Способ определения параметров электроэнергии сети переменного тока

 

Изобретение может быть использовано в микропроцессорных устройствах и системах судовой и промышленной электроэнергетики для измерения параметров электроэнергии трехфазной трехпроводной сети переменного тока Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения экспресс-идентификации основных носителей информации в трехфазной трехпроводной сети, путем анализа аналоговой идискретной составляющих сигналов синусоидальной формыр Для этого с помощью преобразователей (ПР) 9-14 преобразуют три линейных U.., U UCj . напряжения и три фазных 1д, 1&, 1С тока генератора (Г) 13 в дискретные сигналы, отображающие полупериоды их синусоид1. Последовательный анализ состояния набора дискретов IU, , исд позволяет определить закон (алгоритм) управления ЛЦП, на вход которого поступают нормализованные амплитудные значения полных токов фаз и линейных напряжений генератора и, следовательно , последовательность измерения фазных токов и линейных напряжений. По с &

СаОЗ СОЭЕТСжа

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИХ (51)5 G 01 Р 21/133

k д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В С.

ГОСУДЛРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4730334/21 (22) 11.08.89 (46) 23.01,92. Бюл. И 3 (71) Одесское высшее инженерно-морское .училище им. Ленинского комсомола (72) С.П. Гончарук и А,Н. Пипченко (53) 621.317.382.016,024(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Г 1182425, кл. G 01 К 21/06, 1984.

Авторское свидетельство СССР

1. 1064221, кл. G 01 R 21/06, 198?. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение может быть использовано в микропроцессорных устройствах и системах судовой и промышленной электроэнергетики для измерения параметров электроэнергии трехфазной трехпроводной сети переменного тока. Целью изобретения является расширение облас2 ти применения за счет обеспечения экспресс-идентификации основных носителей информации в трехфазной трехпроводной сети, путем анализа аналоговой и дискретной составляющих сигналов синусоидальной формы, Для этого с помощью преобразователей (ПР) 9-14 преобразуют три линейн х i14Ь 06, Ус 4 напряжения и три фазных À Т, Тс тока генератора (Г) 13 в дискретные сигналы, отображающие полупериоды их синусоид. Последовательный анализ состояния набора дискретов 1 „, Q<, позволяет определить закон (алгоритм) управления АЦП, на вход которого поступают нормализованные амплитудные

Ю значения пслных токов фаз и линейных напряжений генератора и, следовательно, последовательность измерения фазных токов и линейных напряжени1. Ilo

1707559 которым рассчитывают активную, реактивную и полную мощности, а также фазовый сдвиг и направление потока мощности. Устройство, реализующее способ, содержит трансформатор напряжения 2, три трансформатора тока 6, 1

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения электрической моцности, и может быть использовано в микропроцессорных устройствах и системах судовой и промышленной электроэнергетики для измерения параметров электроэнергии трехфазной трехпроводной сети переменного тока.

Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения экспресс-идентификации дискретов линейных напряжений трехфазной сети, что обеспечивает одновременное измерение параметров трехпро водной сети за время менее одного периода электрического колебания, а также возможность мультиплицированкой обработки сигналов с;нусоидальной формы.

На фиг. 1 изображена схема устрайства для реализации способа определе ния параметров трехфазной сети переменного тока; на фиг. 2 — диаграммы способа определения; на фиг. алгоритм управления процессом измерения параметров электроэнергии трехфазной сети переменного тока.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит аналого-цифрсвой преобразователь (ЛЦП) 1,на шесть входов, трехфазный трансформатор 2 напряжений (ТН), три резистора 3-5 и три трансформатора 6-8 тока, необходимые для нормальной работы ЛЦП, шесть преобразователей 9-14 (ПК, где

1,6), которые входные напряжения и токи синусоидальной формы преобразуют в сигналы прямоугольной формы (меандр), модуль 15 ввода кодовых сигналов (МВКС), постоянный запоминающий блок (ПЗУ) 16, в котором записана программа, t.e"-,nt у я предлагаемый сгособ иснере ".ã, с",сратияньй эапоминаюций блок (ОКУ} 17, храня ий текущие кодовые сигналы, управляющие работой программы, центральный вычис7, 8, шестиканальный аналого-цифровой преобразователь 1, модуль 15 ввода кодовых сигналов, оперативный запоминающий блок 17, постоянный запоминающий блок 16, центральный вычислительный блок 18. 3 ил., 1 табл.

