Устройство для автоматического контроля показателей качества электроэнергии

 

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -.

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 815644 (21) 4852541/21 (22) 20.07,90 (46) 23.11.92. Бюл. ¹ 43 (72) О.В. Птицын (56) Горшков Б.И. Элементы радиотехнических устройств, Справочник. — M.: Радио и связь, 1988, с. 176.

Тули М, Справочное пособие по цифровой электронике, — M„ Ýíåðãîàòîìèçäàò, 1990, с. 176.

Авторское свидетельство СССР

¹ 815644, кл. G 01 R 19/00, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (57) Использование: измерения в энергетике при контроле показателей качества электроэнергии г;остоянного напряжения — коэффициента пульсации, отклонения и колебания напря. Ж 1777095 А2 жения. Цель изобретения — повышение точности определения отклонения напряжения за счет выделения и фиксации в ячейке ло-. гометра кода, пропорционального разности среднеквадратического и номинального значений напряжения. Сущность изобретения; устройство содержит 1 задатчик моментов измерения (1), 1 преобразователь мгновенных значений напряжения в цифровой код (2), 1 задатчик 3 номинальных значений напряжения (3), 1 блок управления (4), 2 блока выделения максимального и минимального кодов (5,6), 2 квадратора (7,8), 2 сумматора (9 и 10), 1 суммирующий счетчик (11), 1 блок извлечения квадратного корня (12), 1 логометр (13), 1 блок индикации (14), Сумматор 10 выполнен с дополнительным входом уменьшаемого, дополнительным входом вычитаемого, синхровходом и дополнительным выходом. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1777095

Изобретение относится к измерениям в энергетике и может быть использовано при контроле. показателей качества электро энергии постоянного напряжения- коэффи. циента пульсации, отклонения и колебания напряжения и является усовершенствованием известного устройства, описанного в а.с. ¹ 815644, G 01 R 19/00, 1979;.

Целью изобретения. является повышение точности. определения отклонения напряжения;

Сущность изобретения состоит в.повы" шении точности определения отклонения напряжения путем выделения и фиксации в ячейке логометра кода, пропорционального разности среднеквадратического и номинального значений напряжения, что позволяет исключить погрешность определения отклонения напряжения, обусловленную несовершенством измерительного алгоритма.

Суть определения основного ряда показателей качества электроэнергии заключается в том, что

gU„„, 1=1 где Ux — среднеквадратическое значение контролируемого напряжения;

Uxo — .средневыпрямленное значение контролируемого напряжения;

Uxl — сРеДнекваДРатическое значение Iй гармонической составляющей контролируемого напряжения.

По определению коэффициент пульсации определяется из выражения

Kn = — (у (2) хо

С учетом (1) выражение (2) принимает вид

Ux xUxxoo (3)

Охо

Отклонения и колебания напряжений определяются иэ выражений

Я вЂ” Он (4)

Он

Unax — Umin

Он

ГДЕ Umax И Umln МаКСИМаЛЬНОЕ И МИНИМаЛЬное значение контролируемого напряжения.

На фиг,1 представлена функциональная схема устройства для автоматического контроля показателей качества электроэнергии; на фиг.2 — временные диаграммы работы устройства (а) и II (б) режимах соответственно; на фиг.3 — функциональная схема первого сумматора.

Устройство для автоматического контроля показателей качества электроэнергии (фиг,1) содержит эадатчик 1 моментов измерения, выход которого соединен с первым

5 входом преобразователя 2 мгновенных значений напряжения е цифровой код, второй вход которого соединен с задатчиком 3 номинальных значений напряжения, блок 4 управления своим выходом соединен с вхо10 дами эадатчиков 1 и 3, блоки 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов, своими входами объединены с входом квадратора 7 и выходом преобразователя 2 мгновенных значений напряжения в цифро15 вой код, квадратор 8, сумматор 9, первым и вторым входами соединен с выходами блоков 5 и 6 выделения максимального и минимального кодов соответственно, сумматор

10, дополнительным входом уменьшаемого, 20 синхровходом, входом уменьшаемого, дополнительным входом вычитаемого и.входом вычитаем ого соединенный соответственно с выходом преобразователя

2, выходом блока 4 управления, выходом

25 квадратора 7, входом и выходом квадратора

8, суммирующий счетчик 11, входом соединенный с входом квадратора 7. а выходом с входом квадратора 8, блок 12 извлечения квадратного корня, входом присоединен30 ный к выходу сумматора 10, логометр 13, первый вход, второй вход, дополнительный вход и выход которого связаны соответственно с дополнительным выходов сумматора 10, выходом блока 12 извлечения

35 квадратного корня, выходом сумматора 9, входом квадратора 8 и входом блока 14 индикации.

