Способ измерения мощности искажений электрической сети электронным счетчиком и устройство его осуществления

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может использоваться в аппаратуре учета электроэнергии в энергосетях. Задачей изобретения является оценка качества электроэнергии в месте установки электросчетчика. Способ измерения искажений электросети основан на вычислении активной и реактивной составляющей мощности электросети и дополнительном измерении тангенса угла сдвига между напряжением и током фазы электросети. Устройство для осуществления способа содержит датчики напряжений и токов электросети, пульт управления, устройство связи с информационной региональной системой. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в аппаратуре учета электроэнергии в энергосетях.

Известен способ измерения реактивной мощности несинусоидальных режимов электрических систем и устройство для его осуществления, заключающийся в разложении на гармоники входного напряжения и последующем фазовом смещении каждой гармоники, перемножении, суммировании и усреднении, выполнении отрицательного фазового смещения каждой гармоники на четверть ее периода, суммирования сдвинутых по фазе гармоник напряжения, перемножении мгновенных значений входного тока и просуммированного напряжения, а затем усреднении перемноженных величин [1] Недостатком указанного способа является отсутствие возможности оценки несинусоидальности электросети.

Известен также электронный счетчик ватт-часов, содержащий устройство для измерения мощности, схему синхронизации, схемы памяти, центральный блок обработки и управления устройством измерения мощности, устройство для индикации результатов измерений и устройство ввода-вывода данных [2] Данный счетчик предназначен в основном для расчета активной, реактивной и полной мощностей.

Недостатком электронного счетчика является отсутствие возможности измерения мощности искажений электросети.

В основу изобретения положена задача оценки качества электроэнергии в месте установки электросчетчика.

Это достигается тем, что в способе измерения мощности искажений электрической сети, включающем измерение активной и реактивной мощностей, дополнительно измеряют тангенс углов сдвига между напряжением и током каждой фазы, а величину мощности искажений электрической сети вычисляют по формуле: , где S число искажений многофазной электросети; число фаз электросети; ^tgϕn -тангенс угла сдвига между напряжением и током фазы; P_n активная мощность n-ой фазы; Q_n реактивная мощность n-ой фазы; количество импульсов частоты заполнения, пропорциональное углу сдвига между напряжением и током n-ой фазы;
количество импульсов частоты заполнения, пропорциональное частоте электросети.

В устройство измерения мощности искажений электрической сети, содержащее устройство измерения активной и реактивной мощности, входы которого подключены к датчикам тока и напряжения каждой фазы, дисплей, пульт управления счетчиком и устройство связи с информационной региональной системой, дополнительно введены устройство измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой фазы, входы которого объединены с входами устройства измерения активной и реактивной мощности, и вычислитель мощности искажений, взаимосвязанный магистралью данных, адреса и прерываний соответственно с устройствами измерения активной и реактивной мощности, тангенсов угла сдвига между напряжением и током каждой фазы, дисплеем, пультом управления счетчиком и устройством связи с информационной региональной системой.

Устройство измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой фазы выполнено в виде формирователя временных стробов углов сдвига и частоты, входы которого являются входами устройства, а выходы подключены к входам счетчиков количества импульсов, пропорциональных соответственно углу сдвига и частоте электросети, выходы которых соединены с первым и вторым входами блока деления, а также постоянного запоминающего устройства, вход которого подключен к выходу блока деления, а выход является выходом устройства, и блока сигнализации, выходы которого соединены с вторыми входами счетчиков количества импульсов, постоянного запоминающего устройства и с третьим входом блока деления.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства измерения мощности искажений электрической сети, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 - структурная схема устройства измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой фазы; на фиг.3 временная диаграмма формирователя временных стробов углов сдвига и частоты.

Устройство измерения мощности искажений электрической сети содержит датчик 1 напряжения фазы, датчик 2 тока фазы, устройство 3 измерения активной и реактивной мощности, устройство 4 измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой фазы, вычислитель 5 мощности искажений, дисплей 6, пульт 7 управления счетчиком, устройство 8 связи с информационной региональной системой и магистраль 9 данных, адреса и прерываний.

Устройство 4 измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой фазы содержит формирователь 10 временных стробов углов сдвига и частоты, счетчик 11 количества импульсов, пропорциональных углу сдвига, счетчик 12 количества импульсов, пропорциональных частоте, блок 13 деления, постоянное запоминающее устройство 14 и блок 15 синхронизации.

Предлагаемый способ измерения мощности искажений электрической сети, реализуемым устройством, представленным на фиг.1, заключается в следующем.

Сигналы с датчиков 1 и 2, пропорциональные токам и напряжениям каждой фазы (U, I) поступают на устройство 3 измерения активной и реактивной мощности и устройство 4 измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой фазы. Информация об активной и реактивной мощности и тангенсе угла сдвига по магистрали 9 поступает в вычислитель 5 мощности искажений, где вычисляется величина мощности искажений электрической сети.

