Устройство для определения прямых и обратных последовательностей основной и высших гармоник сигналов в трехфазных сетях



Устройство для определения прямых и обратных последовательностей основной и высших гармоник сигналов в трехфазных сетях
Устройство для определения прямых и обратных последовательностей основной и высших гармоник сигналов в трехфазных сетях
Устройство для определения прямых и обратных последовательностей основной и высших гармоник сигналов в трехфазных сетях
Устройство для определения прямых и обратных последовательностей основной и высших гармоник сигналов в трехфазных сетях

 


Владельцы патента RU 2486531:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения симметричных составляющих напряжений и токов в трехфазных трехпроводных сетях переменного тока. Устройство для определения прямых и обратных последовательностей основной и высших гармоник сигналов в трехфазных сетях состоит из прямого преобразователя Кларка и системы автоподстройки частоты (ФАПЧ), первого и второго вычитателей, фильтра прямой последовательности и фильтра обратной последовательности, первого и второго обратных преобразователей Кларка, детектора начала периода, устройства управления, умножителя, первичного буфера, буфера первой гармоники, блока вычисления и индикации. Прямой преобразователь Кларка преобразует сигналы из трехфазной abc - системы в двухфазную αβ-систему. ФАПЧ осуществляет подстройку тактовой частоты устройства с частотой измеряемых сигналов. В начальный период после операций дискретизации и квантования мгновенные значения сигнала записываются в первичный буфер. В начале второго периода данные из первичного буфера подаются на входы вычитателей, а в первичный буфер записываются мгновенные значения сигнала второго периода. За время второго периода производится анализ основной и высших гармоник. Детектор начала периода определяет момент начала периода, при этом мгновенные значения сигнала фиксируются в первичном буфере и поступают на входы первого и второго вычитателей. Устройство управления начинает цикл вычислений, начиная с основной гармоники и выставляет на выходе сигнал, соответствующий первой гармонике. После определения параметров прямой и обратной последовательностей основной гармоники анализируются по очереди прямые и обратные последовательности высших гармоник. С началом нового периода процесс повторяется. Технический результат - повышение точности измерения и упрощение схемы. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения симметричных составляющих напряжений и токов в трехфазных трехпроводных сетях переменного тока. Технический результат - повышение точности измерения и упрощение схемы.

Известен цифровой измеритель несимметрии трехфазной сети (А.с. СССР №875311. Опубл. в БИ, 1980, №39), содержащий блок входных устройств, блок аналого-цифровых преобразователей, блоки переноса, регистры памяти, блок управления, четыре блока умножения, задатчик кодов гармоник, четыре реверсивных счетчика, четыре делителя частоты, реверсивные сумматоры, микропроцессор, оперативное запоминающее устройство, регистрирующее устройство. Трехфазная система напряжений преобразуется в двухфазную, полученные два сигнала умножаются на синусоидальные и косинусоидальные составляющие, по которым с помощью микропроцессора определяются прямая и обратная последовательности напряжений трехфазной сети. Предложенное устройство имеет избыточную сложность, точность определения прямой и обратной последовательностей будет зависеть от частоты сети, которая может изменяться.

Наиболее близким к предложенному решению является мультирезонансное устройство для синхронизации (Rodriguez P., Luna A., Candela I., Mujal R., Teodorescu R., Blaabjerg F. Multiresonant Frequency-Locked Loop for Grid Synchronization of Power Converters Under Distorted Grid Conditions. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.58, No. 1, January 2011). Устройство содержит прямой преобразователь Кларка, устройство разделения гармоник, состоящее из n2-1 вычитателей (n - количество анализируемых гармоник), 2n адаптивных полосовых фильтра, блок синхронизации со входной частотой, блок вычисления прямой и обратной последовательностей, два обратных преобразователя Кларка. Устройство имеет избыточное количество адаптивных полосовых фильтров и вычитателей, что дает аппаратную избыточность и приводит к уменьшению точности за счет большого количества операций вычитания для каждой гармоники.