Блок 4 управления предназначен для управления работой задатчиков 1, 3 и сум40 матора 10 и выполнен в виде генератора тактовых импульсов.

Первый сумматор 10 (фиг,3) предназначен для выполнения операций усреднения

45 —, Nl (в режиме !)либо —, Nl кодов

1 1 п !з=1 (в режиме !!).

Сумматор 10 содержит элементы 15-17 задержки записи кодов, узел 18 усреднения

50 кодов, в виде групп 19-21 элементов И, группы 22 элементов ИЛИ, сумматора 23 кодов, счетчика 24 поступивших кодов, элемента 25 задержки и схемы 26 деления кодов, триггеры 27 и 28, узел 29 выбора режима измерения. счетчик 30 íà и импульсов, счетчик 31 íà 2п импульсов, четыре .группы 32-35 элементов И, два узла 36 и 37 вычитания кодов и кнопка 38 запуск.

Блок 10 имеет входы 39-43 и выходы

44 — 45, причем синхровход 39 является уп1777095

40 ка 24 через элемент 25 задержки. Счетчик 24 45 поступивших кодов выполнен на и измерений (кодов) и имеет выход переполнения, являющийся выходом управления триггерами узла 18; и кодовый выход . подключенный к входу делителя схемы 26 деления 50 кодов, вход делимого которой связан с выходом группы 21 элементов И.

- Узел 18 усреднения кодов позволяет осуществлять алгоритм усреднения кодов, 55 равляющим и подключен к выхоцу блока 4 управления. Вход 40 уменьшаемого и дополнительный вход 41 уменьшаемого сумматора 10 подключены соответственно к выходу первого квадратора 7 и выходу преобразователя 2 мгновенных значений напряжения в цифровой код, Дополнительный вход 42 вычитаемого и вход 43 вычитаемого сумматора 10 связаны соответственно с выходом суммирующего счетчика 11 и выходом второго квадратора 8, а выход 44 и дополнительный выход 45 — с входом блока

12 извлечения квадратного корня и первым входом логометра 13 соответственно, Узел 29 выбора режима измерения (фиг.3) выполнен в виде двухпозицинного переключателя, позволяющего осуществить выбор режима — измерения коэффициента пульсации (верхнее положение подвижных контактов); режима II — измерение отклонений и колебаний напряжения (нижнее положение подвижных контактов), Узел 18 усреднения кодов(фиг,З) вь1полнен в виде трех групп 19-21 элементов И, группы 22 элементов ИЛИ, сумматора 23 кодов, счетчика 24 поступивших кодов, элемента 25 задер>кки и схемы 2б деления кодов, выход которой является выходом узла

18 усреднения кодов, синхровход, первый вход разрешения, первый информационный вход, второй вход разрешения и второй информационный вход которого присоединены соответственно к счетному входу счетчика 24 поступающих кодов, объединенному с первыми входами первой и второй групп 19 и 20 схем И. второму входу, третьему входу первой группы 19, второму и третьему входам второй группы

20. Выходы групп 19 и 20 связаны с соответствующими входами группы 22 элементов

ИЛИ, выходом подключенной к входу сумматора 23, выход которого соединен со вторым входом группы 21, первым входом связанной с выходом переполнения счетчипоступивших по первому (режим !) или второму (режим !!) информационным входам, Узел 18 усреднения кодов работает следующим образом. В исходном состоянии сумматор 23 кодов и счетчик 24 установлены в нуль.

Коды, пропорциональные квадрату напряжения (режим l) или значению напряжения (режим I I), поступают на вход сумматора

23 через блоки 19 и 22 (режим I) или блоки

20 и 22 (режим ll). только при наличии на вторых входах блока 19 (режим !) или блока

20 (режим ii) сигнала логической единицы и поступлении управляющего импульса по синхровходу узла 18.

При поступлении п импульсов в суммаи торе 23 будет накоплена сумма, Ni коi =1 дов или, Ni (для режима или II

I =1 соответственно). Одновременно с этим на кодовом выходе счетчика 24 будет присутствовать код числа и, поступающий на вход делителя схемы 26, а на выходе переполнения счетчика 24 сформируется импульс, и и

Код суммы N; или > Ni поступит че,2

I =1 1=1 рез группу 21 элементов U, на вход делимого схемы 26 только при появлении на первом входе группы 21 разрешающего импульса, пришедшего через элемент 25 задержки с выхода переполнения счетчика 24.

