Способ измерения мгновенного коэффициента мощности трехфазной сети и устройство для его осуществления

Предлагаемые способ и устройство относятся к электроизмерительной технике в электротехнике и электроэнергетике, в частности, могут быть использованы в системах централизованного контроля электроэнергетических систем и в системах компенсации реактивной мощности. Способ включает преобразование входных сигналов мгновенных фазных токов и мгновенных фазных напряжений в сигналы мгновенной и полной мощности с последующим измерением их соотношения, равного мгновенному коэффициенту мощности, отличающийся тем, что получение сигнала полной мощности осуществляют посредством преобразования входных сигналов мгновенных фазных токов и мгновенных фазных напряжений в мгновенные значения модуля тока и модуля напряжения трехфазной сети с последующим их перемножением. Устройство содержит блок выделения мгновенной мощности трехфазной сети и соединенный с ним блок деления, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок выделения мгновенного модуля изображающего вектора тока, блок выделения мгновенного модуля изображающего вектора напряжения и блок перемножения, причем входы блока выделения мгновенной мощности трехфазной сети соединены со входами блока выделения модуля изображающего вектора тока, которые являются входами для сигналов, пропорциональных мгновенным фазным токам сети, и со входами блока выделения модуля изображающего вектора напряжения, которые являются входами для сигналов, пропорциональных мгновенным фазным напряжениям сети, а выходы блоков выделения модуля изображающего вектора тока и выделения модуля изображающего вектора напряжения соединены с входами блока перемножения, выход которого совместно с выходом блока выделения мгновенной мощности трехфазной сети подключены к входам блока деления. Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение точности и быстродействия измерения мгновенного коэффициента мощности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемые способ и устройство относятся к электроизмерительной технике в электротехнике и электроэнергетике, в частности, могут быть использованы в системах централизованного контроля электроэнергетических систем и в системах компенсации реактивной мощности.

Из уровня техники известен способ определения коэффициента мощности в трехфазной трехпроводной цепи переменного тока, при осуществлении которого проводят измерение мгновенных значений токов двух фаз и мгновенные значения напряжений между этими фазами и третьей фазой. Перемножают эти значения и получают мгновенные мощности. Затем выделяют переменные составляющие этих произведений и интегрируют их с момента перехода междуфазных напряжений через ноль в течение заданного интервала времени (патент РФ 2263322, 27.10.2005).

Известен патент США 6828771 (07.12.2004), в котором раскрыто устройство, измеряющее величину коэффициента мощности сигнала во временной области при помощи расчета первой составляющей мгновенной мощности как произведения мгновенного значения напряжения сигнала и мгновенного значения тока сигнала электрической мощности сигнала, выполняя относительный сдвиг фазы между мгновенным значением напряжения сигнала и мгновенным значением тока сигнала. Расчет второй составляющей мгновенной мощности производится как произведение относительно сдвинутых по фазе мгновенных значений напряжения и мгновенных значений тока сигнала. Первая и вторая компоненты усредняются как среднеквадратичное усреднение для определения значения электрического параметра.

Также известен измерительный орган трехфазного напряжения синхронного генератора, где раскрыта схема, позволяющая вычислять модуль изображающего вектора напряжения трехфазной сети (патент США 4970458, 13.11.1990),

Наиболее близким по технической сущности к изобретения является патент США 5003252 (26.03.1991), в котором раскрыты устройство и способ для измерения коэффициента мощности и крутящего момента на выходе частотно-регулируемых приводов. Первоначально мощность определяют для каждой фазы трехфазной машины, используя датчики Холла для перемножения фазного тока, протекающего через каждую фазу, с током, пропорциональным фазному напряжению каждой фазы. Затем производят суммирование для получения мгновенной мощности, потребляемой трехфазной машиной. Компонента переменного тока отфильтровывается из суммированного сигнала при помощи многостадийного фильтра, который позволяет поддерживать быстрое время отклика с низким уровнем пульсации. Для измерения коэффициента мощности сигнал мгновенной фазной мощности, для каждой фазы, протекает через блокировочный конденсатор, эффективно отделяющий переменную составляющую с амплитудой, пропорциональной полной мощности.