Целью изобретения является повышение точности определения прямой и обратной последовательностей за счет уменьшения количества операций вычитания и упрощение схемы за счет уменьшения количества вычитателей и полосовых фильтров.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, состоящее из прямого преобразователя Кларка и системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), на вход которых подается трехфазный сигнал, пропорциональный напряжению или току трехфазной сети, первого и второго вычитателей, фильтра прямой последовательности и фильтра обратной последовательности, первого и второго обратных преобразователей Кларка, дополнительно введены детектор начала периода, устройство управления, умножитель, первичный буфер, буфер первой гармоники, блок вычисления и индикации, при этом вход детектора начала периода связан с первым выходом ФАПЧ, выход соединен с третьим входом первичного буфера и входом устройства управления, выход которого связан со вторым входом умножителя, третьим входом буфера первой гармоники, третьим входом блока вычисления и индикации и вторыми входами фильтров прямой последовательности и фильтра обратной последовательности соответственно, первый и второй выходы прямого преобразователя Кларка подключены к первому и второму входам первичного буфера, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго вычитателя соответственно, второй выход ФАПЧ связан со вторым входом умножителя, выход которого подключен к третьим входам фильтра прямой последовательности и фильтра обратной последовательности соответственно, первый и второй выходы фильтра прямой последовательности соединены с первым и вторым входом первого обратного преобразователя Кларка и первым и вторым входами буфера первой гармоники соответственно, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами первого и второго вычитателей, первый и второй выходы фильтра обратной последовательности подключены к первому и второму входам второго обратного преобразователя Кларка, а выход первого и второго обратных преобразователей Кларка связаны с первым и вторым входами блока вычисления и индикации соответственно.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства. В его состав входят прямой преобразователь Кларка (ППК) 1, система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 2, детектор начала периода (ДНП) 3, первичный буфер (ПБ) 4, умножитель (У1) 5, устройство управления (УУ) 6, первый и второй вычитатели (В1 и В2) 7 и 8 соответственно, фильтр прямой последовательности (ФПП) 9, фильтр обратной последовательности (ФОП) 10, буфер первой гармоники (БПГ) 11, первый и второй обратные преобразователи Кларка (ОПК1 и ОПК2) 12 и 13 соответственно, блок вычисления и индикации (БВИ) 14.

Устройство работает следующим образом. В трехфазной трехпроводной системе, в которой будет отсутствовать нулевая последовательность, прямое и обратное преобразования Кларка могут быть записаны как:

[ X α X β ] = 2 3 [ 1 0 1 2 1 2 3 2 3 2 ] [ X α X b X c ] ; ( 1 )

[ X α X b X c ] = 2 3 [ 1 1 2 1 2 0 3 2 3 2 ] [ X α X β ] , ( 2 )

где Хα и Хβ - проекции пространственного вектора тока или напряжения на оси двухфазной стационарной системы координат, Xa, Xb, Xc - проекции пространственного вектора тока на оси трехфазной системы координат, X - ток или напряжение.

Прямой преобразователь Кларка ППК 1 преобразует сигналы трехфазной системы сигналов в двухфазную, мгновенные значения сигналов

Хα и Хβ после операций дискретизации и квантования записываются в первичный буфер ПБ 4. ФАПЧ 2 осуществляет подстройку тактовой частоты устройства с частотой измеряемых сигналов. С первого выхода ФАПЧ 2 сигнал, пропорциональный мгновенной фазе входного сигнала 9, изменяется в пределах от 0 до 2π. По этому сигналу детектор начала периода ДНП 3 определяет момент начала периода, при этом мгновенные значения сигнала фиксируются в первичном буфере ПБ 4 и поступают на входы первого и второго вычитателей B1, B2 7, 8. Устройство управления УУ 6 осуществляет цикл вычислений, начиная с основной гармоники и выставляет на выходе сигнал n=1, соответствующий первой гармонике. В умножителе У1 5 происходит перемножение этой величины с выходным сигналом ФАПЧ 2, равным частоте сети ω1. При обработке значений первой гармоники по сигналу с выхода УУ 6 буфер первичной гармоники БПГ 11 выставляет на выходах сигнал, равный нулю. Сигналы Хα Хβ с выходов ПБ 4 поступают на входы первого B1 7 и второго вычитателей B2 8 и далее, так как в этом режиме на вторых входах B1 7 и B2 8 нулевые значения передаются на первые входы фильтров прямой и обратной последовательностей ФПП 9 и ФОП 10, которые определяют прямые X 1 α + , X 1 β + и обратные последовательности X 1 α , X 1 β в α- и β-координатах основной гармоники, которые с помощью первого ОПК1 12 и второго ОПК2 13 обратных преобразователей Кларка определяют прямую и обратную последовательности в abc-координатах основной гармоники и подают на блок вычисления и индикации БВИ 14.

