Измерительный преобразователь активной мощности

 

Использование: в технике автоматического управления элекгроэнергетическими системами и в устройствах противоаварийной автоматики. Сущность изобретения: из входного напряжения вторичной обмотки 1 и ЭДС трансреактора 2 полосовими частотными фильтрами 3 и 4 выделяются их синусоидальные составляющие, которые фазовращателями 7.9 и 8.10. входящими в формирователи 5 и 6 ортогональных составляющих тока и напряжения, сдвигаются по фазе на углы, формируются их ортогональные (синусная и косинусная) составляющие. Разноименные ортогональные составляющие перемножаются перемножителями 11 и 12. а их произведения вычитаются сумматором 13 с инверсным входом, выходная вел'ичина которого пропорциональна только активной мощности и не содержит затухающих постоянной и колебательной промышленной частоты составляющих,обусловленных апериодическими составляющими входных напряжения и тока, и установившихся гармонических составляющих удвоенной промышленности и более высоких частот. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 R 21/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874839/21 (22) 15.10.90 (46) 07,12,92. Бюл. N: 45 (71) Московский энергетический институт (72) И,Н.Овчаренко и Н.И.Овчаренко (56) Авторское свидетельство СССР

N . 682837, кл. G 01 R 21/06, 1976.

Патент ФРГ

N. 2063105, кл. G 01 R 21/06, 1978. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОН НОСТИ (57) Использование: в технике автоматического управления элекгроэнергетическими системами и в устройствах противоаварий ной автоматики. Сущность изобретения: иэ входного напряжения вторичной обмотки 1 и ЭДС трансреактора 2 полосовыми частотными фильтрами 3 и 4 выделяются их сину„„ 42„„1780034 А1 соидальные составляющие, которые фазовращателями 7,9 и 8,10, входящими в формирователи 5 и 6 ортогональных составляющих тока и напряжения, сдвигаются по фазе на углы, формируются их ортогональные (синусная и косинусная) составляющие, Разноименные ортогональные составляющие перемножаются перемножителями 11 и 12, а их произведения вычитаются сумматором 13 с инверсным входом, выходная величина которого пропорциональна только активной мощности и не содержит затухающих постоянной и колебательной промышленной частоты составляющих, обусловленных апериодическими составляющими входных напряжения и тока, и установившихся гармонических составляющих удвоенной промышленности и более высоких частот. 2 ил.

1780034

Изобретение относится к технике автоматического управления электроэнергетическими системами, в частности к технике автоматического регулирования мощности синхронных генераторов электростанций.

Изобретение может быть использовано в устройствах противоаварийной автоматики электроэнергетических систем.

Известен измерительный преобразователь активной мощности (1), состоящий из входных преобразователей напряжения и тока и двух гальваномагнитных перемножителей, первые входы одно-о иэ которых связаны с входным преобразователем напряжения, а другого — с входным преобразователем тока, при этом вторые входы каждого из них соединены с первыми их выходами, а вторые выходы соединЕны по схеме суммирования ЭДС Холла.

Недостатками такого преобразователя активной мощности являются нетехнологичность гальвàíîMàãнитнblх перемножителей низкие значения и температурная зависимость ЭДС Холла, подверженность ее влиянию апериодической составляющей входного напряжения и гармонических составляющих входных напряжения и тока— низкая помехозащищенность.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является измеоительный преобразователь активной мощности (2j, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, формирователи ортогональных (синусной и косинусной) составляющих напряжения и ортогональных составляющих тока, два перемножителя, к одному из которых подключены синусные, а к другому — косинусные выходы формирователей ортогональных составляющих напряжения и тока, и суммагор, входы которого связаны с выходами перемно>кителей,- Выходная величина сумматора является сигналом мощности. Входной преобразователь тока представляет собой вторичный измерительный трансформатоо тока с подключенным к его вторичной обмотке резистором, Каждый из формирователей ортогональных cocTBBëÿþùèx выполнен в виде двух фазоповоротных элементов, состоящих иэ последовательно .соединенных минимально-фазового фильтра низких частот и сумматора, Недостатками прототипа являются:

1) низкая помехозащищенность. состоящая в подверженности влиянию апериодических составляющих входных нвпря>кения и тока(входных помех), создающих на выходе апериодическую составляющую напряжения, неотделимую от сигнала мощности (динамическая погрешность преобразова5

55 ния мощности), и подверженности влиянию гармонических составляющих входных напряжения и тока (входных помех), создающих на выходе постоянную составляющую, неотделимую от сигнала мощности, и гармонические составляющие раэностных и суммарных частот;

