Спосіб визначення параметрів енергетичного режиму трифазної мережі з полігармонійними напругою і струмом та пристрій для його реалізації

1. Спосіб визначення параметрів енергетичного режиму трифазної мережі з полігармонійними напругою і струмом, що включає дискретний вимір напруги і струму трифазної мережі, визначення їх діючих значень, який відрізняється тим, що з метою підвищення вірогідності визначення параметрів енергетичного режиму напруга та стр ум розкладаються в ряд Фур'є по кожній фазі, максимальна кількість гармонік потужності при заданій кількості гармонік напруги та струму визначається як їх сума, визначаються діючі значення потужності для трьох фаз, миттєва косинусна та миттєва синусна складові потужності для всіх A 2 (19) 1 3 71354 4 чення цих величин перемножуються, тобто отритому, що має з пропонованим спільні ознаки: мується миттєва потужність P(t). Сигнал, пропор- перетворення аналогового сигналу знятого з ційний P(t) за допомогою аналогово-цифрового датчиків струму та напруги у ци фровий сигнал; перетворювача перетворюється в цифровий сиг- перемноження отриманих даних у дискретнал, що надходять на цифровий обчислювальний ному вигляді; пристрій для визначення параметрів електричної - отримання середнього та діючого значення енергії, включаючи активну, реактивну і повну попотужності. тужність, споживану енергію по першій гармоніці. З Відомо технічне рішення пристрою для визнаотриманих даних отримуються й інші величини по чення параметрів споживаної з мережі енергії [AC першій гармоніці. CPCP. 1408382, МКИ G01R21/06, Лічильники актиНедолік способу в тому, що він не дозволяє вної й реактивної потужності, опуб., БИЗиО одержати параметри енергетичного режиму (акти07.01.89, Бюл. №1]. вну, реактивну та повну миттєві потужності з ураЗа допомогою датчиків напруги та струм у, ввіхуванням дії гармонік, а також коефіцієнт перетвомкнутих в мережу, виміряються миттєві значення рення енергії), тобто має обмежені функціональні (поточні значення) напруги U(t) і струму I(t), отрий інформаційні можливості. мані значення цих величин надходять на вхід анаВідомий спосіб, який реалізує вимірювання в логового перемножувача, де перемножуються. мережі змінного струму за допомогою цифрового Результатом множення буде миттєва потужність перетворювача електричних сигналів [АС. СРСР P(t). За допомогою аналогово-цифрового перетво1534410, G01R21/00, опубл. 07.01.90 бюл. №1]. рювача аналоговий сигнал перетворюється в циСпосіб базується на тому, що сигнали від датфровий сигнал, що надходить на пристрій роздічиків напруги та струму за допомогою аналогового лення сигналів, де визначаються параметри помножувача перемножуються; отриманий сигнал електричної енергії, включаючи активну, реактивну інтегрується і перетворюється в цифровий код. і повну потужність, споживану енергію. З отримаОброблена подібним чином інформація надалі них даних знаходять інші величини. використовується для одержання параметрів споНедолік пристрою в тому, що він не дозволяє живаної енергії (активної, реактивної та повної одержати параметри енергетичного режиму, тобто миттєвої потужності). Недоліком відомого прискладові миттєвої потужності в частотному діапастрою є те, що сигнал миттєвої потужності йде на зоні, тобто має обмежені функціональні й інфорінтегратор без виділення змінних складових - примаційні можливості. стрій має обмежені функціональні й інформаційні Відомий пристрій, який реалізує вимір в мереможливості. жі змінного струму за допомогою цифрового переВідомий спосіб, що дозволяє визначати паратворювача електричних сигналів [AC. CPCP метри споживаної з мережі енергії [Рожков Е., Но1534410, G01R21/00, опубл. 