Устройство для измерения показателей качества электроэнергии трехфазной сети

 

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, содержащее входной масштабно-суммирующий преобразователь , коммутатор, преобразователи код-напряжение и напряжение-код, блок умножения частоты, блок формирования констант, комбинационный сумматор, вычислитель, индикатор и блок управления, причем три входных зажима через входной масштабно-суммирующий преобразователь соединены с тремя входами коммутатора, выход которого через преобразователь коднапряжение соединен с входом преобразователя напряжение-код, выход лервого комбинационного сумматора через -блок формирования констант соединен, с управляющим входом преобразователя код-напряжение, один из входных зажимов через блок умножения частоты соединен с входом синхронизации блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходил которого соединены с управляющими входами коммутатора, комбинационнр го сумматора, преобразователя напряжение-код и вычислителя, выход которого соединен с индикатором, отличающееся тем,что, с цельюрасширения функциональных возможностей и повышения быстродействия , в него введены преобразователь кода, комбинационный и накапливающий сумматоры, блок памяти, причем три дополнительных выхода входного масштабно-суммирующего преобразователя соединены с тремя дополнительными входами коммутатора , выход преобразователя напряжение-код через последовательно соединенные преобразователь кода, второн комбинационный сумматор, блок памяти соединен с вычислителем, выход блока памяти соединен с управляюи1им входом второго комбинационного сумматора , выход накапливающего сумиатора соединен с первым комбинационным сумматором, пятый, шестой и седьмой выходы блока управления соединены с управляющими входами преобразователя кодов, накапливающего сумматора и блока памяти соответственно . 2. Устройство по п.1,.о т л ичающееся тем, что. блок управления содержит распределитель имО О) пульсов, счетчик, дешифратор и логическую схему управления, причем счетный BxoA-j счетчика через распре4 t4D делитель импульсов соединен с входом синхронизации блока управления,вхЬды дешифратора подключены к выходам СО СО второго, третьего и последнего разрядов счетчика, два входа логической схемы соединены с третьим и четвертым выходами распределителя импульсов , четыре других входа логической схемы соединены с выходами первого, второго, третьего и последнего разрядов счетчика, при -этом выходы дешифратора являются первым выходом блока управления, выходы первого и предпоследнего разрядов счетчика вторым и четвертым выходами блока . управления, первый и второй выхсды распределителя импульсов - шестым и третьим выходами блока управления , а выходы логической схемы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 0 01 R 29/16

1„..»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР, . ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3424662/18-21 (22) 14.0 4.82 (46) 30.,12.83. Бюл. Р 48 (72) С.Г. Таранов, И.П. Гринберг, Ю.С. Железко, О.Л. Карасинский и P.Б. Хусид (71) Институт электродинамики

AH УССР (53) 621.317.322 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 765760., кл. 0 01 R 29/16, 25.09.78.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 2955755/18-21, кл. 0 01 R 29/16, 10.07.80. (54) (57) 1.УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИЗ "ЕРЕНИЯ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ, содержащее входной масштабно-суммирующий преобразователь, коммутатор, преобразователи код-напряжение и напряжение-код, блок умножения частоты, блок формирования констант, комбинационный сумматор, вычислитель, индикатор и блок управления, причем три входных зажима через входной масштабно-суммирующий преобразователь соединены с тремя входами коммутатора, выход которого через преобразователь коднапряжение соединен с входом преобразователя напряжение-код, выход первого комбинационного сумматора через -блок формирования констант соединен с управляющим входом преобразователя код-напряжение, один из входных зажимов через блок умножения частоты соединен с входом синхронизации блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, комбинационного сумматора, преобразователя напряжение-код и вычислителя, выход которого соединен с индикатором, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью. расширения функциональных е возможностей и повышения быстродей„„SU„„1064233 А ствия, в него введены преобразователь кода, комбинационный и накапливающий сумматоры, блок памяти, причем три дополнительных выхода входного масштабно-суммирукщего преобразователя соединены с тремя дополнительными входами коммутатора, выход преобразователя напряжение-код через последовательно соединенные преобразователь кола, второи комбинационный сумматор, блок памяти соединен с вычислителем, выход блока памяти соединен с управляющим нходо>л второго комбинационного сумматора, выход накапливающего сумматора соединен с первым комбинационнь>м сумматором, пять>й, шестой и седьмой выходы блока управления соединены с управляющими входами преобразователя кодов, накапливающего сумматора и блока памяти соот- („ нетстненно, 2. Устройство по п.1,,о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит распределитель импульсов, счетчик, дешифратор и логи- { > ческую "схему управления, причем счетный вход счетчика через распределитель импульсов соединен с входом Д Ь синхронизации блока управления,вхЬды дешифратора подключены к выходам второго, третьего и последнего раз- © рядов счетчика, два входа логической схемы соединены с третьим и четвертым выходами распределителя импульсон, четыре других входа логической схемы соединены с выходами первого, второго, третьего и последнего разрядов счетчика, при -этом выходы дешифратора являются первым выходом блока управления, выходы первого и предпоследнего разрядов счетчика вторым и четвертым выходами блока управления, первый и второй выхсдь> распределителя импульсов — шестым и третьим выходами блока управления, а выходы логической схемы

