Способ определения электрических мощностей в системе генератор-преобразователь-потребитель

 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано при оценке снабжения электроэнергией в электрических и энергетических цепях для повьшения эффективности распределения и передачи энергии от генераторов к потребителям , содержащих, как промежуточное звено, преобразователь. Цель изобре-- тения - повьшение точности измерений распределения и передачи обменной и реактивной энергии в системе генератор - преобразователь - потребитель, когда существуют интервалы времени, на которых генератор (преобразователь ) отключен от преобразователя и потребителя (потребителя), при различной интенсивности преобразования электромагнитной энергии, поступающей от генератора в потребитель, в другие виды энергии на протяжении работы системы. Дня этого определяют ток потребителя in(t) и вычисляют интегралы квадратов мгновенных значений тока потребителя для интервалов времени, когда мгновенная мощность отрицательная, положительная и равна нулю. Реактивную мощность Q вычисляют по формулам, приведенным в тексте описания. 1 ил.. с S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5р 4 G 01 R 21/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4 139612/24-21 (22) 27.10.86 (46) 30. 11.88. Бюл. Р 44 (71) Институт электродинамики АН УССР (72) В. Е. Тонкаль, В. Я. Жуйков, С. П. Денисюк и Ю. А. Яценко (53) 621.317.38(088.8) (56) .Авторское свидетельство СССР

В 1121626, кл. G 01 R 21/06, 1984.

Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 4112336, кл. G 01 R 21/06, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

МОЩНОСТЕЙ В СИСТЕМЕ ГЕНЕРАТОР— ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ вЂ” ПОТРЕБИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано при оценке снабжения электроэнергией в электрических и энергетических цепях для повышения эффективности распределения и передачи энергии от генераторов к потреби„,80„„1441325 А1 телям, содержащих, как промежуточное звено, преобразователь. Цель изобретения — повышение точности измерений распределения и передачи обменной и реактивной энергии в системе генера-. тор - преобразователь — потребитель, когда существуют интервалы времени, на которых генератор (преобразователь) отключен от преобразователя и потребителя (потребителя), при различной интенсивности преобразования электромагнитной энергии, поступающей от генератора в потребитель, в другие виды энергии на протяжении работы системы. Для этого определяют ток потребителя i„(t) и вычисляют интегралы квадратов мгновенных значений тока нотребителя для интервалов времени, когда мгновенная мощность отрицательная, положительная и равна нулю. Реактивную мощность Q вычисляют по формулам, приведенным в тексте описания. 1 нл.

1441325

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано при оценке снабжения электроэнергией в электротехни;

5 ческих и энергетических цепях для повышения эффективности распределения и передачи электроэнергии от генераторов к потребителям, содержащих, как промежуточное звено, преобразователь.

Цель изобретения — повышение точности измерений распределения и передачи обменной и реактивной энергии в системе генератор — преобразова- 15 тель — потребитель, когда существуют интервалы времеНи, на которых генератор (преобразователь) отключен от преобразователя и потребителя (потребителя). 20

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения электрических мощностей в системе генератор— преобразователь — потребитель.

Устройство содержит датчик 1 напряжения, датчик 2 тока, блок 3 умножения, блок 4 определения знака, блоки 5 и 6 интегрирования, датчик 7

30 тока, блок 8 возведения в квадрат, коммутатор 9, блоки 10 — 12 интегрирования, аналого-цифровые преобразователи 13-17, вычислитель 18, блок

19 индикации, блок 20 сопряжения и пульт 21 управления ° Выходы датчиков

1 и 2 напряжения и тока подключены к входам блока 3 умножения, выход которого подключен к входу блока 4 определения знака, первый выход кото40 рого подключен к блоку 5 и первому входу Коммутатора 9, второй — к в ходу блока б и второму входу коммутатора 9, а третий — к третьему входу коммутатора 9, четвертый вход которо45

ro через блок 8 возведения в квадрат подключен к выходу датчика 7 тока, а первый — третий выходы подключены к входам блоков IΠ— 12 соответственно, выходы блоков 5, б, 10 11 и 12 через 50 аналого-цифровые преобразователи l3

17 подключены к входам вычислителя

18, управляющие выходы которого подключены к управ.((яюшим входам блоков

5, 6, 10, ll и 12, кроме того, вычи55 слитель 18 соединен с блоком !9 индикации, блоком 20 сопряжения и пуль,том 21 управления.