В результате деления в схеме 2б кода суммы на код числа измерений будет завершено выполнение алгоритма усреднения

1 2 1 кодов — „) йР или —, Ni (для режи"I — — 1 "1=1 мов или II соответственно).

Первый сумматор 10 (фиг.3) работает следующим образом. В исходном состоянии сумматор 23, счетчик 24 узла 18, триггеры 27 и 28, счетчики 30 и 31 находятся в нулевом состоянии

В режиме измерения коэффициента пульсации (верхнее положение подвижных контактов узла 29) при нажатии на кнопку 38 импульсом по S-входу триггер 27 будет переведен в единичное состояние. С приходом первого управляющего импульса по синхровходу 39 узел 18 с временной задержкой, равной суммарному времени выполнения преобразований в преобразователе 1 и квадраторе 7, начнет выполнение алгоритма усреднения кодов (момент з на фиг,2,а), поступающих по входу 40. Одновременно с . этим, управляющие импульсы поступают на вход счетчика 30 импульсов. При достижении числа и импульсом переполнения счетчика 18 через узел 29 выбора режима будет переведен в нулевое состояние no R-входу триггер 27, отключающий вход 40. Одновременно с этим при . достижении числа и импульсов счетчик 30

1777095 сформирует на выходе импульс переполнения, который через элемент 17 поступит на первые входы элементов И групп 34 и 35, разрешая ввод кодов, присутствующих на вторых входах групп 34 и 35, в узел 37 вычитания (момент Ь). Причем на втором входе группы 34 присутствует результат усреднения кодов, поступивших с информационного выхода узла 18, а на втором входе группы

35 — код, поступивший по входу 43, В результате выполнения операции вычитания в узле 37 на выходе 44 сумматора 10 появится код разности (момент tr). Поскольку в течение времени То на первых входах элементоь

И групп 32 и 33 будет присутствовать логический ноль, то поступление кодов по входу

42 и выходу узла 18 на соответствующие входы узла 18 на соответствующие входы узла 36 будет запрещено, В режиме 11 измерения отклонений и колебаний напряжения (нижнее положение подвижных контактов) импульсы управления поступают через элемент 15 задержки на вход счетчика 24 узла 18 и, одновременно, через узел 29 на вход счетчика 3 1. Коды по входам-40 и 41 не поступают в узел 18, поскольку .на вторых входах элементов И групп 19 и 20 узла 18 отсутствуют разрешающие сигналы. При дости>кении числа и импульсов счетчик 24 формирует на выходе переполнения импульс, который через узел

29 переводит в единичное состояние по Sвходу триггер 28, разрешающий выполнение алгоритма усреднения кодов. поступающих по входу 41.

Одновременно с этим в счетчике 31 бу дет накоплено и импульсов. Импульс переполнения на выходе счетчика 31 сформирован не будет в силу того, что счетчик выполнен на 2п импульсов.

С приходом (п+1)-ro управляющего импульса по синхровходу 39 узел 18 с выдержкой времени определяемой элементом 15, начнет выполнение алгоритма усреднения кодов, поступающих по входу 41 (момент t6 на фиг. 2,б). Одновременно с этим управляющие импульсы продол>кают поступать на вход счетчика 31. При достижении числа Zn счетчик 31 формирует на выходе импульс переполнения, который с временной задержкой, равной времени преобразования в преобразователе 1 и узле 18, переводит по

R-входу в нулевое состояние триггер 28; отключающий вход 41, Кроме того, импульс переполнения с выхода счетчика 31 через элемент 16 поступит на первые входы групп 32 и 33 элементов И, разрешив (момент ts) овод кодов, присутствующих на вторых входах групп 32 и 33, соответственно, в узел 36 вычигания, Причем на втором входе группы 32 присутствует код, поступивший по входу 42, а на втором входе группы ЗЗ вЂ” код результата усреднения в узле 18, 5 После выполнения в узле 36 операции вычитания, на выходе 45 появится код разности (момент tg), Поскольку в течение всего времени 2 То на первых входах элементов И . групп 34 и 35 будет присутствовать логиче10 ский ноль, то поступление кодов по входу 43 в узел 37 будет запрещено, а выходной код узла 18 не пройдет на первый вход узла 37.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом. В исходном состояйии сумматоры

15 9 и 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 установлен в нулевое состояние, ячейки логометра 13 очищены, исследуемый сигнал на входе устройства отсутствует.

