Способ измерения реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности для трехфазных цепей с симметричной нагрузкой. Способ измерения реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи включает измерение мгновенных величин токов и напряжений на каждой фазе. Измеренные мгновенные величины фазных токов и напряжений масштабируют, затем преобразуют из естественной трехфазной системы координат в двухфазную α-β систему координат. На основе полученных проекций токов Iα, Iβ и напряжений Uα, Uβ в α-β системе координат формируют векторы тока Is и напряжения Us:

далее определяют векторное произведение между векторами Is и Us:

Qγ=IS×US.

Полученные проекции токов и напряжений в α-β системе координат перемножают Q1=Iα⋅Uβ и Q2=-Iβ⋅Uα, затем складывают и умножают на число фаз:

где - оценка реактивной мощности трехфазной цепи.

Преобразование фазных токов и напряжений из естественной трехфазной системы координат в двухфазную осуществляют согласно следующим выражениям:

где IA, IB, IC - мгновенные фазные токи;

Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;

UA, UB, UC - мгновенные фазные напряжения;

Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат.

Технический результат: повышение точности измерения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 ил.

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности для трехфазных цепей с симметричной нагрузкой.

Известен способ измерения реактивной мощности [SU 1567990 А1, МПК 5 G01R 21/06, опубл. 30.06.1990], выбранный в качестве прототипа, включающий перемножение мгновенных значений тока и напряжения, выделение переменной составляющей произведения и усреднение ее с момента перехода через нуль одного из входных сигналов тока (напряжения) в течение интервала времени, в течение которого производится усреднение, заканчивают в момент ближайшего перехода через нуль другого сигнала напряжения (тока).

Недостатком предложенного способа является необходимость определения точки перехода синусоидального сигнала через нуль, которая влияет на точность измерения реактивной мощности.

Задачей изобретения является расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Предложенный способ измерения реактивной мощности, так же как в прототипе, включает измерение мгновенных фазных величин токов и напряжений.

Согласно изобретению, измеренные мгновенные величины фазных токов и напряжений масштабируют, затем преобразуют из естественной трехфазной системы координат в двухфазную α-β систему координат. На основе полученных проекций токов Iα, Iβ и напряжений Uα, Uβ в α-β системе координат формируют векторы тока Is и напряжения Us:

далее определяют векторное произведение между векторами Is и Us:

Qγ=Is×Us,

Полученные проекции токов и напряжений в α-β системе координат перемножают Q1=Iα⋅Uβ и Q2=-Iβ⋅Uα, затем складывают и умножают на число фаз:

где - оценка реактивной мощности трехфазной цепи.

Преобразование фазных токов и напряжений из естественной трехфазной системы координат в двухфазную осуществляют согласно следующим выражениям:

где IА, IВ, IС - мгновенные фазные токи;

Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;

UA, UB, UC - мгновенные фазные напряжения;

Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат.

Таким образом, измерение реактивной мощности осуществляют с большой точностью благодаря использованию векторного произведения мгновенных величин проекций токов и напряжений в двухфазной системе координат α-β.

В таблице 1 представлены данные фазных токов и напряжений.

В таблице 2 представлены параметры трехфазной цепи.

На фиг. 1 приведена схема устройства, реализующего способ измерения реактивной мощности в трехфазной цепи.

На фиг. 2 приведены осциллограммы напряжений в трехфазной цепи.

На фиг. 3 приведены осциллограммы токов в трехфазной цепи.

На фиг. 4 приведен график сигнала с выхода блока умножителя 16.

На фиг. 5 приведен график сигнала с выхода блока умножителя 17.

На фиг. 6 приведена осциллограмма реактивной мощности.

На фиг. 7 приведен график относительной ошибки реактивной мощности.

Предлагаемый способ осуществлен с помощью устройства (фиг. 1) для определения реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи, которое содержит блок нормирующий 1 (БН), блок преобразователя координат 2 (БПК) и блок вычисления реактивной мощности 3 (БВРМ).

Блок нормирующий 1 (БН) содержит шесть усилителей-нормализаторов 4 (УН1), 5 (УН2), 6 (УН3), 7 (УН4), 8 (УН5) и 9 (УН6).

Входы первого, второго и третьего усилителей-нормализаторов 4 (УН1), 5 (УН2) 6 (УН3) связаны с выходами датчиков фазных токов. Входы четвертого, пятого и шестого усилителей-нормализаторов 7 (УН4), 8 (УН5) и 9 (УН6) подключены к выходам датчиков фазных напряжений.

