Система вычисления электрической величины, трансформаторный пост, содержащий такую систему, и способ вычисления электрической величины при помощи такой системы
Изобретение относится к электроизмерительной технике. Система (20) вычисления выполнена с возможностью вычисления электрической величины, связанной с электрическим оборудованием, содержащим несколько вторичных электрических проводников (42А, …, 48С), электрически соединенных с первичным электрическим проводником (34; 36; 38). Система содержит первый модуль (60), содержащий радиоэлектрический передатчик (70), и множество вторых модулей (62А, 62В, 62С), каждый из которых содержит радиоэлектрический приемопередатчик (86А, 86В, 86С) и датчик (83А, 83В, 83С) силы (IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3) тока, протекающего в соответствующем проводнике среди первичного и вторичных электрических проводников. Первый модуль содержит первые средства (72, 74) передачи в каждый второй модуль первого сообщения (M1) временной синхронизации. Каждый второй модуль содержит первые средства (84А, 88А; 84В, 88В; 84С, 88С) приема первого сообщения (M1) и вторые средства (84А, 88С) передачи в третий модуль (63) второго сообщения (М2А, М2В, М2С), содержащего, по меньшей мере, одно значение силы тока, измеренное соответствующим датчиком тока. Значения силы тока измеряются почти одновременно, предпочтительно с погрешностью синхронизации менее 10 мкс, и третий модуль содержит радиоэлектрический приемник (101), вторые средства (102, 104) приема вторых сообщений (М2А, М2В, М2С) и вычислитель (104) электрической величины на основании почти одновременно измеренных значений силы тока, полученных в упомянутых вторых сообщениях. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники
Настоящее изобретение касается системы вычисления электрической величины, связанной с электрическим оборудованием, содержащим первичный электрический проводник и несколько вторичных электрических проводников, электрически соединенных с первичным электрическим проводником, при этом система вычисления содержит:
- первый модуль, содержащий радиоэлектрический передатчик,
- множество вторых модулей, каждый из которых содержит радиоэлектрический приемопередатчик и датчик тока, выполненный с возможностью измерения силы тока, протекающего в соответствующем проводнике среди первичного и вторичных электрических проводников.
Настоящее изобретение касается также трансформаторного поста для преобразования электрического тока, имеющего первое переменное напряжение, в электрический ток, имеющий второе переменное напряжение, при этом трансформаторный пост содержит такую систему вычисления.
Настоящее изобретение касается также способа вычисления электрической величины при помощи такой системы вычисления.
Предшествующий уровень техники
Из документа WO 2010/119332 A1 известна система вычисления вышеупомянутого типа. Система вычисления содержит модули вычисления электрической энергии или электрической мощности, базу данных для хранения вычисленных значений энергии или мощности и модуль управления, выполненный с возможностью предоставления удаленным потребителям данных, соответствующих измеренным и вычисленным значениям. Модули вычисления соединены через радиоэлектрические линии связи с коммуникационным шлюзом, который, в свою очередь, подключен к сети. База данных, модуль управления и удаленные потребители тоже соединены с сетью. Каждый модуль вычисления выполнен с возможностью вычисления электрической энергии и мощности тока, протекающего в электрическом проводнике. Он содержит датчик силы тока, блок обработки, выполненный с возможностью вычисления электрической энергии и мощности, и радиоэлектрический приемопередатчик. Каждый модуль вычисления синхронизирован с коммуникационным шлюзом через синхрогенератор.
Однако такая система вычисления требует наличия датчика тока, связанного с каждым электрическим проводником, для которого вычисляют электрическую энергию и мощность. Кроме того, такая система является относительно сложной и дорогой.
Краткое изложение сущности изобретения
Изобретение призвано предложить систему вычисления электрической величины типа силы тока, электрической энергии или мощности для электрического проводника, с которым не связан ни один датчик тока. Например, в электрическом оборудовании, содержащем первичный электрический проводник и несколько вторичных электрических проводников, изобретение позволяет измерять силу тока во всех вторичных электрических проводниках и вычислять силу тока в первичном проводнике на основании этих измеренных значений.
В связи с этим объектом изобретения является система вычисления вышеупомянутого типа, отличающаяся тем, что:
- первый модуль содержит первые средства передачи в каждый второй модуль первого сообщения временной синхронизации,
- каждый второй модуль содержит первые средства приема первого сообщения и вторые средства передачи в третий модуль второго сообщения, содержащего, по меньшей мере, одно значение силы тока, измеренное соответствующим датчиком тока, при этом значения силы тока измеряются почти одновременно различными датчиками тока, предпочтительно, с погрешностью синхронизации менее 10 мкс,
- система вычисления содержит третий модуль, и третий модуль содержит радиоэлектрический приемник, вторые средства приема вторых сообщений и вычислитель электрической величины на основании почти одновременно измеренных значений силы тока, полученных в упомянутых вторых сообщениях.
Согласно предпочтительным вариантам изобретения, система вычисления имеет один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или во всех технически допустимых комбинациях:
- вычислитель выполнен с возможностью вычисления суммы значений силы тока, полученных во вторых сообщениях,
- первый модуль дополнительно содержит измеритель напряжения в соответствующем проводнике среди первичного и вторичных электрических проводников и выполнен с возможностью передачи измеренного значения напряжения во вторые модули при помощи первого сообщения, при этом каждый второй модуль содержит средства вычисления мгновенной мощности на основании значения напряжения, полученного в первом сообщении, и значения силы тока, измеренного датчиком тока, и выполнен с возможностью передачи вычисленного значения электрической мощности в третий модуль через второе сообщение, при этом вычислитель третьего модуля выполнен с возможностью вычисления суммы полученных значений мощности,
- первый модуль дополнительно содержит измеритель напряжения на соответствующем проводнике среди первичного и вторичных электрических проводников и выполнен с возможностью передачи измеренного значения напряжения во вторые модули при помощи первого сообщения, при этом каждый второй модуль содержит средства вычисления электрической энергии на основании значения напряжения, полученного в первом сообщении, и значения силы тока, измеренного датчиком тока, и выполнен с возможностью передачи вычисленного значения энергии в третий модуль через вторые сообщения, при этом вычислитель третьего модуля выполнен с возможностью вычисления суммы полученных значений энергии,
- каждый датчик тока выполнен с возможностью измерения силы соответствующего тока, и каждый второй модуль содержит дискретизатор, выполненный с возможностью дискретизации измеренной силы тока по частоте дискретизации,
- первое сообщение содержит значение упомянутой частоты дискретизации, при этом упомянутое значение предпочтительно является заранее определенным значением или значением, кратным значению частоты напряжения, по меньшей мере, одного проводника среди первичного и вторичных электрических проводников,
- вторые модули содержат первые средства сжатия, выполненные с возможностью вычисления коэффициентов разложения в ряд Фурье упомянутого значения силы тока, измеренного соответствующим датчиком тока,
- выборки поступают периодически за несколько периодов упомянутого напряжения и в соответствии с возрастающими значениями разряда дискретизации в течение данного периода, при этом значение разряда повторно инициализируют в конце каждого периода, при этом вторые модули содержат первые средства сжатия значений силы тока, измеренных соответствующим датчиком тока, причем эти средства сжатия вычисляют среднее значение выборок, имеющих одинаковое значение разряда,
- первое сообщение содержит запрос на прием измеренных значений силы тока вторыми модулями.
Объектом изобретения является также трансформаторный пост для преобразования электрического тока, имеющего первое переменное напряжение, в электрический ток, имеющий второе переменное напряжение, содержащий:
- первый щит, содержащий, по меньшей мере, один входной электрический проводник, выполненный с возможностью соединения с электрической сетью,
- второй щит, содержащий, по меньшей мере, один выходной первичный электрический проводник и несколько выходных вторичных электрических проводников, при этом каждый выходной вторичный проводник электрически соединен с соответствующим выходным первичным проводником,
- электрический трансформатор, подключенный между первым щитом и вторым щитом и выполненный с возможностью преобразования электрического тока, имеющего первое переменное напряжение, в электрический ток, имеющий второе переменное напряжение, и
- описанную выше систему вычисления электрической величины, относящейся ко второму щиту.