20 В первом режиме исследуемое напря>кение поступает на вход преобразователя 2.

По команде с блока 4 управления задатчик 1 выдает за время То измерения число и

25 импульсов на запуск преобразователя 2 (фиг, 2, а), С приходом каждого и и импульсов с задатчика 1 на вход преобразователя 2, осуществляется его запуск на преобразование

30 мгновенного значения исследуемого напря:кения в цифровой код Mi. Эти коды поступают на входы суммирующего счетчика 11 и квадратора 7. За время измерения То в суммирующем счетчике 11 образуется код, про35 порциональный средневыпрямленному значению напряжению: о

1 о

Uxo= — f Ux)(t) dt = — Я N;, То о п1=1 где Uxl(t) — мгновенное значение исследуемого напряжения.

Этот код поступает в ячейку логометра

13 и фиксируется в ней. Одновременно с этим коды Ni поступают в квадратор 7.

45 После возведени в квадрат коды Ы по2 ступают по входу 40 (фиг.3) в сумматор 10.

За время То на выходе узла 18 сумматора 10 образуется код, пропорциональный квадра«у среднеквадратического значения выпрямленного напряжения

Ux =- — f Uxi (t)dt= Хм.

1о о п1=1

В тот же момент времени ц, код суммирующего счетчика 11; возводится в квадрат в квадраторе 8и вводится по входу43(фиг,3) в блок 10 на вычитание(моментс ). В результате выполнения операции вычитания на . выходе 44 образуется код, пропорциональный сумме квадратов среднеквадратиче10

1777095

+ (Ux — Он), или

- (g N(g Ns(")=1 )=-1 — (g N(g N(nI=1 1=1 ских значений гармоник переменной составляющей напряжения, После извлечения квадратного корня в блоке 12 извлечения квадратного корня код фиксируется в ячейке логометра 13. Далее и логометре 13 осуществляется деление кода, пропорционального корню квадратному из суммы квадратов среднеквадратических значений гармоник, на код. и ропорционал ьный средневыпрямленному значению напряжения, и в блоке 14 индикации фиксируется значение коэффициента пульсации.

Во втором режиме устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии сумматоры 9, 10 подготовлены к измерени(о, суммирующий счетчик 11 находится в нулевом состоянии, По команде блока 4 управления задатчик 1 выдает "-a время То первого цикла и импульсов на запуск преобразователя 2, а задатчик3 номинальных значений напряжения выдает номинальное значение исследуемого сигнала. Преобразователь 2 преобразует значения номинального сигнала Uni в цифровые коды N

1 и номинальному напря>кению —, NHI фикп l =! сируемый в логометре 13 (момент tq), При этом суммирующий счетчик 11 отключается, С приходом (и+1)-ro импульса с задатчика:1 (момент t5) начинается второй цикл измерения длительностью Т . в котором коды мгновенных значений исследуемого напряжения Ni по входу 41 поступают в сумматор

10. 3а время То второго цикла измерения на выходе узла 18 сумматора 10 образуется код, пропорциональный среднеквадратическому значению выпрямленного напря>кения

Ux= — f Uxi(t) dt= — g Ni.

1 1

ГО р п =! который вводится в узел 36 сумматора 10 на вычитание. В результате выполнения операции вычитания на выходе 45 сумматора 10 образуется код, пропорциональный разности среднеквадратического значения выпрямленного и номинального (хранящегося в суммирующем счетчике 11) напря>кений.

Этот результат фиксируется в логометре 13, в котором осуществляется деление кода, пропорционального разности среднеквадратического значения выпрямленного и номинального напряжений на код, пропорциональный номинальному напряжению. Результат значения отклонения напряжения фиксируется в блоке 14 индикации. Одновременно с зтим, начиная с момента тб, коды Ni поступают в блок 5 и 6

5 выделения максимального и минимального кодов соответственно, где осуществляется сравнение кодов с номинальным кодом и

ВЫДЕЛЕНИЕ МаКСИМаЛЬНОГО Nmaxl И МИНИМаЛЬНОГО Nmini КОДОВ. ЗтИ КОДЫ ПОСтуПаЮт

10 на входы сумматора 9, где за время То образуются коды, пропорциональные максимальному

=1 1

Umax = — .1 Umaxl (т) ((1t = —, Nmaxl

То р и )=1 и минимальному значению напряжения

1 1

UmIn = —,) Umini (t) о(= — > Nmini

Та р

I =!