Блок преобразователя координат 2 (БПК) содержит два сумматора 10 (С1), 11 (С2) и четыре масштабирующих усилителя 12 (МУ1), 13 (МУ2), 14 (МУ3), 15 (МУ4).

Входы первого сумматора 10 (С1) соединены с выходами второго 5 (УН2) и третьего 6 (УН3) усилителей-нормализаторов. Выход первого сумматора 10 (С1) связан с входом второго масштабирующего усилителя 13 (МУ2). Входы второго сумматора 11 (С2) соединены с выходами пятого и шестого усилителей-нормализаторов 8 (УН5) и 9 (УН6). Выход второго сумматора 11 (С2) связан с входом четвертого масштабирующего усилителя 15 (МУ4). Выход первого усилителя-нормализатора 4 (УН1) связан с входом первого масштабирующего усилителя 12 (МУ1). Выход четвертого усилителя-нормализатора 7 (УН4) связан с входом третьего масштабирующего усилителя 14 (МУ3).

Блок вычисления реактивной мощности 3 (БВРМ) содержит два умножителя 16 (У1), 17 (У2), третий сумматор 18 (С3) и пятый масштабирующий усилитель 19 (МУ5).

Выходы первого масштабирующего усилителя 12 (МУ1) и четвертого масштабирующего усилителя 15 (МУ4) соединены с входами первого умножителя 16 (У1). Выходы третьего масштабирующего усилителя 14 (МУ3) и второго масштабирующего усилителя 13 (МУ2) соединены с входами второго умножителя 17 (У2). Выходы первого умножителя 16 (У1) и второго умножителя 17 (У2) соединены с входами третьего сумматора 18 (С3), выход которого соединен с входом пятого масштабирующего усилителя 19 (МУ5), выход которого соединен с индикатором реактивной мощности.

В качестве усилителей нормализаторов 4 (УН1), 5 (УН2), 6 (УН3), 7 (УН4), 8 (УН5) и 9 (УН6) могут быть использованы - ЛА-УНИ4. Сумматоры 10 (C1), 11 (С2) и масштабирующие усилители 12 (МУ1), 13 (МУ2), 14 (МУ3), 15 (МУ4) могут быть реализованы на базе DSP-микроконтроллеров фирмы «Texas Instruments» с применением стандартных библиотек. Умножители 16 (У1), 17 (У2), сумматор 18 (С3) и масштабирующие усилители 19 (МУ5) могут быть выполнены аналогично на базе DSP-микроконтроллеров фирмы «Texas Instruments».

Измерение реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи для одной мгновенной величины осуществляли следующим образом: при подключении усилителей-нормализаторов 4 (УН1), 5 (УН2), 6 (УН3), 7 (УН4), 8 (УН5) и 9 (УН6) к трехфазным датчикам тока и напряжения выходные сигналы мгновенных величин токов IА_Н, IВ_Н, IС_Н и напряжений UA_H, UB_H, UC_H с этих блоков (фиг. 2, 3) подавали в блок преобразования координат 2 (БПК), где на основе этих данных (таблица 1) определили проекции Iα, Iβ токов и напряжений Uα, Uβ. Выходные сигналы IА_Н, IА_Н с усилителей-нормализаторов 4 (УH1), 7 (УН4) преобразовали масштабирующими усилителями 12 (МУ1), 14 (МУ3). С помощью сумматора 10 (С1) сложили выходные сигналы IВ_Н, IС_Н с усилителей-нормализаторов 5 (УН2), 6 (УН3). С помощью сумматора 11 (С2) сложили выходные сигналы UB_Н, UC_H с усилителей-нормализаторов 8 (УН5) и 9 (УН6). Выходные сигналы сумматоров 10 (С1) и 11 (С2) преобразовали масштабирующими усилителями 13 (МУ2) и 15 (МУ4):

где IA_Н, IВ_Н, IС_Н - нормализованные мгновенные фазные токи;

Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;

UA_H, UB_H, UC_H - нормализованные мгновенные фазные напряжения;

Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат.

Выходные значения блоков 12 (МУ1), 13 (МУ2) и 14 (МУ1), 15 (МУ2), которые являются проекциями токов Iα, Iβ и напряжений Uα, Uβ, подали в блок вычисления реактивной мощности 3 (БВРМ), где осуществили перемножение выходных сигналов Q1=Iα·Uβ (фиг. 4) и Q2=-Iβ⋅Uα (фиг. 5) в блоках умножения 16 (У1) и 17 (У2), произведения которых Q1 и Q2 затем сложили в сумматоре 18 (С3) Q0=(Q1+Q2), выходной сигнал которого преобразовали в масштабирующем усилителе 19 (МУ5) путем умножения на число фаз:

где - оценка реактивной мощности трехфазной цепи (фиг. 6).