Объектом изобретения является также способ вычисления электрической величины, связанной с электрическим оборудованием, содержащим первичный электрический проводник и несколько вторичных электрических проводников, электрически соединенных с первичным электрическим проводником, при этом способ осуществляют при помощи системы вычисления, содержащей первый модуль, содержащий радиоэлектрический передатчик, множество вторых модулей, каждый из которых содержит радиоэлектрический приемопередатчик и датчик тока, выполненный с возможностью измерения силы тока, протекающего в соответствующем проводнике среди первичного и вторичных электрических проводников.
Согласно изобретению, способ содержит следующие этапы:
- а) передача первым модулем в каждый второй модуль первого сообщения временной синхронизации измерения силы тока, протекающего в первичных или вторичных проводниках,
- b) получение первого сообщения каждым вторым модулем,
- с) почти одновременное измерение каждым датчиком тока, предпочтительно с погрешностью синхронизации менее 10 мкс, силы тока в соответствующих первичных или вторичных проводниках,
- d) передача каждым вторым модулем в третий модуль второго сообщения, содержащего, по меньшей мере, одно значение силы тока, измеренное соответствующим датчиком тока,
- е) получение вторых сообщений третьим модулем,
- f) вычисление электрической величины на основании почти одновременно измеренных значений силы тока, полученных в упомянутых вторых сообщениях.
Согласно другим предпочтительным вариантам изобретения, способ вычисления имеет один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или во всех технически допустимых комбинациях:
- на этапе а) измеряют напряжение на соответствующем проводнике среди первичного и вторичных электрических проводников, и первое сообщение содержит значение этого измеренного напряжения, при этом на этапе с) второй модуль вычисляет электрическую мощность и/или энергию на основании значения напряжения, измеренного на этапе а), и значения силы тока, измеренного датчиком тока, тогда как на этапе d) второе сообщение дополнительно содержит значение вычисленных электрической мощности и/или энергии, а на этапе е) третий модуль дополнительно вычисляет сумму полученных значений мощности или энергии,
- во время измерения на этапе с) измеренную силу тока дискретизируют по частоте дискретизации и измеренные значения силы тока разлагают в ряд Фурье, тогда как на этапе е) вычисляют электрическую величину на основании значений комплексных коэффициентов Фурье, полученных на этапе с), до заранее определенного разряда гармоник,
- во время измерения на этапе с) измеренную силу тока дискретизируют по частоте дискретизации, при этом выборки получают последовательно по нескольким периодам напряжения соответствующего проводника среди первичного и вторичных электрических проводников и в соответствии с возрастающими значениями разряда дискретизации в ходе данного периода, при этом значение разряда повторно инициализируют в конце каждого периода и определяют среднее значение выборок, имеющих одинаковое значение разряда, при этом во время вычисления на этапе е) вычисляют электрическую величину на основании средних значений выборок, полученных на этапе с),
- на этапе а) первое сообщение дополнительно содержит запрос на прием значений силы тока и/или электрической мощности и/или энергии, измеренных или вычисленных вторыми модулями.
Благодаря изобретению, почти одновременное измерение силы тока каждым датчиком тока каждого второго модуля позволяет осуществлять операции, такие как сложение, на разных измеренных комплексных значениях мгновенной силы тока, а также на комплексных значениях мгновенной мощности и/или на значениях энергии, вычисленных в том числе на основании различных измеренных значений силы тока.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его другие преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схема трансформаторного поста, содержащего первый щит, второй щит, соединенный с первым щитом через трансформатор, и систему вычисления электрической величины в соответствии с изобретением.
Фиг. 2 - схема системы вычисления, показанной на фиг. 1, при этом система вычисления содержит первый, второй и третий модули, при этом второй щит содержит три электрических выхода.
Фиг. 3 - схема второго модуля, показанного на фиг. 2.
Фиг. 4 - хронограмма моментов передачи и получения первого сообщения, передаваемого первым модулем в каждый второй модуль.
Фиг. 5 - хронограмма передачи первого и второго сообщений и их обработки.
Фиг. 6 - блок-схема этапов способа вычисления электрической величины согласно первому варианту выполнения.
Фиг. 7-9 - блок-схемы, аналогичные блок-схеме, показанной на фиг. 6, согласно второму, третьему и соответственно четвертому вариантам выполнения.
Описание предпочтительных вариантов воплощения
Показанный на фиг. 1 трансформаторный пост 10, соединенный с электрической сетью 12, содержит первый щит 14, второй щит 16, электрический трансформатор 18, подключенный между первым щитом 14 и вторым щитом 16, и систему 20 вычисления электрической величины, такой как электрическая энергия, электрическая мощность или сила электрического тока.
Трансформаторный пост 10 выполнен с возможностью преобразования электрического тока, поступающего из сети 12 и имеющего первое переменное напряжение, в электрический ток, имеющий второе переменное напряжение.
Электрическая сеть 12 является переменной сетью, такой как трехфазная сеть. Электрическая сеть 12 является сетью среднего напряжения, то есть сетью, в которой напряжение превышает 1000 вольт и меньше 50000 вольт. При этом первое трехфазное напряжение является средним напряжением.
В варианте электрическая сеть 12 является сетью высокого напряжения, то есть сетью, в которой напряжение превышает 50000 вольт. Иначе говоря, первое трехфазное напряжение является высоким напряжением.
Первый щит 14 содержит несколько входов 22А, 22В, при этом каждый вход 22А, 22В содержит первый 24А, 24В, второй 26А, 26В и третий 28А, 28В входные проводники. Каждый первый, второй, третий входной проводник 24А, 24В, 26А, 26В, 28А, 28В соединен с электрической сетью через соответствующий входной выключатель 32. Трехфазный ток, протекающий во входных проводниках 24А, 24В, 26А, 26В, 28А, 28В, имеет первое трехфазное напряжение.
Второй щит 16 содержит первый 34, второй 36, третий 38 и четвертый 39 первичные проводники и множество N выходов 40А, 40В, …, 40N, а именно первый выход 40А, второй выход 40В, …, N-й выход 40N, при этом каждый выход 40А, 40В, …, 40N выполнен с возможностью выдачи трехфазного напряжения.
Каждый выход 40А, 40В, …, 40N является выходом низкого напряжения, то есть выходом, в котором напряжение меньше 1000 вольт. Следовательно, второе трехфазное напряжение является низким напряжением.
В варианте каждый выход 40А, 40В, …, 40N является выходом среднего напряжения, то есть выходом, в котором напряжение превышает 1000 вольт и меньше 50000 вольт. Иначе говоря, второе трехфазное напряжение является средним напряжением.
Первый выход 40А содержит первый 42А, второй 44А, третий 46А и четвертый 48А вторичные проводники и три выходных выключателя 50. Первый, второй и третий вторичные проводники 42А, 44А, 46А соответственно соединены с первым, вторым и третьим первичными проводниками 34, 36, 38 через соответствующий выходной выключатель 50. Четвертый вторичный проводник 48А напрямую соединен с четвертым первичным проводником.39.
Выходные первичные проводники 34, 36, 38 и соответствующие выходные вторичные проводники 42А, 44А, 46А имеют по существу одинаковое напряжение, а именно первое напряжение V1, второе напряжение V2 и третье напряжение V3, соответствующие трем фазам второго трехфазного напряжения относительно проводника 39 нейтрали.
Другие выходы 40В, …, 40N являются идентичными описанному выше первому выходу 40А и содержат такие же элементы, в обозначениях которых буква А заменена соответствующей буквой В, …, N.
Электрический трансформатор 18 выполнен с возможностью преобразования тока, поступающего из электрической сети и имеющего первое переменное напряжение, в ток, поступающий на второй щит 16 и имеющий второе переменное напряжение. Электрический трансформатор 18 содержит первичную обмотку 52, соединенную с первым щитом 14, и вторичную обмотку 54, соединенную со вторым щитом 16.
Система 20 вычисления выполнена с возможностью вычисления электрической величины типа силы тока, электрической энергии и/или мгновенной электрической мощности в каждом выходном вторичном проводнике 42А, 44А, 46А, 48А, 42В, 44В, 46В, 48В, 42N, 44N, 46N, 48N.
На фиг. 2 второй щит показан с числом N выходов, равным 3. Таким образом, второй щит 16 содержит первый 34, второй 38, третий 38 и четвертый 3 9 первичные проводники и три выхода 40A, 40В, 40С.
