Способ измерения комплекса параметров синусоидальных сигналов трехфазной сети

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в энергетике для контроля протекающих процессов в устройствах режимной автоматики. Цель изобретения -увеличение быстродействия и расширение функциональных возможностей - достигается путем измерения мгновенных значений одноименных сигналов (тока, напряжения) двух фаз в моменты перехода через ноль соответствующего сигнала третьей фазы, измеряют интервалы времени между последовательными моментами измерений, по ним определяют амплитудные (действующие) значения исследуемых сигналов и частоту сети по соответствующим формулам, а также измеряют интервал времени между переходами через ноль первых с начала измерения соответствующих сигналов напряжения и тока, по которому с учетом моментов времени между последовательными измерениями и частоте (периоду) сети опоаделяют cos p для каждой фазы и соответствующие активные и реактивные мощности и полную мощность. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 R 19/04

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4604088/21 (22) 19.10.88 (46) 23.09.91. Бюл, М 35 (71) Азербайджанский научно-исследовательский институт энергетики им, И. Г, Есьмана (72) С. С. Бабаев, Л. Р, Мишне и Е. И. Хайкин (53) 621.317(088.8) (56) Горлач А. А. Минц M. Я. и др. Цифровая обработка сигналов в измерительной технике. — Киев: Техника, 1985, Авторское свидетельство СССР

М 1064422, кл. G 01 R 21/06, 1989.

Каниев В. Э. Иэмерительно-вычислительные комплексы. — Л.: Энергоатомиздат, 1988. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСА

ПАРАМЕТРОВ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ (57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в энергетике для контроля протекаИзобретение относится к электроизмерительной технике, решает задачу измерения амплитудных (действующих) значений синусоидальных напряжений (токов) и частоты сети, а также активные и реактивные мощности и может быть использовано в энергетике для измерений протекающих процессов в устройствах режимной автоматики.

Цель изобретения — повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей.

Согласно способу измерения комплекса параметров синусоидальных сигналов трехфазной сети, заключающемуся в измерении мгновенных значений синусоидальных исс,, Я2,, 1679398 А1 ющих процессов в устройствах режимной .автоматики, Цель изобретения — увеличение быстродействия и расширение функциональных возможностей — достигается путем измерения мгновенных значений одноименных сигналов (тока, напряжения) двух фаз в моменты перехода через ноль соответствующего сигнала третьей фазы, измеряют интервалы времени между последовательными моментами измерений, по ним определяют амплитудные (действующие) значения исследуемых сигналов и частоту сети по соответствующим формулам, а также измеряют интервал времени между переходами через ноль первых с начала измерения соответствующих сигналов напряжения и тока, по которому с учетом моментов времени между последовательными измерениями и частоте (периоду) сети опоеделяют cos rp для каждой фазы и соответствующие активные и реактивные мощности и полную мощность. 2 ил. ледуемых сигналов в моменты времени. соответствующие определенным фазовым углам, и обработке полученных мгновенных значений согласно математическим зависимостям, дополнительно производят измерение мгновенных значений одноименных сигналов (тока или напряжения) двух фаэ в моменты перехода через ноль соответствующего сигнала третьей фазы, измеряют интервалы времени между последовательными моментами измерений, по ним определяют амплитудные (действующие) значения исследуемых сигналов А А, А В, Amc и частоту сети по формулам;

1679398

А =- — л

rn A !»!

2ао а„ (02 а1) 2 2

О, Umc

U1 UmA!

Оо UmB

02 UmA

15 где ао, ао, а1, а1 а2. а2 — мгновенные зна1 1 1 чения соответствующих напряжений (токов) фаз, определяемые в моменты перехода через ноль сигнала третьей фазы;

f — частота сети, 20 а также измеряют интервал времени между переходами через ноль первых с начала измерения (t!») соответствующих сигналов напряжения и тока, по которому с учетом моментов времени между последователь- 25 ными измерениями и частоте (периоду) сети определяют сов р для каждой фазы и соответствующие активные и реактивные мощности.

На фиг. 1 представлена блок-схема уст-. 30 ройства измерения и контроля; на фиг. 2— временные диаграммы, поясняющие способ.

