Устройство для измерения средней мощности основной составляющей тока в трехфазных сетях Советский патент 1980 года по МПК G01R21/00 

(54) УСТРОЙСТВО ОДЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ ОСНОВНОЙ СОСТАВЛЯЮШЕЙ ТОКА В ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЯХ Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использо Ьано для совершенствования устройств измерения мощности и ее потерь в трехфазных сетях переменного тока в условиях несинусоидапьных, несимметричных и модуляционнь1х амплитудно-фазовых искаже.ний тока и напряжения. Измерение средней мощности основной составляющей тока необходимо, например для учета в энергопотреблении какого-либо создающего искажения электроприемника, помимо его внутреннего потребления, пропорционального средней мощности полного тсжа, еше и добавочных активных потерь иэ-за созданных приемником искажений во внешней по отношению к немусе-га, а также для отдельного определения этих добавочных потерь по разности показаний устройств, измеряющих среднюю мощность основной составляющей тока и среднюю мощность полного тока. При этом основной составляющей тока и напряжения понимается истинная синусоидальная сос тавляющая прямой последоВ(ательности с неизменными в течение всего цикла реэкоперемен го режима нагрузки амплитудой, фазой и частотой, равной текущей основной частоте в электрической системе, вся же остальная часть мгновенного тока или напряжения относится к анормальной составляющей. Известно устройство для измерения мощности, содержащее аналоговые частотные фильтры сигналов тока и напряяжния прямой последовательности основной промьшпенной частоты, убирающие из трехфазного сигнала, поступающего на гос вход от датчика тока или, соответственно, напряжения, все высшие гармоники, а также составляющие обратной и нулевой последовательности основной частоты, причем в общем случае они пропускают и низкочастотную амплитудно-фазовую модуляцию этой составляющей. Выделение йс тинной основной составляющей в токе и йапряжении производится из искаженного сигнала за период времени, не меньший. чем наибольший период цикла мсУдуляции, расх;матриваемой как ансрмальное искажение 1 , Однако учитывая реально возможные шштельности циклов (десятки к сотни секунд), осуществить с необходимой точностью фильтрацию одновременно по двум каналам Мгновенный сигналов (синусоид) ббновных состйвляЮшйх тока и напряжения с тем, чтобы подать их на входы йШёрйтёля средней активной, мощности, на основе тех или иных аналоговых фильт ррв практически невозможно, что существенно огр 1НИчивает возможность применейия тажих устройств для измё зегаия мощности основной составляющей тока Наиболее близкой по технической сущности является схема блоков дпя выделеаяя амплитуд ортогональных компонент основных составляющих из трехфазных cirf налов тока и напряжения, содержащей генератор опорных колеба шй, выдающий два ортогональных однофазнЬ х гармоггагческих сигнала выделяемой частоты. В двух свя aiaiBHbix с его вьгходами, KaTiaJiWp бостбйщих каждый из устройства перемножения if усрёдняк)щего элемента, происходит выделё1Иие из попанйого на вторыевходы устррйств перемножения искаженного сигнала амплитуд ортогональных компонент гармоники в.ыдeляe oй частоты 2 , . Цель изобретения - повьпиёние точности измерения средней мощности основной сюставляющей тока в условиях несимметрии, несинусоиДйльности и амплитуднофазовой модуляшш токов и напряжений в трехфазных сетях путем исключения методической погрешности.. Указа;нная цель достига ется тем, что в устройство для измерения средней мощностй основной составляющей, содержащее гейератор двух опорных ортогональных , трехфазных гармонических сигналов прямой последовательности, двападцать блоков Перемножения, связанных по трое своими выходами со входами четырех сумматоров, и четыре блока усреднения, подключаемые к выходам этих сумматоров, введены первый и второй дополнительные блоки перемножения-; и вьпсодной сумматор, входы которого связаны с выходами этих дополнительных блоков перемножения, первые взводы которых соецн йены с выходами первого и второго усред няюших блрков, и вторые .- с вькооами третьего и четвертого усредняющих, блоков, входы же двенадцати блоков перемножения подключены, к выходным зажимам

§il:

/ (Генератора опорных сигналов и к входным шинам датчиков тока и напряжё шя таким образом, что первые входы блоков перемножения, связанных через соответствующие сумматоры с первым и вторым усреднителем, соединены с шинами датчика тока, а первые входы остальных - с цшнами датчика напряжения, вторые же входы блоков перемножения, связанных через Сумматоры с первым и третьим усреднителем, соединены с первым трехфазным выходом генератора, а вторые входы остальных - со вторым трехфазНЬ1М выводом генератора, причем соедине ни я выполнены так, что последовательность чередования фаз выходньгх генератора и шин датчиков, связанных с одними и теми же блоками перемножешгя, одинакова, а к выходам двух сумматоров, связанных через блок„ перемноисения с входными шинами датчика напряжения, допоянительво подключен блок подстройки частоты, выход которого связан с управляющим входом генератора опорных сигналов. При этом блок подстройки частоты содержит выходной блок перемножения, выход которого связан через блок усреднения с выходной шиной блока подстройки частоты, один вход которого через последовательно соединенные нелинейное звено, сумматор и два квадратора соединен с выходами двух фильтров, входы которых являются входами блока подстройки частоты, а другой вход выходного блока перемножения соединен с выходом вычитателя, входы которого связаны с выходами двух блоков перемножения, входы которыхсоединены с выходами фильтров непосредственно, а другие - через дифферендирующие звенья. На чертеже представлена блок-схема устройдтва для измерения средней мощности основной составляющей тока в трехфазных сетях с исполнением блока подстройки частоты генератора опорных сигналов. Устройство содержит генератор 1 опорйых сигналов, блок 2 подстройки частоты генератора опорных сигналов в целом, блоки 3-14 перемножения, сумматоры 15-18, блоки 19-22 усреднения, блоки 23 и 24 перемножения, сумматор 25, фильтры 26 и 27, квадраторы 28 и 29, сумматор 30, нелинейное звено 31, дифферёныйруюшие звенья 32 и 33, блрки 34 и ёз перемножения, блок 36 вычита57НИЯ, блок 37 перемножения, блок v38 усрецнения. , Работает устройство следующим образом. Оно содержит две двухканальных схемы выделения в единой системе отсчета амплитуд ортогональных компонент основных составляющих искаженных трехфазных сигналов тока и напряжения, связанные с выходами одного и того же генератора двух опорных ортогональных друг другу трехфазных гармонических сигналов основной частоты прямой последователь ности. Каждый из каналов включает три блрка перемножения, сумматор и блок реднения (например, в первом канапе бло ки 3-5 перемножения, сумматор 15 и блок 19 усреднения). На один из входов блоков перемножения 3-5, 6-8, 9-11 и 12-14 подаются сигналы с первого и второго трехфазных входов устройства, связанных соответственно, с датчиками тока и напряжения, а на другие - сигналы от генератора 1 опорных сигналов. Соединения на входах блоков перемножения выполнены таким образом, что первый канал связан с первым входом устройства, подключаемым к датчику тока, и с первым выходом генератора, второй канал - с первым входом устройства и вторым выходом генератора, третий канал - со вторым входом устройства, подключаемым к датчику напряжения, и первым выходом генератора четвертый канал - со вторым входом уст ройства и вторым выходом генератора, Последовательность чередования фаз вход Ных зажимов устройства и выходных заж мов генератора, связанных со входами одних и тех же блоков перемноже1шя, одинакова. В установившемся или квазиустановивщемся режиме с искажениями самого общего вида, то есть при наличии высших гармоник, несимметрии и амплитуДно-фазовой циклической низкочастотной модуляции, после перемножештя сигналов :тока и напряжения на опорные в блоках 3-5, 6-8, 9-11 и 12-14 и последующего их суммирования группами по три в сумматорах 15-18 образуются сигналы, содержащие высокочастотную и низко частотную составляющие. Высокочастотные составляющие в выходных сигналах сумматоров при ipoхождении их через блоки 19-22, производящие усреднение за достаточно боль.|Ш 6,6 щой интервал измерения Т дадут практически на выходе этих устройств нуль. Ниaasoчастотные же составляющие при прохождении через блоки усреднеНИН в случае точной настройки частоты генератора 1 создадут на выходах блоков 19-22 усреднения сигналы, равные в определенном масштабе соответствук щим амплитудам искомых ортогональных компонент. Выходы блоков 19-22; 5среднения присоединены ко входам двух блоков перемножения 23 и 24 таким образом, что входы блока 23 цэисоединены к выходам первого и третьего каналов, а входы бло 24 - к выходам второго и четвертого каналов. Сигналы с. выходов блока 23 и 24 суммируются в сумматоре 25 и сигнал на выходе этого блока, являющемся выходом устройства в целом, равен средней мощности основной составляющей, Коррект1фовку частоты генератора 1 в устройстве осуществляют в соответствии с сигналом, равным среднему отклонению за очередной интервал H3MepefmH . значения опорной частоты от основной, который вырабатывается специальным блоком 2 и выдается на вход устройства астатического регулирования частоты генератора 1 для корректировки опорной частоты на последующем интервале измерения. Блок подстройки частоты 2 выделяет среднее отклонение частоты. Он содер;жит (см. чертеж) фильтры 26 и 27 ниэкочастотных составляющих, квадраторы 28 и 29, дифференцирующие звенья 32 и 33, блоки перемножения 34, 35 и 37. нелинейное звено 31 ; сумматор 30, блок 36 вычитания, блок 38 усреднения. Входными сигналами блока 2 являютг ся сигналы с выходов сумматоров 17 и 18 (либо сигналы с выходов сумматоров 15 и 16). После прохождения их через фильтры 26 и 27 останутся лишь низкочастотные сигналы, представляющие собой ортогональные/синусные и косинусные) составляющие промодулированного по амплитуде и фазе сигнала с несущей частотой, равной разности частот генератора опорных сигналов и текущей основной частоты энергосистемы. При прохождении этих сигналов через квадраторы 28 и 29 и суммирования в сумматоре 30 на его выходе будет сигнал,равный квадрату медленно меняющейся амплитуды модулированного сигнала. При перекрестном перемножении

