Устройство для контроля показателейкачества электрической энергии втрехфазных сетях

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<11838593

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 280679 (21) 2785126/18-21 с присоединением заявки ¹ (5i)pA. Кл З

6 01 и 19/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150681. Бюллетень N9 22 (5З) УДК 621. 317 °

° 7 (088. 8) Дата опубликования описания 15.06,81 (72) Авторы изобретения

В.С.Каханович, Н.И.Тюшкевич, В.Е.Ткаче и A.Ñ.Båðøèíèí

Белорусский филиал Государственного нау исследовательского энергетического инст им.Г.М.Кржижановского и Новополоцкий политехнический институт (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЯХ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения показателей качества электрической энергии в электросистемах и электросетях предприятий-потребителей. Устройство также используется как в составе автоматизированных информационноизмерительных систем учета и контро- ля электроэнергии, так и как самостоятельные для контроля качества электроэнергии в трехфазных сетях энергосистем и промышленных предприятий.

Известен статистический анализатор качества напряжения, содержащий счетчики. Это устройство позволяет по показаниям электромеханических счетчиков импульсов построить гистерограмму отклонений одного, напряжения в одном пункте питающей сети, погрешность измерения напряжений составляет 1,5-2,0% j1), Однако эти устройства не рассчитаны на работу в .информационно-измерительных системах, громоздки и недостаточно точны и универсальны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является. устройство для контроля показателей качества электрической энергии в трехфазных сетях, содержащее две группы по и делителей напряжения, три группы по п переключателей, умножитель частоты, первым выходом соединены с первым входом блока. управления, первый блок памяти и вычислительный блок, соединенный с блоком регистрации Г2 .

Однако данное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, Цель изобретения - расширение

15 функциональных возможностей и точности измерения.

Для достижения этой цели в устройство для контроля показателей качества электрической энергии в

20 трехфазных сетях, содержащее две группы по и делителей напряжения, три группы по и переключателей, умножитель частоты, первым выходом соединенный с первым входом

-блока управления, первый блок памяти и вычислительный блокт соединенный с блоком регистрации, введе,ны аналого-цифровой прербразователь . напряжения в код, группа из и вхад30 ных преобразователей токовых сиг838593

«алов, второй блок памяти, блок контрочя фазовых сдвигов измеряемых напряжений,блок контроля отклонения частоты,блок формирования тестовых сигнапов и блок усреднения кодов преобразованных мгновенных значений напряжения, первый вход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразовател:. напряжения в код, второй вход — с первым выхоцом блока управления, третий вход и выход соединены соответственно с первым входом и выходом первого блока памяти, управляющий вход кото- рого соединен с вторым. выходом аналого-цифрового преобразователя напряжения в код, первый вход блока контроля фазовых сдвигов измеряемых напряжений и вход блока контроля отклонения частоты соединены с вторым выходом умножителя частоты, второй вход блока контроля фазовых сдвигов соединен с выходом второго блока памяти, выходы умножителя частоты и блока контроля фазовых сдвигов соединены со входами первого блока памяти, и выходов второго блока памяти соединены с и входами аналогоцифрового преобразователя в код, управляющий вход соединен с вторым выходом блока управления, второй вход блока управления соединен с третьим выходом аналого-цифрового преобразователя напряжения в код, третий выход блока управлеиия соединен с первым входом второго блока памяти, четвертый выход и третий вход второго блока памяти,а также вторые вход и выход первого блока памяти соединены с соответствующими входами и выходами вычислительного блока, выходы всех входных преобразователей соединены с первыми входами переключателей первой группы, ко вторым входам которых подключены выходы всех входных преобразователей токовых сигналов, входы умножителя частоты и блока формирования тестовых сигналов выход последнего соединен с первыми входами переключателей второй и третьей групп, выходы всех делителей напряжения соединены с вторыми входами переключателей третьей группы, выходы которых соединены с выходами переключателей второй группы и с и входами второго блока памяти, выходы. переключателей первой группы соединены с вторыми входами переключателей второй группы.

На чертеже представлена блоксхема устройства для контроля показателей качества электрической энергии в трехфазных сетях переменного тока промышленнОй частоты одновременно в 2 и — пунктах сети по напряжению, или в М вЂ” пунктах сети одновременно по напряжению и току.

Предлагаемое устройство содержит блоки 1-1,...1-п входных преобразователей токовых сигналов в нап- 1 ряжения, блоки 2-1,...2-п,3-1,...3-п, блок 4 формирования тестовых сигналов, умножитель 5 частоты, многоканальный параллельный быстродействующий аналого-цифровой преобразователь б мгновенных значений переменного напряжения в код, первый блок 7 памяти блок 8 усреднения кодов преобра зовайных.мгновенных значений напря жений, блок 9 управления, второй блок

10 памяти, вычислительный блок 11, блок 12 регистрации, блок 13 контроля фазовых сдвигов измеряемых напря:жений и блок 14 контроля отклонения частоты. Кроме того, устройство для контроля показателей качества электрической энергии в трехфазных сетях переменного. тока промышленной чатоты содержит группы переключателей 15,16 и 17. Блок 1-1,...1-п вход2О ных преобразователей токовых сигналов представляет собой трехканальный преобразователь токов соответственно для каждой фазы трехфазной сети в напряжения с амплитудами, соответ-.