Недостатком известных способов и устройств, его реализующих, в том числе и из наиболее близкого аналога, является физическая невозможность отслеживания мгновенного коэффициента мощности по причине наличия инерционных блоков, таких как фильтры, и определения мгновенной полной мощности s(t) только 6 раз за период. Тогда как заявленные способ и устройство позволяют определять мгновенный косинус угла между изображающими векторами тока I(t) и напряжения U(t) в 3D пространстве мгновенных фазных величин а, b, с.

В предлагаемом способе и устройстве отсутствуют инерционные блоки, что позволяет отслеживать непрерывно, безынерционно мгновенный коэффициент мощности даже на интервале периода электрической частоты, а не раз за период.

Задачей заявленного изобретения является создание более совершенного способа измерения коэффициента мощности трехфазной сети и устройства для его осуществления.

Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение точности и быстродействия измерения мгновенного коэффициента мощности, который характеризует эффективность мгновенного процесса необратимого преобразования электромагнитной энергии трехфазным потребителем за счет повышения быстродействия и непрерывности такого измерения.

Технический результат достигается за счет осуществления способа измерения мгновенного коэффициента мощности трехфазной сети, включающий преобразование входных сигналов мгновенных фазных токов и мгновенных фазных напряжений в сигналы мгновенной и полной мощности с последующим измерением их соотношения, равного мгновенному коэффициенту мощности, согласно заявленному изобретению, получение сигнала полной мощности осуществляют посредством преобразования входных сигналов мгновенных фазных токов и мгновенных фазных напряжений в мгновенные значения модуля тока и модуля напряжения трехфазной сети с последующим их перемножением.

Устройство для измерения мгновенного коэффициента мощности трехфазной сети, содержащее блок выделения мгновенной мощности трехфазной сети и соединенный с ним блок деления, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок выделения мгновенного модуля изображающего вектора тока, блок выделения мгновенного модуля изображающего вектора напряжения и блок перемножения, причем входы блока выделения мгновенной мощности трехфазной сети соединены со входами блока выделения модуля изображающего вектора тока, которые являются входами для сигналов, пропорциональных мгновенным фазным токам сети, и со входами блока выделения модуля изображающего вектора напряжения, которые являются входами для сигналов, пропорциональных мгновенным фазным напряжениям сети, а выходы блоков выделения модуля изображающего вектора тока и выделения модуля изображающего вектора напряжения соединены с входами блока перемножения, выход которого совместно с выходом блока выделения мгновенной мощности трехфазной сети подключены к входам блока деления.

Таким образом, технический результат заявленной группы изобретений достигается за счет того, что в заявленном устройстве исключены инерционные звенья, такие как фильтры низкой частоты, детекторы абсолютного значения, определяющие амплитудные значения не в каждый момент времени, и тому подобные.

Повышение точности и скорости измерения мгновенного коэффициента мощности достигается за счет заявленного способа и устройства, согласно которым мгновенный коэффициент мощности определяют соотношением сигналов мгновенной мощности р к мгновенной полной мощности s(t). В известных ранее способах и при помощи известных ранее устройств полную мощность трехфазной сети s определяли произведением действующих значений тока и напряжения.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых изображены блок-схемы.

Фиг. 1 - блок-схема устройства для мгновенного измерения коэффициента мощности трехфазной сети в общем виде;

Фиг. 2 - блок-схема устройства для мгновенного измерения коэффициента мощности трехфазной сети.

I - блок выделения мгновенной мощности трехфазной сети p(t);

II - блок выделения мгновенного значения модуля изображающего вектора тока I(t);

III - блок выделения мгновенного значения модуля изображающего вектора напряжения U(t);

IV - блок перемножения;

V - блок деления.

1 - перемножитель сигналов - 10 штук;

2 - сумматор сигналов - 3 шт.;

3 - извлечение корня квадратного;

4 - делитель.

В частном случае реализации изобретения способ осуществляют при использовании заявленного устройства.

Предложенный способ позволяет мгновенно отслеживать коэффициент мощности трехфазной сети λ(t) или мгновенную эффективность процесса преобразования электромагнитной энергии в трехфазной сети в каждый текущий момент времени.

В частном случае реализации устройство может быть использовано следующим образом.