При оценке обменных процессов в системе генератор — преобразователь— потребитель требуется рассмотреть сечение генератор — преобразователь и преобразователь — потребитель. 11а периоде работы системы существуют три характерных интервала: интервал длительности t, когда

+ мгновенная мощность, поступающая, от генератора (преобразователя) в преобразователь и потребитель (потребитель), положительная; интервал длительностью t когда мгновенная мощность, поступающая от генератора (преобразователя) в преобразователь и потребитель (потребитель), отрицательная; интервал длительностью t, когда о генератор (преобразователь) отключен от преобразователя и потребителя (потребителя), для которых выполняется соотношение

+ t + t = Т.

Для определенности в дальнейшем рассмотрим обменные процессы при расчете активной, обменной и реактивной мощностей.и энергии в сечении преобразователь — потребитель (для сечения генератор — преобразователь аналогично).

Исходя из теоремы Умова-Пойтинга, поток энергии от генератора к потребителю через преобразователь sa период работы представим интегралом вида т т — J ()rrds)dt = J (г. (t)+ dt.

Пусть очередность следования интервалов периода Т равна t,, Тогда интеграл (1) запишем в форме

J ($rrds)dt = z, в + где 1; = J(frrds)dt ; drs (t.) dt

+ Т2 + Х„(2) б

J(s,(t) +

dt где P (t) — мощность, связанная с рассеянием энергии и ее преобразованием в иные виды;

ЙЯ( — изменение энергии накопиdt телей.

<+ о

W = J Р (t)dt;

1441325

Фб(и = J V,(t)dt; б,(О Ф

)и (t) dt () о (энергия на интервале t от генератора и преобразователя к потребителю 10 не поступает, превращение энергии в другие формы осуществляется за счет энергии, содержащейся в накопителях потребителя);

$ б

I dQ (t) !

5 ) J д э

g4. (4) 2

Ь«, ) 0; gwz o 0

Ы вЂ” энергия, поступающая от T енератора и преобразователя к потребителю;

W — энергия) возвращаемая генератору и преобразователю от потребителя; (+) (0) (->)

W (,,W, W — энергия, преобразуемая в потребителе в другие формы энергии соответственно на интервалах

+ о времени и

35 +

Ь Ч, Д W,, Д W — изменение энергии, накопленной в накопителях электромагнитной энергии потребителя соответственно на интервалах времени

+ о

В соответствии с определением обменной энергии наличие интервала t в системе генератор — преобразователь приводит к возможности определения обменной энергии через сечение преобразователь — потребитель двумя способами.

М =К +hw 3 (б) (о) 0 =W -6W

) Ф

Согласно первому способу определе50 ния обменной энергии в системе генератор — преобразователь — потребитель обменная энергия W,через сечение преобразователь — потребитель равна энергии Д W накопленной в потреби+

55 теле в конце интервала

dt;

w()+ w х = 1 ()nds)dt = 1 (г (t) +

dct (t)

at dt (3) х, — f (pads)at = f (p.(t) + ббббО 5 +б)) — dt

du (t)

dt ) при P(t)>0; t E. t при P(t)c0

t E.;t при Р(г.) = 0, Переменные в выражениях (2) — (4) имеют следующие значения:

Р,, (t); P, (t), Р,,(t), — мгновенная мощность преобразования энергии в потребителе в другие формы энергии соответственно на интервалах времени

des (t) дя (t) da (t) — мгновенная мощность (изменение энергии) в накопителях электромагнитной энергии потребителя соответственно на интервалах времени t,,t

Интервалы t, t, t могут состоять из нескольких не связанных между собой подынтервалов. . Если перейти от мгновенных значений указанных величин к интегральной форме, то имеют место следующие соотношения:

W. =W -hW (.-) t Э где М = J (Ро ((.) + ) и ;

+ Г + . dQ(t) о

W = J (P (t) dv (t) dt

W = (Р (t)dt;

da (t)

Д)) — и ; б б

W0ü(W =Ы +W -W.