Для оценки мощности искажения электрической сети вводится соотношение:

где S мощность искажения электрической сети;
P, Q активная и реактивная мощности несинусоидальной электрической сети;
P_э, Q_э эквивалентная активная и реактивная мощности несинусоидальной электросети.

(Круг К. А. Теория переменных токов. Том 2, М. Гос. энергетическое изд. 1946, с. 263-266; Шульц Ю. Электроизмерительная техника, 1000 понятий для практиков", Справочник/Под ред. Е. И. Сычева, М. Энергоатомиздат, 1989, с. 136-137).

Зададим P_э Р и или, что тождественно О_э Р_э tgϕ где тангенс угла берется с устройства 4 измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой фазы.

Соотношение (1) для N фаз приобретает вид:


где S мощность искажения N-фазной электрической сети;
P_n, Q_n активная и реактивная мощности несинусоидальной электрической сети;
ϕ_n угол сдвига между напряжением и током n-ой фазы;
N_ϕ число импульсов частоты заполнения, пропорциональное углу сдвига между напряжением и током;
N_f число импульсов частоты заполнения, пропорциональное частоте электросети.

Темп расчета по соотношению (2) определяется периодом измерения тангенса угла сдвига фаз каждой фазы.

Устройство 4 измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой фазы (фиг.2) функционирует следующим образом.

Сигналы, пропорциональные токам и напряжениям каждой фазы (1) с датчиков 1 и 2 поступают на формирователь 10 временных стробов углов сдвига и частоты, на выходе которого формируются два сигнала: временной строб 16 угла сдвига и временной строб 17 частоты электросети (фиг.3). Эти сигналы совместно с сигналом 18 частоты заполнения счетчиков с блока 15 синхронизации поступают соответственно на счетчик 11 количества импульсов, пропорциональных углу сдвига, и счетчик 12 количества импульсов, пропорциональных частоте электросети. Коды количества импульсов, пропорциональные углу сдвига 19 и частоте 20, поступают на двоичный блок 13 деления для вычисления отношения количества импульсов, пропорциональных частоте. Выход блока 13 деления является кодом 21 адреса ячейки постоянного запоминающего устройства 14, который хранит расчетные значения тангенсов углов с учетом постоянного коэффициента 2П. Информация о тангенсе углов сдвига по магистрали 9 с постоянного запоминающего устройства 14 поступает в вычислитель 5 мощности искажений (микропроцессор) для расчета мощности искажений в соответствии с зависимостью (2). Блок 15 синхронизации выдает сигналы 22 и 23 синхронизации соответственно блокам 13 и 14 и частоту заполнения счетчиком 11 и 12. С пульта 7 управления счетчиком оператор может запросить информацию о текущем значении мощности искажения для отображения на дисплее 6 и для передачи этой информации в информационную региональную систему посредством устройства 8 связи.

Оценка мощности искажений электрической сети на электронном счетчике позволяет обслуживающему персоналу и центральному диспетчерскому пункту информационной региональной системы иметь оперативную информацию о несинусоидальности в локальном месте электрической сети.

Формула изобретения

1. Способ измерения мощности искажений электрической сети, включающий измерение активной и реактивной мощностей электрической сети, отличающийся тем, что измеряют тангенс углов сдвига между напряжением и током каждой из n фаз электрической сети, а величину мощности искажений электрической сети определяют из соотношения

где P_n активная мощность n-й фазы электрической сети;
Q_n реактивная мощность n-й фазы электрической сети,
при этом угол сдвига между напряжением и током в каждой из n фаз электрической сети определяют из соотношения
ϕ_n= 2πΔt_n/T,
где T период напряжения в электрической сети;
Δt_n- временной сдвиг между напряжением и током в n-й фазе электрической сети.

2. Устройство измерения мощности искажений электрической сети, содержащее устройство измерения активной и реактивной мощности электрической сети, входы которого подключены к датчикам тока и напряжения каждой из n фаз электрической сети, дисплей, пульт управления устройством и устройство связи с информационной региональной системой, отличающееся тем, что в него введены устройство измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой из n фаз электрической сети, входы которого соединены с входами устройства измерения активной и реактивной мощностей электрической сети и вычислитель мощности искажений электрической сети, соединенный магистралью данных, адреса и прерываний с соответствующими входами устройства измерения активной и реактивной мощностей электрической сети, устройства измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой из n фаз электрической сети, дисплея, пульта управления устройства и устройства связи с информационной региональной системой.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что устройство измерения тангенсов углов сдвига между напряжением и током каждой из n фаз электрической сети содержит формирователь временных стробов, пропорциональных временному сдвигу между напряжением и током каждой из n фаз электрической сети и периоду напряжения или тока в одной из n фаз электрической сети, входы которого являются входами устройства, а выходы подключены к управляющим входам первого и второго счетчиков импульсов, выходы которых соединены с соответствующими входами блока деления, выходы которого соединены с соответствующими входами постоянного запоминающего устройства, выходы которого являются выходами устройства, при этом входы синхронизации первого и второго счетчиков импульсов, блока деления и постоянного запоминающего устройства соединены с соответствующими выходами блока синхронизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3