Показанная на фиг. 2 система 20 вычисления содержит первый модуль 60, соединенный с первичными проводниками 34, 36, 38, 39, три вторых модуля 62А, 62В, 62С, а именно соответствующий второй модуль 62А, 62В, 62С для каждого выхода 40А, 40В, 40С, при этом второй модуль 62А, 62В, 62С соединен с выходными вторичными проводниками 42А, 44А, 46А, соответственно 42В, 44В, 46В и соответственно 42С, 44С, 46С. Система 20 вычисления дополнительно содержит третий модуль 63.
Первый модуль 60 содержит измеритель 66, радиоэлектрический передатчик 70, радиоэлектрическую антенну 72, микроконтроллер 74, коммуникационный блок 80 и устройство 82 электрического питания этих различных элементов.
Для каждого из первого 42А, второго 44А и третьего 46А вторичных проводников второй модуль 62А содержит датчик 83А тока, выполненный с возможностью измерения силы тока, протекающего в соответствующем вторичном проводнике 42А, 44А, 46А. Дополнительно он содержит микроконтроллер 84А, радиоэлектрический приемопередатчик 86А, радиоэлектрическую антенну 88А, аналого-цифровой преобразователь 90А и устройство 92А электрического питания этих элементов.
Другие вторые модули 62В, 62С идентичны описанному выше второму модулю 62А и содержат такие же элементы, в обозначениях которых буква А заменена соответствующей буквой В, С.
Третий модуль 63 содержит радиоэлектрический приемник 101, радиоэлектрическую антенну 102, вычислитель 104, блок 105 накопления данных и записи даты и времени, интерфейс 106 человек-машина, коммуникационный блок 107 и устройство 108 электрического питания этих элементов.
Измеритель 66 выполнен с возможностью измерения частоты F трехфазного напряжения первичных проводников 34, 36, 38.
Предпочтительно, радиоэлектрический передатчик 70 соответствует протоколу связи ZIGBEE или ZIGBEE GREEN POWER, основанному на стандарте IEEE-802.15.4. В варианте предпочтительно радиоэлектрический передатчик 70 соответствует стандарту IEEE-8 02.15.1 или стандарту IEEE-802.15.2. Еще в одном варианте предпочтительно радиоэлектрический передатчик 70 соответствует стандарту IEEE-802.11. В случае несоответствия стандарту IEEE этот передатчик может просто соответствовать регламентным нормам, действующим в каждой стране (решение радиосвязи собственника).
Радиоэлектрическая антенна 72 выполнена с возможностью передачи радиоэлектрических сигналов на антенны 88А, 88В, 88С вторых модулей 62А, 62В, 62С. Иначе говоря, первый модуль 60 соединен с каждым из вторых модулей 62А, 62В, 62С через соответствующую радиоэлектрическую линию связи.
Микроконтроллер 74 выполнен с возможностью записи и исполнения не показанной программы передачи первого сообщения M1 в каждый второй модуль 62А, 62В, 62С, при этом программа передачи выполнена с возможностью взаимодействия с радиоэлектрическим приемником 70 и радиоэлектрической антенной 72.
Коммуникационный блок 80 обеспечивает связь первого модуля 60 с не показанным внешним устройством при помощи линии связи, предпочтительно стандартной линии связи, такой как связь типа Protocol ModBus Serial Line или Modbus TCP/IP или любого другого протокола с использованием IP.
Датчик 83А тока выполнен с возможностью измерения соответствующей силы тока среди первой силы тока IA1, протекающего в первом выходном вторичном проводнике 42А, второй силы тока IA2, протекающего во втором выходном вторичном проводнике 44А, и третьей силы тока IA3, протекающего в третьем выходном вторичном проводнике 46А.
Дополнительно аналого-цифровой преобразователь 90А выполнен с возможностью дискретизации, по частоте дискретизации FECH, значений силы тока IA1, IA2, IA3, измеренных датчиком 83А тока. Таким образом, аналого-цифровой преобразователь 90А, как и аналого-цифровые преобразователи 90В и 90С, дополнительно образуют дискретизатор.
Датчик 83А тока содержит первый тор 110A, расположенный вокруг соответствующего выходного вторичного проводника 42А, 44А, 46А, и первую обмотку 112А, выполненную вокруг первого тора, как показано на фиг. 3. Прохождение тока через соответствующий выходной вторичный проводник приводит к появлению наведенного тока, пропорционального силе тока в первой обмотке 112А. Первый тор 110А является тором Роговского. Предпочтительно первый тор 110А является разомкнутым тором для облегчения его расположения вокруг соответствующих проводников.
Микроконтроллер 84А выполнен с возможностью записи и исполнения не показанных на чертеже программы сбора дискретизированных аналого-цифровым преобразователем 90А соответствующих значений силы тока IA1, IA2, IA3, программы приема первого сообщения M1, программы сжатия дискретизированных значений первой, второй и третьей силы тока IA1, IA2, IA3 и программы передачи второго сообщения М2А в третий модуль 63.
Радиоэлектрический приемопередатчик 86А является таким же, как и радиоэлектрический передатчик 70.
Радиоэлектрическая антенна 88А выполнена с возможностью приема радиоэлектрических сигналов от антенны 72, а также передачи радиоэлектрических сигналов на антенну 101.
Для каждого из первого 42А, второго 44А и третьего 46А вторичных проводников устройство 92А питания второго модуля 62А содержит второй тор 130А, расположенный вокруг соответствующего вторичного проводника 42А, 44А, 46А, и вторую обмотку 132А, выполненную вокруг второго тора. Прохождение тока в соответствующем вторичном проводнике 42А, 44А, 46А приводит к появлению наведенного тока во второй обмотке 132А. Иначе говоря, второй модуль 62А питается автономно через каждый второй тор 130А и каждую вторую обмотку 132А, которые получают магнитную энергию и образуют трансформатор тока.
Устройство 92А питания содержит преобразователь 134А, подключенный к каждой из вторых обмоток 132А и выполненный с возможностью выдачи заранее определенного напряжения в радиоэлектрический приемопередатчик 86А, в микроконтроллер 84А и в аналого-цифровой преобразователь 90А. Каждый второй тор 130А является тором из железа. Предпочтительно каждый второй тор 130А выполнен разомкнутым для облегчения его расположения вокруг соответствующих проводников.
Иначе говоря, второй модуль 62А питается автономно при помощи устройства 92А питания, содержащего вторые торы 130А, выполненные с возможностью получения магнитной энергии, появляющейся в результате прохождения тока в соответствующих вторичных проводниках 42А, 44А, 46А.
Элементы других вторых модулей 62В, 62С идентичны описанным выше элементам второго модуля 62А и имеют такие же подэлементы с обозначениями, в которых буква А заменена соответствующей буквой В, С.
В варианте вторые модули 62А, 62В, 62С питаются от сети, то есть не имеют автономного питания.
Радиоэлектрический приемопередатчик 101 является устройством такого же типа, что и радиоэлектрический передатчик 70.
Радиоэлектрическая антенна 102 выполнена с возможностью приема радиоэлектрических сигналов от антенн 88А, 88В, 88С.
Вычислитель 104 выполнен с возможностью записи и исполнения программы приема вторых сообщений М2А, М2В, М2С и программы вычисления суммы значений силы тока или мощности на основании данных, включенных во вторые сообщения М2А, М2В, М2С.
Блок 105 выполнен с возможностью накопления и датирования получаемых данных, а также результатов вычислений через вторые сообщения М2А, М2В, М2С.
Интерфейс человек-машина 106 третьего модуля 63 содержит не показанные экран для визуализации и клавиатуру для ввода. В варианте интерфейс человек-машина 10 6 содержит сенсорный экран, и ввод данных осуществляют при помощи сенсорных клавиш, выводимых на экран.
Коммуникационный блок 107 является устройством такого же типа, что и коммуникационный блок 80.
Описанная выше система 20 вычисления обеспечивает измерение и вычисление значений силы тока, а также их сложение, и согласно варианту выполнения, дополнительному к описанному выше, система 20 выполнена также с возможностью вычисления значений электрической мощности и электрической энергии и вычисления сумм значений электрической мощности или электрической энергии. В этом дополнительном варианте выполнения измеритель 66 выполнен с возможностью измерения напряжения тока, протекающего в первичных проводниках 34, 36, 38. В частности, измеритель 66 выполнен с возможностью измерения первого напряжения V1 фазы, проходящей через первый первичный проводник 34, называемой также фазой номер 1 и обозначаемой Phase_1, второго напряжения V2 фазы, проходящей через второй первичный проводник 3 6, называемой также фазой номер 2 и обозначаемой Phase_2, и третьего напряжения V3 фазы, проходящей через первый первичный проводник 38, называемой также фазой номер 3 и обозначаемой Phase_3. Кроме того, устройство 82 питания выполнено с возможностью обеспечения электрического питания измерителя 66 при помощи трехфазного напряжения, подаваемого через первичные проводники 34, 36, 38.