Способ осуществляют следующим образом, 35

В моменты перехода, например, напряжений Од(т), UB(t) и Uc(t).фаз д, В, С измеряются мгновенные значения двух других, не равных нулю фазных напряжений, и пусть, например, измерения последовательно 40 проводились в моменты tO t1 и i2 причем в момент то напряжение переходило через ноль.от минуса к плюсу. Тогда справедлива система уравнений

45 (2) U1 UmB

% Опс

0» О!пд — 010mC =О

О, Од+020mmB =0 ! (3) !

02 UmmB — 010 с =О

L4 Π— 01

Оо020!

0 02 — 01!

5О Ц . " „)y 1 (4) является решением (3).

Теперь, если существуют il ив> такие, 55 что первое, второе и четвертое уравнения системы (1) превратятся в тождество, то полностью удовлетворим системе (1).

Подставляем найденные значения (4) в первое, второе и четвертое уравнения сис-. темы (1), тогда

02 =0mA з!и C0t2 ао 1

Д = — О И;А = — — itу-, В а а2 о а1 (а, а2) 2. ао а!

01а2

Ц = Umt; sin (Л - В 1! ) = Umt; sin В tt

0 =UmBsln(2X-Nt2) = UmB sin®t2

U1 =.UmA з!и И11

О) = UmB в!и (2Ж-N(t2 — t1 )) =

=-UmB sInC0(t2-t1 ) !

02 = Umg sin (X+ G0(t2 t1 ) ) =

=-umC s1n CO(t2-11), где Uo, Uo, 01, 01, Ог, 02 — мгновенные

I I I значения соответствующих напряжений фаз, определяемые в моменты to, t1, t2;

UmA, UmB Um! — амплитудные значения напряжений Од(с), UB(t) Uc(t); а — угловая частота.

Так как все уравнения системы (1) не равны нулю, то их можно делить одно на другое. Разделим первое на третье, второе на пятое и четвертое на шестое, тогда

Перепишем систему (2) в виде

Получим систему линейных однородных

УРавнений относительно UmA, UmB, Umt(три уравнения, три неизвестных). Чтобы она имела нетривиальное решение, необходимо равенство нулю определителя системы!

= — Оо 0102 — Оо 0102 =О, т.е., чтобы выполнялось условие

UOU1U2 = -Оо0102.

При выполнении этого условия любой

ВЕКТОР (О!пд, UmB, Umg ВИда

1679398

sinet1 =- —; —

U1 0о

Ы 0102 о= обоИли перепишем в виде

casino) t1 = — Uo U1 и подставим второе уравнение системы (6) в

15 первое уравнение системы (6), получим зlп у — О зlп у cos у = — D sin у, 20

Сокращаем зlп у, так как он не равен нулю, получим

sin cu t1 01

sin враг 02

«0102 з1п вt1 Ub 01

1 — (D sin у) = О соз у — 2 D cos у+ 0;

Откуда

20 .— 1

cos у=

2D (8) 35

Обозначая г

=-D2D — 1 D

2 имеем

45 или

50 о1иг .-0 (sin у cos Л+ sin Лсоз у ) = — У= sin y 55

Us (6) . и> и2 з!и Л= . sin y.

И U1

=О

2Dã

I 1

„Ог=гО

sinn t2 — — —.

U2 0о!

sih и(сь — сг ) — — т-,т —.

Uo 0102.л з1п N t2 = Uo 01 (I

А sln cu(tz — ri ) — — г—

Uo 0102

Исходя из предположения, что система (5) совместна, т.е, имеет решение, преобразуем и решим ее. Деля первое уравнение на второе и третье на первое, запишем систему (5) в виде или в виде

U1 s1n N t2 = 02 sin в т1 — 01 sln в(t2 — t1) — — ) — зlп вt1.

01 U2

Uo дя. у вт1

Л= в(тг-t1), сЮ

- U1 sin (у + Л-) = U2 sin y — U1з1п Л- sin у.