07.01.90 бюл. №1]. вые электронные службы для учета электрической Сигнали наруги та струму знятих за допомогою энергии. Электроника, Наука - технология, бизнес. датчиків напруги і струму, ввімкнути х в мережу, 1999, №1, с.42-43]. Сутність відомого технічного передаються на вхід аналогового помножувача, де рішення полягає в наступному. Миттєві значення перемножуються, отриманий сигнал інтегрується і струмів і напруг за допомогою аналоговоперетворюється в цифровий сигнал. Оброблена цифрового перетворювача перетворюються в циподібним чином інформація надалі використовуфровий сигнал і надходять на цифровий обчислюється для одержання параметрів споживаної енервальний пристрій, що забезпечує множення знагії. чень вхідних параметрів, тобто отримані значення Недоліком відомого пристрою є те, що сигнал миттєвої споживаної потужності. Вихідний сигнал миттєвої потужності йде на інтегратор без видіперетвориться в частотний код з метою одержанлення змінних складових - пристрій має обмежені ня середньої за період потужності, формування функціональні й інформаційні можливості. масивів значень потужності за встановлений інВідомо технічне рішення пристрою, що дозвотервал часу, визначення максимальної потужності, ляє визначати параметри споживаної потужності виконання захисних функцій, збереження і відо[Рожков Е., Новые электронные службы для учета браження отриманої інформації. электрической энергии. Электроника, Наука - техНедоліком відомого способу є те, що характенология, бизнес, 1999, №1, с.42-43]. Сутність віристики енергопроцесів виходять з урахуванням домого пристрою полягає в наступному. Сигнали середньої потужності і діючих значень напруги і пропорційні напрузі і струму знімаються з датчиків струму, що не дозволяє: напруги та струму, ввімкнутих в мережу, сигнали - визначити значення змінних складових митпоступають на вхід перетворювача. Перетворювач тєвої потужності на інтервалі інтегрування; перемножує вхідні сигнали, в результаті чого от- визначити значення реактивної потужності римуються значення миттєвої потужності. Цей вагомих гармонік з урахуванням підсумовування з сигнал поступає на вхід мікроконтролера, де прокомпонентами миттєвої потужності викривлення; грамно перетворює його в значення Вт×год. і, по - визначити з потрібною точністю значення комірі накопичення сигналів, змінює показання сигефіцієнтів потужності і коефіцієнта реактивності. налів. Часті збої напруги живлення призводять до Недоліком відомого технічного рішення є обнеобхідності використання EEPROM для зберіганмежені функціональні можливості визначення ененя показників лічильника. ргетичних режимів у мережі з полігармонійними Недоліком відомого пристрою є те, що він напругами і струмами. придатний для вимірювання характеристик енерЗазначений спосіб приймається прототипом гопроцесів в однофазній або симетричній мережі і 5 71354 6 не дозволяє враховувати вплив полігармонійного T 1 P0 = ò u(t ) × i( t ) = складу напруги та стр уму. T0 Зазначений пристрій приймається прототипом тому, що має з пропонованим спільні ознаки: k =m =n ö 1 æ k =m=n = ç å UanIam + å UbnIb m ÷ + U 0I0 , - за допомогою датчиків струму і напруги виç ÷ 2 è k =m= n=1 k =m = n=1 ø значаються миттєві значення струму та напруги в Pak, Pbk - змінні косинусна та синусна складові аналоговому вигляді; потужності у кожній фазі. - за допомогою аналогово-цифрового перетворювача миттєві значення струму та напруги Діюче значення потужності для однієї фази перетворюються в цифровий код і надходять на визначається як: цифровий обчислювальний пристрій; T 1 2 2 - обчислювальний пристрій забезпечує мноPЭ А = ò u ( t ) × i ( t)dt = T0 ження значень вхідних параметрів, тобто отримання миттєвого значення споживаної потужності; k =m+n k =m +n - виведення отриманих значень на екран (ін2 1 2 1 2 = P0 + å Pak + 2 å Pbk . дикацію); 2 k=1 k =1 - передача на зовнішні пристрої. Аналогічним чином визначаються діючі знаВ основу винаходу поставлено задачу підвичення потужності PЭВ , PЭС для фази В та С. щення якості обліку електричної енергії шляхом урахування гармонічних складових напруги, струВизначається миттєва косинусна: му та потужності, що забезпечить облік активної і k =m + n реактивної потужності для кожної гармоніки загаPa A (t) = P0 + å Pa k cos(kWt), A k =1 льного сигналу потужності. та миттєва синусна: Перелік фігур винаходу: Фіг.1. Алгоритм виконання операцій при виk =m + n Pb A (t) = å Pb k cos(kWt), значенні енергетичних характеристик у мережі з k =1 полігармонійними напругою і струмом. складові потужності для фази А, а також відФіг.2. Алгоритм виконання операцій при виповідні значення для інших фаз PaB(t), PaС(t), значенні