1064233

45 пятым и седьмым выходами блока управления. .3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что входной масштабно-суммирующий преобразователь содержит делитель напряжения и масштабно-суммирующий преобразователь, причем три входа делителя напряжения являются входами входного масштабно-суммирующе1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для-определения показателей качества электроэнергии .(отклонение напряжения, коэффициентов несимметрии и неуравновешенности напряжений трехфазной сети), которые нормируются ГОСТом 13109-67, а также для измерения уровней гармоник фазных напряжений и .симметричных составляющих .напряжений трехфазной сети.

Известно устройство для измере ния симметричных составляющих на.пряжений трехфазной сети, содержащее генератор, блок сдвига фазы, индикатор, масштабйо-суммирующий преобразователь, переключатель., блок умножения, умножитель частоты, преобразователь кода в числб импульсов, фильтры нижних частот и ключи (1j.

Недостаток указанного устройства — низкое быстродействие из-за большой длительности цикла измерения (4 периОда) и необходимости уравновешивания угла сдвига фазы.

Наиболее близким к предлагаемому . по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения симметричных составляющих напряжений трехфазной сети, содержащее масштабно-суммирующий преобразователь, коммутатор, два ключа, преобразователь код-напряжение, преобразователь напряжение-код, умножитель частоты, счетчик, регистр,ком,бинационный сумматор, блок формирования констант, вычислительный блок, блок индикации, логические схемы и блок управления 2J.

Однако известное устройство может измерять одновременно только один параметр. Для получения полной информации о показателях качества электроэнергии необходимо одновременно измерять все показатели качества электроэнергии, причем не только по симметричным составляющим,, но и по фазным напряжениям.

30 го преобразователя, а .три выхода делителя напряжения соединены с входами масштабно-суммирующего преобразователя и тремя выходами входного масштабно-суммирующего преобразователя, три выхода масштабносуммирующего преобразователя являются тремя другими выходами входного масштабно-суммирующего преобразователя.

Цель изобретения"- расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения показателей качества электроэнергии трехфазной сети, содержащее входной масштабно-суммирующий преобразователь, коммутатор, преобразователи код-напряжение и .напряжение-код, блок умножения частоты, блок:формирования констант, комбинационный сумматор, вычислитель, индикатор и блок управления, причем три входных зажима через входной масштабно-суммирующий.преобразователь соединены с тремя входами коммутатора, выход которого через преобразователь коднапряжение соединен с входом преобразователя напряжение-код, выход первого комбинационного сумматора через блок формирования констант соединен с управляющим входом преобразователя кбд-напряжение, один из входных зажимов через блок умножения частоты соединен с входом синхронизации блока управления;первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, комбинационного сумматора, преобразователя напряжение-код и вычислителя, выход которого соединен с индикатором, введены преобразователь кода, комбинационный и накапливающий сумматоры, блок памяти, причем три дополнительных выхода входного масштабно-суммирующего преобразователя соединены с тремя дополнительными входами коммутатора, выход преобразователя напряжение-код через последовательно соединенные преобразователь кода, второй комбинационный сумматор, блок памяти соецинен с вычислителем, выход блока памяти соединен с управляющим вхоДом второго комбинационного сумматора, выход накапливающего сумматора соединен с первым комбинационным сумматором, пятый, шестой и седьмой

1064233 выходы блока управления соединены с управляющими входами преобразовате-. ля кодов, накапливающего сумматора и блока памяти соответственно.

