Спосіб цифрового виміру симетричних складових напруг трифазної мережі

Реферат: UA 72534 U UA 72534 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання симетричних складових напруги трифазної мережі. Найбільш близьким до пропонованого є спосіб, реалізований в [А.с. СССР № 746336, МПК G01R29/16, 1980]. У ньому здійснюється аналого-цифрове перетворення вхідних трифазних напруг в А-, В-, С- послідовності кодів, котрі пропорційні миттєвим значенням вхідних трифазних напруг в моменти часу ti. А-, В-, С-послідовності кодів перетворюють і запам'ятовують згідно наведених нижче формул. Виходять два числа: v(ti)=uА(ti)-0,87[uB(ti)-uC(ti)], w(ti)=0,5[uB(ti)+uC(ti)], де: uА(ti), uB(ti), uC(ti) - коди, котрі пропорційні миттєвим значенням вхідних трифазних напруг в моменти часу ti. Далі виділяють коди, пропорційні основній гармоніці. Кожне з цих двох чисел v(ti) та w(ti) множать на costi та sinti та результати запам'ятовують в чотирьох реверсивних лічильниках. За період досліджуваного сигналу після обробки кодів миттєвих значень у згаданих реверсивних лічильниках отримують коди v і w квадратурних складових основної гармоніки напруги. Далі ці коди v i w використовують в арифметичному пристрої для отримання кодів, пропорційних вимірюваним симетричним складовим напруги трифазної мережі. Недоліком пристрою, який реалізує описаний спосіб, є невисока точність, бо при середньоквадратичному значенні похибки i виміру кожного миттєвого значення фазної напруги і припущенні незалежності цих вимірів (найкращий для точності випадок) сумарна похибка вимірювання миттєвого значення v(ti) дорівнює 3i . Сумарна похибка вимірювання миттєвого значення w(ti) дорівнює 2i , а похибка вимірювання миттєвого значення результату вимірювання дорівнює 5i . 25 30 35 40 45 50 55 Крім того, алгоритм вимірювання досить складний, так як необхідно попередньо виділити v(t) i w(t), а коди основної гармоніки необхідно виділити 4 рази. В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення й підвищення точності вимірювання напруги зворотної послідовності, а також розширення функціональних можливостей. Поставлена задача досягається тим, що спосіб цифрового виміру симетричних складових напруги трифазної електричної мережі, заснований на аналого-цифровому перетворенні трьох вхідних А, В, С напруг у відповідно А-, В-, С-послідовності кодів миттєвих значень, отриманні кодів напруги зворотної послідовності основної гармоніки, згідно корисної моделі новим є те, що число вимірювань кодів миттєвих значень напруг підстроюють до частоти f н напруги мережі і в кожній фазі дорівнює 3k (k=1,2,3,4…), А-, В-, С-послідовності кодів миттєвих значень напруг запам'ятовують поспіль у відповідно А-, В-, С-послідовності комірок пам'яті, коди Апослідовності комірок пам'яті поспіль, починаючи з першої "комірки пам'яті", складають відповідно з кодами В-послідовності комірок пам'яті поспіль, починаючи з (2k+1)-ї комірки пам'яті, і кодами С- послідовності комірок пам'яті поспіль, починаючи з (k+1)-ї комірки пам'яті, з отриманої послідовності сум кодів виділяють коди напруги зворотної послідовності основної та вищих гармонік. Для вимірювання зворотної послідовності вищої гармоніки необхідно виділяти напругу відповідної гармоніки. Для вимірювання прямої послідовності необхідно будь-які дві вхідні напруги поміняти місцями. Суть способу, що заявляється, пояснюється кресленням, де на фігурі зображена функціональна схема пристрою, котрий реалізує даний спосіб. Розглянемо роботу пристрою, що реалізує спосіб, який