1 лительный блок (ЦВУ) 18, АЦП, ЦВУ, ИВКС, ОЗУ и ПЗУ соединены между собой шестнадцатиразрядной шиной данных (фиг. 1) .

Цель достигается применением мультиплицированной обработки дискретной и аналоговой информации, содержащейся в сигналах синусоидальной формы.

Способ основан на системном под" ходе,при котором управление процессом измерения множества входных величин в соответствии с выбранным критерием

25 быстродействия осуществляется адаптивно. Алгоритм измерения перестраивается в зависимости от набора состояний цифровых сигналов, характеризующих полупериоды синусоидальных величин. ,яля этой цели необходимо с помощ ю преобраэоват лей 9-14 преобразовать три линейных l>> 1. и У напряжения и тРи фазных 1А, 1 и ТС тока генеРатора в дискретные сйгналы, отображаю35 щие полупериоды их синусоид, Последовательный анализ наборов состояний входных сигналов дает возможность определить алгоритм управле" ния АЦП 1, на вход которого поступают

40 нормализованные амплитудные значения полных фаз и линейных напряжсний генератора (Г) 19. !

На фиг. 2 приведены диаграммы, поясняюц ие сущность способа определения.

В качестве базовых величин при определении исходного состояния выбираются линейные напряжения. Так как система трехфазная, то число возможных состояний дискретных сигналов, отображающих полупериоды синусоид, равняется шести (однозначные наборы 0-0-0 и

1-1-1 в сим :,етричной трехфазной сети невозможны). Возможные наборы состояний для последовательности чередования линейнь.х напряжений it„, 1 и Вс> обозначены С;, i = 1,6, пги см порядковый номер состояния совпадают с его двоичным кодом, т е. С вЂ” 001 (Up, -1707559

О, Ugc= О, 1)сд= 1), С, -010 (11

О, U = 1 U =- О) и т.д. Кал дое сос С СА тояние определяет единственно возможный по критерию быстродействия алгоритм решения зада«и измерения.

Если исходное состояние С4 (на фиг. 2 обозначено линией 1), то ближайшим по времени является измерение бита U поэтому программа измерения ьс

«A l l определяет момент псрсхода Б е из О в "1Р (линия 2) и записывает ссе вход ное слово, в котором маскируются все биты кроме U u I . Анализ значений

Ф Рс. этих битов позвогяет определить нап- 15 равление мощности генератора, При

11 11 II 11 этом если U переходит и з О в 1., Е AC. ° и "1" а ток I = О, или U переходит из в "О", а I = 1, то система находится

A в генераторном режи ле, когда в первом 20 случае I> = 1, а во втором Тд -- О, то система находится в двигательном режиме.

Далее программным путем производит25 ся отсчет единичных временных интервалов от линии 2 до моментов ивменения состояния битов Тд и 0 с (линии 3 и 4 соответственно). Полученные -таким образом цифровые коды позволяют определить значения угла (It и период Т, ЗО

В данном спу«ае цифровой код интервала линия 2 - линия 3 соответствует величине 90 - g, а код интервала лио ния 2 — линия 4 — величине 1/6Т.- Эта информация позволяет определить моменты измерения амплитудных значснии напряжения U и фазных токов I>, Т ьс и I (по линиям 5 и 6-8 соответстс венно) следующие орин эа другим с л интервалом с. = 1/6Т. Момент измерения 40 амплитулы тока Т определяется равенством кол,1чества отсчитанных единичных временных интервалов величине

1/4Т + (90 " - g) .

Особенностью программной реагиза- 15 ции предлагаемого метода является адаптация процесса измерения к начальным условиям: состоянию параметров электроэнергии на момент ввода информации c; = (с„...си1и ереееееоеу интервалу между моментом ввода С; и началом его анализа t = и = 1,2,3...