«0102

0о

Применяя формулу синуса суммы, получаем

Из второго уравнения системы (б) следу ет, что

01 0г так как cos Л > 0 (А практически меньше

90о), Обозначим

1 2

1!1 — (О sin y ) — D cos y = - О . (7) Перенося 0 cos у в правую часть. возводим в квадрат, Тогда

Проверим, действительно ли (8) удовлетворяет (7), т.е. не получено ли псевдорешение возведением (7) в квадрат: (2Р ) г (2D -1) 20

1679398

Откуда при D ) 0 найденное решение действительно удовлетворяет (7), Из (8), подставляя первоначальное обозначение, пишем

5 предлагаемую систему уравнений, а также нахождение угла сдвига фаз между напряжениями и между токами. Измерение интервала времени между переходами через ноль первых с начала измерения соответствующих сигналов напряжения и тока необходимо для определения сдвигов фаз между всеми напряжениями и токами для определения активной и реактивной мощности, Устройство (фиг. 1) для осуществления способа содержит преобразователи 1 и 2, преобразователь 3 интервала в код, устройство 4 обработки и блок 5 регистрации, причем соответствующие. входы

5 преобразователей 1 и 2 являются входами устройства измерения, вторые выходы преобразователей 1 и 2 соединены с соответствующими входами преобразователя 3 интервала в код, выход которого, а также первые выходы преобразователей 1 и 2 соединены с соответствующими информационными входами устройства 4 обработки, выход которого соединен с входом блока 5 регистрации.

Устройство работает следующим образом, Соответствующие сигналы фаэ А, В, С с входов устройства измерения поступают на входы преобразователей.1 и 2 (фиг. 2), Преобразователи 1 и 2 работают аналогично.

Преобразователи 1 и 2 передают на соответствующие входы устройства 4 обработки .информацию об амплитудных (действующих) значениях фазных напряжений и токов, частоте сети и углах сдвига фаз между напряжениями (токами ).

По этой информации, а также по информации о времени запаздывания с выхода преобразователя 3 интервала в код устройство 4 обработки определяет угол сдвига между напряжениями и токами соответствующих фаэ, активные и реактивные мощно-. сти, а также преобразует информацию для блока 5 регистрации.

5 Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет получи ь исчерпывающую информацию для измерения трехфазной сети за время, практически не превышающее трети периода сигнала сети, а применение вычислите.лей и перенесение "центра тяжести" на алгоритмические методы измерения (обработку программными средствами) позволяет без значительных аппаратурных затрат расширить функциональные возможности технической реализации.

Формула изобретения

Способ измерения комплекса параметров синусоидальных сигналов трехфазной. сети, включающий измерение мгновенных

cos вt>—

Откуда

1 в= — х

2 (01 02 ) 0

Из (5) находим k,подставляя в первое уравнение, найденное значение и;

2Lbu 010 (4 (ц — гавр-) — 1 (U(01)

Так как мы удовлетворили (2) и первому, 25 второму и четвертому уравнениям системы (1), то и удовлетворяются уравнения три, пять и шесть (1), т,е. всей системы (1), Тогда в (4) подставим найденное значение (. и получим:

0„= — Л=

0о (10) 20>

0о

0mB—

0о 02

um(il =

01 (12) 50 в (4 (д — Ов-) — 1 (Ог U )

Введение операций измерения мгно- 55 венных значений сигналов двух фаэ в моменты перехода через ноль сигнала третьей фазы и измерения интервала времени меж, ду последовательными моментами измерений необходимо для подстановки в

1679398

20

А

mc O

25 сигналов в моменты времени, соответствующие определенным фазовым углам, и обработку полученных мгновенных значений согласно математическим зависимостям, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью 5 увеличения быстродействия и расширения функциональных возможностей, производят измерение мгновенных значений одноименных сигналов (тока, напряжения) двух фаз вмоменты переходачерез нольсоответ- 10 ствующего сигнала третьей фазы, измеряют интервалы времени между последовательными моментами измерений, по ним определяют амплитудные (действующие) значения исследуемых сигналов и частоту 15 сети по формулам;

Am = il „ я а, !

A = Л

m8 аа l о а р

8 -2a.à,(а юй) (a а„)

1 1(а,o,1 — @vs coS 1, у

2 ", 2 ai o2 где ао, ао, а1. аi, а2 а2 — мгновенные значения соответствующих сигналов напряжения (тока), определяемые в последовательные моменты времени tO, t1, 12;

f — частота сети;

10, т1, t2 — моменты времени перехода через ноль сигнала, соответствующей фазы, а также измеряют интервал времени между переходами через ноль первых с начала измерения (to) соответствующих сигналов напряжения и тока, по которому с учетом моментов времени между последовательными измерениями и частоте (периоду) сети определяют cos р для каждой фазы, соответствующие активные и реактивные мощности и полную мощность.

1679398

t, Составитель В.Федотов

Редактор Н,Тупица Техред М, Моргентал Корректор М.Шароши

Заказ 3210 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101