2) частотные погрешности преобразования мощности, состоящие в подверженности влиянию изменений частоты в энергосистеме, которые приводят к изменениям сигнала мощности и нарушениям взаимной компенсации гармонических составляющих удвоенной частоты сети на выходах двух перемножителей (остаточная выходная помеха), Целью изобретения является повышение помехозащищенности и снижение частотных погрешностей измерительного преобразователя активной мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь активной мощности, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, формирователи ортогонал ьн ы х соста вля ющих напряжения и ортогональнь:х составляющих тока, два перемно>.ителя, входы каждого из KoTopblx связаны с Ос;" !1ì иэ Выходов формирователя ортогональных составляющих напряжения и формирователя ортогональных составляющих тока, и сумматор, входы которого связаны с выходами . перемножителей, согласно изобретению, введены два полосовых частотных фильтра, каждый из которых установлен между входными преобразователями напряжения (тока) и соответствующим формирователем ортогональных составляющих, входной преобразователь тока выполнен в виде трансреактора, причем резонансная угловая частота полосовых фильтров задана иэ условий неизменности произведения квадрата коэффициента передачи полосового частотного фильтра и коэффициента передачи трансреактора, к каждому иэ перемножителей подключены синусный и косинусный выходы формирователей ортогональных составляющих, а сумматор выполнен с инверсным входом.

При этом целесообразно выполнение формирователей ортогональных составляющих напряжения и тока в виде фазовых контуров, Как будет показано ниже, выполнение входного преобразователя тока в виде трансреактора. создающего сдвиг по фазе его ЭДС на ч /2 относительно входного тока, совместно с соединением формирователей ортогональных составляющих с перемножителями по схеме перемножения разноименных (синусной и

1780034 косинусной) составляющих, позволяет обеспечить исключение остаточной гармонической составляющей удвоенной частоты (остаточной внутренней помехи) на выходе сумматора с инверсным входом при изменении частоты сети.

Совместное использование трансреактора и полосовых частотных фильтров позволяет повысить помехозащищенность (снизить или даже устранить влияние внешних помех в виде апериодических свободных и гармонических составляющих входных напряжения и тока) и снизить частотные погрешности измерительного преобразователя активной мощности, Выполнение формирователей ортогональных составляющих в виде неминимальнофазовых фазовращателей с независимым от изменений частоты сети коэффициентом передачи также позволяет получить дальнейшее снижение частотных погрешностей, Время действия — установления сигнала мощности предлагаемого преобразователя — определяется постоянной времени полосовых частотных фильтров. Приемлемы фильтры второгО порядка. Например, при постоянной времени затухания их колебательной свободной составляющей г = 3/о)л= 5,5 мс время установления сигнала, обычно оцениваемое при нулевых начальных условиях переходного процесса тремя постоянными времени, составляет

3/4 длительности периода частоты сети.

На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2— частотные характеристики элементов и устройства в целом.

Устройство содержит входной преобразователь напряжения в виде вторичного измерительного трансформатора 1 напряжения и входной преобразователь тока в виде трансреактора 2, присоединенные первичными обмотками и зажимом для подключения к входным напряжению и току, полосовые частотные фильтры 3 и 4, подключенные к вторичным обмоткам трансформатора 1 и трансреактора 2, формирователей 5 и 6 ортогональных составляющих напряжения и тока, состоящих из фазовращателей 7 и 8, в виде фазовых контуров, подключенных входами к выходам полосовых фильтров 3 и 4, перемножителей 9 и 10, к входам каждого из которых присоединены синусный (выход фазовращателя 7 или 8) и косинусный (выход полосового фильтра 3 или 4) выходы формирователей 5 и 6 ортогональных составляющих, и сумматор 11, подключенный прямым входом к выходу перемножителя 9, а инверсный — к выходу перемножителя 10.

Стабилитроны 12 защищают полосовый фильтр 4 от перегрузки при входных токах, обусловленных короткими замыканиями в

5 энергосистеме.

Измерительный преобразователь активной мощности работает следующим образом.

Из входного напряжения U вторичной

10 обмотки трансформатора 1 и ЭДС е трансреактора 2 полосовыми частотными фильтрами 3 и 4 выделяются их синусоидальные составляющие промышленной частоты, U u

j R/2

Е = в Mle, где M — взаимная индуктивность между обмотками трансреактора. Фазовращателями 7 и 8 они сдвигаются по фазе на углы

20 gi = 2 агс 9 ги тф равные при номинальной угловой частоте сети а„ф =- "г/2; формируются ортогональные составляющие

) (Л/2 + ф) U Ue; Е =К,p(cl))l е ):

j л/г

Ц =U; Е =K»(cu)l e ); где К»(й)) = СдМ.

