Измеритель параметров электрическойэНЕРгии ТРЕХфАзНОй СЕТи Советский патент 1981 года по МПК G01R19/00 

1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для измерения симметричных составляющих напряжений или токов трехфазной сети, а также при построении информационно-измерительных систем для контроля параметров качества электрической энергии.

Известно устройство для измерения амплитудно-фазовой несимметрии трехфазной системы напряжений, содержащее генератор модулирующих напряжений, три одинаковых кольцевых модулятора, входы которых присоединены к фазовым проводам трехфазной системы и к генератору модулирующих напряжений и индикатор 1 .

К недостаткам этого устройства относятся наличие двух перестраиваемых фазосдвигающих цепей и предварительная настройка устройства по максимальному показанию индикатора, при этом изменение характера несимметрии трехфазной системы напряжений вызывает расстройку фазосдвигающих цепей, т.е. для этото.устройства характерны низкая точность и малое быстродействие.

Известно устройство для определения ортогональных составляющих напряжений нулевой прямой и обратной последовательностей напряжений трехфазной сети, содержащее блоки умножения, квадратурный фазорасщепитель, сумматоры, сглаживающие фильтры и селективный фильтр t2j .

Недостатки этого устройства - сравнительно малое быстродействие, обусловленное наличием сглаживающих и селективного фильтров, и необходимость применения дополнительного функционального преобразователя для вьщеления модулей напряжений симметричных составлякщихгчто ограничивает область п рименения этого устройства.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому измеритель параметров качества электроэнергии трехфазной сети, содержащий блоки умножения, сумматоры, индикаторы, запоминакнцие устройства, коммутатор, умножитель частоты, квадратор, корнеизвлеканлцее устройство, преобразователь напряжение-код и блок управЛенин, выход преобразователя напряжение-код подключен к. первым входам .первого и второго блоков умножения, вторые входы которых соединены с 0 первым и вторым входами первого запоминающего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключеньР к первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к второму запоминающему устройству, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключе к выходу третьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом треть его сумматора, выход которого через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и корнеизвле каннцее устройство соединен с входами первого, второго и третьего регистрируиидих устройств, одна из входных шин устройства через умножитель частоты соединена с входами преобразователя напряжение-код и блока управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам всех блоков устройства Сз}. Недостаток этого устройства заключается в невысокой точности, обусловленной влиянием неииформативных параметров на результаты измерения. Особенно это сказывается при измерении неси аигетрик и смещения нейтрали которые определяются по напряжениям обратной и нулевой последовательностей, так как в реальных электрических сетях напряжения обратной и нулевой последовательностей в 10 - 100 раз меньше, чем напряжение прямой последовательности. Цель изобретения - повышение точности и расширение амплитудного диапазона. Поставленная цель достигается тем что в измеритель параметров, содержа щий блоки умножения, сумматоры, индикаторы, запоминающие устройства, коммутатор, умножитель частоты, квад ратор, корнеувлекающее устройство, преобразователь напряжение-код и бло управления, выход преобразователя на пряжение-код подключен к первым входам первого и второго блоков yivAioжения, втхэ|зые входы которых соединены с первым и вторым выходами первого запомия-йзадего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключены к первым входам первого и второго cyjB&iaTopOB, выходы которых подключены к второму запоминающему .