После определения параметров прямой и обратной последовательности основной гармоники анализируются по очереди прямые и обратные последовательности высших гармоник. При этом УУ 6 выставляет на выходе величину, пропорциональную номеру анализируемой высшей гармоники. При анализе любой высшей гармоники БПГ 11 формирует на выходе сигналы, пропорциональные α- и β-составляющим прямой последовательности основной гармоники и подает эти сигналы на вторые входы В1 7 и В2 8, на выходах которых формируются сигналы соответственно x α x 1 α + и x β x 1 β + . Входной сигнал обычно имеет большую величину прямой последовательности сигнала, которая влияет на точность определения составляющих высших гармоник. Как следствие, фильтры прямой и обратной последовательности требуют предварительного устранения прямой последовательности входного сигнала.

ФПП 9 и ФОП 10 настроены на частоту резонанса, равную nω1, которая задается на выходе умножителя У1 5 при определении прямых и обратных последовательностей высших гармоник. Таким образом, ФПП 9, ФОП 10, ОПК1 12 и ОПК2 13 определяют прямые и обратные составляющие высших гармоник, параметры которых отражаются в блоке вычисления и индикации БВИ 14. С началом нового периода процесс повторяется.

ФПП 9 и ФОП 10 можно реализовать с помощью известных схем двойных интеграторов, показанных на фиг.2. Устройства содержат третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой вычитатели (В3, В4, В5, В6, В7 и В8) 15, 16, 19, 20, 29 и 32 соответственно, первый и второй умножители на константу (УК1 и УК2) 17, 18, второй, третий, четвертый и пятый умножители (У2, У3, У4 и У4) 21, 22, 23 и 24 соответственно, первый, второй, третий и четвертый интеграторы (И1, И2, И3 и И4) 25, 26, 27 и 28 соответственно, первый и второй сумматоры (С1 и С2) 30, 31.

Работа фильтров ФПП 9 и ФОП 10 при выделении прямой и обратной последовательностей основной гармоник определяется известными выражениями:

X α 1 + = K ω b p p 2 + 2 ω b p + ω 1 2 X α ( p ) K ω b p p 2 + 2 ω b p + ω 1 2 X β ( p ) , ( 3 )

X β 1 + = K ω b ω 1 p 2 + 2 ω b p + ω 1 2 X α ( p ) + K ω b p p 2 + 2 ω b p + ω 1 2 X β ( p ) , ( 4 )

X α 1 = K ω b p p 2 + 2 ω b p + ω 1 2 X α ( p ) + K ω b ω 1 p 2 + 2 ω b p + ω 1 2 X β ( p ) , ( 5 )

X β 1 = K ω b ω 1 p 2 + 2 ω b p + ω 1 2 X α ( p ) + K ω b p p 2 + 2 ω b p + ω 1 2 X β ( p ) . ( 6 )

Фильтры ФПП 9 и ФОП 10 также могут использоваться для выделения составляющих прямой и обратной последовательностей высших гармоник, при этом на вход фильтров ФПП 9 и ФОП 10 будут подаваться величины, соответствующие номеру гармоник - n и nω1 соответственно.

Для практической реализации желательно уменьшить чувствительность схемы к отклонениям частоты за счет снижения качества используемого фильтра. Для этого в схемы ФПП 9 и ФОП 10 введены дополнительные блоки умножения У2 и У3 21 и 24, которые производят дополнительное умножение сигнала на величину (ωb - ширину полосы пропускания полосового фильтра.

Предложенное устройство позволяет определять прямые и обратные последовательности как основной, так и высших гармоник в трехфазных сетях, при этом используя только два вычитателя и два фильтра, что обеспечит повышение точности за счет уменьшения количества операций вычитания и упростит схему.

