Измерительный преобразователь активной мощности Советский патент 1992 года по МПК G01R21/06 

XI

00

о о со

4

Изобретение относится к технике автоматического управления электроэнергетическими системами, в частности к технике автоматического регулирования мощности синхронных генераторов электростанций. Изобретение может быть использовано в устройствах противоаеарийной автоматики электроэнергетических систем.

Известен измерительный преобразователь активной мощности 1, состоящий из входных преобразователейнапряжения и тока и двух гальваномагнитных перемножителей, первые входы одного из которых связаны с входным преобразователем напряжения, а другого - с входным преобразователем тока, при этом вторые входы каждого из них соединены с первыми их выходами, а вторые выходы соединены по схеме суммирования ЭДС Холла.

Недостатками такого преобразователя активной мощности являются нетехнологичность гальваномагнитных перемножителей, низкие значения и температурная зависимость ЭДС Холла, подверженность ее влиянию апериодической составляющей входного напряжения и гармонических составляющих входных напряжения и тока низкая помехозащищенность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является измерительный преобразователь активной мощности 2, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, формирователи ортогональных (синусной и косинусной) составляющих напряжения и ортогональных составляющих тока, два перемножителя, к одному из которых подключены смнусные, а к другому - косинусные выходы формирователей ортогональных составляющих напряжения и тока, и суммагор, входы которого связаны с выходами перемножителей.-Выходная величина сумматора является сигналом мощности. Входной преобразователь тока представляет собой вторичный измерительный трансформатор тока с подключенным к его вторичной обмотке резистором. Каждый из формирователей ортогональных составляющих выполнен в зиде двух фазоповоротных элементов, состоящих из последовательно .соединенных минимально-фазовогр фильтра низких частот и сумматора.

Недостатками прототипа являются: . 1) низкая помехозащищенность, состоящая в подверженности влиянию апериодических составляющих входных напряжения и тока (входных помех), создающих на выходе апериодическую составляющую напряжения, неотделимую от сигнала мощности (динамичесхай погрешность преобразования мощности), и подверженности влиянию гармонических составляющих входных напряжения и тока (входных помех), создающих на выходе постоянную составляющую,

неотделимую от сигнала мощности, и гармонические составляющие разностных и суммарных частот;

2)частотные погрещности преобразования мощности, состоящие в подверженности влиянию изменений частоты в энергосистеме, которые приводят к изменениям сигнала мощности и нарушениям взаимной компенсации гармонических составляющих удвоенной частоты сети на

5 выходах двух перемножителей (остаточная выходная помеха).

Целью изобретения является повышение помехозащищенности и снижение частотных погрешностей измерительного

0 преобразователя активной мош,ности.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь активной мощности, содержащий входные преобразователи напряжения и тока,5 формирователи ортогональных составляющих напряжения и ортогональнь;х составляющих тока, два перемнохс ттеля, входь; каждого из которых связаны с одним из вь ходов формирователя ортогональных составляющих напряжения и формирователя ортогональных составляющих тока, и сумматор, входы которого связаны с выходами перемножителей, согласно изобретению, введены два полосовых частотных фильтра.

5 каждый из которых установлен между входными преобразователями напряжения (тока) и соответствующим формирователем ортогональных составляющих, входной преобразовательтока выполнен в виде транс0 реактора, причем резонансная угловая частота полосовых фильтров задана из условий неизменности произведения квадрата коэффициента передачи полосового частотного фильтра и коэффициента передачи

5 трансреактора, к каждому из перемножителей подключены синусный и косинусный выходы формирователей ортогональных составляющих, а сумматор выполнен с инверсным входом.

0При этом целесообразно выполнение

формирователей ортогональных составляющих напряжения и тока в виде фазовых контуров. Как будет показано ниже, выполнение входного преобразователя тока в виде трансреактора, создающего сдвиг по фазе его ЭДС на я /2 относительно входного тока, совместно с соединением формирователей ортогональных составляющих с перемножителями по схеме перемнсжения разноименных (синусной и

косинусной) составляющих, позволяет обеспечить исключение остаточной гармонической составляющей удвоенной частоты (остаточной внутренней помехи) на выходе сумматора с инверсным входом при изменении частоты сети.

