Цифровой измеритель неуравновешенности напряжений в промышленной сети

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S1)S G О! К 29/16, (. О(> Г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯЧ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНЮ

И А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° 4ВВВ 43Ю В . А (Д7 ! а, >

©ч (» ) 4»,,"„3» .2/24 ,2 ) 23.0(>.дЗ

6! 3 5 (>((.91. Бю>т. i 1(> (7! 3», орожский машино(тр.итель— ный сти vт им. ?(Я. Чу зря (7 lА, .!1айе р (SU), (cн ия (t" Г:? и Ц ..!.;етровская (SU) (э 37 631, 32 > (08(>. 3) (>6) в вз«,.. «е свидетельс гво (ГГР ! 3! ((1, (, G 0! Р 2!)/16 1973.

Д(5(bкое DHH7e?e ?т .r= i (((9> > 52 кл О! Р 2э f (930. () Ц!Р(О3(э!! И3 (P11TF:. 1, И(УР5,Р!!О!!! -!!!Е!!11ОЦТИ !1Л!(Р>1!!(Г11ИЙ !! 1!Р;5гг(!i (!1.!1Н((!

СЕ:ТИ (17) 5!зобpf т(ние гтно..и гc5 к измери— тРЛЬПОИ ТЕХНИКЕ И ПРЕДНаэпаЧЕПг ДЛЯ ковтропя кач ства электроэнепгии сис-,ем э «-.к гроснабж-ния, Цель иэг 6Изобре тение относится к измерительной технике и предназначено для контрсля качества электроэнергии систем электроснабжения.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных воэможностей путем измерения действующих значений фазных напряжений нулевой и прямой ((оследовательнс стей и коэффициента неуравновешенНос ти сР ти .

1(а фиг.! представлена структурная схем> предлагаемого измерителя; на фиг. 2 — векторная диаграмма, поясНяющая принцип и>мерения действую-щ?(х значений с имметричных составляющих в измерите>(е.,„,SU„„i 1645915 А 1 рс — -пия — повышение точи >с H из. р = ния и расширение функци нальных вс змс гног гt é за счет измеренкя д й:-, вующих значений фазных напряженитз нулевой и прямой последовательпосте и к-.эффициенrа неуравн«вешеннос7и сети. !пя этого в измерителе произВОД (ТСЯ ОДНО ВРРМЕНН ая Rh((;0PK а И Зме рясны.: фазных йагрзженг(й и их пре" р:>зова ш-г в многоканальных по« ilед"

re>:ь(; в>.пю-т. ííûõ аналг>го-ни 1>рс»п п(>е((«раас пателе, ци,>оном н ре ? рс. « . п«м фип, ° тр», ма»mтс(бирующем блок

Hа сан>л.«ах>щем квадра-,opp. г>лок l чи л». ня,,з(пых напряжений нулевой прямой последовательностей и коэфф>(— цпе.l га и - ранновешеиности cå:ll lo:s

Ho«5t 7 .цепи гь качество электр0энергии. 2 ил.

Изме;>:-.е>? содержит (ф?(г. 1 } масшт, бныи преобразователь . ми«вокала.,нный ан» г го-цифровой прt «бр:зова7 i. ь, со;тояшнй из пяти l рео(>разодет»..?ей H лог — ксд 2 — 6. бл к / с Hil>(p«>н>(зации, многоканальный цифровой pf ic ó?>ñèâ>(bÿ фильтр, сс "оящий из пяти цифровых нерекурсивных фи;ьтров Р-12, многоканальнь(й масштабир -ащпй блок, состоящий из пяти масшта— (> ирующ?(;: блоков 1 3 — 1 7, мно гок аналь— ный накапливающий квадратор, сост«;5щий иэ пяти квадраторов 18 — 22, и блок нычисления фазных напряжений нулевой и прямой последовательностей и коэффициента неуравновешенности сети, содержащий два умножителя 23

1645915

25 (5) 30 где

° 4Ф

2 1 Т а = е

35 а=е,(Г

+ ) °

t где т.е. а =

2. 1 а

2 — j — one2.

45

50 (7) и 24, масштабирующие блоки 25 и 26, три сумматора 27-29, масштабирующие блоки 30 и 31, сумматоры 32 и 33, масштабирующий блок 34, квадраторы

35 — 37, сумматоры 38-39, два блока

40 и 41 извлечения квадратного корня, масштабирующие блоки 42 и 43, блоки 44 и 45 извлечения квадратного корня, квадратор 46, сумматоры 47 и lp

48, блок 49 деления кодов, масштабирующий блок 50, блок 51 извлечения квадратного корня, умножитель 52 и блок 53 регистрации.

Измеритель работает следующим образом.