В этом дополнительном варианте выполнения микроконтроллер 84А выполнен с возможностью записи и исполнения программы вычисления электрической энергии ЕА1, ЕА2, ЕА3, силы тока IA1, IA2, IA3, протекающего в соответствующем вторичном проводнике 42А, 44А, 46А, и мгновенной мощности QA1, QA2, QA3 тока IA1, IA2, IA3, протекающего в соответствующем вторичном проводнике 42А, 44А, 46А.
Элементы других вторых модулей 62В, 62С идентичны описанным выше элементам второго модуля 62А и имеют такие же подэлементы с обозначениями, в которых буква А заменена соответствующей буквой В, С.
Вычислитель 104 выполнен с возможностью записи и исполнения программы вычисления сумм действительных значений электрической энергии ЕА1, ЕА2, ЕА3, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3 ЕС1, ЕС2, ЕС3 и комплексных значений мгновенной электрической мощности QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3 на основании данных, полученных через вторые сообщения М2А, М2 В, М2С.
В примере, представленном на фиг. 2, система 20 вычисления содержит три вторых модуля 62А, 62В, 62С, и трансформатор имеет три выхода 40A, 40В, 40С, таким образом, специалисту понятно, что система 20 вычисления в целом содержит N выходов и N вторых модулей, при этом N является целым числом, превышающим 1.
Далее следует описание работы системы 20 вычисления и четырех вариантов осуществления способа вычисления в соответствии с изобретением.
Для всех этих вариантов осуществления общим этапом является этап инициализации, предшествующий всем описанным ниже этапам и не показанный на фигурах. Этот первоначальный этап обеспечивает упорядочивание и передачу вторых сообщений М2А, М2В, М2С в третий модуль 63. На этом первоначальном этапе первый модуль 60 передает во вторые модули 62А, 62В, 62С третье сообщение М3, специфическое для каждого второго модуля 62А, 62В, 62С и содержащее разный порядковый номер, присвоенный каждому второму модулю. Иначе говоря, каждый второй модуль 62А, 62В, 62С получает от первого модуля 60 порядковый номер, который он записывает в память и который определяет период Ptension трехфазного напряжения, в который второй модуль должен передать второе сообщение М2А, М2В, М2С.
Как показано на фиг. 5, первое сообщение M1 передается каждую секунду, и в течение каждой секунды осуществляют различные этапы, позволяющие вычислить искомые электрические величины. Так, если период Ptension трехфазного напряжения равен 20 мс, как показано на фиг.5, эта секунда поделена на 50 периодов, обозначенных P1, Р2, …, Р50. В течение этих периодов P1, Р2, …, Р50 распределяют различные задачи и осуществляют различные этапы способа вычисления. Пять первых периодов P1, Р2, Р3, Р4, Р5 соответствует дискретизации тока и уплотнению, которые будут описаны ниже. Кроме того, учитывая, что после инициализации и передачи третьего сообщения вторые модули знают свой порядковый номер, то известны периоды передачи вторых сообщений М2А, М2В, М2С. Так, второй модуль 62А имеет порядковый номер один и передает в период 31 сообщение М2А, второй модуль 62В имеет порядковый номер два и передает в период 32 сообщение М2В и так далее с учетом того, что эти порядковые номера идут, например, от 1 до 16, при этом трансформаторный пост 10 содержит, например, максимум 16 выходов. В описанном примере трансформаторный пост 10 содержит три вторых модуля 62А, 62В, 62С, и поэтому порядковый номер составляет от 1 до 3. Это упорядочивание вторых модулей 62А, 62В, 62С и, в частности, передаваемых ими вторых сообщений М2А, М2В, М2С позволяет избежать коллизии между различными вторыми сообщениями М2А, М2В, М2С.
Согласно первому варианту осуществления способа вычисления, соответствующему фиг. 6, на первом этапе 200 первый модуль 60 передает первое сообщение M1 в каждый из вторых модулей 62А, 62В, 62С через радиоэлектрическую антенну 72. Это первое сообщение M1 является сообщением синхронизации каждого датчика тока 83А, 83В, 83С.
Предпочтительно первое сообщение M1 передают периодически. Период передачи Pemxssion определен заранее и предпочтительно равен одной секунде. Иначе говоря, первое сообщение M1 передают каждую секунду, как показано на фиг.5.
Первое сообщение M1 содержит синхронизирующий импульс датчиков тока 83А, 83В, 83С. В частности, первое сообщение M1 содержит, например, поле заголовка, называемое также вводной частью, поле SFD (от английского Start of Frame Delimiter), поле PHR (от английского Physical Header), поле данных и поле CRC (от английского Cyclic Redundancy Check). Вводная часть имеет размер 4 байта, каждое из полей SFD и PHR имеет размер один байт, поле данных имеет переменный размер, обозначенный n байт, и поле CRC имеет размер 2 байта. В примере выполнения, показанном на фиг. 4, первое сообщение M1 содержит поле заголовка, поле SFD, поле PHR, поле данных и поле CRC. Получение поля SFD модулями 62А, 62В, 62С представляет собой синхронизирующий импульс (фиг. 4).
Дополнительно на этапе 200 первый модуль 60 измеряет первое, второе и третье напряжения V1, V2, V3 при помощи измерителя 66, и поле данных первого сообщения M1 дополнительно содержит комплексные значения напряжений V1, V2, V3.
После передачи первого сообщения M1 первый модуль 60 выжидает заранее определенное время, после чего опять передает первое сообщение M1.
Далее следует описание этапов, характерных для каждого второго модуля 62А, 62В, 62С.
На этапе 210 получения первого сообщения M1 каждый второй модуль 62А, 62В, 62С ждет синхронизирующий импульс из первого сообщения M1. Иначе говоря, каждый второй модуль 62А, 62В, 62С периодически открывает окна получения первого сообщения M1, пока он не получит первое сообщение M1. В случае получения первого сообщения M1 второй модуль. 62А, 62В, 62С откроет окно прослушивания в несколько миллисекунд следующего первого сообщения M1 менее чем через секунду после получения этого первого сообщения. В случае неполучения первого сообщения M1 второй модуль 62А, 62В, 62С через одну секунду опять открывает окно получения первого сообщения M1.
В частности, во время получения первого сообщения M1 второй модуль 62А, 62В, 62С обнаруживает момент Tr получения поля SFD, при этом получение поля SFD влечет за собой срабатывание выключения радиоэлектрическим приемником каждого второго модуля 62А, 62В, 62С сразу после демодуляции поля SFD. В случае необходимости, обнаружение момента получения Tr позволяет вычислить момент Te, в который первое сообщение M1 было передано радиоэлектрическим передатчиком первого модуля 60. Действительно, момент передачи Те равен моменту получения Tr минус время Dp прохождения первого сообщения M1 через радиоэлектрическую линию связи между первым модулем 60 и вторыми модулями 62А, 62В, 62С, при этом время прохождения Dp является фиксированным и известно при заранее определенном размере поля данных первого сообщения M1.
После получения первого сообщения M1 через радиоэлектрические антенны 88А, 88В, 88С каждый второй модуль 62А, 62В, 62С почти одновременно, с погрешностью синхронизации предпочтительно менее 10 мкс и еще предпочтительнее равной 1 мкс, на этапе 220 измеряет при помощи датчиков тока 83А, 83В, 83С своих аналого-цифровых преобразователей 90А, 90В, 90С три тока IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3 трех фаз и дискретизирует измеренные значения. Выборки записываются в память микроконтроллера 84А.
Дополнительно на этапе 220 каждый второй модуль 62А, 62В, 62С периодически вычисляет при помощи соответствующего микроконтроллера 84А, 84В, 84С активную энергию ЕА1, ЕА2, ЕА3, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3, ЕС1, ЕС2, ЕС3 для каждой из трех фаз на основании измеренных значений напряжений V1, V2, V3, полученных от первичного модуля 60 в первом сообщении, и значений силы тока IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3, измеренных датчиком тока 83A, 83В, 83С. Период вычисления значений активной энергии ЕА1, ЕА2, ЕА3 равен периоду Ptension, то есть, например, 20 мс. Точно так же, на основании значений напряжения V1, V2, V3 и тока IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3 каждый второй модуль 62А, 62В, 62С может вычислить соответственно значения мгновенной электрической мощности QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3 трех фаз.