заявляється, при вимірі напруги зворотної послідовності. Пристрій (креслення) містить блок аналого-цифрових перетворювачів 1, блок підстроювання частоти вимірювання миттєвих значень 2, регістр А- послідовності 3, регістр В-послідовності 4, регістр С-послідовності 5, суматор 6, регістр сум 7, перший регістр констант 8, другий регістр констант 9, перший множний блок 10, другий множний блок 11, перший і другий реверсивні лічильники квадратурних складових 12 i 13, арифметичний пристрій 14, блок індикації 15. Напруги відповідно фаз А, В, С на входах пристрою можна представити: uA=U1(1)msint+U2(1)msint uB=U1(1)msin(t-120)+U2(1)msin(t+120) uC=U1(1)msin(t+120)+U2(1)msin(t-120), U1(1)m - максимальне значення напруги прямої послідовності першої гармоніки, U2(1)m - максимальне значення напруги зворотної послідовності першої гармоніки. Блок підстроювання частоти 2 підстроює частоту fв вимірювання миттєвих значень до частоти f м 1 UA 72534 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 напруги основної гармоніки відповідно з виразом: f в=3kfм, k - ціле число, наприклад, k=120. Причому Tм=1/fм=3k/fв=3kt. Блок аналого-цифрових перетворювачів 1 перетворює трифазну А, В, С напругу відповідно в А-, В-, С-послідовності кодів миттєвих значень, які записуються підряд в комірки відповідно регістрів А-, В-, С- послідовностей (регістри 3, 4, 5): вміст і-й комірки регістру 3 NA(it)=K1(U1(1)msinit+U2(1)msinwit), вміст і-й комірки регістру 4 NB(it)=K2(U1(1)msin(it-120)+U2(1)msin(it+120)), вміст і-й комірки регістру 5 NC(it)=K3(U1(1)msin(it+120)+U2(1)msin(it-120)), де К1, К2, К3 - коефіцієнти передачі вхідних каскадів і блоку 1 аналого-цифрових перетворювачів відповідно А, В, С вхідних напруг (K1=K2=К3). Після накопичення в регістрах 3, 4, 5 по 3kd (d - кількість періодів, d=1,2,3…) кодів миттєвих значень напруг відповідно фаз А, В, С суматор 6 багаторазово підсумовує три коди миттєвих, значень (додавання А-, В-, Спослідовностей кодів). Коди А-, В-, С- послідовностей в режимі підсумовування кодів обертаються в відповідно регістрах 3, 4, 5 по кільцю. Коди А- послідовності поспіль, починаючи з першої комірки пам'яті (i=1), складаються відповідно з кодами В- послідовності поспіль, починаючи з (2k+1)-ї комірки пам'яті В- послідовності (відповідає додатковому 240° зсуву фази В зі знаком плюс) і кодами С- послідовності поспіль, починаючи з (k+1)-ї комірки пам'яті Спослідовності (відповідає додатковому 120° зсуву фази С зі знаком плюс). Результати складання записуються в комірки регістру сум 7. Довжина регістру сум 7 також 3 kd. Вміст регістру сум 7 можна представити (К1=K2=К3): N(it)=NA(it)+NB(it+240)+NC(it+120)= =K1(U1(1)msinit+U2(1)msinit)+ +K2(U1(1)msin(it-120+240)+U2(1)msin(it+120+240))+ +K3(U1(1)msin(it+120+120)+U2(1)msin(it-120+120))  3K1U2(1)msinit, де NB(it+240), NC(it+120) - відповідно В- і С- послідовності кодів миттєвих значень напруг фаз В і С, додатково зсунуті відповідно на +240° і +120° для основної гармоніки (відповідно на 2k+1 і - k+1 комiрки пам'яті). Далі в цифровому вигляді блоками 8-14 обчислюються квадратурні складові і код, пропорційний вимірюваної симетричної складової, наприклад, за допомогою Фур'є-перетворення, як в прототипі. Вміст комірок регістру сум 7 в першому множному блоці 10 множиться на коди синуса і записується в перший реверсивний лічильник 12. Вміст комірок регістру сум 7 у другому множному блоці 11 множиться на коди косинуса і записується в другій реверсивний лічильник 13. Після обробки кодів миттєвих значень у реверсивних