устройству, вьаход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, вход которого подключе к выходу третьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом тpeть его сумматора, выход которого через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и корнеизвлекающее устройство соединен с входами первого, второго и третьего регистрирующих устройств, одна из вход ных шин устройства через умножитель частоты соединена с входами преобразователя напряжение-код и блока управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам всех блоков устройства, введены ключ, делители напряжения, резистор, последовательно соединенные блок деления, функциональный преобразователь, регистр и источник опорного напряжения, первый, второй и третий выходы которого подключены к первым входам пятого, шестого и седьмого сумматоров, вторые входы которых через соответствующие делители напряжения подключены к входным шинам устройства, выход коммутатора через ключ и резистор соединен с общей шиной устройства, а первый, второй и третий входы - с выходами пятого, шестого и седьмого сумматоров, управляющие входы всех введенных блоков соединены с соответствующими выхода 4и блока управления. На фиг.. 1 представлена блок-схема измерителя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Входные шины А, В, С через делители 1,2 и 3 напряжения, сумматоры 4, 5 и 6 аналогового суммирования, коммутатор 7 подключены к преобразователю 8 напряжение-код. Первые входы блоков 9 и 10 умножения присоединены к выходам преобразователя 8, вторые входы - к выходам запоминающего устройства 11, .а выходы через сумматоры 12 и 13 - к входам запоминающего устройства 14. Первые входы блока 15 умножения соединены с выходами запоминающего устройства 14, вторые входы - с выходами запоминающего устройства 16, а выходы через сумматор 17, квадратор 18, сумматор 19 и корнеизвлекающее устройство 20 - к регистрирующим устройствам 21, 22 и 23. Выходы .сумматора 17 через блок 24 деления, функциональный преобразователь 25 и регистр 26 подключены к первым управляющим входам источника 27 опорного трехфазного напряжения прямой последовательности, выходы которого соединены с вторыми входами сумматоров 4, 5 и 6. Шина А через умножитель 28 частоты подключена к управляющим входам преобразователя 8, блока 29 управления ик второму управляющему входу источника 27. Вход преобразователя 8 через ключ 30 и шунтирующий резистор 31 соединен с общей шиной. Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Входные напряжения ид( t), U.g (t) и Uc(t)fl)Hr. 2,а,б,в соответственней поступают на входы коммутатора 7. Напряжение ид(t) поступает также на вход умножителя 28 частоты, и на его выходе формируются импульсы (фиг.2,г), период каторых равен TX/п, где Т - период напряжений сети, п - коэффи- . циент умножения частоты (на фиг. 2 условно принято п 6). После приг хода сигнала Пуск на вход блока 29 он начинает вырабатывать сигналы, временные диаграммы крторых .показаны на фиг: 2,к-ш. Работа блока 29 синхронизируется импульсами с выхода умножителя 28 частоты и жестко связана с периодом Т; напряжения ид(г) (на фиг. 2 периоды ид(1) условно показаны тонкими вертикальными линиями связи), причем начало периодов от считывается от момента прихода сигнала Пуск на вход блока 29. На первом этапе работы устройства который длитсл на 4 периода напряжения и.д(1) (примерно 80 мс) , определяется начальная фаза опорного напряжения источника 27, При этом на выходе блока 29 (фиг. 2,к) низкий потенциал (логический О) замыкает ключ 30. При замкнутом ключе 30 вход преобразователя 8 шунтируется резистором 31 величина которого выбирается такой, чтобы максимальные значения входных напряжений не вызывали переполнения преобразователя 8. На первом периоде сигналы с выходов блока 29 подключают ко входу пре образователя 8 напряжение UA(t), на втором периоде - напряжение Ug(t}, на третьем периоде - напряжение Uc(t (фиг. 2,л,м,н соответственно). Вид входного напряжения преобразователя 8 представлен на фиг. 2,е. В начале каждого периода не формируется импульс (фиг. 2,о), который устанавливает сумматоры 12 и 13 в состояние нуль, в моменты времени t. 1 п импульсы с выхода умножителя 28 частоты (фиг. 2,г) запускают преобразователь 8 (кодируемые мгновенные значения напряжений отмечены точками на фиг. 2,е)..Одновременно на выхЬдых блока 29 формируются импульсы, выбирающие константы, причем моменту времени ц соответствует выбор констант sin - и cos -, которые посту п п пают на входы блоков 9 и 10 умножения соответственно, на другие входы которых поступает выходной код преобразователя 8. Эти -коды перемножаются в блоках 9 и 10 и суммируются -с содержанием сумматоров 12 и 13 В конце первого периода на выходах сумматоров 12 и 13 коды равны СА (t,)sin ±L,

23Г

и Е

:ч)соз121

В начале второго периода сумматоры 12 и 13 устанавливаются в состояние нуль. Затем весь цикл работы 65

Et

arctg с-ь

В функциональном преобразователе 25 вычисляется также код

(3)