На входы устройства поступают сигналы, пропорциональные мгновенным фазным токам ia, ib, ic и мгновенным фазным напряжениям ua, ub, uc. На вход блока выделения мгновенной мощности р поступают сигналы от мгновенных фазных токов ia, ib, ic и от мгновенных фазных напряжений ua, ub, uc. Сигнал на выходе этого блока I пропорционален мгновенной трехфазной мощности p(t), который определяется следующим образом:

р=uaia+ubib+ucic,

где ua, ub, uc - мгновенные фазные напряжения;

ia, ib, ic - мгновенные фазные токи.

Выход блока выделения мгновенной трехфазной мощности соединен с одним из входов делителя 4. Выход делителя 4 является выходом заявленного устройства. На вход блока выделения мгновенного модуля напряжения трехфазной сети поступают сигналы мгновенных фазных напряжений (ua, ub, uс), которые возводятся в квадрат с помощью перемножителей сигналов 1, выходы которых соединены со входом сумматора 2. Выход сумматора 2 соединен со входом блока выделения квадратного корня 3. Блок выделения мгновенного модуля напряжения трехфазной сети реализует следующее выражение:

На вход блока выделения мгновенного значения модуля изображающего вектора тока I(t) трехфазной сети поступают сигналы мгновенных фазных токов (ia, ib, ic).

Блок работает аналогично вышеописанному блоку выделения U(t), только выходной сигнал блока III пропорционален мгновенному значению модуля изображающего вектора тока I(t), реализуя следующее выражение:

Выходы блоков II и III соединены с входами перемножителя 1, реализующего следующее выражение:

s(t)=U(t)⋅I(t), где

s(t) - сигнал, пропорциональный мгновенной полной мощности трехфазной сети, который с выхода перемножителя 1 поступает на второй вход делителя, реализующего отношение сигнала, пропорционального мгновенной мощности p(t) трехфазной сети к сигналу, пропорциональному мгновенной полной мощности s(t) трехфазной сети, что определяет мгновенное значение коэффициента мощности λ(t):

где p(t) - мгновенная мощность трехфазной сети,

s(t) - мгновенная полная мощность трехфазной сети.

Для примера рассмотрим случай неискаженной симметричной нагрузки:

ua=Um⋅cosωt; ia=Im⋅cos(ωt+ϕ);
ub=Um⋅cos(ωt-120°); ib=Im⋅cos(ωt-120°+ϕ);
uc=Um⋅cos(ωt+120°); ic=Im⋅cos(ωt+120°+ϕ).

Если подставить эти выражения в формулу определения коэффициента мощности, то, после проведения тригонометрических преобразований, можно получить следующее выражение:

λ(t)=cosϕ(t).

Реализация такого устройства может быть различна, в частности, при реализации используют предпочтительно аналоговые устройства, поскольку в таком случае входные величины преобразуются согласно заявленной блок-схеме устройства непрерывно, а не в какие-то определенные моменты времени, как, например, при использовании цифровых устройств.

Таким образом, заявленную группу изобретений можно применять в системах централизованного контроля электроэнергетических систем и в системах компенсации реактивной мощности для оперативного измерения коэффициента мощности и его последующей оперативной корректировки при отклонении от необходимых значений.

1. Способ измерения мгновенного коэффициента мощности трехфазной сети, включающий преобразование входных сигналов мгновенных фазных токов и мгновенных фазных напряжений в сигналы мгновенной и полной мощности с последующим измерением их соотношения, равного мгновенному коэффициенту мощности, отличающийся тем, что получение сигнала полной мощности осуществляют посредством преобразования входных сигналов мгновенных фазных токов и мгновенных фазных напряжений в мгновенные значения модуля тока и модуля напряжения трехфазной сети с последующим их перемножением.