1441325

А() к

15 (б) — P(t)dt.

Т

И вЂ” Ч

+ (+) (9) (14) v, = К J i „(tide. о

Энергия W на интервале t* превращается в другие формы энергии W а на интервале t наряду с превращением н другие формы W(возвращается в генератор (-W ) °

Обменная энергия W через сечение преобразователь — потребитель по второму способу равна энергии, накопленной в накопителях потребителя в 10 конце интервала

W =W -W -6W =W

+ (4-) + оья. ( (+) (о)

=((() - Ь)"1, = () ("г

Ъ

Ь И (о) = W(-) — WЭнергия () о на интервале t преобразуется в другие формы W() и возвращается в генератор и преобразователь 20 (-W ).

Выражения для обменной мощности с учетом формул (5) и (6) имеют вид

Ф (+) (,(= — .(8) 30

ii62 Т Т

Формулы (7) и (8) совпадаю г с реактивной Moll(íîñòüi> в записи .

+ (4) q =-И (W () ((Ы (10) 40 оба Т 7 э которые для схем синусоидального тока и напряжения эквивалентны общеприФ нятым определениям реактивной мощности и поэтому распространены на схемы с несинусоидальными токами и напряжениями.

Тепло Ы выделяемое на активном сопротивлении потребителя R занисит от тока потребителя i „(t) через это сопротивление

Активная мощность потребителя ripoпорциональна квадрату тока, потребляемого им от генератора, т.е.

Коэффициент пропорциональности R Ä имеет размерность сопротивления и в общем случае является переменной величиной, что связано с изменением структуры потребителя на протяжении интервалов его работы. Часто активное сопротивление потребителя, т.е„ коэффициент R„, зависит от тока и его значение во времени заранее может быть неизвестным.

При определении активньгх потерь по формуле (11) воспользуемся усредненным значением величины R на протяжении всего периода Т работы системы генератор — преобразователь — потребитель. Для этого введем величины:

1 г 1 (с) Д « P = — u(t) i(t)dtñ.. о о т

Тогда сопротивление R найдем из вык ражения т т

R„= —, = u(t)i(t)dt7 ) iä(t)dt

P г . о (12) Энергию, выделяемую н виде тепла в потребителе на интервалах t u t

+ 0 определим из соотношений:. +

W = Rq i„(t)dt; о

= RÄ i„(t)dt, (о) г о

Введем обозначения:

1

+ W — W + г.2

P = — ° P = — ° I =31 (t)dt т т 3

-Э о t

I = i„(ridt; I = J i„ lt)dc. о о

Тогда выражения для обменной и реактивной мощностей (7) — (10) с учетом формул (12) — (14) запишем в виде . (Р +Р )I (о Т + То +

1441325 (P +P)È +I)

) + (Р +Р}Т

Т +Т +Т 1 (Р +Р)(I +I) r» + т=)(Р

I + I" + I

20 (Р, Р)Т

I +I +Т

+ OS»

35 (P +Р }(I++ I ) + () =Р

I + I +Т

Измерение активной, обменной и реактивной мощностей с помощью устройства, реализующего данный способ, производится следующим образом.

Датчики l и 2 напряжения и тока осуществляют гальваническую развязку, согласование уровней энергетических цепей и измерительной части устройства, а также непрерывно измеряют мгновенные значения напряжения и „(t) и тока i „(t). Выходное напряжение датчика 1 напряжения и „,(t), пропорциональное измеряемому напряжению (uвв,„, () = eL„u в .(t ), и датчика тока и s„«(t}, пропорциональное измеряемому току (u в„„ (t) = Ы; i s„(t) поступают на блок 3 умножения, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный мгновенной мощности

P(t) = ва„цв„(t) Ы; i,„(t}.

Выходной сигнал блока 3 умножения поступает на блок 4 определения зна- ка, который позволяет разделить сигналы на выходе по знаку (компаратор напряжения), Положительная составляюкщая сигнала с выхода блока 4 определения знака поступает на блок 5, осуществляющий интегрирование мгновенной мощности P (t)(P (t) = P(t) О..