Ч

2 устройств повторяется, в конце второго периода на выходе сумматоров 12 и 13 коды равны CB S U(t,.)sin , b, U(t,)cosi. Величины c,cg, ri c можно интерпретировать как синусные, а Ьд, Ь как косинусные ортогональные составляющие первой гармоники напряжений ид(е), U{j(t)- и Uj(t) трехфазной сети. В конце третьего периода формируется импульс, который устанавливает сумматор 17 в состояние нуль. На четвертом периоде осуществляется вычисление значения начальной фазы напряжения прямой последовательности трехфазной сети, которое заносится в источник 27. В блоке 29 формируются управляющие сигналы, по которым из запоминающего устройства 14 выбираются коды ортогонгшьных составляющих сд, с, Сс, bg н be, а из запоминающего устройства 16 - константы +1/3, -1/6, - 1/6 - и УЗтб. Эти коды перемножаются в блоке 15 умножения и суммируются с содержимым сумматора 17. Выходной код сумматора 17, равный тГ с- ЬВ У л + Ь + 6 ° (фиг. 2,у), заносится в блок 24 деления. Затем импульс опять устанав-, ливает сумматор 17 в состояние нуль Далее выбираются коды Ьд, bg, be, и константы +1/6, -1/6, -1/6, + VT/6 и - ТТ/6, которые перемножаются и суммируются с содержимым сумматора 17. Код Т А- -6 ЧТ (фиг. 2,ф) заносится в блок 24 деления, при этом также выполняется деление Ь. на с.. Частное от деления Ь+ на с поступает на вход функционального преобразователя 25, где вычисляется код угла начсшьного сдвига фазы напряжения прямой последовательности трехфазной сети который заносится в регистр 26 (фиг. 2,х). На этом первый этап рабо ты устр(ства заканчивается. Начало второго этапа соответству началу пятого периода напряжения ид(1). При этом сигнал принимает зн чение логической 1, и ключ 30 разм кается. Напряжения Uon.A оп.в oп.с имеют форму ступенчатой синусоиды В момент времени t эти напряжения равны Uon.ft(t,-) Von.sin f {i - S), Ucn.)W- () - fL )Von.sin H () Суммы напряжений UA {t) и Uon.) Ue(t) и Uona(t), Uc(t) и Uon.c(t) с выходов сумматоров 4, 5 и 6 через коммутатор 7 поступают на вход преобразователя 8. Так как преобразовываются в код только мгновенные значения напряжений в моменты времени t,, ступенчатая форма напряжений Uon.B оп.с влияет на результаты преобразований. Поэтому в дальнейшем опорные напряжения рассматриваются как синусоидальные (фиг. 2,ж,з,и), частота которых совпадает с частотой сети, а начальные фазы равны соот2(„ 2jr 27Г , ЗГ 7ff Uoac( t) Von s i n (a.t - S, f-)Напряжения трехфазной сети U(t), 4(1) и Uc(t) можно разложить на напряжения прямой обратной и нулевой последовательностей основной частоты и напряжение высших гармоник. Причем наиболыаий вес имеет напряжение прямой последовательности, величина которого в 10-100 раз превосходит величину остальных составляющих. Началь ная фаза ч напряжения прямой последовательности связана с кодом 5, эаносикшом в регистр 25 в виде соотношения (3), откуда следует (V-f- .-r, т.е. сэпорная система напряжений и прямая последовательность напряжений трехфазной сети находятся в противофазе, а следовательно, их амплитуды вычитаются. На втором этапе работы устройства ключ 30 разомкнут,поэтому увеличивается крутизна преобразования преобразователя 8 и уменьшается вес единицы младшего разряда. На втором этапе на пятом-седьмом периодах напряжения Уд(t) последовательность управляющих сигналов такая же,как и на первом-третьем периодах первого этапа (фиг. 2,р), но при этом в запоминающее устройство 14 заносятся коды ДСд, ЛСр, ДСс,, ДЬд, ДЬв и дЬ(- ортогональных составляющих разности входных напряжений и опорной системы напряжений, в начале восьмого периода формируются импульсы (фиг. 2,с,ц), которые устанавливают в нуль сумматоры 17 и 19. Затем из запоминающего устройства 14 выбираются коды дсд, ucg, дс, ДЬв и дЬс, а из запоминающего устройства 16 - константы +1/3, -1/6, -1/6, - УТ/б и + УТ/б, которые перемножаются в блоке 15 и суммируются с содержимым сумматора 17. Выводной код сумглатора 17, равный лс. + улсл Дс л сс V (фиг. 2,ч), заносится ,в квадратор 18, возводится в квадрат и суммируется с содержимым сумматора 19. Затем опять устанавливается в нуль сумматор 17, а из запоминающего устройства 14 выводятся коды ДЬд, ДЬ, &.