2. Устройство для измерения мгновенного коэффициента мощности трехфазной сети, содержащее блок выделения мгновенной мощности трехфазной сети и соединенный с ним блок деления, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок выделения мгновенного модуля изображающего вектора тока, блок выделения мгновенного модуля изображающего вектора напряжения и блок перемножения, причем входы блока выделения мгновенной мощности трехфазной сети соединены со входами блока выделения модуля изображающего вектора тока, которые являются входами для сигналов, пропорциональных мгновенным фазным токам сети, и со входами блока выделения модуля изображающего вектора напряжения, которые являются входами для сигналов, пропорциональных мгновенным фазным напряжениям сети, а выходы блоков выделения модуля изображающего вектора тока и выделения модуля изображающего вектора напряжения соединены с входами блока перемножения, выход которого совместно с выходом блока выделения мгновенной мощности трехфазной сети подключены к входам блока деления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к способам оценки влияния потребителей на несинусоидальность и несимметрию напряжений. Оценку влияния k-го потребителя на искажение напряжения в точке общего присоединения осуществляют путем определения параметров автономного напряжения искажения k-го потребителя и коэффициента влияния на искажение напряжения k-го потребителя и сравнения данных параметров с допустимыми.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для измерения площади одиночного электрического импульса с выдачей результатов в цифровой форме.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям мощности СВЧ сигнала. Способ измерения мощности СВЧ сигнала в рассогласованном тракте заключается в подаче в тракт сигнала от генератора СВЧ через специальные отрезки линии передачи СВЧ в ваттметр СВЧ и определении искомой величины по результатам измерений.

Изобретение относится к области имерений мощности СВЧ-сигналов, в частности к измерению импульсной СВЧ-мощности. Способ измерения импульсной мощности (Ри) импульсов СВЧ произвольной формы содержит этапы измерения средней мощности (Рср) импульсов СВЧ за период их повторения Тп, выделения видеоимпульсов импульсов их огибающей по мощности, полученной путем детектирования на линейном участке вольт-ваттной характеристики (ВВХ) детектора СВЧ, измерения временных параметров этой огибающей в виде периода повторения Тп и длительности импульса τu на заданном уровне 0,5 относительно амплитуды этого импульса, определении скважности Q, равной их отношению и дальнейшему перемножению Рср на Q.

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано при контроле качества электроэнергии в энергосистемах. Способ включает выделение анормальных составляющих токов нагрузок i1a, i2a, определение собственных долевых участий в изменении качества результирующего тока для ветвей с источниками токов нагрузки, также определение взаимного долевого участия в изменении качества электрической энергии в узле от взаимодействия пар ветвей с источниками токов нагрузок, затем определение результирующего изменения качества электрической энергии в узле в соответствии с формулой.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения мощности радиосигнала в тракте, демодуляции сигнала, измерений амплитуды напряжения переменного тока, в частности к области измерений мощности сигнала путем измерений напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к способам оценки качества электроэнергии. Способ может быть использован в системах электроснабжения промышленных предприятий с неизменной нагрузкой для определения источника нелинейных искажений как со стороны питающей сети, так и со стороны нелинейной нагрузки самого предприятия.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля работы однофазного инвертора, работающего на разнообразные виды нагрузок с широким диапазоном изменения коэффициента мощности.

Изобретение относится к метрологии, в частности к приборостроению. Устройство контроля работы трехфазного инвертора содержит источник постоянного напряжения, подключенный к входу инвертора, с выходами которого связаны две пары датчиков линейных напряжений и линейных токов и нагрузка, два аналоговых перемножителя, входы которых соединены с датчиками соответствующих линейных напряжений и токов, а выходы через фильтры нижних частот связаны с входами одного из двух сумматоров.

Группа изобретений относится к метрологии. Установка измерения экранного затухания содержит измерительную экранированную камеру, генератор и приемник.

Изобретение относится к измерениям экономии электрической мощности в энергосберегающих устройствах. Способ измерения экономии электрической мощности в энергосберегающих устройствах, выполненных по схеме включения трансформатора в режиме автотрансформатора с вольтодобавочной обмоткой, включает измерение электрической мощности с помощью первого счетчика, включенного на входе до энергосберегающего устройства. Согласно изобретению вход измерения напряжения второго счетчика подключают к входу энергосберегающего устройства, его токовый вход к первичной обмотке суммирующего трансформатора тока, вторичные обмотки которого соединяют с обмотками первого и второго трансформаторов тока, причем первый трансформатор тока подключают в цепь основной обмотки автотрансформатора, а второй трансформатор тока подключают в цепь нагрузки, фиксируют показания первого и второго счетчиков, вычисляют экономию электрической мощности по формуле: где Wh 1 и Wh 2 – показания первого и второго счетчика. Достигаемый технический результат – повышение точности измерения за счет возможности вычислять точное значение экономии электрической энергии в любой момент времени. 2 ил.