Найдем алгоритм работы одного из нерекурсивных цифровых фильтров.Запишем выражение для мгновенных значений первой гармоники исследуемого 2р сигнала. (, ) = U В cosqOC+ C

1 составляющие амплитуды первой гармоники исследуемого сигнала или коэффициенты

Фурье, 2в

К=У ht = — —-o m в

Я вЂ” частота первой гармоники о сиги ала; ин те рв ал диск ре ти э ации сигнала;

m — число точек дискретизации сигнала, q = 0,1,2,...,(m-l).

Коэффициенты Фурье В и С равны соответственно:

2 tylВ = --- U cossO .ш с - 5

Э

s=o

С вЂ” —: 11 sinsg. (2) ш в g 5

Подставляя выражение (2) в формулу (1 ) получим

U — — U cos(q-s) g„

5 о 5

Сделав замену q"s n и воспользовавшись периодичностью сигнала, получим

2 с л и cosnIkе (3)

n-O "

Формула (3) показывает, что мгновенные значения первой гармоники сигнала в любой точке отсчета t получаются как линейная комбинация значений самого сигнала в точке t и

Ь (ш-1) предшествующих точках .е. Фор n (3) представляет собой алгоритм лииейного нерекурсивного цифрового фильтра (ш-1)-го порядка с весовыми коэффициентами h > = cos (nag и с умножением выходного сигнала фильтра на 2/m.

Передаточная функция этого фильтlh -1

pa W(Z) = - h„Z во

Зная Ul, можно найти квадраты действующего значения первой гармоники и - 2

U - —,0 U (4) =о

Далее по методу симметричных составляющих комплексы напряжений нулевой и прямой последовательностей можно записать соответственно:

1 °

U ---(U + U + Ц ) °

О 3 " 8 с

1 2

"пр = ("аЬ + а" вс + а UÌ) ратор поворота угла;

Ц lie УЬ и УС вЂ” комплексы фазнЫх н апряжений;

0 в "sc и

0 < — комплексы линейн

btX напряжений.

Из векторной диаграмма (фиг.2) по соотношениям сторон треугольников

СВД и САД находим аналитическое выражение векторов фаэных напряжений

"c - (х-х,) + 1(у-у ) По аналогии системы (7) получаем аналитическое выражение векторов линейных напряжений

1 ) )391 >

Пяб = " ав

1" Вс

LI = — (U Х) 1У

cj(< !l (I. " "l I (<И 1, Г Jj о) (j1 «)»". ношении стс.р»». ()<(,)< и (;RA an<) I »(»тс l.f«lи»; 2 2 2

ГАВ + " — па

2(А в

1 1 — (il + Х-ЗХ ) + о 3 11 о

3 ((— 3(,)

U

3ГЗ

2 г

UA5 + iIP.c i. А

У.

2LIA5

3 (— -()Д + 13 У) *

2 (16) . Г- UAs

+, 13(Х)1

i ч (< ) ;1> ис теорем» .Iи(аг ора

ПО У (И»1 0КГНЧ 3 (Il».i. i("(>(3

< и) " 1 Iих 1 11

1 —, + ( (1 2 ) l !

1 Г

3U 3L ) (-((3(<-, » ) — (I + ((в<- — 1-1,-„ (— сА Ь А ч- А; ьс

Г

1 2

60 "1(abc

Ав

2 1 () -- - (— г () А + " g Г, A . Ц 3 LI 2L.>,, " бс ) - (1- А)В, + 1- в.

3 2

5S

Н Ь y P:1 В Н О Н Е lll » f I f I O C T! I

10 Форма г.<

V;l — 3()а 3()я) < (J -i l()il»1<) — .i lа < 1< : () о1

v + 31(2(Аач-„.) 2 (l ar

-Г,,2

-АВ (<)в )ОО

1) <)

u, v, .,2 — 3 (2нА v() — (()д

-(vA2, + v — v, „)2) Подставляя ныражение (7) н (>) и (8) в (6) соответственно, посл» пр<гбра-(онаний получим:

3((<(()АВU13) A(3 в f) (а по ним определяется коэЖ»)иц»(е»1т

Соотношения (3), (4), (5), (6), (17), (18) и (19) положены в основу работы измерителя.

Линейные напряжения 11д (t), Г (3(,(С), 11 (t) с выходов масштабного пре Фразователя 1 и фазные напряжения

Lf (t), LI1)(t) исследуемой сети поступают на входы аналого-иифроных преобразователей 2-6 соответственно и блока 7, который залает моменты квантовая tg каждого из сигна IQB

U(t) и в эти моменты Формирует импульсы запуска преобразователей 2-6.