Ь(- О CB и ДС( , а из запоминающего устройства 16 - константы +1/3, -1/6, -1/6, + УЗУб и - УзУб, которые перемножаются и суммируются с .содержи-мым сумматора 17. Выходной код сумматора 17, равный Л Ь + Д - j д Ьц - -g Л Ь, + заносится в квадратор 18, возводится в квадрат и суммируется с содержимым сумматора 19. Выходной код сумматора 19, равный лс + дЬ(фиг,2,ш) заносится в корнеизвлекающее устройство 2, где вычисляется -/ДсГ+ ДЬ Величина VQTKA численно равна отклонению напряжения трехфазной сети и заносится в регистрирующее устройство 21. Аналогичная последовательность управляющих импульсов (фиг. 2,с-ш) позволяет несимметрию напряжений трехфазной сети. Алгоритм вычисления может быть описан формулами с- А - - УГ тТ T в т с ь б с ь - - -g- ль Т VHCCHM - Унесим. с выхода корнеизвлекающего устройства 20 заносится в ре гистрирующее устройство 22, . Алгоритм вычисления смещения ней рали напряжений трехфазной сети опи сывается формулами - дсд + -J дс + 111 Ьо у4Ьд +-jAbB+-jdbct а:. т i «DO CM. нейтрали Код заносится в регистрирующее устройство 23, Таким образом, измеритель параметров качества электрической трехфазной сети позволяет повысить точность и расширить рабочий.диапаз измерений параметров качества элект энергии в 5-10 раз. Формула изобретения Измеритель параметров электричес кой энергии трехфазной сети, содерж .щий блоки умножения, сумматоры, индикаторы, запоминаклцие устройства, коммутатор, умножитель частоты, ква ратор, кррнеизвлекающее устЕЮйство, преобразователь напряжение-код и бл управления, выход преобразователя н пряжение-код подключен к первым вхо дам первого и второго блоков умножения, вторые входы которых соедине ны с первым и вторьом выходами перво го запоминающего устройства, выходы первого и второго блоков умножения подключены к первым входам первого и второго сумматоров, выходы которых подключены к второму запоминающему устройству, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего запоминающего устройства, выход третьего блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого через последовательно соединенные квадратор, четвертый сумматор и кор неизвлекающее устройство соединен с входами первого, второго и третьего регистрирующих устройств, одна из входных шин устройства через умножитель частоты соединена с входами преобразователя напряжение-код и блока управления, выходы которого подключены к соответствующим управляющим входам всех блоков устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения амплитудного диапазона, в него введены ключ, делители напряжения,, резистор, последовательно соединенные блок деления, функциональный преобразователь, регистр и источник . опорного напряжения, первый, второй и третий выходы которого подключены к первым входам пятого, шестого и седьмого сумматоров, вторые входы которых через соответствующие делители напряжения подключены к входным шинам устройства, выход коммутатора через .ключ и резистор соединен с общей шийой устройства, а первый, второй ti третий входы - с выходами пятого, шестого и седьмого сумматоров, управляющие входы всех введенных блоков соединены с соответствующими выходами блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Авторское свидетельствоСССР 375592, кл, G 01 R 29/16, 1973, 2,Авторское свидетельство СССР 377705, кл. G 01 R 29/16, 1973, 3,Авторское свидетельство СССР по заявке № 2607253,