739426 этих же сигналов в блоках 34 и 35 на сйгшлы, полученйб1е при их прохозеденни через Дифференцирующие звенья, 32 и 33, и посдедующем вычитании в блоке . 36, на выходе последнего образуется сигнал, равный сигналу на выходе сум матора 30, умноженному на текущее откйойение частоты генератора 1 от ос новной частоты в энергосистеме. Эта текущая разность частот выделяется с помощью перемножения сигнала с выхода блока вычитания 3 на сигнал с вы хода сумматора 30, прошедший через нелинейное звено 31 - .В блоке 38-эта разность частот усредняется за очередной интервал измерения и полученный сигнал подается на регулирующий вход генератора 1 для корректировки опо ной частбты на следующем интервале. Таким образом, использование предсложенного устройства для изМерештя сред мощности основной составляющей позволяет более точно методически изме рять эту мощность в условиях любых искажений релшма в трехфазных сетях, при чем с учетом амплитудно-фазовой низкочастотной модуляции. Ф о р м у л а изобретения 1„ Устройство для измерения средней мощности основной составляюа1е и тока в трехфайньсх: ёётях, с6дёря« щеё генератор двух опорных ортогональных трехфазных - гармонических, сигналовпрямой последо вательности, двенадцать блоков перемно жёНйя, связанньк по трое своими вьгходами со входами четырех сумматоров, и четыре блока усреднения, подключаемы, к выходам этих сумматоров, о т л и ч а ю Щ е е с я тем, что, с целью повь1яиения точности измерений, в него введены два дополнительных блока перемножения и выходной сумйатор, входы которого связаны с выходами обоих дополнительных блоков перемножения, первью входы которых соединены с вькоДами пер вого и второго усредняющих блоков, а вторые - ,с выходами третьего и четвертого усредняющих блоков, входы ябе двенадцати блоков перемножения подключены к выходным зажимам генератора опор

8 ных сигналов и к входным шинам уот.ройства, подключаемым к датчикам тока и напряжения, таким образом, что первые входы блоков перемножения, связанных через сумматоры с первым и игорым усреднителем, соединены с вькодными шинами устройства для подключения к датчику тока, а переые входы остальньрс - с входными шинами для подключения к датчику напряжения, вторые же входы блоков перемножения, связанных через сумматоры с первым и третьим усреднителем, соединены с первым трехфазным выходом генератора, а вторые входы остальных - со вторым трехфазным выходом гетератора, причем соединения выполнены так, что последовательнрстЬ чередования фаз входньх щин устройства и выходньЬс зажимов генератора, связанных и теми же блоками перемножения, осинакова, а к выходам двух сумматоров, с6я.занных через блоки перемножения с входными шинами устройства для присоединения к датчику напряжения, допол 1ительно подключен блок подстройки частоты, выход которого связан с управляющим входом генератора опорных сигналов,: 2, Устройство по п, 1, о т л и ч а ющ е е с я Тем, что блок подстройки частоты содержит выходной блок перемножения, выход которого связан через блок усреднейИ51 с выходной шиной блока подстройки частоты, один вход которого через последовательно соединенные нелинейное звено, сумматор и два квадратора соединен с выходами двух фильтров, входы которых являются входами блока подстройки частоты, а другой вход выходного блока перемножения соединен с выходом вычита те ля, входы которого связаны с выходами двух блоков перемножения, одни входы которых соединены с выходами фильтров непосредственно, а другие - через дифференцирующие звенья Источники информации, : принятые во внимание при экспертизе 1,Известия ВУЗов, Энергетика, 1973, № 6, с, 37-41, 2.Пучагев В, С, и др. Основы статистической теории автома ческих систем. М„ Энергия, 1974, с, 362,