лічильниках 12 і 13 отримуємо коди квадратурних складових вимірюваної симетричної складової основної гармоніки. Потім в арифметичному пристрої 14 отримуємо код коефіцієнта несиметрії, котрий визначається напругою зворотної послідовності. Спосіб, що заявляється, дозволяє: 1. Значно знизити вимоги до точності виділення кодів напруги першої гармоніки і розрядності блоків Фур'є-перетворення при вимірі напруги зворотної послідовності основної частоти, тому що немає необхідності виконувати обчислення з багаторозрядними кодами фазних напруг, що містять домінуючі по модулю (більші в 30-70 разів) коди напруги прямої послідовності основної частоти. 2. Знизити вплив вищих гармонік на результат вимірювання, оскільки результат вимірювання не залежить від напруг основної та вищих гармонік послідовності, яка не вимірюється. 3. Спростити алгоритм вимірювання симетричних складових, так як: а. Замість використання багатократно двох формул для отримання результату достатньо виконати багатократно складання трьох кодів. б. Для виділення результату виміру одної симетричної складової досить виділення коду напруги першої гармоніки двох величин (вмісту одного регістру), а не чотирьох (вмісту двох регістрів), як в найближчому аналозі. 4. Зменшити вплив не тільки гармонік, частоти яких кратні частоті основної гармоніки, але і похибок, що вносяться іншими видами шумів і перешкод, збільшенням кількості періодів напруги мережі накопичуваної інформації (d більше 1). 5. Зменшити похибку вимірювання симетричних складових, так як при реалізації способу, що заявляється, і середньоквадратичному значенні похибки і, виміру миттєвого значення кожного 2 UA 72534 U фазної напруги і припущенні незалежності цих вимірів (найкращий для точності випадок) сумарна похибка вимірювання миттєвого значення результату дорівнює i 3 , тобто ця 5 10 складова похибки зменшується в  5 / 3  1,3 рази. 6. Визначити симетричні складові трифазних напруг вищих гармонік з номерами 2, 4, 5, 7, 8, 10, 11 і т.д. Для вимірювання зворотної послідовності вищої гармоніки необхідно виділяти напругу відповідної гармоніки. Для вимірювання прямої послідовності необхідно будь-які дві вхідні напруги поміняти місцями. Спосіб, що заявляється, може бути використаний і при вимірюванні інших показників якості електроенергії, наприклад, відхилення та коливання напруги, котрі нормуються змінами напруги прямої послідовності, а також симетричні складові вищих гармонік. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 Спосіб цифрового виміру симетричних складових напруги трифазної електричної мережі, заснований на аналого-цифровому перетворенні трьох вхідних А, В, С напруг у відповідно А-, В, С-послідовності кодів миттєвих значень, отриманні кодів напруги зворотної послідовності основної гармоніки, який відрізняється тим, що число вимірювань кодів миттєвих значень напруг підстроюють до частоти fM напруги мережі і в кожній фазі дорівнює 3k (k=1,2,3,4,…), А-, В-, С-послідовності кодів миттєвих значень напруг запам'ятовують поспіль у відповідно А-, В-, Спослідовності комірок пам'яті, коди А-послідовності комірок пам'яті поспіль, починаючи з першої комірки пам'яті, складають відповідно з кодами В-послiдовності комірок пам'яті поспіль, починаючи з (2k+1)-ї комірки пам'яті, і кодами С-послідовності комірок пам'яті поспіль, починаючи з (k+1)-ї комірки пам'яті, з отриманої послідовності сум кодів виділяють коди напруги зворотної послідовності основної та вищих гармонік. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3