На этапе 230 каждый второй модуль 62А, 62В, 62С передает второе сообщение М2А, М2В, М2С, относящееся к нему в соответствии с упорядочиванием, описанным во время представления этапа инициализации. Второе сообщение М2А, М2В, М2С соответственно содержит выборки измеренных значений силы тока IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3.
Дополнительно на этапе 230 второе сообщение М2А, М2В, М2С содержит соответствующие вычисленные значения электрической энергии ЕА1, ЕА2, ЕА3, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3, ЕС1, ЕС2, ЕС3 и электрической мощности QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3.
Затем на этапе 240 третий модуль 63, который прослушивает вторые сообщения М2А, М2В, М2С, принимает эти вторые сообщения. При этом получают выборки значений силы тока IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3, содержащиеся в соответствующих вторых сообщениях М2А, М2В, М2С.
Дополнительно на этапе 240 получают значения электрической энергии и электрической мощности и на этапе 250 вычисляют суммы электрической энергии и электрической мощности, чтобы определить энергию и мощность в первичном проводнике 34, 36, 38.
Затем на этапе 250 на основании полученных выборок третий модуль 63 вычисляет сумму значений силы тока, протекающего в каждом вторичном проводнике 42А, 44А, 46А, 42В, 44В, 46В, 42С, 44С, 46С, при помощи вычислителя 104, чтобы получить значение силы тока, протекающего в первичном проводнике 34, 36, 38.
Далее со ссылками на фиг. 7 следует описание второго варианта осуществления способа вычисления.
На первом этапе 300 первый модуль 60 измеряет частоту F трехфазного напряжения, то есть частоту напряжений V1, V2, V3 выходных первичных проводников 34, 36, 38. Это измерение частоты F производят при помощи измерителя 66. При этом на этапе 310, аналогичном этапу 200, первый модуль 60 передает первое сообщение M1, аналогичное описанному выше, с учетом того, что это сообщение M1 в своем поле данных содержит также частоту F трехфазного напряжения или, в варианте, период дискретизации РЕСН, применяемый для дискретизации значений силы тока, измеряемых каждым датчиком тока 83А, 83В, 83С. Обратная величина периода дискретизации РЕСН является величиной, кратной частоте F. Например, частоту дискретизации FECH выбирают со значением, в 36 раз превышающим значение частоты F. В конце этапа 310 первый модуль 60 выжидает заранее определенное время, после чего опять начинает измерять частоту F и опять передает первое сообщение M1, при этом время выжидания составляет примерно одну секунду.
Следующий этап 320 получения сообщения M1 аналогичен описанному выше этапу 210.
Затем на этапе 330 синхронно для всех датчиков тока 83А, 83В, 83С осуществляют дискретизацию силы тока на нескольких периодах Ptension трехфазного напряжения. В рассматриваемом примере дискретизацию осуществляют по пяти периодам Ptension трехфазного напряжения. Значение частоты дискретизации FECH известно, поскольку оно было передано в сообщении M1 или было вычислено на основании частоты F трехфазного напряжения, переданной в первом сообщении M1.
На следующем этапе 340 микроконтроллер 84А, 84В, 84С записывать в память выборки, и затем на этапе 350 осуществляют уплотнение выборок, чтобы ограничить количество данных, передаваемых через вторые сообщения М2А, М2В, М2С. Этап 350 сжатия будет описан для второго модуля 62А и является идентичным для каждого второго модуля 62А, 62В, 62С, где буква А заменена соответственно буквой В и соответственно буквой С.
Во время этапа 350 сжатия микроконтроллер 8 4А вычисляет, например, заранее определенное число K первых комплексных коэффициентов Re(IAiHj), Im(IAiHj) разложения в ряд Фурье трех токов IA1, IA2, IA3 трех фаз, где i является номером фазы, равным 1, 2 или 3, и j составляет, от 1 до K. Заранее определенное число K предпочтительно равно 5 и соответствует заранее определенному разряду гармоник, то есть числу гармоник, рассматриваемых для вычисления, то есть точности вычисления.
Коэффициенты разложения в ряд Фурье получают, например, при помощи операций корреляции на выборках измеренных значений. В частности, действительный коэффициент основной частоты, обозначаемый также Re(IAiH1), представляет собой корреляцию за время, равное периоду Ptension трехфазного напряжения, между выборками сигнала силы тока IAi и косинусом частоты, равным частоте F трехфазного напряжения, где IAi является силой тока фазы номер i, при этом i равно 1, 2 или 3. Мнимый коэффициент основной частоты, обозначаемый также Im(IAiH1), представляет собой корреляцию, за время, равное периоду Ptension трехфазного напряжения, между выборками сигнала силы тока IAi и синусом частоты, равным частоте F.
Действительный коэффициент гармоники номер j, обозначаемый Re(IAiHj), где j составляет от 2 до K, представляет собой корреляцию, за время, равное периоду Ptension трехфазного напряжения, между выборками сигнала силы тока IAi и косинусом частоты, равным j-кратной частоте F. Мнимый коэффициент гармоники номер j, обозначаемый Im(IAiHj), где j составляет от 2 до K, представляет собой корреляцию, за время, равное периоду Ptension трехфазного напряжения, между выборками сигнала силы тока IAi и синусом частоты, равным j-кратной частоте F.
Таким образом, микроконтроллер вычисляет комплексные коэффициенты Re(IAiHj), Im(IAiHj), где i составляет от 1 до 3, и j составляет от 1 до K, разложений в ряд Фурье трех значений силы тока IAI, IA2, IA3 для основной частоты и для гармоник от 2 до K.
Например, как показано на фиг. 5, комплексные коэффициенты разложения в ряд Фурье вычисляют по пяти первым периодам P1, Р2, Р3, Р4, Р5 трехфазного напряжения, затем усредняют по этим пяти периодам, чтобы уменьшить шум измерения. Этот метод позволяет получить достаточное число точек измерения для обеспечения точного измерения, не зависящего от шума. Измерение тока осуществляют по 5 первым периодам P1, Р2, Р3, Р4, Р5 после синхронизирующего импульса, и на фиг. 5 эти периоды показаны вертикальными линиями, и каждый период имеет свой номер.
Дополнительно на этапе 350 идентично описанному выше этапу 220 вычисляют действительные значения электрической энергии ЕА1, ЕА2, ЕА3, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3, ЕС1, ЕС2, ЕС3 и комплексные значения мощности QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3 в зависимости от каждой из гармоник.
На этапе 360, аналогичном этапу 230, каждый второй модуль 62А, 62В, 62С передает второе сообщение М2А, М2В, М2С. Однако в этом случае второе сообщение М2А, М2В, М2С содержит соответственно значение комплексных коэффициентов Re(IAiHj), Im(IAiHj), Re(IBiHj), Im(IBiHj), Re(ICiHj), Im(ICiHj), где i составляет от 1 до 3, и j составляет от 1 до K, с шагом 1, разложений в ряд Фурье трех значений силы тока IA1, IA2, IA3; IB1, IB2, IB3; IC1, IC2, IC3 для основной частоты H1 и гармоник от 2 до K вместо выборок измеренных значений силы тока.
После передачи вторых сообщений М2А, М2В, М2С каждый второй модуль 62А, 62В, 62С возвращается на этап 320 получения первого сообщения M1.
Во время следующего этапа 37 0 третий модуль 63 прослушивает вторые сообщения М2А, М2В, М2С и принимает вторые сообщения М2А, М2В, М2С через свою антенну 102. Затем третий модуль 63 записывает и датирует при помощи своего блока 105.комплексные коэффициенты Re(IAiHj), Im(IAiHj), Re(IBiHj), Im(IBiHj), Re(ICiHj), Im(ICiHj), где i составляет от 1 до 3, и j составляет от 1 до K, с шагом 1, разложений в ряд Фурье трех значений силы тока IA1, IA2, IA3; IB1, IB2, IB3; IC1, IC2, IC3 для основной частоты HI и гармоник от 2 до K.