25 ствующими рабочему напряжению многоканального преобразователя. Каждый из блоков 2-1,...2-п,3-t,...3-п входных делителей напряжения представляет собой трехканальный делитель напряжений трехфазной сети, соответственно для каждой фазы, до напряжений с амплитудами, также соответствующими рабочему напряжению, преобразователя. Под рабочим напряжением преобразователя понимается .

35 максимально возможное преобразуемое напряжение. Блок 4 формирования те-, стовых сигналов также представляет собой трехканальное устройство, BBtрабатывающее три напряжения трапе4О цеидальной формы для каждой фазы

А,8 иС трехфазной сети соответственно с известным действукиМим значением и известным гармоническим составом.

Предназначен для организации режима контроля устройства. умножитель 5 частоты построен по принципу замкнутой системы автоматического регулирования частоты подстраиваемого автогенератора относительно частоты контролируемой сети и предназначен для равномерного распределений на периоде моментов измерений напряжений при колебаниях указанной входной частоты. Блок 10 памяти представляет собой 2N аналоговых (конденсаторных) ячеек памяти, по числу каналов преобразования в аналого-цифровом преобразователе. В этом же блоке . формируются сигналы, определяющие полярность преобразуемых напряжений.

4О Блок 8 усреднения преобразованных мгновенных значений напряжений пред-, ставляет собой комбинационный двоично-десятичный. сумматор с повышенным быстродействием. В силу того, что за один период напряжения сети

838593 и .>бходимо выполнить 2 N m операции сложения, где m — число замеров мгновенных значений напряжений на периоде, функции усреднения указанных кодов не могут быть переданы блоку вычислений из-за недостаточного быстродействия. Для достижения того же эффекта при исключении блока усреднения указанных кодов потребует ся увеличение объема буферной памяти в К раз, где K, — число периодов усреднения. Блок 13 контроля фазовых сдвигов измеряемых напряжений 13 выявляет наличие и измеряет величину отклонения фазовых сдвигов от номинальных между фазными напряжениями трехфазной сети в 2 N пунктах кон- 15 троля и предназначен для введения коррекции при проведении гармонического анализа одновременно для всех фазных напряжений. Принципиально блок построен на основе знакочувст- Щ вительного фазового компаратора, на один вход которого воздействует дешифрированный сигнал с делителя (счетчика) умножителя 5 частоты, а на второй вход — знаковый сигнал кон- 5 тролируемого напряжения с блока 7.

Блок 14 контроля отклонения частоты также построен на основе знакочувствительного фазового компаратора, на один вход которого воздействует сигнал со специального делителя стабиль30 ной частоты (применен генератор с кварцевым резонатором), а на другой вход - знаковый сигнал опорной синусоиды умножителя частоты.

3S

Устройство работает следующим образом. .В зависимости от положения групп переключателей 15 и 16 возможны следующие режимы работы устройства. Режим 40 контроля основного ряда . показ ателей качества электрической энергии в 2 и пунктах контролируемой сети (положение группы переключателей соответству" .ет изображению на чертеже) . При этом 45 под основным рядом показателей качества электрической энергии понимается перечень показателей, регламентируемых ГОСТ 13109-67. Режим кон-. троля расширенного ряда показателей качества электрической энергии в N пунктах контролируемой сети (группу переключателей 15 необходимо перевести в положение 1) . В этом режиме, кроме определения всех. показателей качества основного ряда, дополнитель- 55 но контролируются токи и определяются параметры основного потока мощ ности и мощностей искажения,обусловленных несинусоидальностью формы кривых напряжений и токов, и несим- 40 метрией нагрузки, что позволяет локализовать источник искажений.

Режим автономного контроля устройства (группу переключателей 16 необходимо перевести в положение 2,, 65 положение группы переключателей 15 безразлично) . В этом режиме обработке подвергаются напряжения трапецеидальной формы с известным действующим значением напряжения и известным гармоническим, составом. Результаты сравниваются с заранее известными эталонными значениями.

При работе в режиме контроля основного ряда показателей качества электрической энергии фазные напряжения из

2 М пунктов контроля с помощью бло ков 2-1,...2-v,3-1,...3-п входных делителей напряжений преобразуются в соответствующие напряжения с оговоренными выше амплитудами и далее через группу переключателей 16 поступают на входы первого блока 10 памяти. Выходные импульсы умножителя 5 частоты через блок 9 управления управляют ключами аналоговых (конденсаторцых) ячеек памяти второго блока 10 памяти, с выходов которого зафиксированные

- на данный момент уровни напряжений поступают на входы многоканального параллельного быстродействующего ана лого-цифрового .преобразователя б мгновенных значений переменного напряжения в код. Преобразованные величины в двоично-десятичном коде через блок 8 усреднения кодов преобразованных мгновенных значений напряжений поступают на вход первого блока

