CN1033111A - 多路功率因数、周波测量联机系统 - Google Patents

Abstract

本发明是用于电力系统中的一种多路功率因数、 周波测量联机系统。该系统统筹电力系统中的二次 仪表和当今计算机技术，直接与现场的交流互感器输 出端连接，通过专门电路对其电压、电流间的相位差 进行计量，而后经CPU处理得出功率因数和电网周 波。简化了测量系统设备，可同进行多路测量，因此 降低了系统成本，提高了测量精度，具有广泛的经济 性和适用性。

Description

本发明是测量电力系统的功率因数和周波的联机系统。它涉及电子技术、计算机应用技术及电力系统中的监测装置。

电力系统中传统的测量方法利用电磁原理。一般是通过互感器接至相应的测量仪表。在应用计算机的情况下，一般是在互感器下接入相应的变送器，转为标准信号。再通过A/D转换进入计算机，从而实现计算机对电力系统的监测（见图一）。这种测量方法只不过是对传统方法的改造或补充，它存在下面两个主要缺点：①需配备一个庞大的盘面及变送器柜;②要用大量的功率因数变换器，成本高，且精度低。

本发明的目的旨在简化测量系统设备，降低测量系统成本，提高测量精度，并且同时进行多路测量。

本发明统筹电力系统中的二次仪表和当今计算机技术，直接与现场的交流互感器输出端连接。通过电路系统对其电压、电流间的相位差进行计量，而后经CPU处理得出功率因数和电网周波。图二为本发明系统的框图。

在单相电源中，功率因数＝COSφ，式中φ为被测回路中的电压矢量与电流矢量之间的夹角，而φ在-90°和+90°之间内有意义。由本发明测量原理框图（图三）可知，现场被测电压和电流信号经电压互感器和电流互感器输出后经隔离元件（主要目的是提高系统的安全可靠性）分别进入各自的过零开关。两个过零开关输出脉冲信号的前沿的时间差即代表电压和电流信号之间的相位差φ。用这两个脉冲前沿去控制一个计数门。对一已知时钟φ用计数进行计数，则计数器的内容在完成一个计数周期后也是电压和电流的相位差的函数。最后将计数器的内容送至CPU进行处理。计算后则得出被测电路的功率因数COSφ值。其关系式为：

电流滞后电压时（见图四a）

$\mathrm{\phi \; =}\frac{{\mathrm{2\; \pi \; ·n\; ·f}}_2}{f_1}$

电压滞后电流时（见图四b）

$\mathrm{\phi \; =}\frac{{\mathrm{2\; \pi \; (\; f}}_1{\mathrm{-n\; ·f}}_2)}{f_1}$

式中

φ：U与I之间的相位差角;

f₁：经计数门至计数器进行的时钟φ的频率。单位为HZ;

f₂：被测电路的周波，单位为HZ;

n：经计数门对时钟φ进行一次计数后计数器的计数值;

π＝180°;

例：设f₁＝3MHZ，f₂＝50HZ，n为3000，代入上式可得18°时功率因数为COSφ＝COS18°＝0.9510。

与上述方法类似，若只用电压或是电流信号经过零开关输出的脉冲控制门计数。则被测电路在一个周期经过零开关才能给出两个脉冲（一个开门、一个关门），故在完成一个计数周期后，计数器的内容即是电路周波的函数，再经CPU处理后即得被测电路的周波数。其关系式为：

测量周波时（见图四c）

T= (n)/(f₁) 或f₂= 1/(T) = (f₁)/(n)

式中：

T：为被测电路的周期时间，单位为秒。

图五为本发明系统的电原理框图。图六为时序图。其测量原理：设在某一时刻由CPU选中第N路进行测量，被测电路的电压和电流信号经隔离元件，电压和电流的过零开关和2×n路选择开关输出的波形如（六）中（1）（2）所示。当CPU通过接口电路发出清零信号后将计数器清零。将状态位复位（置“1”，将启动位置位（置“1”），同时在清零脉冲撤消前将同步器锁住。时序见图中（3）（4）（5）。当清零脉冲过后，系统即已被启动。由于启动位被置位，当电压和电流过零信号都为高时同步器发出同步脉冲将允许位置位（置零）。允许开关由于允许位置位而被接通。同时允许位的输出使启动位复位（此时已完成启动过程）。这样电压和电流过零信号的下降沿将分别触发单稳1和单稳2。单稳1的输清脉冲做为开门信号，单稳2的输出脉冲做为关门信号。它们控制计数门的开启时间（见图六中的（6）～（10）），在计数门开启时间内系统中的时钟进入计数器进行计数。当计数门关闭时其后沿将允许位复位（置1）（以关断允许开关以在CPU读数期间或是处理期间不使计数门再开启以保留计数器中之内容）。同时再将状态位置位（置零）。此时CPU可用查询方式查状整位，或是由中断信号生成器通过接口电路向CPU发出中断。这两种方式都可使CPU进行响应。在CPU读数后处理即得COSφ值，至此完成一个测量过程。如要继续测量可再重复上述过程，当测量周期时，通过相位，周波选择器选择同一信号的两次过零点的下降沿做开门和关门信号即可。

