУ связаны между собой шестнадцатиразрядной ши- - ной передачиинформации, и представляют собой стандартную микро- или миниЭБН.

Г-. юч 18 С Г .оспомнилст .пнсн1 совокупности, логических ;; вычислительных операций в порядке, пре дпи(симпервои смены состояния Iq, V; (ее вол 19), и вновь определяется либо угол сдвига « , но уже в другой программной ветви (символы 21, 23), либо величина 1/6Т.(Т, 1/2Т, 1/ЗТ, 1/4Т) (символы 20 и 22).

После соответствующих проверок на равенство определенным временным инчисляет полную S, активную Р и реактивную О мощности по формулам

Я

Ai

3

s Ъ- 2 и

Т (

Р S-cosCf, О S- sin(f,

ф,

санном алгоритмом управления процессом измерения параметров электро - энергии (фиг. ЗК Т.е, управляет работой /ЩП, ОЗУ и НВКС в соответст- вии с программой, хранимой в ПЗУ„

Программа, реализующая предлагаемый метод мультиплицированной обработки, работает следующим образом (фиг.З)..

После команды начального запуска ю тервалам (символы 24, 26, 28, 30) программы (символ 1), поступающей от следуют измерения линейного напряже- оперптора, из блока 17 считывается ния U/ (символ 25) и фазных токов L,., код состояний С еЈс ,„ о «.С6|, который 1ф2.и ФЭ (символы 27, 29, 31), прибыл записан в начальный момент времени надлежащих выбранному набору управ- (символ 2), последовательно анализиру-5 ления V..

ются биты (разряды), задаваемые линей- После остановки счета и окончания ными напряжениями , U-c и исд данно- программы (символы и 33) ЦВУ вы- го кода состояний, и в зависимости от анализа введенного кода производится запись управляющего набора V; , соот- 20 ветствующего данному коду С (Ь - С; ) (символы 3 и 4).

После обновления кода состояний параметров электроэнергии в момент времени (t+1)(символ 5) проверя- 25- етЈя условие первой смены состояний линейного напряжения из набора (символ 6), и в зависимости от данной проверки определяется режим работы генераторного агрега о (ГА) - сим- 30 вол 7 (двигательный режим/генераторный режим)„

После этого собственно начинается работа программы: обнуляется начальный счетчик NA,, (символ 8). .

- i-Ч-И/-,

После ввода кода состояния С. (символ 9) следуют проверки условий первой смены состояний фазного тока

I (символ 10) и второй смены состояний линейного напряжения U А V (символ 11), и в зависимости от данных проверки, а также от режима работы ГА выполнение программы осуществляется либо по генераторной ветви, либо по двигательной„ Проводит-45 териями быстродействия осуществллет- ся регистрация текущего значения сче- ся адаптивно. Алгоритм измерения пета NC(( U (символ 12 или 14), опре- рестраивают в зависимости от набора деляется либо угол сдвига ( (символ состояний цифровых сигналов, хара кт.е- 13), либо величина 1/бТ, по которой ризующих полупериоды синусоидальных рассчитывается период (частота)изме- 50-величин, что расширяет функциональ- ряемого синусоидального колебания, ные возможности по сравнению с прото- а также кратные величины 1/2Т, 1/ЗТ, типом в 3-4 раза и повышает быстро- 1/4Т (символ 15).действие в 6 раз.

где 11Д, 1ф, ср - измеренные значения линейного напряжения соответствующего фазного тока и угла ; сдвига между линеГ.- ным напряжением и фазным током

Способ определения параметров Электроэнергии трехфазной сети переменно- J5 го тока может быть реализован в микропроцессорных устройствах и системах управления судовыми электроэнергетическими системами, где в соответствии с.требованиями Регистра СССР не допус- 4Q каются искажения формы (синусоидальных), напряжений и токов свыше 5%.

Установлено, что управление процессом измерения множества входных величин в соответствии с выбранными криЗатем вновь ПРОИЗРОДИТСЯ ввод кода состояния параметров электроэнергии С,4 (символ 16 или 17), проверяется , либо условие второй смены состояния . (символ 18), либо условие

(симпервои смены состояния Iq, V; (ее вол 19), и вновь определяется либо угол сдвига « , но уже в другой программной ветви (символы 21, 23), либо величина 1/6Т.(Т, 1/2Т, 1/ЗТ, 1/4Т) (символы 20 и 22).

После соответствующих проверок на равенство определенным временным инчисляет полную S, активную Р и реактивную О мощности по формулам

Я

Ai

3

s Ъ- 2 и

Т (

Р S-cosCf, О S- sin(f,

ф,

После остановки счета и окончания программы (символы и 33) ЦВУ вы-

териями быстродействия осуществллет- ся адаптивно. Алгоритм измерения перестраивают в зависимости от набора состояний цифровых сигналов, хара кт.е- ризующих полупериоды синусоидальных -величин, что расширяет функциональ- ные возможности по сравнению с прото- типом в 3-4 раза и повышает быстро- действие в 6 раз.

где 11Д, 1ф, ср - измеренные значения линейного напряжения соответствующего фазного тока и угла ; сдвига между линеГ.- ным напряжением и фазным током

Способ определения параметров Электроэнергии трехфазной сети переменно- го тока может быть реализован в микропроцессорных устройствах и системах управления судовыми электроэнергетическими системами, где в соответствии с.требованиями Регистра СССР не допус- каются искажения формы (синусоидальных), напряжений и токов свыше 5%.

Установлено, что управление процессом измерения множества входных величин в соответствии с выбранными кри55 Формула изобретения

Способ определения ridpcuuvrpos электроэнергии сети переменного тока, .заключающийся в том, что измеряют

текущее значение тока и напряжения, фиксируют момент перехода напряжения через нуль, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, измерения напряжения производят в кач(дой из трех фаз при переходе одного из фазных напряжений через нуль, измеряют интервал времени до перехода через нуль соответствующего фазного тока Д , до перехода данного линейного напряжения через нуль в момент времени ut измеряют значение линейного напряжения и фазного тока, при переходе ли- нейного напряжения через нуль измеряют интервал времени , по измеренным интервалам времени рассчитывают частоту С0 2Т/( At , + Д. t2) ,.. „ фазовый сдвиг Ср ., амплитуд- ное значение линейного напряжения и фазного тока: U - U/sin(QAt) и 1ф I/sin(cdAt3), фиксируют переход через нуль тока и напряжения дву

10

1520

7559; 10

других Лаз и с той же згдержкой вре-f мени t,: измеряют мгновенное значе-/ ние тока и напряжения соответствующей фазы, рассчитывают амплитудные значения соответствующего линейного напряжения и фазного тока и по ним рассчитывают полную S, активную Р и реактивную Q мощности:

ъ . ..

4

s.:Јl A;-imt; p s-coscfj q eincjv

;-Q

где U. и U л

ft

- амплитудное И мгновенное значения линейного напряжения, соот-

и

I - амплитудное и мгнооен ное значения токз фа- зы.соответсгаенмо; (L) - частота переменного

тока;

Ср - угсл между линейным напряжением и фазным токомо

(y/gyg/ip)