енергетичних характеристик у мережі з PbВ(t), PbС(t). Визначається повна миттєва косинуполігармонійними напругою і струмом (продовсна складова потужності: ження). Pa å (t) = PaA (t) + PaB (t) + PaC (t), Фіг.3. Пристрій для визначення параметрів енергетичного режиму трифазної мережі з полігата повна синусна складова потужності: рмонійними напругою та стр умом. Pb å(t) = PbA (t) + PbB (t) + PbC (t). Спосіб визначення параметрів енергетичного Визначаються діюче значення активної: режиму трифазної мережі з полігармонійними напругою і струмом полягає в дискретному вимірі напруги і струму трифазної мережі, визначення їх діючих значень, який відрізняється тим, що з метою підвищення вірогідності визначення параметрів енергетичного режиму напруга та струм за допомогою ряду Фур'є представляються у вигляді: u( t ) = U0 + i( t ) = I0 + n= ¥ å (Uan cos(nWt ) + Ubn sin(nWt )), n =1 m=¥ å (Iam cos(m Wt ) + Ibm sin(mWt )), m=1 по кожній фазі, де U0, I 0 - н ульові складові напруги та стр уму; Uаn, Ubn - амплітуди косинусної та синусної складових напруги; Іаm, Іb m - амплітуди косинусної та синусної складових струму. Максимальна кількість гармонік потужності при заданій кількості гармонік напруги та струму визначається у вигляді суми (k=m+n). Гармонійний склад миттєвої потужності кожної фази визначається у формі: P(t) = P0 + k =m +n k =m + n k =1 k =1 T Pa A = )2 , та реактивної потужності: T Pb A = ( 1 1 k =m+ n 2 ò (PbA (t )) dt = 2 å Pbk A T0 k =1 )2 , фази А. Аналогічно визначаються діючі значення РаВ, РаС та Р bB, PbC для фаз В та С відповідно. Визначається діюче значення складових потужності трифазної мережі з полігармонійними напругами та струмами: Pa å = PaA + PaB + PaC , Pb å = PbA + PbB + PbC. Визначається коефіцієнт використання активної потужності: ka = A 2 P0 + A 1 2 å Pa A 2 , PЭA та коефіцієнт реактивності фази А: å Pak cos(kWt) + å Pbksin(kW t), де Р0 - нульова складова потужності кожної фази, яка визначається як: ( k =m + n 1 2 2 1 ò (PaA (t )) dt = P0 A + 2 å Pak A T0 k =1 kb = A 1 2 å Pb A 2 . PЭA Аналогічним чином визначаються коефіцієнти k aB , k aC , kb B , k bC для фаз В та С. 7 71354 8 Визначається коефіцієнт потужності трифазної мації. При цьому на керуючі входи шестивходового мережі: комутатора та цифро-аналогового перетворювача з'єднані з цифровими виходами ЕОМ. Pa å kaå = , Пристрій для визначення параметрів енергеPЭ A + PЭB + PЭC тичного режиму трифазної мережі з полігармонійта коефіцієнт реактивності: Pb å kb å = . PЭ A + PЭB + PЭC За отриманими даними роблять висновок про відповідність параметрів енергетичного режиму трифазної мережі заданим значенням. Алгоритм виконання операцій при визначенні енергетичних характеристик у мережі з полігармонійними напругою і струмом наведений на фіг.1, фіг.2. Пристрій для визначення параметрів енергетичного режиму трифазної мережі з полігармонійними напругою та стр умом реалізує зазначений спосіб, включає в себе датчики напруги та стр уму, з'єднані з аналогово-цифровим перетворювачем, який відрізняється тим, що, згідно винаходу, пристрій додатково оснащений ЕОМ, шестивходовим комутатором, аналогово-цифровим перетворювачем, блоками відображення та зберігання інфор ними напругою та струмом наведено на фіг.3. Блоки датчиків напруги 1 та струму 2 встановлені в трифазну мережу. Сигнали пропорційні миттєвим значенням напруги та струму поступають на відповідні входи аналогового комутатора 3, з якого, у відповідності з керуючим імпульсом, поступають на вхід аналогово-цифрового перетворювача 4 для перетворення в цифровий код. З ви ходу аналогово-цифрового перетворювача сигнали поступають на вхід ЕОМ 5, яка виробляє керуючі імпульси для перемикання каналів аналогового комутатора та для керування частотою квантування аналогового сигналу аналогово-цифровим пертворювачем. ЕОМ має пристрій для вводу 6 та зберігання 7 інформації. У відповідності з алгоритмом ЕОМ виконує обчислення для визначення енергетичного режиму трифазної мережі. Блоки з першого по сьомий включно є типовими. 9 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 71354 Підписне 10 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601