Устройство для определения прямых и обратных последовательностей основной и высших гармоник сигналов в трехфазных сетях, состоящее из прямого преобразователя Кларка и системы автоподстройки частоты (ФАПЧ), на вход которых подается трехфазный сигнал, пропорциональный напряжению или току трехфазной сети, первого и второго вычитателей, фильтра прямой последовательности и фильтра обратной последовательности, первого и второго обратных преобразователей Кларка, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения схемы, дополнительно введены детектор начала периода, устройство управления, умножитель, первичный буфер, буфер первой гармоники, блок вычисления и индикации, при этом вход детектора начала периода связан с первым выходом ФАПЧ, выход соединен с третьим входом первичного буфера и входом устройства управления, выход которого связан со вторым входом умножителя, третьим входом буфера первой гармоники, третьим входом блока вычисления и индикации и вторыми входами фильтров прямой последовательности и фильтра обратной последовательности соответственно, первый и второй выходы прямого преобразователя Кларка подключены к первому и второму входам первичного буфера, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго вычитателя соответственно, второй выход ФАПЧ связан со вторым входом умножителя, выход которого подключен к третьим входам фильтра прямой последовательности и фильтра обратной последовательности соответственно, первый и второй выходы фильтра прямой последовательности соединены с первым и вторым входом первого обратного преобразователя Кларка и первым и вторым входами буфера первой гармоники соответственно, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами первого и второго вычитателей, первый и второй выходы фильтра обратной последовательности подключены к первому и второму входам второго обратного преобразователя Кларка, а выход первого и второго обратных преобразователей Кларка связаны с первым и вторым входами блока вычисления и индикации соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерения электрических величин. .

Изобретение относится к области измерения электрических величин. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах электроснабжения для определения напряжения обратной последовательности. .

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при определении напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах электроснабжения для определения напряжения обратной последовательности. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при проектировании датчиков трехфазного напряжения. .

Изобретение относится к технике диагностирования электрооборудования высокого напряжения и предназначено для непрерывного контроля оборудования с бумажно-масляной изоляцией конденсаторного типа (высоковольтных вводов, трансформаторов тока) с номинальным напряжением 110 кВ и выше.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля и организации активного воздействия на уровень несимметрии напряжения и тока в электроэнергетических системах трехфазного исполнения, отличающихся низким качеством электрической энергии.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в процессе эксплуатации современных электроэнергетических систем. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения фактического вклада поставщиков и потребителей электроэнергии в значения показателей качества электроэнергии.