Блок управления содержит. распределитель импульсов, счетчик, дешифратор и логическую схему управления, причем счетный вход счетчика через распределитель импульсов соединен с входом синхронизации блока управления, входы дешифратора 10 подключены к выходам второго, третьего и последнего разрядов счетчика, два входа логической схемы соединены с третьим и четвертым выходами распределителя импульсов, четыре 15 других вхбда логической схемы соединены с выходами первого, второго, третьего и последнего разрядов счетчика, при этом выходы дешифратора являются первым выходом блока управления, выходы первого и предпоследнего разрядов счетчика — вторым и четвертым выходами блока управления, первый и второй выходы распределителя импульсов — шестым и третьим выходами блока управления, а выходы логической схемы— пятым и седьмым выходами блока yh-. равления °

Входной масштабно-суммирующий преобразователь содержит делитель напряжения и.масштабно-суммирующий преобразователь, причем три входа делителя напряжения являются входами входного масштабно-суммирующего преобразователя; а.три выхода делителя напряжения соединены с входами масштабно-суммирующего преобразователя и тремя выходами входного масштабно-суммирующего преобразователя, три выхода масштабно- 40 суммирующего преобразователя яв— ляются тремя другими выходами вход ного масштабно- суммирующего преобразователя.

На чертеже приведена блок-схема 45 предлагаемого устройства.

Устройство содержит входной масштабно-суммирующий преобразователь ., 1, состоящий из делителя 2 напряжения и масштабно-суммирующего пре- образователя- 3, коммутатор 4, преобразователь 5 код-напряжение (ПКН), преобразователь (ПНК) напряжение-код 6, преобразователь 7 кода, комбинационйый сумматор 8, блок

9 памяти, вычислитель 10, блок 11 индикаций, блок 12 формирования констант, комбинационный сумматор 13, накапливающий сумматор 14, блок

15 умножения частоты, блок 16 управления с выходами 17-23, состоящий иэ распределителя 24 импульсов, счетчика 25, дешифратора 26 и логической схемы 27.

Входные шины 28-30 через входной

:масштабно-суммирующий преобраэова- 65 тель 1, коммутатор 4 и преобразователь 5 код-напряжение (ПКН) связаны с входом преобразователя 6 напря.жение код (ПНК), причем. коммутатор

4 снабжен дополнительными входами, которые подключены к дополнительным выходам преобразователя 1, а именно к выходам делителя 2 напряжения.

ВыходЫ ПНК 6 через преобразователь 7 кода, комбинационный сумматор 8, блок 9 памяти и вычислитель 10 связаны с входами блока 11 индикации, причем выходы блока 9 памяти присоединены также к другим входам комбинационного сумматора 8. Управляющие входы ПКН 5 через блок 12 формирования констант и комбинационный сумматор 13 подключены к выходам накапливающего сумматора 14, на входы которого подается код "К" номера измеряемой гармоники. Шина 28 через блок 15 умножения частоты соединена с входом синхронизации блока

16 управления. Выходы 17-23 блока

16 подключены соответственно. к . входам управления коммутатора 4, сумматора $4 сумматора 13, ElHK 6, преобразователя 7 кода, блока 9 памяти и вычислителя 10. Вход синхронизации блока 16 через распределитель 24 импульсов подключен к выходу счетчика 25, выходы второго,.третьего и последнего разрядов которого соединены с дешифратором 26.- Входы схемы 27 соединены с третьим и чет,— вертым выходами распределителя 24 и выходами первого, второго, третьего и пбследнего разрядов счетчика

25. Выходы дешифратора 26 являются выходами 17 блока 16, выходы первого и предпоследнего разрядов счетчика

25 — выходами 19 и 23 блока 16, первый и второй выходы распределителя

24 — выходами 18 и 20 блока 16, а выходы логической схемы 27 — выходами 21 и 22 блока 16.

