Способ измерения активной и реактивной мощности

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩОСТИ, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения Напряжения тока, их перемйожают и усредняют результаты перемножения за период, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений в режимах, когда ток и напряжение имеют периот ческий характер и произвольную форму, перемноженные сигналы разделяют по знаку и усредняют отдельно, a составляющие мощности вычисляют по формулам: Р. - J a«(p.t.-p,to. где Р - ajcTHBHafl мощность; Q -.реактивная .мощность; Р.среднее за период значение положительной мгновенной мощности; Р. среднее за период значение отрицательной мгновенной мощности; (Л .Vсумма интервалов времени, на которых .мгновенная мощность положительна; t.§ сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность отрицательна; т период кривой мгновенной МО1ЦНОСТИ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РН 1УВЛИК (1% (11) Э(50 С,01 К 21 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ., Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

P=P Р

9 -:"(Р,t -P t, ) где Р (P

P—

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОВ ЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3628845/24-21 (22) 21.07.83 (46) 30.10.84.Бюл.1(40 (72) К.С.Демирчян, "Ф.П.Жарков, Л.Г.Зайцев и А.Г.Смирнов (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.317.38 (088.8) (56) 1.Гореликов Н.И.,Чайковский О.И.

Методы и средства цифровых измерений мощности. — Приборы и системы управления, 1973, N - 3, с.10-13.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 497530, кл. G 01 R 21/06, 1970. (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ

И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения "напряжения тока, их перем" йожают и усредняют результаты перем- ножения за период, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с пелью повьппения точности измерений в режимах, когда ток и напряжение имеют периодический характер и произвольную форму, перемноженные сигналы разделяют по знаку и усредняют отдельно, а составляющие мощности вычисляют по формулам. актйвная мощность, . реактивная .мощность; среднее за период значение положительной мгновенной мощности; среднее эа период значение отрицательной мгновен-

| ной мощности; сумма интервалов времени, на которых, мгновенная мощность положительна;

Ф сумма интервалов времени, е на которых мгновенная мощность отрицательна; период кривой мгновенной мощности.

P=Р+Р»1 у \ (+ )

I где P - -активная мощность;

Π— реактивная мощность;

P — - среднее эа период значение

Ф положительной мгновенной мощности;

P - -среднее за период значение отрицат льной мгновенной мощности; сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность положительна;

55 а !1216

Изобретение относится к цифровой электрОизмерительной технике и может быть использовано для учета и измерения мощности и энергии в энергетических системах с искажающими нагрузками.

Известен способ измерения активной и реактивной мощности, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока, перемножают их и усредняют результаты перемножения за период (1)

Недостатком указанного способа является низкая точность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения активной и реактив" ной мощности, заключающийся в том, что измеряют в и точках периода мгновенные значения тока и напряже- 20 ния со сдвигом по фазе на углы „ и P, перемножают эти значения для каждого из углов, суммируют и вычисляют мощности по получаемым числовым эквивалентам (2)

Однако известный способ не позволяет проводить измерения в несинусоидальных режимах и режимах, характеризующихся наличием субгармоник или различных частот напряжения и тока. gp

Цель изобретеиия — повышение точности измерения в режимах, когда ток и напряжение имеют периодический характер и произвольную форму.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока, их перемножают и усредняют результаты перемножения за период, перемноженные сиг- 40 налы разделяют по знаку и усредняют отдельно, а составляющие мощности вычисляют по формулам:

26

\ 2

Е - сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность отрицательна;

Т вЂ” период кривой мгновенной мощности.

На фиг. l приведена произвольная периодическая кривая мгновенной мощности Р(С);на фиг. 2 — блок-схема устройства, реализующего данный способ. Иэ теоремы Умова-Пойнтинга следует:

Пс Б - Ц ) 1,(t)i—

8В Ю 3e(t)

3а вГ д1

P(t) = Р (t)+ Р (t)- мгновенаая мощность;

P+(t) — ее часть движения энергии от генератора к нагрузке;

Р (t) — ее часть при движении энергии в обратном направлении;

Р, ()= Р0 ()+ Р ()- мощность, связанная с рассеянием энергии и ее преобразованием в иные виды;

Р (с) — ее часть при движении о энергии от генератора к нагрузке;

Р0 () — ее часть пои движении энергии в обратном направлении;

О И(t) 3M(t) 8 M(t)

+ --- — — — общее д . gt 3t изменение энергии накопителей;

3 M(t) а — — — изменение энергии накопителей при передаче мощности от генератора к нагрузке, а M(t)--- — — — изменение энергии накодс пителей при передаче мощности в обратном направлении, Усреднение за период всех указанных величин отдельно для положительных и отрицательных значений мгновенной мощности дает:

ЙЖ

Р= Р+ — —— (l)

+ о д

Р = P + — —dM (2) о д С учетом закона сохранения энергии

M(T)= M (О) и условия стационарности процесса для усредненных величин изменения энергии имеет место равен. ство

dt следовательно

3 11216 P + +Р= V,+ V = Р, {4), где Р— среднее за период значение мгновенной мощности, т.е. активная мощность.