Изобретение относится к средствам измерения асимметрии в трехфазных сетях при наличии высших гармоник в измеряемых токах. Измерительный преобразователь тока содержит основные элементы: фильтр напряжения обратной последовательности, первый и второй дифференцирующие индукционные измерительные преобразователи тока, катушки которых индуктивно связаны с токопроводами трехфазной трехпроводной цепи, и фильтр нижних частот. Фильтр напряжения обратной последовательности с выходными зажимами представляет собой резисторно-конденсаторную цепь, содержащую конденсаторы и регулируемые резисторы. Фильтр настроен таким образом, чтобы при измерении синусоидальных токов, образующих прямую последовательность, напряжение между зажимами этого фильтра в установившемся режиме равнялось нулю. Фильтр нижних частот имеет комплексно-сопряженные полюсы, а максимум амплитудной частотной характеристики этого фильтра соответствует номинальной частоте источника. Фильтр подавляет высшие гармоники, поэтому напряжение между его выходными зажимами в установившемся режиме практически пропорционально первой гармонике тока обратной последовательности. Технический результат - повышение селективности и чувствительности преобразователя при высоком содержании высших гармоник в измеряемых им токах трехфазной цепи. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к области электроники и электротехники, в частности к способу мониторинга контроллера трехфазного электродвигателя и/или электродвигателя. Способ мониторинга предполагает измерение двух фазных токов (ia, ib), проверку того, имеет ли один из двух измеренных фазных токов (ia, ib) значение, по существу, равное нулю, генерацию сигнала ошибки, если, по меньшей мере, один из двух измеренных фазных токов (ia, ib), по существу, равен нулю, проверку того, имеют ли два измеренных фазных тока (ia, ib) значения, по существу, отличные от нуля, образование суммы двух измеренных фазных токов (ia, ib), генерацию сигнала ошибки, если полученная сумма двух измеренных фазных токов (ia, ib), по существу, равна нулю. При этом при появлении сигнала ошибки увеличивают значение первого счетчика, затем увеличивают значение второго счетчика, если первый счетчик в течение определенного периода многократно превышает свое первое предельное значение. Затем распознают отсутствие, по меньшей мере, одного из трех фазных токов в том случае, если второй счетчик превышает второе предельное значение. Бытовой прибор, в частности посудомоечная или стиральная машина, содержит электродвигатель и устройство для мониторинга работоспособности электродвигателя. Технический результат изобретения - повышение надежности распознавания повреждений электродвигателя. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерения электрических величин, в частности для измерения асимметрии в трехфазных трехпроводных сетях. Устройство содержит первый и второй дифференцирующие индукционные преобразователи тока (ДИПТ) и фильтр напряжения обратной последовательности, в состав которого входят три элемента: конденсатор, резистор и выключатель. К входным зажимам фильтра подключены катушки первого и второго ДИПТ. Взаимная индуктивность катушки второго ДИПТ со вторым токопроводом трехфазной цепи в два раза меньше, чем взаимная индуктивность катушки первого ДИПТ с первым токопроводом трехфазной цепи. Между началом и концом первого ДИПТ последовательно включены конденсатор и резистор. Первый выходной зажим устройства подключен к точке соединения конденсатора и резистора. К концу катушки первого ДИПТ подключено начало катушки второго ДИПТ, конец которой через выключатель подключен ко второму выходному зажиму устройства. При номинальном значении частоты трехфазной цепи напряжение на резисторе на угол π/3 опережает ЭДС первого ДИПТ, а модуль этого напряжения составляет половину модуля указанной ЭДС. Технический результат заключается в повышении чувствительности к наличию составляющей обратной последовательности в фазных токах защищаемой трехфазной цепи, в частности к отключению одной фазы этой цепи от трехфазного источника напряжения (к обрыву одной фазы). 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой многофункциональный датчик трехфазного тока и предназначено для применения в составе аппаратов измерения, защиты и сигнализации. Устройство содержит для каждой фазы (A, B, C) свой преобразователь тока, первичные цепи которых формируют вращающееся магнитное поле, и шесть выпрямителей. Вторичные обмотки разделены на двенадцать групп, представляющих собой пары повернутых на 30° друг относительно друга трехфазных систем. К выходам первой, второй и третьей групп (A n, B n, C n), используемых для получения сигналов, пропорциональных контролируемым фазным токам, подключены входы первого, второго и третьего выпрямителей соответственно. К выходу объединенных четвертой, пятой и шестой групп (A n.1, B n.1, C n.1), используемых для получения сигнала, пропорционального току прямой последовательности, подключен вход четвертого выпрямителя. К выходу объединенных седьмой, восьмой и девятой групп (A n.2, B n.2, C n.2), используемых для получения сигнала, пропорционального току обратной последовательности, подключен вход пятого выпрямителя. К выходу объединенных десятой, одиннадцатой и двенадцатой групп (A n.0, B n.0, C n.0), используемых для получения сигнала, пропорционального току нулевой последовательности, подключен вход шестого выпрямителя. Техническим результатом является расширение арсенала средств для анализа трехфазных токов. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для выявления токов обратной последовательности в токопроводах фаз электроустановки. Фильтр тока обратной последовательности для электроустановки с токопроводами фаз А, В, С, расположенными по вершинам треугольника, содержит геркон с надетой на него обмоткой управления, подключенной к катушке индуктивности через последовательно включенные резистор, фазоповоротную схему и усилитель. Две крепежные планки хомутами и тягами прикреплены к траверсе и опоре. Первый и второй корпуса с пластинами с закрепленными внутри них герконом и катушкой индуктивности прикреплены к первой и второй крепежным планкам. Третий корпус, в который помещены резистор, фазоповоротная схема и усилитель, установлен во втором корпусе над второй пластиной. Причем обмотка управления соединена через резистор с фазоповоротной схемой с помощью кабеля, который уложен в короб. Короб закреплен на второй крепежной планке, траверсе и первой крепежной планке. Технический результат: выявление токов обратной последовательности в токопроводах фаз А, В, С электроустановки, расположенных по вершинам произвольного треугольника. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к контролю качества электроэнергии трехфазных сетей. В трехфазной четырехпроводной сети измеряют амперметрами токи в каждой фазе и нулевом проводе с помощью однофазных трансформаторов тока, а также измеряют суммарный ток двух фаз; по результатам измерения пяти токов определяют симметричные составляющие токов прямой, обратной и нулевой последовательностей по формулам. Техническим результатом является упрощение реализации способа измерения симметричных составляющих токов в трехфазных сетях, а также повышение точности измерения. 2 ил.
Наверх