Адекватность определения оценки реактивной мощности была установлена аналитически на основе определения относительной погрешности Δ:

где QT - расчетная величина реактивной мощности аналитическим способом;

- оценка реактивной мощности в трехфазной цепи.

На основании данных из таблицы 2 произвели аналитический расчет реактивной мощности QT. Вначале определили индуктивные сопротивления ХА, ХВ, ХС фаз А, В, С:

ХА=ω⋅LA=314,59⋅30⋅10-3=9,4 Ом,

ХВ=ω⋅LВ=314,59⋅30⋅10-3=9,4 Ом,

ХС=ω⋅LС=314,59⋅30⋅10-3=9,4 Ом,

где LА, LB, LC индуктивные сопротивления; ω=2⋅π⋅ƒ=2⋅3,14⋅50=314,59 - циклическая частота, ƒ - частота питающей цепи.

Далее рассчитали токи IФА, IФВ, IФС для каждой фазы:

где UФ - фазное напряжение.

Затем определили sin(ϕA), sin(ϕB), sin(ϕC):

Далее на основе расчетных данных определили реактивную мощность в трехфазной цепи:

QT=UФ⋅IФА⋅sin(ϕA)+UФ⋅IФВ⋅sin(ϕB)+

+UФ⋅IФС⋅sin(ϕC)=3⋅220⋅16,01⋅0,686=7,247⋅103 Вар.

Затем рассчитали относительную погрешность определения оценки реактивной мощности Q для трехфазной симметричной цепи:

Анализ относительной погрешности оценки вычисления реактивной мощности показал, что точность измерения для цепи с симметричной нагрузкой определяется точностью измерения мгновенных величин тока и напряжения и шагом расчета (фиг. 7).

1. Способ измерения реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи, включающий измерение мгновенных величин токов и напряжений на каждой фазе, отличающийся тем, что измеренные мгновенные величины фазных токов и напряжений масштабируют, затем преобразуют из естественной трехфазной системы координат в двухфазную α-β систему координат, на основе полученных проекций токов Iα, Iβ и напряжений Uα, Uβ в α-β системе координат формируют векторы тока Is и напряжения Us:

далее определяют векторное произведение между векторами Is и Us:

Qγ=Is×Us,

полученные проекции токов и напряжений в α-β системе координат перемножают Q1=Iα⋅Uβ и Q2=-Iβ⋅Uα, затем складывают и умножают на число фаз:

где - оценка реактивной мощности трехфазной цепи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что преобразование фазных токов и напряжений из естественной трехфазной системы координат в двухфазную осуществляют согласно следующим выражениям:

где IA, IB, IC - мгновенные фазные токи;

Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;

UA, UB, UC - мгновенные фазные напряжения;

Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области учета потребляемой электроэнергии и контроля параметров работы электрической и информационной сетей и предназначено для использования на транспортном средстве.

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для измерения потребления электроэнергии электрической установкой. В группе из нескольких индивидуальных ветвей (4) распределения электроэнергии между нагрузками (5а, 5b, 5с, 5d) и входящей линии (3) обнаруживают изменение в электрическом потреблении в установке (1).

Изобретение относится области электрических измерений. В соответствии с изобретением, группа, содержащая множество отдельных ветвей распределения, соединенных параллельно, подключена к источнику питания переменного тока.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам учета энергии. Устройство, реализующее способ измерения энергии, содержит аналоговые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц, аналоговые полосовые фильтры «пробка» 50 Гц напряжений и токов, аналого-цифровые преобразователи цифровые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц, цифровые полосовые фильтры «пробка» и 50 Гц напряжений и токов, цифровые фильтры напряжений и токов нулевой, прямой и обратной последовательностей соответственно, блоки расчета мощностей по нулевой, прямой и обратной последовательностям, блок сравнения отклонения напряжения по прямой последовательности, блоки расчета энергии нулевой, прямой и обратной последовательностей, блок расчета мощности высших гармоник, блок расчета энергии высших гармоник, формирователи модулирующих кодов, линии задержки, сумматор, задающий генератор, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в различных устройствах электропитания систем электроснабжения. Технический результат изобретения выражается в уменьшении погрешности измерения в цепях с реактивной мощностью.