Совместное использование трансреактора и полосовых частотных фильтров позволяет повысить помехозащищенность (снизить или даже устранить влияние внешних помех в виде апериодических свободных и гармонических составляющих входных напряжения и тока) и снизить частотные погрешности измерительного преобразователя активной мощности,

Выполнение формирователей ортогональных составляющих в виде неминимальнофазовых фазовращателей с независимым от изменений частоты сети коэффициентом передачи также позволяет получить дальнейшее снижение частотных погрешностей.

Время действия -установления сигнала мощности предлагаемого преобразователя - определяется постоянной времени полосовых частотных фильтров. Приемлемы фильтры второго порядка. Например, при постоянной времени затухания их колебательной свободной составляющей г 5,5 мс время установления сигнала, обычно оцениваемое при нулевых начальных условиях переходного процесса тремя постоянными времени, составляет 3/4 длительности периода частоты сети.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства: на фиг.2 частотные характеристики элементов и устройства в целом.

Устройство содержит входной преобразователь напряжения в виде вторичного измерительного трансформатора 1 напряжения и входной преобразователь тока в виде трансреактора 2,присоединенные первичными обмотками и зажимом Для подключения к входным напряжению и току, полосовые частотные фильтры 3 и 4, подключенные к вторичным обмоткам трансформатора 1 и трансреактора 2, формирователей 5 и 6 ортогональных составляющих напряжения и тока, состоящих из фазовращателей 7 и 8, в виде фазовых контуров, подключенных входами к выходам полосовых фильтров 3 и 4, перемножителей 9 и 10, к входам каждого из которых присоединены синусный (выход фазовращателя 7 или 8) и косинусный (выход полосового фильтра 3 или 4) выходы формирователей 5 и 6 ортогональных составляющих, и сумматор 11. подключенный прямым входом к выходу перемножителя 9,

а инверсный - к выходу перемножителя 10. Стабилитроны 12 защищают полосовый фильтр 4 от перегрузки при входных токах, обусловленных короткими замыканиями в энергосистеме.

Измерительный преобразователь активной мощности работает следующим образом.

Из входного напряжения U вторичной обмотки трансформатора 1 и ЭДС е трансреактора 2 полосовыми частотными фильтрами 3 и 4 выделяются их синусоидальные составляющие промышленной частоты, U и

Я/2

Е ft MIe , где М - взаимная индуктивность между обмотками трансреактора. Фазовращателями 7 и 8 они сдвигаются по фазе на углы

V 2aгctgwrф,

(1)

равные при номинальной угловой частоте сети формируются ортогональные составляющие

. (jr/2 + V)

и и

Ктр(а)):

Е Ктр

и и

где Ктр(а)) соМ.

Перемножителем 9 перемножаются составляющие и и Е, напряжение на выходе, в частности, аналогового перемножителя 9 определяется выражением

(((i3i+V)lm5(cobir/2-4)

,1т5т (соЬф COS (co-t-cf) С ( (2oot4Cj7-cf)

где KM(W )- коэффициент преобразования мощности измерительного преобразователя, равный произведению с коэффициента передачи трансреактора Ктр ( ш) - (1) Ми квадрата коэффициента передачи полосового фильтра Кп («), в общем случае зависящий от частоты сети

Км( а)} а) МКпЧш).

(3)

Напряжение U2 на выходе перемножителя 10 составляющих IJ и Е описывается выражением

.nco-tl s.vifcoin-iV/ fCp-tf)

MMUn,In,5 YiColco5 (C0-t4 ). l(a)(q)-q))45ivi(2cot-t-t| -tf)3 (4)

Выходная величина Хвых, в частности, напряжение Увых аналогового сумматора 11 согласно (2) и (4) равно

ивыхр Ul - U2 2Km (()) и I у5.(5)

При номинальной частоте сети (): -- 1 (кривая i на фиг,2), Кп(йЛ1) 1 (кривая II) и Км( (1)г: ) 1 (кривая ill), а угол 1/. 7т:/2. Поэтому согласно (5) величина сумматора Хвыхр 2и1со8 Р пропорциональна активной мощности.

При изменениях частоты сети в предэварийных ситуациях обычно в диапазоне 0.9 ,1 указанные зависимости от частоты коэффициентов Ктр( ш) и Кп (ш) и согласно (1)угла сдвига фаз принципиально создают частотные погрешности преобразования мощности. Однако выбранный основной параметр полосовых частотных фильтров - резонансная угловая частота (5) (t)f,, меньшая частота сети, обеспечивает его работу в указанном диапазоне изменений частоты на спадающей ветви АЧХ (кривая II на фиг.2) с такой интенсивностью, при которой обеспечивается практическая компенсация линейно нарастающее коэффициента преобразования Ктр (ftj)(кривая 1 на фиг.2). Поэтому при 0,9 С«)1.1 коэффициент преобразования мощности (3) от частоты не зависит (кривая II на фиг.2). Таким образом, зависимости от частоты коэффициентов передачи трансреактора Ктр ft и полосового фильтра KTP(W) частотных погрешностей не создают.

Коэффициенты передачи фазовращателей 7 и 8, являющихся фазовыми контурами, от частоты не зависят и равны 1. Единственным источником частотной погрешности является зависимость от частоты угла / сдвига фаз. Согласно (1) при постоянной времени фазовращателей, соответствующей

углу У) 71/2 при О) п УТ- itf рад/с и 3,18 мс и при 0,9 .1 угол сдвига составляет 82...98 эл.град.

Ввиду слабой зависимости синуса угла, близкого к я/2 от изменения угла (0,99) частотные погрешности при указанном диапазоне 0, 1,1 не превышают 1 %, тогда как в прототигте из-за сильной зависимости синуса угла, близкого я/4 и вследствие зависимости от частоты коэффициента передачи фильтра низких частот, используемого в

формирователях ортогональных составляющих, от изменений частоты сети, они достигают 5%.

Использование измерительного преоб5 разователя активной мощности в устройствах противоаварийной автоматики энергосистем повышает эффективность их функционирования по предотвращению последствий аварий в энергосистемах, имеющих катастрофический характер, за счет правильности действия измерительного преобразователя активной мощности в условиях интенсивных переходных процессов и изменений частоты в предаварийных ситуациях в энергосистеме, при достаточном быстродействии - в пределах длительности периода Тп напряжения сети.

Формула изобретения

1. Измерительный преобразователь активной мощности однофазного переменного тока, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, формирователи ортогональных составляющих напряжения и ортогональных составляю-5 щих тока, два перемножителя, входы каждого из которых связаны с одним из выходов формирователя ортогональных составляющих напряжения и формирователя ортогональных составляющих тока, и сумматор,

0 входы которого связаны с выходами перемножителей, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и снижения частотных погрешностей, он снабжен двумя полосовыми частотными

5 фильтрами, каждый из которых установлен между входным преобразователем напряжения (тока) и соответствующим формирователем ортогональных составляющих, входной преобразователь тока выполнен в

0 виде трансреактора, причем резонансная угловая частота полосовых фильтров задана из условий неизменности произведения квадрата коэффициента передачи полосового частотного фильтра и коэффициента передачи трансреактора, к каждому из перемножителей подключены синусный и косинусный выходы формирователей ортогональных составляющих, а сумматор выполнен с инверсным входом.

02. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем. что формирователи ортогональных составляющих напряжения и тока выполнены в виде фазовых контуров.

Использование: в технике автоматического управления элекгроэнергетическими системами и в устройствах противоаварий- ной автоматики. Сущность изобретения: из входного напряжения вторичной обмотки 1 и ЭДС трансреактора 2 полосовими частотными фильтрами 3 и 4 выделяются их синусоидальные составляющие, которые фазовращателями 7.9 и 8.10. входящими в формирователи 5 и 6 ортогональных составляющих тока и напряжения, сдвигаются по фазе на углы, формируются их орто- гональные (синусная и косинусная) составляющие. Разноименные ортогональные составляющие перемножаются перемножителями 11 и 12. а их произведения вычитаются сумматором 13 с инверсным входом, выходная вел'ичина которого пропорциональна только активной мощности и не содержит затухающих постоянной и колебательной промышленной частоты составляющих,обусловленных апериодическими составляющими входных напряжения и тока, и установившихся гармонических составляющих удвоенной промышленности и более высоких частот. 2 ил.