Группа изобретений относится к измерениям параметров электросетей, в частности к определению фазоров напряжения и тока в электрической сети среднего напряжения точным образом без необходимости в усложненных датчиках, и к определению и мониторингу мощности, развиваемой каждым из проводников, с использованием средств, обычно имеющихся в электрических сетях среднего напряжения. Раскрыты способ и соответствующее устройство для мониторинга параметров электрической сети среднего напряжения, включая определение силы тока, напряжения и мощности каждой фазы для электрической сети среднего напряжения. Текущие параметры электрической сети среднего напряжения, то есть фазоры тока и напряжения, а также мощности, определяются на основе измерений, выполненных датчиками (12, 14, 16), обычно установленными в электрической сети (5, 7) на уровне трансформатора (8). Конкретно определение фазора напряжения на каждом проводнике электрической сети (5) среднего напряжения выполняется с помощью амплитуды, выведенной из измеренной в электрической сети (7) низкого напряжения, и фазового угла, измеренного в электрической сети (5) среднего напряжения. Составления пар между фазорами тока среднего напряжения, углом, измеренным на среднем напряжении и выведенной амплитудой низкого напряжения выполняются с помощью сравнения с коэффициентом мощности cos ϕ электрической сети. Технический результат заключается в обеспечении приемлемой точности измерений мощности без применения усложненных датчиков за счет измерений трехфазных напряжений и мощностей в подстанциях MV/LV с особенностью обращения к информации о напряжениях, измеренных на стороне LV. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам электроснабжения железнодорожного транспорта. Способ определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения заключается в том, что на каждом шаге моделирования на основе тяговых расчетов с учетом напряжения на токоприемнике по графику движения поездов вычисляют параметры электроподвижного состава и системы тягового электроснабжения. На основании параметров определяют тяговые и тормозные усилия поезда, скорость движения и пройденное поездом расстояние, а также ток, потребляемый каждым поездом с учетом потребления на собственные нужды. При этом определение тока электроподвижного состава в режиме рекуперативного торможения осуществляют на основе проверки условий рекуперации по балансу мощности тяги и рекуперации и проверки по допустимому уровню напряжения на токоприемнике. Определяют энергетические показатели электроподвижного состава и системы тягового электроснабжения, корректируют график движения поездов, и расчет повторяется до окончания рассматриваемого интервала времени. Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения энергетических показателей движения поезда и системы тягового электроснабжения. 4 ил.

Предлагаемые способ и устройство относятся к электроизмерительной технике в электротехнике и электроэнергетике, в частности, могут быть использованы в системах централизованного контроля электроэнергетических систем и в системах компенсации реактивной мощности. Способ включает преобразование входных сигналов мгновенных фазных токов и мгновенных фазных напряжений в сигналы мгновенной и полной мощности с последующим измерением их соотношения, равного мгновенному коэффициенту мощности, отличающийся тем, что получение сигнала полной мощности осуществляют посредством преобразования входных сигналов мгновенных фазных токов и мгновенных фазных напряжений в мгновенные значения модуля тока и модуля напряжения трехфазной сети с последующим их перемножением. Устройство содержит блок выделения мгновенной мощности трехфазной сети и соединенный с ним блок деления, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок выделения мгновенного модуля изображающего вектора тока, блок выделения мгновенного модуля изображающего вектора напряжения и блок перемножения, причем входы блока выделения мгновенной мощности трехфазной сети соединены со входами блока выделения модуля изображающего вектора тока, которые являются входами для сигналов, пропорциональных мгновенным фазным токам сети, и со входами блока выделения модуля изображающего вектора напряжения, которые являются входами для сигналов, пропорциональных мгновенным фазным напряжениям сети, а выходы блоков выделения модуля изображающего вектора тока и выделения модуля изображающего вектора напряжения соединены с входами блока перемножения, выход которого совместно с выходом блока выделения мгновенной мощности трехфазной сети подключены к входам блока деления. Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение точности и быстродействия измерения мгновенного коэффициента мощности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх