Многофазный счетчик электроэнергии

 

МНОГОФАЗНЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ , содержащий К (где К число фаз) коммутаторов тока, К коммутаторов напряжения, входами соединенных с соответствующими шинами фазных сигналов и входами соответствующих коммутаторов тока, а управляющие входы коммутаторов напряжения соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов тока и подключены к соответствующим выходам распределителя, вход которого соединен с выходом генератора, выходы коммутаторов напряжения соединены с входами первого сумматора, выходы коммутаторов тока соединены с входами второго сумматора, выход первого сумматора соединен с первым входом первого перемножителя, .первый преобразователь напряжения в частоту, выходом соединенный с входом первого счетчика,отличающийся тем, что, с целью повышения точности учета потребляемой электроэнергии, в него введены К дополнительных коммутаторов напряжения, К дополнительных коммутаторов тока, четыре сумматора , два полосовых фильтра и четыре фильтра сверхнизких частот, семь S ):шАй i3.:::.-:;j3 БЯКЛИОТЬМА перемножителей, второй преобразователь напряжения в частоту и второй счетчик , причем входы К дополнительных коммутаторов напряжения соединены с соответствующими шинами фазных сигналов и с выходами соответствующих коммутаторов тока, а управляющие входы соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов тока и с соответствующими выходами распределителя , выходы дополнительных коммутаторов напряжения соединены с входами третьего сумматора, выходы дополнительных коммутаторов тока соединены с входами четвертого сумматора , выходы второго, третьего и четS вертого сумматоров соединены соответ (Л ственно с первыми входами второго, третьего и четвертого перемножителей, вторые входы которых соединены с вторым входом первого перемножителя и через последовательно соединенные первый полосовой фильтр, формирователь импульсов и второй полосовой фильтр - с выходом первого сумматосо ел to ел ра, выходы первого - четвертого перемножителей соединены соответственно с входами первого - четвертого фильтров сверхнизких частот, выход первого из указанных фильтров соединен с первыми входами пятого и шестого перемнот ителей, выход третьего фильтра сверхнизких частот соединен с первыми входами седьмого и восьмого перемножителей, выход второго фильтра сверхнизких частот соединен с вторыми входами шестого и седьмого пе:ремножителей, выход четвертого фильтра сверхнизких частот соединен с вторыми входами пятого и восьмого перемножителей, входы пятого сумма-

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G Ol R 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3731990/24 — 21 (22) 25.04.84 (46) 30.11.85. Бюл. № 44 (71) Омский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) А. В. Парамзин, В. А. Спиридонов и В. А. Шахов (53) 621.317.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 805182, кл. G 01 R 11/00, 1978.

Патент Франции № 2321700, кл. G 01 R ll/00, опублик.. 1979. (54)(57) МНОГОФАЗНЬ1Й СЧЕТЧИК ЭЛЕК

ТРОЭНЕРГИИ, содержаший К (где К— число фаз) коммутаторов тока, К коммун аторов напряжения, входами соединенных с соответствующими шинами фазных сигналов и входами соответствующих коммутаторов тока, а управляющие входы коммутаторов напряжения соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов тока и подключены к соответствующим выходам распределителя, вход которого соединен с выходом генератора, выходы коммутаторов напряжения соединены с входами первого сумматора, выходы коммутаторов тока соединены с входами второго сумматора, выход первого сумматора соединен с первым входом первого перемножителя, первый преоб.разователь напряжения в частоту, выходом соединенный с входом первого счетчика, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности учета потребляемой электроэнергии, в него введены К дополнительных коммутаторов напряжения, К дополнительных коммутаторов тока, четыре сумматора, два полосовых фильтра и четыре фильтра сверхнизких частот, семь

ÄÄSUÄÄ 1195257 А перемножителей, второй преобразователь напряжения в частоту и второй счетчик, причем входы К дополнительных коммутаторов напряжения соединены с соответствующими шинами фазных сигналов и с выходами соответствующих коммутаторов тока, а управляющие входы соединены с управляющими входами соответствующих коммутаторов тока и с соответствующими выходами распределителя, выходы дополнительных коммутаторов напряжения соединены с входами третьего сумматора, выходы дополнительных коммутаторов тока соединены с входами четвертого сумматора, выходы второго, третьего и чет- Я вертого сумматоров соединены соответственно с первыми входами второго, тйетьего и четвептога пепемиавителей, вторые входы которых соединены с вторым входом первого перемножителя ф и через последовательно соединенные первый полосовой фильтр, формирова- ра тель импульсов и второй полосовой IamL фильтр — с выходом первого суммато- цр ра, выходы первого — четвертого пере- э множителей соединены соответственно с входами первого — четвертого фильтров сверхнизких частот, выход . © первого из указанных фильтров соединен с первыми входами пятогО и шестого перемножителей, выход третьего фильтра сверхнизких частот соединен с первыми входами седьмого и восьмо- ф» го перемножителей, выход второго фильтра сверхнизких. частот соединен с вторыми входами шестого и седьмого перемножителей, выход четвертого фильтра сверхнизких частот соединен с вторыми входами пятого и восьмого перемножителей, входы пятого сумма1195257.

+и,; тора соединены с выходами пятого и седьмого перемножителей, а выход— с входом первого преобразователя напряжения в частоту, входы шестого сумматора соединены с выходами шестоИзобретение относится к электроизмерениям и предназначено для исследования в многофаэных электрических сетях.

Цель изобретения — повышение точ ности учета потребляемой энергии путем измерения той части энергии, котораМ переносится основной гармоникой прямой последовательности фаз сети при подавлении амплитудных и 1Q фазовых модуляциях напряжений и токов, вызванных резкопеременными нагрузками сети.

На чертеже представлена блоксхема предлагаемого многофазного счетчика электроэнергии.

Устройство содержит К (где К— число фаз) коммутаторов 1 тока, К коммутаторов 2 напряжения, входами соединенных с соответствующими шинами 3 фазных сигналов, управляющие входы которых соединены с управляющими входами тех коммутаторов тока, которые соединены по входу с шинами

4 тех же фазных сигналов и с соответствующими выходами распределителя

5, вход которого подключен к выходу генератора 6. Выходы коммутаторов 2 соединены с входами сумматора 7. Вьгходы коммутаторов 1 тока соединены с входами сумматора 8. Выход сумма тора 7 соединен с входом перемножителя 9. Входы К дополнительных коммутаторов 10 напряжения соединен с шинами 3 фазных сигналов, а управляющие входы соединены с управляющими входами тех дополнительных коммутатрров

1l тока, которые соединены по входу с шинами 4 тех же, фазных сигналов и с соответствующими выходами распределителя 5. Выходы коммутаторов

10 соединены с входами сумматора 12.

Выходы коммутаторов il соединены с входами сумматора 13. Выходы сумматоров 8,12,13 соединены с первыми входами перемножителей 14 — 16 соот- 4 ветственно, вторые входы которых го и восьмого перемножителей, а выход через второй преобразователь напряжения в частоту — с входом второго счетчика.

2 соединены с вторым входом перемножителя 9 и через последовательно. соединенные полосовой фильтр 17, формирователь 18 импульсов и полосовой фильтр 19 — с выходом сумматора 7, а,выходы перемножителей 9,14,15,16 соединены соответственно с входами фильтров 20 — 23 сверхнизких частот.

Выход фильтра 20 соединен с первыми входами перемножителей 24 и 25.

Выход фильтра 22 соединен с входами перемножителей 26 и 27. Выход фильтра 21 соединен с вторыми выходами перемножителей 25 и 26. Выход фильтра 23 соединен с вторыми входами перемножителей 24 и 27. Входы сумматора 28 соединены с выходами перемножителей 24 и 26, а выход соединен через преобразователь 29 напряжения в. частоту с входом счетчика 30. Входы сумматора 31 соединены с выходамиперемножителей 25и 27, а выход черезпреобразователь 32напряжения вчастоту — с входом счетчика 33.