На выходе каждого из преобразователей образуются коды мгновенных знаII" с т 1нляя ныраж»нич (13);-; (! ">) н (о), а такж((14) и (1 .) и j ()) <)1 н»TC l»(»IIII<) 1 п< ч, 1()»об)г:l <,li >ill иу) . «) If пря.-»ои !(<) "л»,1(иа ()-;, с -е

11 СЛ» evil>fi((НИД» С 0(тi= t гс: <ЕЧ)(1

Ч»НИИ И СЛЕДУ»М»1 0 СИГ),:-..1 1 <. (Г;, — i которые подаются Hd вход hа: „(<: 0 и)

) цифровых фил ь трон 3--, 2 с о» тн(- .< - н анно.

В каждом цифрово» и<.р(:урсин» О»1 филь гр» 3 — 12 реа>и<ау»тсч а>горитм (. 1 cosn()(,, причем н»(:онь;» ксэффи gf »»f Tbf CO S11 (), НЫЧ И»ЛЯ)<> 1 С 5(И 3 аг1ИСЛ<Н аются н б;1ок памяти цифрового фильтра заранее . Код с выхода к ажд<: го фильтРа подается чеРез ка дый из масштаб ирующих блоков 1 3 — 1 7 н а к а)кдый из квадраторов 13-22 соответственно: Коэффициент передачи »пока равен 2/m и поэтому

164 91 на его выходе образуется код 1!1 согласно выражению (3). Каждый из квадраторов 13-22 предназначен дпя возведения в квадраты кода (!<11 и суммиро2 вания полученных квадратов U1 в m точках квантования. В результате н каждом иэ квадраторов 18-22 согласно выражению (4) будут по;1учены коды величины Ul, представляющей собой квадрат действующего значения первой гармоники исследуемоro сигнала.

Таким образом, на выходах квадраторов 18-22 соответственно попучак т2 2. 2 с Kopbl BeJ1HR)4H ПАЬ USC LcA 1 A H !5

Ue. Коды с выходов квадраторов I B

20 поступают на входы суммирования сумматора 27, в котором получ Ipтся код суммы квадратов

2 2

UAe + "ьс + "сд

С выходов квадраторов 18 и 19 ко2,2 ды U Ь и U Ь соответственно ииодятAÜ ся в умножителей 23, с выхода которо2. го код произведения L! IIe, Ц поступа- 25 ет на масштабируюший блок 30, коэффи— циент передачи котс рого ранен четырем, поэтому на em выходе образует,2

Ся код ч ПАЬ "ЬС ° д 1!СА с выхода квадратора 20 30 через масштабирующий блок 31 с коэффициентом передачи, равным 2, поступает на вход вычитания сумматора 32, на вход суммирования которого посту— пает также код с выхода сумматора 27, в результате чего и сумматоре 32 по,2 лучается код разности киадратои (11Ae, +

+ 1!Ь U Сд) KDTоРыи за I PM ВВ07нтс>1

2,2

ЬС СД в киа1ратор 36.

Полученный квадрат суммы кнадра 40 тов (Б АВ + Ь ВС U д ) с выхода квад,2 ратора 36 и код произиепения киадратов 4 134 ВСЬ с выхода масштабируюше2 .2 го блока 30 поступают на входы вычитания и суммиронания соответственно 45 сумматора 38, и котором формируется ,2 2,2 коД Разности 4 ГАВ U e,c — (! A> +

2 БЬС вЂ” УС4) .

Код с выхода сумматора 38 поступает на вход масштабируюшего блока

42, коэффициент передачи которого равен 3, и на вход блока 4 извлечения квадратного корня, ловчем иа выходе масшт 1бир; наш го блок,l 42 обра,2 2, 2 зуетс>1 коп 3141 дв вс (1 Alb + пвс 55

2 21

U ) а н,1 I«I>н д» блок;1 41 изСд влечения ки;1.1р:I сп.> I.I к 1рнн — код

2 1 2 2 2 2

4U4e Г SC — (П Ae + Пe c — !<,.4 ) Код с выход» масштабирующегo блока

42 вводится в блок 44 извлечения квадратного корня, с выхода которого, код поступает на вход суммирования сумматора 47. На другой вход суммирования сумматора 47 поступает код с выхода сумматора 27.

H сумматоре 47 получается код

2 2

"АЬ + "Ьс + UcA который представляет собой квадрат действующего значения напряжения прямой последовательности.

Код с выхода квадратора 19 поступает на вход суммирования сумматора

29, на другой Вход суммирования которого через масштабирующий блок

25 с коэффициентом передачи, равным трем, вводится код с выхода квадратора 21. На входы вычитания сумматора 29 прикладываются коды с выходов квадраторов 20 и 22, причем код с вь1хода квадратора 22 поступает на вход масштабирующ гo блока 34 с коэффициентом передачи, равным 3, ча ,2

Выходе которого образуется код 3 L<, который затем вводится в сумматор

? 9 . .В сумматоре 29 получается код (П вЂ” БcA — 3L e, + 3UA), который через квадратор 37 прикладывается на вход суммирования сумматора 48. Коды с выходов квадраторов 18 и 22 соответственно поступают на входы суммирования сумматора 28, на вход вычитания которого вводится код с выхода ква,1ратора 21, в результате чего в сумматоре 28 образуется код суммы

2 Д квадратов Б 4Ь + Ц Ь вЂ” 1- АФ Ko Togbm затем через квадратор За поступает на вход вычитания сумматора 33.