Перемножителем 9 перемножаются составляющие U и Е", напряжение на выходе, в частности, аналогового перемножителя 9 определяется выражением

U = К„,(с40,„5 1а(ы1+ ср1Т „, 51п(я1+Ф/2 -q) =

=kN(QjumIm5in(434+9) са5 (Н-qi=

4С = K {U} 01(5in(yes) + sin (с У-с } (2) где К (в ) — коэффициент преобразования мощности измерительного преобразователя, равный произведению

45 коэффициента передачи трансреактора

Ктр(ж) = и М и квадрата коэффициента передачи полосового фильтра Кп (ж), в общем случае зависящий от частоты сети

50 (3)

Напряжение U2 на выходе перемножителя 10 составляющих U" и Е описывается выражением -4= K<(G))0msi

= k (63} UmImSim636 со5 (Сд + g- (g)=K (О}UI1БЮ(g-фб51п(2MI+y — с Я (4)

1780034

При номинальной частоте сети К (шл)=

= 1 (кривая на фиг.2), Кл(вл ) = 1 (крйвая II) и К;,,((лл ) = 1 (кривая III), а угол ф =ю/2, Поэ-.ому согласно (5) выходная величина сумматора Хвых « 2Ц!соэ у Р пропорциональна активной мощности.

При изменениях частоты сети в предаварийных ситуациях обычно в диапазоне

0,9< ь, = и/в,<1,1 указанные зависимости

15 о-; частоты коэффициентов К»(а)) и Кп (N) и согласно (1) угла сдвига фаз фпринципиальчо создают частотные погрешности преобоазования мощности. Однако выбранный основной параметр полосовых частотных

Выходная величина Х ых, в частности, напря>кение UQQpp аналогового сумматора

",1 согласно (2) и (4) равно

U„,„„, = — Ui — Uz = 2К (в) 0 1 з!пф сов р.(5) фильтров — резонансная угловая частота (5) л>,, меньшая частота сети, обеспечивает его работу в укаэанном диапазоне изменений частоты на спадающей ветви АЧХ (кривая II на фиг.2) с такой интенсивностью, при которой обеспечивается практическая компенсация линейно нарастающее коэффициента преобразования К» (и) (кривая I на фиг.2).

Поэтому при 0,9< 5(<1,1 коэффициент преобразования мощности (3) от частоты не зависит (кривая III на фиг.2), Таким образом, зависимости от частоты коэффициентов передачи трансреактора К» в и полосового фильтра К»(г >) частотных погрешностей не создают.

Коэффициенты передачи фаэовращателей 7 и 8, являющихся фазовыми контурами,,. от частоты не зависят и равны 1. Единственным источником частотной погрешности является зависимость or частоты угла / сдвига фаз, Согласно (1) при постоянной времени фазовращателей, соответствующей углу ф = >т/2 при в л = т 10 рад/с и тф

3.18 мс и при 0,9< rxg<1,1 угол сдвига составляет 82...98 эл.град.

Ввиду слабой зависимости синуса угла, близкого к Ы2 от изменения угла (0,99) частотные погрешности при указанном диапазоне 0,9< й)<1,1 не превышают I %, тогда как в прототиг!е из-за сильной зависимости синуса угла, близкого г/4 и вследствие зависимости от частоты коэффициента передачи фильтра низких частот, используемого в

40 формирователях ортогональных составляющих, от изменений частоты сети, они достигают 5%.

Использование измерительного преобразователя активной мощности в устройствах противоаварийной автоматики энергосистем повышает эффективность их функционирования по предотвращению последствий аварий в энергосистемах, имеющих катастрофический характер, за счет правильности действия измерительного преобразователя активной мощности в условиях интенсивных переходных процессов и изменений частоты в предаварийных ситуациях в энергосистеме, при достаточном быстродействии — в пределах длительности периода Тп напряжения сети, Формула изобретения

1, Измерительный преобразователь активной мощности однофазного переменного тока, содержащий входные преобразователи напряжения и тока, формирователи ортого нал ьн ых соста вля ющих напряжения и ортогональных составляющих тока, два перемножителя, входы каждого из которых связаны с одним из выходов формирователя ортогoHBllbHblx составляющих напряжения и формирователя ортогональных составляющих тока, и сумматор, входы которого связаны с выходами перемножителей, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и снижения частотных погрешностей, он снабжен двумя полосовыми частотными фильтрами, каждый из которых установлен между входным преобразователем напряжения (тока) и соответствующим формирователем ортогональных составляющих, входной преобразователь тока выполнен в виде трансреактора, причем резонансная угловая частота полосовых фильтров задана из условий неизменности произведения квадрата коэффициента передачи полосового частотного фильтра и коэффициента передачи трансреактора, к каждому из перемножителей подключены синусный и косинусный выходы формирователей op1Gгональных составляющих, а сумматор выполнен с инверсным входом.

2. Преобразователь по п.1, G т л vi ч а юшийся тем, что формирователи ортогональных составляющих напряжения и тока выполнены в виде фазовых контуров, 1780034

Ю РУ1

Составитель Н.Овчаренко

Техред М.Моргентал КоРРектоР Е:Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4434 Тираж - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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