После получения вторых сообщений М2А, М2В, М2С, принимаемых на этапе 370, на этапе 380 производят вычисления электрических величин и получают следующие значения:
модуль основной частоты каждой из фаз выходного тока трансформатора:
- действительную часть основной частоты фазы i, где i составляет от 1 до 3, тока на выходе трансформатора вычисляют при помощи следующего уравнения:
- мнимую часть основной частоты фазы i, где i составляет от 1 до 3, тока на выходе трансформатора вычисляют при помощи следующего уравнения:
- наконец, модуль фундаментальной частоты фаз тока на выходе трансформатора получают при помощи следующих уравнений:
модули гармоник каждой из фаз выходного тока трансформатора:
- действительную часть гармоники j, где j составляет от 2 до K, фазы i, где i составляет от 1 до 3, тока на выходе трансформатора вычисляют при помощи следующего уравнения:
- мнимую часть гармоники j, где j составляет от 2 до K, фазы i, где i составляет от 1 до 3, тока на выходе трансформатора вычисляют при помощи следующего уравнения:
- наконец, модули гармоник каждой из фаз тока на выходе трансформатора получают при помощи следующих уравнений:
модуль основной частоты и гармоник тока нейтрали на выходе трансформатора, где j составляет от 1 до K:
- комплексные значения основной частоты тока нейтрали на выходе трансформатора вычисляют при помощи следующих уравнений:
- модуль основной частоты тока нейтрали на выходе трансформатора вычисляют при помощи следующего уравнения:
приближенное значение токов Irms каждой из фаз трансформатора тоже получают при помощи следующих уравнений, при этом в данном примере K=5:
Третий модуль 63 может также на этапе 38 0 вычислять модуль основной частоты каждой из фаз тока каждого из выходов 40A, 40В, 4ОС, модули гармоник каждой из фаз тока каждого из выходов 40A, 40В, 40С, модуль основной частоты тока нейтрали каждого из выходов 40A, 40В, 40С, модули гармоник тока нейтрали каждого из выходов 40А, 40В, 40С, модули гармоник общего тока нейтрали.
Дополнительно на этапе 380, аналогично этапу 250, так же, как и для токов, вычисляют суммы действительных значений электрической энергии ЕА1, ЕА2, ЕА3, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3, ЕС1, ЕС2, ЕС3 и комплексных значений электрической мощности QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3.
Наконец, на этапе 390 третий модуль 63 записывает в блок 105 результаты различных произведенных вычислений. Дополнительно на экран интерфейса 106 человек-машина третьего модуля 63 выводятся величины, измеренные и вычисленные системой 20 вычисления. Эти величины выводятся на экран в виде цифровых значений и/или в виде кривых.
После этапа 390 третий модуль 63 опять осуществляет прослушивание вторых сообщений М2А, М2В, М2С.
Далее со ссылками на фиг. 8 следует описание третьего варианта осуществления способа вычисления.
На этапе 400, аналогичном этапу. 300, первый модуль 60 измеряет частоту F. Затем, аналогично тому, что было описано для этапа 310, первый модуль 60 передает на этапе 410 первое сообщение M1.
На этапе 420 происходит получение первого сообщения M1 аналогично тому, что было описано для этапа 320. Затем во время этапов 430 и 440 осуществляют дискретизацию тока и запись в память выборок аналогично тому, что было описано для этапов 330 и 340 соответственно.
Дискретизацию тока на этапе 430 осуществляют на нескольких периодах Ptension, в частности, по пяти первым периодам P1, Р2, Р3, Р4, Р5. Выборки определяют последовательно на нескольких периодах Ptension и в соответствии с возрастающими значениями разряда дискретизации в течение данного периода Ptension/ при этом значение разряда повторно инициализируют в конце каждого периода Ptension. Иначе говоря, для каждого периода значение разряда возрастает в зависимости от времени, то есть первая выборка периода Р1 имеет разряд 1, как и первая выборка периодов Р2, Р3, Р4, Р5, затем вторая выборка периода Р1 имеет разряд 2, как и вторая выборка периодов Р2, Р3, Р4, Р5, и так далее. Например, если частоту дискретизации FECH выбирают превышающей в 3 6 раз частоту F, то для пяти периодов P1, Р2, Р3, Р4, Р5 получают выборки, разряды которых увеличиваются на 1 с возрастанием во времени от 1 до 36.
На этапе 450 определяют среднее значение выборок, имеющих одинаковое значение разряда дискретизации, чтобы получить средние выборки.
На этапе 460 операции являются аналогичными операциям этапа. 360 за исключением того, что каждое второе сообщение М2А, М2В, М2С содержит значение средних выборок вместо коэффициентов разложения в ряд Фурье.
На этапе 470 получают вторые сообщения М2А, М2В, М2С, и этот этап протекает аналогично этапу 370, за исключением того, что принимаемые значения являются средними выборками, а не коэффициентами разложения в ряд Фурье.
После получения третьим модулем 63 вторых сообщений на этапе 4 70 осуществляют вычисления электрических величин при помощи вычислителя 104 на этапе 4 80, во время которого вычисляют сумму выборок, измеренных различными датчиками тока 83А, 83В, 83С, чтобы вычислить значение силы тока на выходе трансформатора 18.
Наконец, последний этап 4 90 является аналогичным описанному выше этапу 390.
После этапа 4 90 третий модуль 63 опять начинает прослушивать вторые сообщения М2А, М2В, М2С.
После вычисления на этапах 380 и 480, осуществленных для оборудования, аналогичного показанному на фиг. 2, система 20 вычисления и способ вычисления в соответствии с изобретением позволяют получить значение силы тока на выходе трансформатора без использования датчика тока на уровне выхода трансформатора.
В варианте используют средства сжатия, описанные выше для этапов 440 и 450, для передачи напряжений V1, V2, V3. В случае, когда используемое средство сжатия представляет собой разложение в ряд Фурье, первый модуль 60 содержит программу сжатия, выполненную с возможностью вычисления заранее определенного числа K первых коэффициентов Re_j(Vi), Im_j(Vi) разложения в ряд - Фурье каждого из значений напряжений V1, V2, V3 трех фаз, где i является номером, равным 1, 2 или 3, и j составляет от 1 до K. Предпочтительно заранее определенное число K равно 5. Например, коэффициенты разложения в ряд Фурье получают при помощи операции корреляции на выборках измеренных значений, как было описано выше в случае токов.
В дополнение вычисляют суммы комплексных значений электрической мощности QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3 и действительных значений электрической энергии ЕА1, ЕА2, ЕАЗ, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3, ЕС1, ЕС2, ЕС3. Для этого модуль 63 использует данные, направляемые в сообщении M1 и относящиеся к напряжениям V1, V2, V3.
Дополнительно поле данных первого сообщения M1 содержит значения квадратических средних, обозначаемых также RMS (от английского Root Mean Square), каждого из напряжений V1, V2, V3.
Далее со ссылками на фиг. 9 следует описание четвертого варианта осуществления способа вычисления.
Согласно четвертому варианту вычисления, система 20 вычисления содержит не показанное вычислительное устройство, выполненное с возможностью передачи на этапе 600 в первый модуль 60 запроса на получение вторых сообщений М2А, М2В, М2С. Когда вычислительное устройство передает запрос на получение вторых сообщений М2А, М2В, М2С, первый модуль 60 принимает этот запрос на этапе 610 и передает при помощи поля данных первого сообщения M1 запрос в каждый второй модуль 62А, 62В, 62С.
Затем на этапе 620 каждый второй модуль 62А, 62В, 62С получает первое сообщение M1 и измеряет ток аналогично тому, что было описано для этапов 210 и 220.
На следующем этапе 630 каждый второй модуль 62А, 62В, 62С формирует второе сообщение М2А, М2В, М2С и передает его аналогично тому, что было описано для этапа 230.
На этапе 640 измеренные и вычисленные величины, переданные при помощи второго сообщения М2А, М2В, М2С в третий модуль 63, принимаются и записываются в таблицу результатов и поступают в вычислительное устройство.
Наконец, на этапе 650 вычислительное устройство производит операции вычисления сумм значений силы тока, сумм значений мощности или сумм значений энергии, как было описано выше для этапа 250. Вычислительное устройство выполнено с возможностью осуществления централизованного управления измеренными и вычисленными величинами. В случае необходимости, после этапа 650 вычислительное устройство возвращается на этап 600, чтобы запросить новое получение величин, измеренных вторыми модулями.
Описанный четвертый вариант осуществления представляет собой адаптацию первого варианта осуществления, и специалисту понятно, что возможны аналогичные адаптации второго и третьего вариантов осуществления.