С выхода квадраторов 18 и 22 коды U„ и Ug соответственно вводятся в умножитель 24, с выхода которого код произведег ния квадратов UAe, ° U Ь поступает на масш "абируюший блок 26 с коэффициентом передачи, равным четырем, поэтому г на его выходе получается код 4 UAS U который затем поступает на вход суммирования сумматора 33.

I

В сумматоое 33 образуется код разД 2. 2 2 ности 4 !!два Ь вЂ” (UA + Ue — 11A) 10

1645о I 5 ко.l »рый через блок 40 иэвлече>1ия квадратного корня и масштабируюший блок 43 с коэффициентом передачи,рл»ным трем, вводится на вход вычилания сумматора 39, на вход суммирования которого поступлет код с выходл блока 41 извлечения квадратного корня °

В сумматоре 39 получается код который затем через кнлдрлтор 46 и >ступает на другой вход суммирования сумматора 43, н котором образуется код

>2 2 2,22 (1>< — (1(4 — 3(1 В + 31>4) +.г,,2

АЬ 0М сЙ ),Я

4 "дв "sc

2 2

4в в А

4(14в (>в который является квадратом дейст>«ующего энлчения напряжения нупев1 и 11оследовательности. Коды с выходов сумматоров 47 и 48 поступают нл соответствующие входы блока 49 деления кодов, на ныходе которого получается код де 1ения в соответствии с Формулой (19).

Код с выхода квадратора 13 через олок 45 извлечения квадратного корня и масштабирующий блок 50 с коэф«Ьици100 вводится в ентом передачи в умножитель 52, причем в блоке 45 извлечения квадратного корня производится деление и извлечение квадратного корня.

l .J

Код с выхода блока 49 деления через блок 51 извлечения квадратного корня . поступает на другой вход умно. жителя 52, на выходе которого получается коэффициент неуранновешенности (19), и он поступает на блок 53 регистрации. би«хро«1: «лция работы всех уз IOH и «мерителя» ушеетнляется блоком 7.

Ф о р м у," л и з о б о е т е и и я

11ифровой измеритель неуравн1>вешенности напряжений в промышленной сети, с одержлщий масштабный и реоб разо†влт1ль, входы которого явля>тся вхо— длми Флзных напряжений измерителя, I0 л«л.лого-цифровой преобразователь, и«<1 прил«ионный I«xogI кот рогo соедиHE н с в11ходом масштабного преобраз>нлтеля, I>JIOK синхронизации, соответствующий выход которого соединен с нхг-! 5 до . ° 1 стробирования аналогo цифрОБОГО преобрл «овлтеля, о т л и ч л ю шийся гем, что, с целью говьгяения точ«ости измерения и рлсширения функционлль>«hû возмс жностей путем

20 и .«м>е ре ни я дей с тву1< >1«1их 3 н аче ний фл «

Hhlx и л1!ряжений ну; .евой и и ря мой пос ледо1««тель«остей и коэффициентл не— урлв«он вше>гности сети, аналого-цифро««oui преобразователь выполнен в виде

25 многоканального лнллого †цифрово

1>реоб>рлзnвателя, в него введены многоклнлл«.ные последовлтельно соединенные пифровой рекжрсивный Фи 1ьтр,масштлбирукщ >й блок и накапливающий

>и кв;1дрлтор, а также блок вычисления фл «ных 11лпряжений нулевой и прям1>й последовательностей и к >эффициентл неуравновешенности се ги, входы синхронизации которого соединены с соответствующими выходами блока синхро35 низлции, входы запуска которого соединены с соответствующими выходами масштабного преобразователя и входами Флзных напряжений измерителя, соот40 ветствую«11ие информационные входы многока«лльного аналого-цифрового преобразователя соединены с входами фазных напряжений измерителя, а выход соединен с информационным входом многоканального цифрового рекурсивного фильтра, выходы многоканального накапливающего квадратора соединены с информационными входами блока вычисления фазных напряжений ну50 левой и прямой последовательностей и коэффициента неуравновешенности сети, 1! () Г i ) () 1

1645915

Составитель В. Куленкамп

Тех р ед А. Крав ч ук

Корректор С.Шекмар

Редактор М.Келемеш

Заказ 1348 Тирах 429 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ухгород, ул. Гагарина, !01