10 памяти, где запоминаются в соответствующих ячейках памяти. Следует отметить что каждой ординате, каждой контролируемой синусоиды выделена фиксированная ячейка буферной памяти. Блок 8 усреднения кодов преобразованных мгновенных значений напряже ния введен с целью увеличения точности проводимых измерений. Эта цель достигается тем, что измерения проводятся на протяжении не одного периода, а К = 10 периодов. -Процесс усреднения заключается непосредственно в том, что при выдаче кода с выхода аналого-цифрового преобразователя б на один вход блока

8 усреднения, на второй его вход вызывается из первого блока 10 памяти код содержимого фиксированной ячейки,соответству-;.щей данной ординате и данной синусоиде, а затем их сумма записывается опять по этому же ,фиксированному адресу буферной памяти. Таким образом в каждой ячейке па" мяти происходит накопление суммы зна." чений кодов преобразованных мгновенных значений напряжений по каждой ордриате и соответствующей синусоиде эа k =10 периодов. Для дальнейшей обработки из первого блока 7 буферной памяти выбираются значения с отброшенными младшими разрядами, что соответствует делению на десять. Как из- вестно этот прием позволяет увеличить точность проводимых измерений мгновенных значений напряжений в ЧО раз, при минимальном объеме буфер838593 ной памяти. Параллельно с этим процессом преобразования и усреднения мгнбвенных значений контролируемых напряжений измеряются отклонения фазовых сдвигов контролируемых напряжений от номинальных с помощью блока 13 и отклонение частоты контролируемой сети с помощью блока 14.

Полученные коды также запоминаются в фиксированных ячейках первого блока 7 памяти, но здесь усреднение кодов не производится, так как точность измерения этих показателей достаточно высока. Поэтому при проведении измерений на протяжении десяти периодов происходит просто перезапись кодов в те же ячейки буферной памяти.

После завершения цикла измерений с помощью блока 11 вычислений производится вычисление показателей качества электрической энергии численными методами по алгоритмам, которые приведены в ГОСТ 13109-67;

Перед началом нового цикла измерений производится очистка первого блока памяти.

При работе в режиме контроля расширенного ряда показателей качества электрической энергии производится измерение мгновенных значений напряжений и токов в М пунктах контроля сети. Полученные массивы измерений позволяют для данного пункта контроля сети, .кроме всех показателей качества электрической энергии основного ряда, определить дополнительно параметры потоков мощностей искажений, а также их направления с целью выявления потребителей, вносящих искажения в контролируемую сеть.

При работе в режиме автономного контроля устройства производятся вычисления основного ряда показателей качества электрической энергии, по результатам измерений тестовых напряжений с известным действующим значением и известным гармоническим составом.

Формула изобретения устройство для контроля показателей качества электрической энергии в трехфазных сетях„ содержащее две группы по и делителей, три группы по, и цереключателей, умножитель частоты, первым выходом соединенный с первым Входом блока управления, первый блок памяти и вычислительный блок, соециненный с блоком регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей и точности измерения, в него введены аналого-цифровой преобразователь напряжения в код, группа иэ и входных преобразователей токовых сигналов, второй блок памяти, блок контроля фазовых сдвигов измеряемых напряжений, блок контроля отклонения частоты, блок формирования тестовых сигналов и блок усреднения кодов преобразованных мгновенных значений напряжения, первый вход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя напряжения в код, второй вход — с первым выходом блока управления, третий вход и выход соединены соответственно с первым входом и выходом первого блока памяти, управляющий вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразователя напряжения в код, первый вход блока контроля фазовых сдвигов измеряемых напряжений и вход блока контр» я отклонения частоты соединены с вторым выходом умножителя частоты, второй вход блока контроля фазовых сдвигов соединен с выходом второго блока памяти, выходы умножителя частоты и блока контроля фазовых сдвигов соединены со входами первого блока памяти, и выходов второго блока памяти соединены с п входами аналого-цифрового преобразователя напряжения в код, управляющий вход соединен с вторым выходом блока управления, второй вход блока управления соединен с третьим выходом аналого-цифрового преобразователя напряжения в код, третий выход блока управления соединен с первым входом второго блока памяти, четвертый выход и третий вход второго блока памяти, а также вторые вход и выход первого блока памяти соединены с соответствующими входами и выходами вычислительного блока, выходы всех входных преобразователей соединены с первыми входами .переключателей первой группы, ко вторым входам которых подключены выходы всех входных преобразователей токовых сигналов, входы умножителя частоты и блока формирования тестовых сигналов, выход последнего соединен с первыми входами переключателей второй и третьей групп, выходы всех делителей напряжения соединены с вторыми входами переключателей третьей группы, выходы которых соединены с выходами переключателей второй группы и с и входами второго блока памяти, выходы переключателей первой группы соединены с вторыми входами переключателей второй группы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иаркушевич И.С, и др. качество напряжения в городских электрических .сетях. N., "Энергия", 1975, с. 198.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 564606, кл. G 01 R 23/20, 1976.

838593

1$

Составитель В.Ваганов

Редактор i 1.Ïoãoðèëÿê Техред М.Голинка Корректор С.Шекмар.

Заказ 4420/68 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,Москва,Ж-35, Раушская наб.,д.4/5 Ьилиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4