На выходе блока 5 формируется сигнал, пропорциональный W . Отрицательная

+ составляющая сигнала с выхода блока

4 определения знака поступает на блок 6, осуществляющий интегрирование мгновенной мощности Р (t)(P (t)

= P(t) (О. На выходе блока 6 формируется сигнал, пропорциональный W ., Сигнал с выхода датчика 7 тока, пропорциональный мгновенному току потребителя i„(t), поступает на вход блбка 8 возведения в квадрат, на.выходе которого формируется сигнал, пропорциональный величине i „ (t). Вы° 2 ходное напряжение блока 8 возведения в квадрат поступает на коммутатор 9, который в зависимости от значения управляющих сигналов с выхода блока 4

I определения знака подает выходной сигнал блока 8 возведения в квадрат на один из входов блоков 6, 10 — 12.

Если P(t) о. О, то выходной сигнал блока 8 возведения в квадрат поступает на вход блока 10; если P(t) О, 10 выходной сигнал поступает на вход блока 12; если генератор (преобразователь) отключен от преобразователя и потребителя (потребителя) ((1)

= О), то выходной сигнал поступает на

15 вход блока 1!. На выходах блоков 1012 формируются сигналы, пропорциональ- ные величинам:

+ 1

+ о Г

= j i„(t)dt; I = ) i„(t}dt; о О

I - ) i„(t)dt. о

Информация в аналоговой форме с блоков 5, 6, 10 — 12 поступает через аналого-цифровые преобразователи 13- .

l7 в вычислитель 18 который вычисляет активную, обменную и реактивную мощности:

30 +

P =.Р +Р

40 11 = () (P

+ (Р +Р )Т

+ (Р +Р }(I +Е)

I +Т+I

Так как в вычислитель 18 поступают

° составляющие W, W, I, I, I, то

+ о наряду с вычислением мощностей вычислитель 18 вычисляет активную энергию

W д = W + W, а также обменные W

W

50 (W Р ((ъ1 = (. «») T) °

Выходными сигналами вычислителя

18 являются величины f Р, Оов, » ч

01» у "д» W()s) ° 1 ову Wl»»» "рх.

Формула изобретения

Способ определения электрических мощностей в системе генератор — преф) i(t)dt; W = j u(t) i (t)dt1

+ (i(t)dt; I = 1„(t)dt; о

c(t)de.; 1 - J i„(t)dt, о

14413

W и(С

1 и() о î

=l" где Р {P ) + (Р +P )I 1

Q(« Р Т)- + Ть

Составитель С. Сафохин

Редактор М. Петрова Техред А. Кравчук Корректор М. Пожо

Производственно-полиграфическое предприятие, г. У)кгород, уя. Проектная,. 4 образователь — потребитель, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока, их перемножают и результаты перемножения ус5 редняют за период, перемноженные сигналы разделяют по знаку, вычисляют интегралы квадратов мгновенных значений тока для интервалов времени отрицательной и положительной мгновенных «р мощностей, активную мощность вычисляют по формуле Р = Р + Р, о т л и+ ч а ю шийся тем, что, с целью повьнпения точности измерений распределения и передачи обменной и реактив"15 ной энергии, определяют мгновенные значения тока потребителя i„(t); выделяют квадрат мгновенных значений тока потребителя i„(t) вычисляют интеграл квадрата. мгновенных значений 0 и тока потребителя для интервалов вре-. мени отключения элементов системы друг от друга, а реактивную мощность

Я вычисляют по формулам:

+ (P +P)(I +I)1

J ! 30

P = W /Т; P = Й /T;

"ь® ) Заказ 6284/49 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 среднее за период значение положительной (отрицательной) мгновенной мощности; мгновенное значение напряжения; мгновенное значение тока, сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность r(t)

u(t)i(t) положительная «9 сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность P(t) отрицательная; сумма интервалов времени отключения элементов системы друг от друга (r(t) = o); период кривой мгновенной