V; =-Р(С, 7;,, t) где 7;, 7;1Р S, При этом правило R решает задачу альтернативной оптимизации

R, 0(С,V, t) — tniu t V

VES àð« l опт™изации в данном спу«< . о!, - с,, и

- c з-к-, -- астс";; у1.а замни, к ;кую альтернат1::, ".; из а где 1 — число таких альтернатив (для предлагаемого способа q = 6), следует реализ1 аат ь в зависимости от С и на данный момент времени. Эта задача решается алгоритмом Т. и по критерию быстродействия О путем проверки условии P t (U tt >-- - 0 ), "..и (U < — О), Рз (11 4 — — Р) для опредспения сос" тояния С из набора С„... С,ПО уетаНОВЛЕННОМу СОСтОП1«лЮ С альтернативныс управления 1 ; вводят в алгоритм нужный набор условий для выполнения процссса обработки информации, а сама архитектура алгоритма при этом Нс меняется.

0 таблице приведены соответствия наборов управления V; цифровым кодам состспния С = "С ...С )линейных на6 пряжений трехфазной сети.

Устройство для осущесталя тся предлагаемого способа работает следующим образом.

После преобразования в трсхфа :ом трансформаторе 2 напряжений нормапи"-, ВаННЫЕ ЗНаЧЕНИЯ 1, Б И ГС;л ПОСТУпают на первые три входа ЛЦП 1, нл другие три входа через соответству" ющие рез:.сторы 3-5 поступ:ют фаэные токи IA, It и I . Эти же напряжения и токи поступают на входы соответствующих преобразователей 9-14, с вы;:о= дов которых сигналы прямоугольнои формы (меандр) noступают на соответствующие входь модуля 15 ввода кодо" вых слов в котором в зависимости от

t величин линейных напряжений вырабаты-ваются коды, управляющие работои программы измерения эгектричсских величин. Программа измерения записана в постоянном - atlotaeHatoq eM блоке 16, а управляющие коды, обновляемые на каждом цикле измсрений, — в блоке 17, ЛЦП ИОКС, ОЗУ, ГЗ." и ЦВУ свяэань.

Ф между собой шестнадцатиразряднои ши" . ной передачи информации, и представ.ляют собой стандартную микро- или миииЭБИ. > 1 ог пГ «11ааC7 1 1- 1<. "tt!сл11 соаоку11ност11 поги« с«их ; ";,;«испив тельных операций в порядке, предпиP = S cos(f

О = S. sin(P

7 17075

I санном алгоритмом. управления процессом измерения параметров электро энергии (фиг. 3). т.е. управляет работой И П, ОЗУ и MBKC в соответствии с программой, хранимой в ПЗУ.

Программа, реализующая предлагаемый метод мультиплицированной обработ.ки, работает следующим образом (фиг. 3) ., После команды начального запуска програимы (символ 1), поступающей от оператора, иэ блока 17 считывается

Ko4 cocToRHH> С. Я С (...С, которыи

1 был записан в начальный момент времени (символ 2), последовательно анализиру-5 ются биты (разряды), задаваемые линейными напряжениями U„>, U> и ll<< даннобс

I го кода состояний, и в зависимости от анализа введенного кода производится запись управляющего набора Ч;, соот- 20 ветствующего данному коду С (V„ С, ) (символы 3 и 4).

После обновления кода состояний параметров электроэнергии в момент времени (t+1)С + (символ 5) проверяет ся условие первой смены состояний линейного напряжения из набора U V; (символ 6), и в зависимости от данной проверки опреде".яется режим работы генераторного агрега-. (ГА) - сим- 10 вол 7 (двигательный режим/генераторный режим).

После этого собственно начинается работа программы: обнуляется начальный счетчик 11с, (символ 8). -1 2

После ввода кода состояния С. (сим1 вол 9) следуют гроверки условий первой смены состояний фазного тока

Т, Ч,(символ 10) и второй смены состояний линейного напряжения 40

U < V; (символ 11), и в зависимости от данных проверки, а также от режима работы ГА выполнение программы осуществляется либо по генераторной ветви, либо по двигательной„ Проводит-45 ся регистрация текущего значения счеta N <<= N; (символ 12 или 14), определяется либо угол сдвига ((символ

13), либо величина 1/6Т, по которой рассчитывается период (частота)изме- 50. ряемого синусоидального колебания, а также кратные величины 1/2Т, 1/3Т, 1/4Т (символ 15). первой смены состояния I V (симI вол 19), и вновь определяется либо угол сдвига Ч, но уже в другой программной ветви (символы 21, 23), либо величина 1/6Т . {Т, 1/2Т, 1/3Т, 1/4Т)

{символы 20 и 22). (locke соответствующих проверок на равенство определенным временным интервалам (символы 24, 26, 28, 30) следуют измерения линейного напряжения U (символ 25) и фазных токов Т

I ð è Т (символы 27, 29, 31), принарлежацих выбранному набору управления V ..

