Устройство контроля показателей качества электрической энергии

 

Устройство предназначено для оперативного контроля показателей качества электрической энергии в силовых и слаботочных электрических сетях. Устройство обеспечивает контроль коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения, коэффициента искажения синусоидального сигнала и коэффициента несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательностям. Устройство содержит коммутатор, АЦП, сигнальный процессор электронно-вычислительную машину и периферийные устройства. Технический результат заключается в увеличении количества измеряемых параметров в реальном масштабе времени. 3 ил.

Изобретение относится к области контроля показателей качества электроэнергии и может быть использовано при оперативном контроле силовых и слаботочных электросетей.

Известно устройство контроля показателей качества электроэнергии посредством измерений отклонений напряжений с помощью статистического анализатора, с последующей вероятностной оценкой [1].

Его недостаток - небольшое количество измеряемых показателей в нереальном масштабе времени, что уменьшает достоверность измерений.

Также известно устройство контроля показателей качества электроэнергии, содержащее коммутатор, на вход которого поступают измеренные сигналы, и соединенный с ним аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого подключен к электронно-вычислительной машине (ЭВМ) [2], принятое за прототип.

Его недостатком является небольшое количество измеряемых показателей в нереальном времени. Не измеряются такие важные показатели как коэффициент искажения синусоидального сигнала, коэффициенты гармонических составляющих напряжения, коэффициенты несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям (ГОСТ 13109- 87).

Техническим результатом заявленного изобретения является определение указанных технических характеристик (коэффициентов) в реальном времени. Он достигается тем, что в этом устройстве контроля показателей качества электрической энергии, содержащем соединенные между собой коммутатор, на вход которого поступают измеряемые электрические сигналы, и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к электронно-вычислительной машине, между аналого-цифровым преобразователем и электронно-вычислительной машиной включены сигнальный и цифровой процессоры, на выходы последнего подключены параллельный порт с принтером на выходе, дисплей, клавиатура, таймер - календарь и элемент памяти, а в сигнальном процессоре между входом и первым выходом последовательно включены элемент быстрого преобразования Фурье и вычислитель для вычисления коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения, причем первый выход цифрового процессора соединен со входом вычислителя, на каждом выходе элемента быстрого преобразования Фурье, кроме выхода по основной гармонике сигнала, включены квадраторы, выходы которых подсоединены к сумматору, соединенному с вычислителем, работающем на второй выход сигнального процессора и осуществляющим вычисление коэффициента искажения синусоидального сигнала, причем второй выход цифрового процессора соединен со входом этого вычислителя, а между входом и третьим и четвертым выходами сигнального процессора включены соответственно вычислитель коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности и вычислитель коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности, причем вход каждого вычислителя соединен с третьим и четвертым выходами цифрового процессора соответственно.

В заявленном устройстве имеется коммутатор 1 (блок-схема на фиг. 1), на входы которого 20, 21, 22 поступают измеряемые напряжения фаз, и соединенный с ним АЦП (поз.2), выход которого подключен к ЭВМ (поз.10), а между АЦП и ЭВМ последовательно включены работающие в реальном времени сигнальный 3 и цифровой 4 процессоры. На выходе последнего подключены параллельный порт 5 с принтером 6, дисплей 7, клавиатура 8, последовательный порт 9 с подключаемой ЭВМ, таймер-календарь 11 для синхронизации измерений и энергонезависимый элемент (блок) памяти 12 для хранения протоколов анализа.

Для вычисления коэффициентов гармонических составляющих напряжения K_U(n) в % по формуле K_U(n) = 100 U(n)/U_ном, (1) где n - номер (порядок) гармоники; U(n) - действующее значение n-й гармоники напряжения; U_ном - номинальное (линейное для трехфазных сетей) напряжение, в сигнальном процессоре между его входом и одним из выходов последовательно включены элемент быстрого преобразования Фурье 13 (блок-схема на фиг. 2) и вычислитель 14, производящий расчеты по формуле (1).

Для вычисления коэффициентов несимметрии напряжений по обратной K_2U и нулевой K_0U последовательностям в % для трехфазной сети по формулам K_2U = 100U₁₍₁₎/U_ном; (2) K_0U = 100U₀₍₁₎/U_номф, (3) где U₂₍₁₎ и U₀₍₁₎ - действующие значения соответственно обратной и нулевой последовательностей основной гармоники: U_номф - номинальное фазное напряжение, между входами и выходами сигнального процессора 3 (фиг. 2) включены вычислители 15 и 16, производящие расчеты по формулам соответственно (2) и (3).

Для вычисления коэффициента искажения синусоидальности (коэффициента искажения синусоидального сигнала) K_U в % по формуле где m - наибольший порядок учитываемых гармоник, на выходы элемента быстрого преобразования Фурье 13 включены по числу высших гармоник (m-1) квадраторы 18 (блок-схема на фиг. 3), выходы которых соединены с входами сумматора 19. На выходе последнего включен вычислитель 17, выход которого через выходные зажимы сигнального процессора 3 подключен ко входу цифрового процессора 4. Вычислитель 17 производит расчеты по формуле (4).

На каждом из вычислителей 14, 15, 16, 17 имеется вход, соединенный с выходами цифрового процессора 4.

Коммутатор 1 и АЦП 2 могут быть выполнены, например, на основе микросхемы АД 2790, при построении сигнального процессора 3 можно использовать микросхемы АД 2115 фирмы Analog Devices, работающие в реальном времени. Цифровой процессор 4 может быть выполнен, например, на однокристальной микроЭВМ сер. 1830 с применением широко известных технических решений [3]. Параллельный порт 5, принтер 6, дисплей 7, клавиатура 8, последовательный порт 9 являются широко известными, выпускаемыми промышленностью элементами. В качестве ЭВМ 10 можно использовать любой IBM PC совместимый компьютер с оперативной системой MS DOS. Таймер- календарь 11 может быть создан на микросхеме 1821. В качестве элемента памяти 12 можно использовать память однокристальной микроЭВМ 1830. Элемент быстрого преобразования Фурье 13 можно построить на основе микросхемы АД 2115 фирмы Analog Devices, позволяющей за один машинный такт реализовать элементарную операцию Фурье. Вычислители 14, 15, 16 и 17 и квадраторы 18 можно построить на обычной элементной базе при использовании известных технических решений [4].

Заявленное устройство работает следующим образом.

Фазные аналоговые сигналы U_a, U_b, U_c со входов 20, 21, 22 коммутатора 1 поочередно подаются на АЦП 2, передающий их цифровые эквиваленты на вход сигнального процессора 3. Последний записывает преобразованные сигналы в буфер и одновременно проводит обработку ранее записанных в буфере сигналов, производя необходимые расчеты - гармонический анализ и вычисление показателей электроэнергии. Цифровой процессор 4, получая от сигнального процессора 3 рассчитанные показатели, проводит их проверку на соответствие требованиям ГОСТ 19705-89 и сохраняет результаты в элементе памяти 12 с метками времени. В случае выхода параметра за допуск и при его возврате в допустимую область цифровой процессор записывает в элементе памяти 12 его значение, указывая также его экстремальные значения.

В устройстве предусмотрена возможность работы совместно с ЭВМ, принтером, дополнительной памятью для хранения и последующего анализа на компьютере показателей качества.

Предлагаемое изобретение реализовано в приборе контроля показателей качества электроэнергии ППКЭ-1-50.

Список литературы
1. Кючуков P. , Лидерски С., Ангелов Д. Аппаратурная реализация комплексного метода оценки качества. В сб: Научные труды ВИММЕ СС. - Русе (Болгария): Техника, 1980, т. 22, N 2, с. 101 - 107.

2. Бажанов Е. И. Аналого-цифровое устройство: проблемы и перспективы. Известия ВУЗов. Электроника. - М.: 1997, N 3 - 4, с. 108.

3. Ланне А.А., Страутманис Г. Ф. Цифровой процессор обработки сигналов КМ 1813 ВЕ1 и его применение. - М.: Экос, 1987, c. 205 - 221.

4. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. - М.: Энергоатомиздат, 1987, 320 с.

Формула изобретения

Устройство контроля показателей качества электрической энергии, содержащее соединенные между собой коммутатор, на вход которого поступают измеряемые электрические сигналы, и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к электронно-вычислительной машине, отличающееся тем, что между аналого-цифровым преобразователем и электронно-вычислительной машиной включены сигнальный и цифровой процессоры, на выходы последнего подключены параллельный порт с принтером на выходе, дисплей, клавиатура, таймер-календарь и элемент памяти, а в сигнальном процессоре между входом и первым выходом последовательно включены элемент быстрого преобразования Фурье и вычислитель для вычисления коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения, причем первый выход цифрового процессора соединен с входом вычислителя, на каждом выходе элемента быстрого преобразования Фурье, кроме выхода по основной гармонике сигнала, включены квадраторы, выходы которых подсоединены к сумматору, соединенному с вычислителем, работающим на второй выход сигнального процессора и осуществляющим вычисление коэффициента искажения синусоидального сигнала, причем второй выход цифрового процессора соединен с входом этого вычислителя, а между входом и третьим и четвертым выходами сигнального процессора включены соответственно вычислитель коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности и вычислитель коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности, причем вход каждого вычислителя соединен с третьим и четвертым выходами цифрового процессора соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3