Изобретение относится к импульсной обработке материалов, в частности к определению энергетической эффективности обработки на установке электроискрового легирования.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности при синусоидальных и несинусоидальных формах напряжения и тока.

Изобретение относится к электротехническим измерениям, предназначен для измерения активной мощности, выделяемой на нагрузке электрической сети переменного тока, и может быть использован, например, для контроля потребляемой электрической энергии.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение точности обнаружения потерь мощности при более высоких уровнях мощности. Передатчик (101) мощности передает мощность в приемник (105) мощности с использованием беспроводного сигнала мощности. Передатчик (101) мощности содержит катушку (103) индуктивности, возбуждаемую генератором (201) сигнала мощности для предоставления сигнала мощности. Калибровочный контроллер (211) определяет, была ли выполнена калибровка потерь мощности для пары передатчика (101) мощности и приемника (105) мощности. Калибровка адаптирует ожидаемое соотношение между указанием принятой мощности, предоставленным приемником (105) мощности, и указанием переданной мощности для передатчика (101) мощности. Ограничитель (205) мощности ограничивает мощность, предоставляемую в катушку индуктивности, с целью непревышения пороговой величины, пока не будет выполнена калибровка потерь мощности для пары. Ожидаемое соотношение может использоваться для обнаружения неучтенных потерь мощности, например, вследствие присутствия посторонних предметов. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам учета и контроля расхода электроэнергии. Счетчик электроэнергии (СЭЭ), потребляемой из однофазной электрической сети, состоит из микроконтроллера с подключенными к нему источником питания, блоком индикации, блоком кнопок управления индикацией, энергонезависимой памятью, блоком приема-передачи данных по стандартным информационным каналам, датчиком напряжения электрической сети и несколькими датчиками тока, подключенными к линиям, соединяющим электрическую сеть с электрическими нагрузками нескольких абонентов, при этом СЭЭ имеет цифровой сигнальный процессор (ЦСП), соединенный цифровой интерфейсной шиной с микроконтроллером и содержащий блок нескольких измерителей расхода электроэнергии, блок нескольких аналогово-цифровых преобразователей (АЦП); при этом блок АЦП содержит один АЦП для измерения напряжения электрической сети, соединенный с каждым измерителем расхода электроэнергии, и несколько АЦП для измерения тока, а каждый АЦП для измерения тока соединен с одним соответствующим ему измерителем расхода электроэнергии. Технический результат заключается в оптимизации учета потребления электрической энергии в однофазных электрических сетях многими абонентами. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Предлагаемый способ относится к области электротехники и электроэнергетики и, в частности, может быть использован в системах централизованного контроля и мониторинга электроэнергетических систем, в системах компенсации реактивной мощности, в силовых активных фильтрах. Способ определения мгновенной реактивной мощности трехфазной сети включает измерение мгновенных значений токов трех фаз и мгновенных значений напряжений между этими фазами, взаимное перемножение этих значений, после чего осуществляют суммирование полученных сигналов, в результате получают сигнал, пропорциональный мгновенной реактивной мощности трехфазной сети. Техническим результатом является повышение точности и скорости измерения мгновенной реактивной мощности трехфазной сети. 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях реактивной мощности для трехфазных цепей с симметричной нагрузкой. Способ измерения реактивной мощности в трехфазной симметричной электрической цепи включает измерение мгновенных величин токов и напряжений на каждой фазе. Измеренные мгновенные величины фазных токов и напряжений масштабируют, затем преобразуют из естественной трехфазной системы координат в двухфазную α-β систему координат. На основе полученных проекций токов Iα, Iβ и напряжений Uα, Uβ в α-β системе координат формируют векторы тока Is и напряжения Us: далее определяют векторное произведение между векторами Is и Us:QγIS×US.Полученные проекции токов и напряжений в α-β системе координат перемножают Q1Iα⋅Uβ и Q2-Iβ⋅Uα, затем складывают и умножают на число фаз: где - оценка реактивной мощности трехфазной цепи.Преобразование фазных токов и напряжений из естественной трехфазной системы координат в двухфазную осуществляют согласно следующим выражениям: где IA, IB, IC - мгновенные фазные токи;Iα, Iβ - проекции токов в α-β системе координат;UA, UB, UC - мгновенные фазные напряжения;Uα, Uβ - проекции напряжений в α-β системе координат.Технический результат: повышение точности измерения. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 ил.

Наверх