Умножая (1) на t а (2) íà t и 5 вычитая одно из другого с учетом (3), получаем

Отсюда следует — = — (t,t -P„il, = — (Г,t - p t,) (5)

Полученное, выражение совпадает с реактивной мощностью в. записи

)! (Й t Р ) (6)

Т

Соотношения (4) и (6) позволяют вычислять активную и реактивную мощ-. ности для периодических кривых мгновенной мощности произвольной формы.

Устройство 1 и 2 напряжения и тока, осуществляющие гальваническую развязку и согласование уровней сигналов исследуемых цепей и измерительной части устройства; выходные напряжение П,„„ датчика 1 пропорционально измеряемому напряжению, g.å. 35

П вы„„= K „U g ; выходное напряж ние ПВцх2 Датчика 2 пРопоРЦионально

ых2 K>ie вх блок 3 перемножения сигналов с датчиков, блок 4 селекции сигнала, блок 40

5 усреднения, блоки 6 и 7 измерения длительности сигналов, блок 8 усреднения, аналого"цифровые преобразователи 9-13, встроенную микро-ЭВМ 14, управляющую работой устройства и об- 45 рабатывающую результаты измерений, блоК 15 индикации, отображающий результаты измерений, пульт 16 управления устройством, блок 17 сопряжения устройства со стандартным интер- 50 фейсом измерительных систем.

Измерение мощности производится следующим образом.

С помощью датчиков 1 и 2 напряжения и тока соответственно произво- 55 дится непрерывное измерение напряжения и тока. Сигналы с выходов этих датчиков поступают на блок 3 перемно-, 26 4 жения, который формирует сигнал,пропорциональный мощности P = K„U K i.

Этот сигнал обрабатывается блоком. 4 селекции, осуществляющим разделение сигнала на его входе по знаку, и через аналого"цифровой преобразователь

9 поступает на вход микро-ЭВМ 14, где программным путем производится вычисление периода. Положительная составляющая сигнала с блока 4 поступает на блок 5, производящий усреднение ее эа период, и блок 6, измеряющий суммарную за период длительность интервалов времени, на которых сигнал отличен от нуля. Блоки

7 и 8 производят аналогичные операции с отрицательной составляющей.

Информация с блоков 5 — 8 поступает через аналого-цифровые преобразователи 10 — 13 на вход микро-ЭВМ 14, производящей вычисление активной и реактивной составляющей мощности:

P=P +Р

q= (Р, -PK,).

Результаты вычислений отображаются блоком 15 индикации.

Использование предлагаемого способа измерения мощности позволяет добиться повышенной точности измерений, которую не могут обеспечить известные способы при наличии нагрузок, изменяющих форму кривых тока и напряжения.

Рассмотрим, например, результаты измерений реактивной мощности, когда напряжение и ток в нагрузке имеют соответственно вид:

0 = 0 „„, 51 Yl 43 4

i = 3„„„ь(и(Ы -4Б )+Э „,в и Rut,, 1 причем I = 01 I „„.

При этом реализация традиционных способов измерения,.как известно, дает величину

Оо

Я + { и 0 3 61и ф + 0g g 5<< Qg< „, и= что в рассматриваемом случае приводит к значению реактивной мощности, Г

4 3

Реализация же данного способа измерений с учетом выражения (6) дает величину Q 1 116 — U I

4 1 г.е. íà 11,6Х выше. Таким образом, S 1121626 б искажающие ющие свойства нагрузки учиты применять этот способ в информационваются более пол о. б ее полно но-измерительных и управляющих системах учета и контроля мощности и

Одинаковый подход к измерению ак- энергии. Это, в свою очередь, ведет тивной и реактнвной мощности делает к улучшению структуры энергопотребпредлагаемый способ достаточно универ- ления, т.е. к экономии энергоресурсальным,а использование при его реали- сов и рациональному использованию зации микро-ЭВМ дает возможность энергии.

Составитель В.Быков

Техред М.Гергель Корректор М.Розман

Редактор К.Волощук

Заказ 7975/35 Тираж 770 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент ю г.ужгоРод, Ул.ПРоектнаЯ,4