Кроме того, каждое второе сообщение М2А, М2В, М2С содержит идентификатор передающего его второго модуля 62А, 62В, 62С.
Согласно варианту, на этапе 200 первый модуль 60 делает запрос при помощи первого сообщения M1 на передачу вторых сообщений М2А, М2В, М2С. При этом первое сообщение M1 содержит специфическое поле запроса, и передача измеренных значений силы тока и/или вычисленных значений при помощи вторых сообщений М2А, М2В, М2С в третий модуль 63 происходит, только если в первом сообщении M1 присутствует это специфическое поле. За счет этого значительно сокращается число радиоэлектрических сообщений, что ограничивает риски зашумления на других приложениях и позволяет оптимизировать энергию вторых модулей 62А, 62В, 62С.
Система 20 вычисления в соответствии с изобретением позволяет производить синхронные измерения токов, протекающих в каждом выходе, и на основании этих значений силы тока можно суммировать измеренные значения или вычисленные величины, такие как энергия или мгновенная мощность.
Все модули 60, 62А, 62С, 63 связаны между собой при помощи радиоэлектрических линий связи через свои соответствующие радиоэлектрические передатчики и/или приемники 70, 88А, …, 88С, 102, что облегчает установку системы 20 вычисления в трансформаторном посту 10.
Уплотнение данных, касающихся измеряемых напряжения и силы тока, позволяет ограничить количество данных, передаваемых через радиоэлектрические линии связи, и, таким образом, ограничить энергопотребление системы 2 0 вычисления. Кроме того, уплотнение данных позволяет снизить чувствительность системы 20 вычисления к радиоэлектрическим помехам типа шумов или нарушения электромагнитной совместимости, называемого также нарушением СЕМ.
Упорядочивание вторых модулей позволяет уменьшить радиоэлектрические помехи между вторичными модулями 62А, …, 62С.
Согласно другому, не показанному варианту выполнения, первый модуль 60 и третий модуль 63 образуют единый модуль, осуществляющий передачу первых сообщений M1, прием вторых сообщений М2А, М2В, М2С и вычисление электрических величин. Это позволяет снизить стоимость системы 20 вычисления.
Другие преимущества этого варианта выполнения идентичны преимуществам описанного выше первого варианта выполнения. В этом варианте выполнения работа аналогична тому, что было описано для предыдущего варианта.
В описанном примере выполнения, представленном на фиг. 1-9, электрическая сеть является трехфазной сетью, и ток, измеряемый при помощи системы 20 вычисления, является трехфазным током. Разумеется, изобретение можно применять также для однофазной электрической сети и для измерения однофазного переменного тока.
Таким образом, система 20 вычисления в соответствии с изобретением является менее сложной и менее дорогой.
В варианте второе сообщение М2А дополнительное содержит усреднение IArms1, IArms2, IArms3 значений средних квадратических токов IA1, IA2, IA3. Это же относится и к другим вторым сообщениям М2А, М2В, М2С.
В варианте при затрудненном доступе к выходу трансформатора система 20 вычисления содержит N вторых модулей, которые связаны с одним из N выходов, за исключением одного второго модуля, и этот последний второй модуль связан с выходом трансформатора. Эта система вычисления позволяет определять силу тока, мощность или энергию в труднодоступном выходе, не связанном со вторым модулем. В других операциях некоторые вычисления сумм можно заменить вычислением разности.
1. Система (20) вычисления электрической величины, связанной с электрическим оборудованием (10), содержащим первичный электрический проводник (34, 36, 38, 39) и несколько вторичных электрических проводников (42А, 44А, 46А, 48А, …, 42N, 44N, 46N, 48N), электрически соединенных с первичным электрическим проводником (34, 36, 38, 39), при этом система (20) вычисления содержит:
- первый модуль (60), содержащий радиоэлектрический передатчик (70),
- множество вторых модулей (62А, 62В, 62С), каждый из которых содержит радиоэлектрический приемопередатчик (86А, 86В, 86С) и датчик тока (83А, 83В, 83С), выполненный с возможностью измерения силы тока, протекающего, по меньшей мере, в одном соответствующем проводнике среди первичного и вторичных электрических проводников,
отличающаяся тем, что первый модуль (60) содержит первые средства (70, 72, 74) передачи в каждый второй модуль (62А, 62В, 62С) первого сообщения (M1) временной синхронизации,
тем, что каждый второй модуль (62А, 62В, 62С) содержит первые средства (84А, 86А, 88А; 84В, 86В, 88В; 84С, 86С, 88С) приема первого сообщения и вторые средства (84А, 88А; 84В, 88В; 84С, 88С) передачи в третий модуль (63) второго сообщения (М2А, М2В, М2С), содержащего, по меньшей мере, одно значение силы тока (IA1, IA2, IA3; IB1, IB2, IB3; IC1, IC2, IC3), измеренное соответствующим датчиком тока (83А, 83В, 83С), при этом значения силы тока (IA1, IA2, IA3; IB1, IB2, IB3; IC1, IC2, IC3) измерены почти одновременно различными датчиками тока (83А, 83В, 83С), предпочтительно с пределами погрешности синхронизации менее 10 мкс, и
тем, что система (20) вычисления содержит третий модуль (63), и этот третий модуль (63) содержит радиоэлектрический приемник (101), вторые средства (102, 104) приема вторых сообщений (М2А, М2В, М2С) и вычислитель (104) электрической величины на основании почти одновременно измеренных значений силы тока (IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3), полученных в упомянутых вторых сообщениях (М2А, М2В, М2С).
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вычислитель (104) выполнен с возможностью вычисления суммы значений силы тока (IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3), полученных во вторых сообщениях (М2А, М2В, М2С).
3. Система по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что первый модуль (60) дополнительно содержит измеритель (66) напряжения (V1, V2, V3) на соответствующем проводнике среди первичного (34, 36, 38, 39) и вторичных (42А, 44А, 46А, 48А, …, 42N, 44N, 46N, 48N) электрических проводников и выполнен с возможностью передачи измеренного значения напряжения (V1, V2, V3) во вторые модули (62А, 62В, 62С) при помощи первого сообщения (M1),
тем, что каждый второй модуль (62А, 62В, 62С) содержит средства (84А, 84В, 84С) вычисления мгновенной мощности (QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3) на основании значения напряжения (VI, V2, V3), полученного в первом сообщении (M1), и значения силы тока (IA1, IA2, IA3; IB1, IB2, IB3; IC1, IC2, IC3), измеренного датчиком тока (83А, 83В, 83С), и выполнен с возможностью передачи вычисленного значения электрической мощности (QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3) в третий модуль (63) через второе сообщение (М2А, М2В, М2С), и
тем, что вычислитель (104) третьего модуля (63) выполнен с возможностью вычисления суммы полученных значений мощности (QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3).
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что первый модуль (60) дополнительно содержит измеритель напряжения (V1, V2, V3) на соответствующем проводнике среди первичного (34, 36, 38, 39) и вторичных (42А, 44А, 46А, 48А, …, 42N, 44N, 46N, 48N) электрических проводников и выполнен с возможностью передачи измеренного значения напряжения (V1, V2, V3) во вторые модули (62А, 62В, 62С) при помощи первого сообщения (M1),
тем, что каждый второй модуль (62А, 62В, 62С) содержит средства (84А, 84В, 84С) вычисления электрической энергии (ЕА1, ЕА2, ЕА3, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3, ЕС1, ЕС2, ЕС3) на основании значения напряжения (V1, V2, V3), полученного в первом сообщении (M1), и значения силы тока (IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3), измеренного датчиком тока (83А, 83В, 83С), и выполнен с возможностью передачи вычисленного значения энергии (ЕА1, ЕА2, ЕА3, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3, ЕС1, ЕС2, ЕС3) в третий модуль (63) через вторые сообщения (М2А, М2В, М2С), и
тем, что вычислитель (104) третьего модуля (63) выполнен с возможностью вычисления суммы полученных значений энергии (ЕА1, ЕА2, ЕА3, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3, ЕС1, ЕС2, ЕС3).
5. Система по любому из пп. 1, 2, 4, отличающаяся тем, что каждый датчик тока (83А, 83В, 83С) выполнен с возможностью измерения силы (IAI, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3) соответствующего тока, и каждый второй модуль (62А, 62В, 62С) содержит дискретизатор (90А, 90В, 90С), выполненный с возможностью дискретизации измеренной силы тока по частоте дискретизации (FECH).