本发明的电原理图见图七（图中不包括CPU部分），图中8255的口功能见图八，图九为本发明的软件流程图（查询方式）。

本发明大大地简化了电力系统中测量系统设备，实现了同时进行多路测量，因此大大降低了系统成本，提高了测量精度，具有广泛的经济性和适用性。

附图说明：

图一：现有技术测量联机系统框图。

图二：本发明测量联机系统框图。

图三：本发明测量原理框图。

图四（a）：为测功率因数时，电流滞后电压时的测量波形。

图四（b）：为测量功率因数时，电压滞后电流时的测量波形。

图四（c）：为测量周波时的测量波形。

图五：本发明电原理框图。图中“1”为隔离元件，“2”为过零开关。“U”为电压过零信号输出端，“I”为电流信号输出端，序号（1）～（11）见图六（a）或（b）。

图六（a）：为本发明系统的主要点的时序图（电流滞后电压时）。

图六（b）：本发明系统的主要点的时序图（电流滞后电流时）。

实施例：

图七（a）（b）：为本发明系统电原理图（不包括CPU部分）

本图与图五对照如下：

图七（a）（b）    图五

B₀、B₀′～B15、B15′ 隔离元件

CR₀～CR31 过零开关

CC₀～CC， 2xn路选择开关

IC₁相位周波选择，允许开关

IC₂单稳 2

IC₃单稳 1

IC₄计数门控制

IC₅单稳

IC₆同步器

IC₇允许位

IC₈启动位

IC₉状态位

IC₁₀中断信号发生器

IC₁₁计数门和时钟

IC₁₂接口电路

IC₁₃地址译码器

IC₁₄译码分配器

IC₁₅译码分配器

IC₁₆、IC₁₇选读开关

IC₁₈-IC₂₁16位二进制计数器

J₂为扩展路数的通道地址线，J₁为接扩展路数2xn路选择开关的输出线。

图八：8225的口功能衰，用查询方式时置8255为方式“0”，用中断方式时置8255为方式“1”。

图九：本发明软件流程图。

Claims (3)

1、一种用于电力系统中的多路功率因数、周波测量联机系统，其特征在于：统筹电力系统中的二次仪表和当今计数机技术，直接与现场的交流互感器输出端连接，通过电路系统对其电压、电流间的相位差进行计量，而后经CPU处理得出功率因数和电网周波。

2、权利要求1所述的多路功率因数、周波测量联机系统，其特征在于：采用图三所示测量原理框图，现场被测电压和电流信号经电压互感器和电流互感器输出后经隔离元件分别进入各自的过零开关，两个过零开关输出脉冲信号的前沿的时间差即代表电压和电流信号之间的相位差，用这两个脉冲前沿去控制一个计数门，对一已知时钟φ用计数器进行计数，计数器的内容在完成一个计数周期后也是电压和电流的相位差的函数，最后将计数器的内容送至CUP进行处理，计算后测得出被测电路的功率因数COSφ值。

3、权利要求1所述的多路功率因数、周波测量联机系统，其特征在于：所述的电路系统采用图五的电原理框图，其具体联接为：现场的被测电压和电流信号（ ）经隔离原件“1”和过零开关“2”均输出至“Z×n路多路选择开关”，而“CPU”通过“接口电路”、“译码分配器”控制“Z×n路多路开关”，选择某一路的电压和电流信号（ ）分别送至“同步器”和“相位、周波选择器”的输入端，而“相位，周波选择器”由“电口电路”的输出控制而选择进行相位还是周波测量，其输出送至“允许开关”，当“允许位”发出的允许脉冲送至“允许开关”时“允许开关”则将电压电流（ ）的过零信号分别送至“单稳1”、“单稳2”，经它们整形后输出至“计数门控制”“计数控制门”的输出接至“计数门”控制“16位二进制计数器”通过“计数门”而对“时钟”进行计数，其计数器的内容受“接口电路”控制而通过“选读开关”，“接口电路”而进入“CPU”，“接口电路”的输出还接至“同步器”，“启动位”“状态位”、“16进制计数器”，以完成整个系统“清零”和“启动”之作用，而“同步器”的输出和“计数门控制”的输出经“单稳”均接至“允许位”，“允许位”的输出除控制“允许开关”外还接至“启动位”，而“启动位”的输出则接至“同步器”以完成“互锁”作用，另外“计数门控制”的输出经“单稳”还输出至“状态位”而控制其状态。“状态位”的输出一路直接送至“接口电路”，另一路经“中断信号生成器”再送至“接口电路”以满足不同的需要，而“CPU”和计算机经“总线”接至“地址译码”，其输出至“接口电路”以控制其是否谎⊥ā５毖⊥ê蟆敖涌诘缏贰币嗤ü白芟摺庇爰扑慊颉癈PU”联接以进行信息交换，使整个系统正常工作。

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