После остановки счета и окончания программы (символы 32 и 33) ЦВУ вычисляет полную S, активную Р и реактивную 0 мощности по формулам

Г31

1=1 где И, I,,(g — измеренные значения

I линейного напряжения

) соответствующего фазного тока и угла сдвига между линейным напряжением и фазным током.

Способ определения параметров электроэнергии трехфазной сети переменного тока может быть реализован в микропроцессорных устройствах и системах управления судовыми электроэнергетическими системами, где в соответствии с.требованиями Регистра CCCP не допускаются искажения формы (синусоидальных} напряжений и токов свыше 5Й.

Установлено, что управление процессом измерения множества входных величин в соответствии с выбранными критериями быстродействия осуществляется адаптивно. Алгоритм измерения перестраивают в зависимости от набора состояний цифровых сигналов, характеризуюцих полупериоры синусоидальных величин, что расширяет функциональные возможности по сравнению с протоТипом в 3-4 раза и повышает быстродействие в 6 раз.

Затем вновь произ одится ввод кора состояния параметр"в лектроэнергии

t+2

С, (символ 16 или 17), проверяетсл

1 либо условие второй смены состояния

Uz . Ч (символ 18), либо условие формула изобретения

Способ о радеi :íèH n, па,атров электроэнергии сети перемен ->го тока, заключающийся в том, чч. нз еряют

1707559

Характеристики набора управления Ч; Е Ч

v „ = (П"I, и- -тт, п-III, п-Iv, Ф-I,, Ф-II, ф- Т) Код состояния С и реализуемый набор V, П-I П" II П-III П-IV Ф-I ф-II Ф-III (0O1) - v< (o1o) - v2

ЧЗ (1оо) - v, (101) - v6 (110) - vg

UcA = О

I = 1 с

IS 1

I8 IÀ

4 с с в

Iñ в 4 С

-т. т„

ПАв= 1 Тс 0

Ic в т„

USC 0

UA =

I = О

В

I4-1

С2

С

С = ц =о

IA = О

А цав О цвс

CA 4 О

U6c цсд = ц„в= о

>а

В с

cs =

I = О

Ь

1,=0

I = 1 с текущее значение тока и напряжения, фиксируют моменг перехода напряжения через нуль, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, измерения напряжения произволят в каждой из трех фаз при переходе одного из фазных напряжений через нуль, измеряют интервал времени до перехода через нуль соответствующего фазного тока Д,, до перехода данного линейного напряжения через нуль в момент времени ДТ5 измеряют значение линейного напряжения и фазного тока, при переходе ли- 15 нейного напряжения через нуль измеряют, интервал времени Д1, по измеренным интервалам времени рассчитывают часТоту Я = -«/(Д, + Ь. t<),. фазовый сдвиг О = 53

I® = I/sia(Qgt>), фиксируют переход ерез нуль тока и напряжения двух

25 других 1.аз и с той же задержкой вре-мени Дс. измеряют мгновенное значе-..

3 ние тока и напряжения соответствующей фазь1, рассчитывают амплитудные значения соответствующего линейного напряжения и фазного тока и по ним рассчитывают полную S, активную Р и реактивную Q мощности:

Я 3

S.р=- ; ц ",I; P=S ° соФ, Q=S: О в(, ;=о где U u U - амплитудное И мгно"

A венное значения линейного напряжения, соот ветственно;

-Т и I — амплитудное и мгновенное значения ток= фазы, соот ветст вен,-.,; (д - частота переменного тока; (Р - угсл между линейным напряжением и фазным током, 1707559

25ФХб 7 8.

1707559