6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что первое сообщение (M1) содержит значение упомянутой частоты дискретизации (FECH), при этом упомянутое значение, предпочтительно, является заранее определенным значением или значением, кратным значению частоты (F) напряжения (V1, V2, V3), по меньшей мере, одного проводника среди первичного (34, 36, 38, 39) и вторичных (42А, 44А, 46А, 48А, …, 42N, 44N, 46N, 48N) электрических проводников.
7. Система по любому из пп. 1, 2, 4, отличающаяся тем, что вторые модули (62А, 62В, 62С) содержат первые средства (84А, 84В, 84С) сжатия, выполненные с возможностью вычисления коэффициентов разложения в ряд Фурье упомянутого значения силы тока (IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3), измеренного соответствующим датчиком тока (83А, 83В, 83С).
8. Система по п. 5, отличающаяся тем, что выборки поступают последовательно по нескольким периодам (Ptension) упомянутого напряжения (V1, V2, V3) и в соответствии с возрастающими значениями разряда дискретизации в течение данного периода (Ptension), при этом значение разряда повторно инициализировано в конце каждого периода (Ptension), и тем, что вторые модули (62А, 62В, 62С) содержат первые средства (84А, 84В, 84С) сжатия значений силы тока (IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3), измеренных соответствующим датчиком тока (83А, 83В, 83С), причем эти средства (84А, 84В, 84С) сжатия вычисляют среднее значение выборок, имеющих одинаковое значение разряда.
9. Система по п. 6, отличающаяся тем, что выборки поступают последовательно по нескольким периодам (Ptension) упомянутого напряжения (V1, V2, V3) и в соответствии с возрастающими значениями разряда дискретизации в течение данного периода (Ptension), при этом значение разряда повторно инициализировано в конце каждого периода (Ptension), и тем, что вторые модули (62А, 62В, 62С) содержат первые средства (84А, 84В, 84С) сжатия значений силы тока (IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3), измеренных соответствующим датчиком тока (83А, 83В, 83С), причем эти средства (84А, 84В, 84С) сжатия вычисляют среднее значение выборок, имеющих одинаковое значение разряда.
10. Система по любому из пп. 1, 2, 4, отличающаяся тем, что первое сообщение (M1) содержит запрос на прием измеренных значений силы тока вторыми модулями (62А, 62В, 62С).
11. Трансформаторный пост (10) преобразования электрического тока, имеющего первое переменное напряжение, в электрический ток, имеющий второе переменное напряжение, содержащий:
- первый щит (14), содержащий, по меньшей мере, один входной электрический проводник (24А, 26А, 28А, 24В, 26В, 28В), выполненный с возможностью соединения с электрической сетью (12),
- второй щит (16), содержащий, по меньшей мере, один выходной первичный электрический проводник (34, 36, 38, 39) и несколько выходных вторичных электрических проводников (42А, 44А, 46А, 48А, …, 42N, 44N, 46N, 48N), при этом каждый выходной вторичный проводник (42А, 44А, 46А, 48А, …, 42N, 44N, 46N, 48N) электрически соединен с соответствующим выходным первичным проводником (34, 36, 38, 39),
- электрический трансформатор (18), подключенный между первым щитом (14) и вторым щитом (16) и выполненный с возможностью преобразования электрического тока, имеющего первое переменное напряжение, в электрический ток, имеющий второе переменное напряжение, и
- систему (20) вычисления электрической величины, относящейся ко второму щиту (16),
отличающийся тем, что система (20) вычисления выполнена по любому из пп. 1, 2, 4.
12. Способ вычисления электрической величины, связанной с электрическим оборудованием (10), содержащим первичный электрический проводник (34, 36, 38, 39) и несколько вторичных электрических проводников (42А, 44А, 46А, 48А, …, 42N, 44N, 46N, 48N), электрически соединенных с первичным электрическим проводником, при этом способ осуществляют при помощи системы (20) вычисления, содержащей:
- первый модуль (60), содержащий радиоэлектрический передатчик (70),
- множество вторых модулей (62А, 62В, 62С), каждый из которых содержит радиоэлектрический приемопередатчик (86А, 86В, 86С) и датчик тока (83А, 83В, 83С), выполненный с возможностью измерения силы тока (IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3), протекающего в соответствующем проводнике среди первичного (34, 36, 38) и вторичных (42А, 44А, 46А, 48А, …, 42N, 44N, 46N, 48N) электрических проводников,
отличающийся тем, что содержит следующие этапы, на которых:
- а) передают (200, 310, 410) первым модулем (60) в каждый второй модуль (62А, 62В, 62С) первое сообщение (M1) временной синхронизации измерения силы тока (IA1, …, IC3), протекающего в первичных (34, 36, 38) или вторичных (42А, …,46N) проводниках,
- b) получают (210, 320, 420) первое сообщение (M1) каждым вторым модулем,
- с) почти одновременно измеряют (220) каждым датчиком тока, предпочтительно с пределами погрешности синхронизации менее 10 мкс, силу тока (IA1, …, IC3), протекающего в соответствующих первичных (34, 36, 38) или вторичных (42А, …, 46N) проводниках,
- d) передают (220, 460, 560) каждым вторым модулем (62А, 62В, 62С) в третий модуль (63) второе сообщение (М2А, М2В, М2С), содержащее, по меньшей мере, одно значение силы тока (IA1, …, IC3), измеренное соответствующим датчиком тока (83А, 83В, 83С),
- е) получают (240, 470, 370) вторые сообщения (М2А, М2В, М2С) третьим модулем (63),
- f) вычисляют (250, 380, 480) электрическую величину на основании почти одновременно измеренных значений силы тока (IA1, …, IC3), полученных в упомянутых вторых сообщениях.
13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что
- на этапе а) измеряют напряжение (V1, V2, V3) соответствующего проводника среди первичного (34, 36, 38) и вторичных (42А, …, 48N) электрических проводников, и первое сообщение (M1) содержит значение этого измеренного напряжения,
- на этапе с) вычисляют электрическую мощность (QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3) и/или энергию (EA1, EA2, ЕА3, EB1, EB2, ЕВ3, EC1, EC2, ЕС3) вторым модулем (62А, 62В, 62С) на основании значения напряжения (V1, V2, V3), измеренного на этапе а), и значения силы тока (IA1, …, IC3), измеренного датчиком тока (83А, 83В, 83С),
- на этапе d) второе сообщение (М2) дополнительно содержит значение вычисленных электрической мощности (QA1, …, QC3) и/или энергии (ЕА1, …, ЕС3),
- на этапе е) дополнительно вычисляют сумму полученных значений мощности или энергии третьим модулем (63).
14. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что
- во время измерения на этапе с) измеренную силу тока (IA1, …, IC3) дискретизируют по частоте дискретизации (FЕСН) и измеренные значения силы тока разлагают в ряд Фурье,
- во время вычислений на этапе е) вычисляют электрическую величину на основании значений комплексных коэффициентов Фурье, полученных на этапе с), до заранее определенного разряда гармоник.
15. Способ по п. 12 или 13, отличающийся тем, что
- во время измерения на этапе с) измеренную силу тока дискретизируют по частоте дискретизации (FECH), при этом выборки получают последовательно по нескольким периодам (Ptension) напряжения (V1, V2, V3) соответствующего проводника среди первичного (34, 36, 38) и вторичных (42А, …, 48N) электрических проводников и в соответствии с возрастающими значениями разряда дискретизации в течение данного периода (Ptension), при этом значение разряда повторно инициализируют в конце каждого периода (Ptension) и определяют среднее значение выборок, имеющих одинаковое значение разряда,
- во время вычисления на этапе е) вычисляют электрическую величину на основании средних значений выборок, полученных на этапе с).
16. Способ по п. 13, отличающийся тем, что на этапе а) первое сообщение (M1) дополнительно содержит запрос на прием значений силы тока (IA1, IA2, IA3, IB1, IB2, IB3, IC1, IC2, IC3) и/или электрических мощностей (QA1, QA2, QA3, QB1, QB2, QB3, QC1, QC2, QC3) и/или энергий (ЕА1, ЕА2, ЕА3, ЕВ1, ЕВ2, ЕВ3, ЕС1, ЕС2, ЕС3), измеренных или вычисленных вторыми модулями (62А, 62В, 62С).