После вычитания сумматором 9 из максимального кода минимального в логометре

13 фиксируется код, пропорциональный разности максимального и минимального значений исследуемого напряжений, который после деления на значение номинального кода фиксируется в блоке 14 индикации как колебание исследуемого напряжения, Оценим точность, достигаемую заявляемым устройством, по сравнению с устройством-про тотипом, Для режима измерения отклонения на-, пряжения, согласно алгоритму (2), реализуемого средствами прототипа, требуются нелинейные блоки 7, 8 и 12, наличие которых обуславливает погрешность измерения.

Для этого же режима, согласно другому алгоритму, требуется только управляемый сумматор 10, выполненнь:й согласно описа40 нию, Кроме того. погрешность измерения отклонений напряжения устройством-прототипом и заявляемым устройством обусловлена неравенством

,(>Й -Q "и>Й ° +Й") и I=1 !=1 1=!

Х((((- ) Таким образом, выполнение сумматора

10 и введение соответствующих связей по1777095

12 зволяет повысить точность определения отклонения напряжения г раз. г. (1. )

1=1

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического контроля показателей качества электроэнергии по авт.св. М 815б44, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения отклонения напряжения, выход блока управления соединен с синхровходом первого сумматора. выполненного с дополнительным входом уменьшаемого, дополнительным входом вычитаемого - и дополнительным выходом. связанными соответственно с выходом преобразователя мгновенных значений напряжения в цифровой код. выходом суммирующего счетчика и первым входом логометра.

2. Устройство поп,1, отл ич а ющеес я тем, что первый сумматор выполнен в виде трех элементов задержки,, узла усреднения кодов, двух триггеров, узла выбора режима измерения, счетчика и импульсов, счетчика 2п импульсов, четырех групп элементов И, двух узлов вычитания и кнопки "Запуск", выход которой соединен с выходом запуска узла выбора режима измерения, первый выход запуска, второй выход запуска и выход сброса которого подключены соответственно к входу установки первого триггера, входу установки и входу сброса второго триггера, выходом присоединенного к первому входу разрешения узла усреднения, вторым входом разрешения связанного с выходом первого триггера, вход сброса которого через второй элемент задержки подключен к выходу счетчика 2п импульсов и одновременно связан с первыми входами первой и второй групп элементов И, выход каждой из которых соединен с соответствующим входом первого узла вычитания. выход которого является дополнительным выходом первого сумматора, синхровходом связанного через первый элемент задержки с синхровходом узла усреднения и синхровходом узла выбора режима измерения, первый вход, первый синхровход и второй синхровход которого соединены соответственно с выходом управления триггерами, счетным входом счетчика 2 п и счетным входом счетчика и импульсов, выходом подключенного через третий элемент задержки к первым входам третьей и четвертой групп элементов И, вы-, ход каждой из которых соединен с соответ10 ствующим входом второго узла вычитания, выход которого является выходом первого сумматора, вход вычитаемого, дополнительный вход вычитаемого, вход уменьшаемого и дополнительный вход уменьшаемого которого соединены соответственно с вторым входом четвертой группы элементов И, вторым входом первой группы элементов И, первым и вторым информационными входами узла усреднения, выходом связанного с

20 вторыми входами второй и третьей групп элементов И, узел усреднения кодов содержит три группы элементов И, сумматор кодов, группу элементов ИЛИ, счетчик . поступающих кодов, элемент задержки и

25 схему деления кодов, выход которой является выходом узла усреднения кодов, синхровход, первый вход разрсшения, первый информационный вход, второй вход разрешения и второй информационный вход коЗ0 торого присоединены соответственно к счетному входу счетчика поступивших кодов, обьединенноглу с первыми входами первой и второй групп элементов И, второ-му входу, третьему входу первой группы элеЗ5 ментов И, второму и третьему входам второй группы элементов И, выходом связанной с одним из входов труппы элементов

ИЛИ, другой вход и выход которой соединены соответственно с выходом первой груп40 пы элементов И и входом сумматора кодов, выходом подкл1оченногь к второму входу третьей группы элементов И, первый вход и выход которой связаны соответственно с выходом элемента задержки и входом дели45 мого схемы деления кодов, вход делителя которой подключен к кодовому выходу счетчика поступивших кодов, выходом переполнения связанного с. входом элемента задержки и являющегося выходом правле50 ния триггерами узла усреднения кодов.

1777095

° ° °

1 1

1l

II

В !

° ° °! II

И

t, I

l1 !

Р

II

1777095

Составитель М, Иванов

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н, Ревская

Редактор

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

Заказ 4120 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ll0 изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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