Устройство работает следующим образом °

Один цикл работы устройства соответствует двум периодам входного напряжения UA . В первом периоде определяют симметричные составляю,щие напряжения, а во втором †фазные напряжения К -х гармоник.

Работа устройства синхронизируется выходными импульсами блока 15 умножения частоты, период следования которых равен T /N, где Т q— период напряжения U, N — - коэффициент умножения частоты.

Каждый выходной импульс блока

15 умножения частоты поступает на вход синхронизации блока 16 управления, а именно на вход запуска распределителя 24 импульсов., при помощи которого формируются .сигналы в интервале времени между выходными импульсами блока 15 умно1064233 жения частоты. Последний выходной импульс распределителя 24 поступает на счетный вход счетчика 25.

Выходной код и счетчика 25 соответствует номеру выходного импульса блока 15 умножения частоты. Так как длительность цикла работы устройства равна двум периодам входного напряжения, в течение которых на счетный вход счетчика 25 поступает

2N импульсов, то выходной код счетчика 25 принимает значения от О до .2N-1. Выходной код и также соответствует номеру выходного импульса блока 15 умножения частоты, который отсчитывается от начала цикла работы, при этом в первом периоде

n N 1, а во втором — от N до 2N-1. Сигналы на вы. ходах 18, 19, 20 и 23 блока 16 со,ответствуют сигналам на соответствующих выходах распределителя 24 .импульсов и счетчика 25. Сигналы на выходах 17 соответствуют выходным сигналам дешифратора 26. Так как дешифратор 26 подключен к выходам счетчика 25, то эти сигналы определяются только выходным кодом и счетчика 25. Сигналы на выходах

21 и 22 блока 16 соответствуют выходным сигналам логической схемы

27, так как схема 27 подключена к выходам счетчика 25 и распределителя 24, то эти сигналы определяются как выходным кодом и счетчика

25, так и выходными сигналами распределителя 24 импульсов.

Входные напряжения поступают через делитель 2 напряжения на входы масштабно-суммирующего преобразователя 3. Выходные напряжсния преобразователя 3 равны:

u= — и- — u — — u;

3 А б в 6 с и=У и - и,;

2 6 в b с й= — u- — "и, —,и, 1

3 3 где П,U8, U — выходные напряжения делителя 2, пропорциональные фазным напряжениям на входах устройства.

Напряжения ОА ОВ Ос i 01< через коммутатор 4 поступают на аналоговый вход ПКН 5. Последова-! тельность подключения этих напряжений определяется сигналами на выходах 17 блока 16, которые поступают на входы управления коммутатора 4.

При этом в первом периоде, когда выходной код счетчика 25 принимает значения и: — О, 1, б, 7, 12, 13,,,N-5, N-б, на аналоговый вход

ПКН 5 через коммутатор 4 поступает апряжение U«n H n = 2, 3, 8, 9, 14, 15, .,N-4, N-3 — напряжение U ; при n = 4, 5, 10, 11, 16, 17 ...,N-2, Н-1 — напряжение U9, во втором периоде при n = N, N+1

И+б, N+7 2N-6, 2N-5 — напряжение U<, при n = N+2, N+3, N+8, N+9 2N-4, 2N-3 — напряжение

5 U>, при n = N+4, N+5, И+10, N+11, 2N- 2, 2N-1 — напряжение

Ймпульс на выходе 18 блока 16 соответствует сигналу на первом выходе распределителя 24 и поступа10 ет на вход управления накапливающего сумматора 14. При этом к его прежнему состоянию прибавляется код "К" на его входных шинах. После и-го импульса умножителя 15

15 частоты код на выходах сумматора 14 равен mod n К. Этот код через комбинационный сумматор 13 поступает на входы блока 12 формирования констант. При этом, если на входе управления сумматора 13, который подключен к выходу 19 блока 16, а именно к выходу первого разряда счетчика 8, логическая "1", то к коду на входе сумматора 13 при 5 бавляется код N/4, а если логическии "О", то входной и выходной коды сумматора 13 совпадают. Следовательно, если выходной код счетчиЗО

40 ся кодом «;и йа входах блока 12.

65 ка 25 четный, т.е. и = О, 2, 4,..., 2Н-2, то на входе блока 12 будет код,;и равный mod N и К а при нечетйом и, т.е. при и = 1,3,5,..., 2N-1, на входе блока 12 будет код равный и осМ, (n К + М)4).

На управляющие входы ПКН 5 поступают константы с выхода блока 12 формирования констант, значения которых равные и 2л/Ngn,. определяютТаким образом, при и = 0,2,4,..., ?N — 2 на вход ПКН 5 поступают константы Sin 2Л l (mod nK), а при n = 1, 3, 5,..., 2 N — 1 — к он с та нты si n 2Т/N(mod< ) (их+ N/1)). CooTBeTCTBeHHQ, козффици2Т ент передачи ПКН 5 равен втп — nK или coo 2л/M пк.

При помощи ПКН 5 производится умножение сигнала на его аналого2л вом входе на код Уп — qn или

2= сов — с(п. Выходные сигналы ПКН 5

N преобразуются в коды X при помощи ПНК б в момент поступления на его вход управления сигнала с выхода 20 блока 16, т.е. с второго выхода распределителя.

Выходной код ПНК 6 поступает через преобразователь 7 кода на вход комбинационного сумматора 8. При этом, если на входе управления преобразователя 7, который подключен к выходу 21 блока 16, будет логи1064233

2У

ВНИИПИ Заказ 10526/47 Тираж 710 Подписное филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ческий "0", то преобразователь 7 не изменяет входной код, а если логическая "1", то преобразователь 7 инвертирует входной код, т.е. в этом случае на вход сумматора 8 будет поступать код — Х„

Блок 9 памяти .имеет ячейки памяти, в которых хранятся частичные суммы, необходимые для определения синусных и косинусных составляющих напряжений прямой b+, aj., обратной b=, a= и нулевой b, a О последовательностей и фазных напряжений: Ьд, a>, bs, aS, Ь, sC соответственно.

Взаимодействие комбинационного сумматора 8 и блока 9 памяти осуществляется следующим образом.

Логическая схема 27 в блоке 16 управления на выходах 22 формирует адрес нужной ячейки блока 9 памяти и определяет путем подачи сигнала на вход преобразователя 7 с каким значком должен суммироваться код

ПНК 6 в сумматоре 8 с содержимым выбранной ячейки блока 9 памяти.

На выходе сумматора 8 образуется сумма кодов содержимого выбранной ячейки и выходного кода преобразОвателя 7, которая заносится в эту же ячейку памяти.

В конце первого периода напряжения в ячейках блока 9 памяти будут храниться коды ортогональных составляющих симметричных последовательностей напряжений К-й гармоники.

В конце второго периода напряжения в ячейках блока 9 памяти будут храниться коды ортогональных составляющих Фазных напряжений К-й гармоники.

В конце каждого периода напряжения сигнал на выходе 23 блока 16, который соответствует отрицательному фронту на выходе предпоследнего разряда счетчика 25, запускает

5 вычислитель 10, в который заносятся коды синусных и косинусных ортогональных составляющих. Вычислитель

10 вычисляет корни квадратные иэ суммы квадратов соответствующих

fQ ортогональных составляющих симметричных последовательностей и фазных напряжений, которые пропорциональны модулям напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей. Эти коды выводятся в блок 11 индикации.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве расширены функциональные возможности о и повышено быстродействие. Расширение функциональных воэможностей обусловлено тем, что можно одновременно иэмерять все симметричные составляющие или фазные напряжения, 5 что повышает достоверность информации о показателях качества электрической энергии. Повышение быстродействия по крайней мере в три раза достигнуто благодаря тому, что информация об основных показателях качества электроэнергии трехфазной сети: отклонении напряжения, коэффициентах несимметрии и неуравновешенности, которые определяются по напряжениям прямой, обратной и нулевой последовательностей, может быть получена эа один период вместо трех, как это было в прототипе (при условии применения быстродействующего аналогового переключателя).