Рассматривают работу устройства в трехфазной сети, предполагая, что напряжения и токи несинусоидальны и несимметричны

U = (v sis (Ktwt+d ) U>sit(Kwt oi +w )1

Кее1

К К к К

0 = (U„sis(Kwtsit - )ю sis(Kwtwt +iii ss))Kt;

ga4

U Х(ВФь(КЮМ + ) U sill(Kwttt +W - )p;

21tl . 1 cc a 2л11 ..

К„k К 3 l k 1, К К 3Д О

N „с Ц я п(ки1 в()+э„в n(Kwi+st„s w

К1 а 27 y ot

i =Х I sin iiwtsit - — iY)+I srs(Kwtist ° 4„°

1195257

) X(I s o(ec«oe ° — ». » )»2 с» К с»»»»»Ч

j2 Zjj 1 (cj 2 н н ъ н) н

@оснс1 Ч му f„dt (2) 3 +8Н Е 2 (<)

5 где

"аРЬ "с Ь фазные напряжения и токи сети, цр — основная частота напряжения (тока) сети; к — номер гармонической состав- 1О ляющей сети;

М - номер последней различимой гармоники сети;

V — - амплитуда напряжения К-й к гармоники в составляющих 15 прямой последовательности фаз; à — амплитуда напряжения К-й

Ic гармоники в составляющих . обратной последовательности 20 фаз;

U — напряжение нулевой последоо вательности фаз; — амплитуда тока К-й гармоники н в составляющих прямой после- 25 довательности фаз;

3 — амплитуда тока К-й гармоникик в составляющих обратной по следовательности фаз;

i — ток нулевой последовательности фаз;

d.» " — -начальный угол напряжения

К

К-й гармоники в составляющей прямой последовательности фазы и;

Ч2 — угловой сдвиг напряжения к

К-й гармоники в составляющей обратной последовательности фазы а относительно напряжений К-й гармоники в . 4О составляющей прямой последовательности фазы а; „ — угловой сдвиг между током и напряжением К-й гармоники в составляюв тх прямой последовательности фаз;

Он- угловой сдвиг между током и напряжением К-й гармоники в составляющих обратной последовательности фаз.

Задача состоит в выделении сигналов, пропорциональных активной и реактивной мощности, переносимой первой гармоникой в составляющих последовательности фаз, с последующим ин55 тегрированием по времени р Н22t Ч ? eOSV Q4

Т Т где Э, (о — реактивная энергия и мощность основного потока;

Э, Рцс„ - активная энергия и мощность основного потока.

С первой группы выходов распределителя 5 на управляющие входы коммутаторов 1 и 2 приходят три серии прямоугольных импульсов частоты Q которые образуют симметричную систеC му прямой последовательности фаз с . » s o((ej-1) Яс);

2Г

»» = » sio (2j-1)И- —; (31

)=2 2 -)

OO с„= sin/(2.,- 1 +

Г . 2I)1

„21-1 З )

Коммутаторами 1 и 2 и сумматорами 7 и 8 осуществляется трехфазная модуляция сигналов (1) сигналами (3) с целью получить однофазный сигнал, а котором нйжние боковые составляющие частоты Я пропорциональны гармоникам составляющих прямой последовательности фаз сети, а верх-. ние боковые — гармоникам составляющих обратной последовательности фаз

22В )с) с,=

L),-ñI,0 +Ь U +Ñ 0 -а и 1Ъ 1с 2)- „aalu (I

+Ки}6»»2 +»2 )j . к -к

0 «с;„+ ; »с„; ..

)oa 2j- 1

1! ссo ((2j 1)»с-с»2)«с» -V„)- 3„coo(((2j-e)))o

ojeeo)t»ceo+ с»"„»9 })

В богатом спектре сигналов (4) есть интересующие нас составляющие, а именно на частоте Й - N(j=l;

К=1 ) °

Ч, eos ((22-42-,) (,5)

1 coo((R-eo)t-Ы",- ),).

195257

0s, «s;n((jj-«с) « ) Если частоту Д выбрать больше N j, то составляющие (5) из сигналов (4) можно вьщелить, умножая (4) на гармонический сигнал .частоты Й вЂ” u) и вьщеляя затем постоянную составляющую произведения. Чтобы оформить указанный гармонический сигнал, полосовой фильтр 19 из сигнала (4) вьщеляет колебания с частотойЯ -ы, из которых затем формируются прямоугольные импульсы стабильной амплитуды П (формирователь 18) и той же частоты Я -jsj, первая гармоника которых пропускается полосовым фильтром 17 на вторые входы перемножителей 9, 14, 15, 16 где р — угол, обусловленный фильтРа20 цией.

Сигнал (6) стабилен по амплитуде,, потому что получается как первая гармоника прямоугольных импульсов стабильной амплитуды»В качестве за25 датчика частоты сети <и взято фазное напряжение, которое по сравнению с током менее изменчиво по амплитуде и частоте. Кроме того, последовательно соединенные полосовой фильтр 19 и формирователь 18 в значительной степени устраняют влияние паразитной амплитудной модуляции напряжения на сигнал (6). После умножения сигналов (4) и (6) перемножителями 9 и 14 с последующим 35 выделением постоянных, составляющих на выходах фильтров 20 и 21 получают

u10 - U1 sl ln n(g1+ l3), (т!

us« - zÄ si. (к;+js+ v ) .

Сигналы (7) представляют из себя как бы проекции векторов 7„ и Т на одну ось. Этого недостаточно для 45 формирования выражений (2). Поэтому на второй группе выходов распределителя 5 формируются еще три серии сигналов прямоугольной формулы частоты для управления коммутаторами второй 50 группы 10и 1, Эти сигналы также образуют симметричную систему прямой по-. следовательности фаэ, но сдвинутую на четверть периода относительно системы (3)

55 а = « " с»с((2)-1)Я 1;

1 21-1

Ь =",—" -s (2;-«)с«« " ).

21-1 3

conjs (2j-1j5H+ — ) . (8) с 2Й7

51 23-1 з

После пофазного умножения сигналов (1) и (8) коммутаторами !0 и 11 и последующего суммирования произведений сигналы на выходах сумматоров

12 и l3 имеют вид

CO ) /

»»s n+j«z S с 0« Х Х °

jss1 2f Кв1 (-М с«с(((2 i)st-Kw)t-oj<)«iinsin(((sj-1)й«

° s:wjs«oj» + к «)) (в) оо ) )

СГ 1

U .<0) 1 +Ь (ФС

1Ъ 2 с) С

*(-I»sin(((2j-«) 5l-Kw)S- sj"- «j jo 3„s«n *

«(((sj-s) jjoêw)s«S",+v», е,л ..

Далее на перемножителях 15 и 16 происходит умножение сигналов (6) и (9), и из произведений фильтрами 22 и 23 выделяются постоянные составляющие

jjssV««coo(oi + 3! > . ((О) 2 - - (" "«« I с «) Теперь имеются четыре сигнала (7) и (!О), которые несут исчерпывающую информацию о реактивной и активной мощности основного потока. После умножения сигналов (7 ) и (10 ) на перемножителях 24 и 26 и вычитания произведений на сумматоре 28 получается сигнал, пропорциональный реактивной мощности основного потока у 2з 22 2)U>3 Г1 мп +/+9 со5

0(„+p -sin a(+p cos j)(" +p+Q

=U>I„siin („- 3 (11) Умножение этих же сигналов (7) и (10) на перемножителях 25 и 27 и сложение произведений на сумматоре

7 1195257 8

31 приводит к формированию сигнала но соединенными преобразователями пропорционального активной мощности . 29 и 32 напряжения в частоту соотосновного потока ветственно и счетчиками 30 и 33 импульсов соответственно, при этом накопленные счетчиками числа импульсов очевидно пропорциональны реак«(ct +y+q )ic s(" ip)cps(a» y V ))= тивной и активной энергии основного потока соответственно.

=Ч„I cosV P

1 1 1 0СН (11 Предлагаемое устройство позволяет

10 объективно вести коммерческий учет электроэнергии по основному ее поДалее сигналы (11) и (12) интег- току, что позволяет более точно учирируются по времени последователь- тывать побребляемую мощность.

1 яг

Составитель Н. Коновалов

Редактор С. Лисина Техред С Мигунова Корректор С. Черни

Заказ 7410/49 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4