DE19529458C2 - Method for determining the actual phase shift between current and voltage signals of any phases in three-phase networks - Google Patents

Method for determining the actual phase shift between current and voltage signals of any phases in three-phase networks

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DE19529458C2
DE19529458C2 DE1995129458 DE19529458A DE19529458C2 DE 19529458 C2 DE19529458 C2 DE 19529458C2 DE 1995129458 DE1995129458 DE 1995129458 DE 19529458 A DE19529458 A DE 19529458A DE 19529458 C2 DE19529458 C2 DE 19529458C2
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    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Er­ mittlung der tatsächlichen Phasenverschiebung zwischen Strom- und Spannungssignalen beliebiger Phasen in Dreh­ stromnetzen und eine Verwendung des Verfahrens zur Kompen­ sation eines fehlerhaften Phasenanschlusses eines Blind­ leistungskompensationsreglers od. dgl.The present invention relates to a method for Er averaging the actual phase shift between Current and voltage signals of any phase in rotation power grids and a use of the method for Kompen faulty phase connection of a blind power compensation controller or the like

Bei vielen Meß- und Regelverfahren ist eine Kenntnis der Phasenverschiebung zwischen Strom- und Spannungssignalen von ein und derselben Phase (Leitung) notwendig. In many measurement and control processes, knowledge of the Phase shift between current and voltage signals of one and the same phase (management) necessary.  

Angenommen, es liegt ein Drehstromnetz mit einer symmetrischen Ohm'schen Belastung vor und es wird nur jeweils ein Spannungs- und ein Stromsignal gemessen, dann beträgt die Phasenverschie­ bung zwischen dem Stromsignal einer Phase und dem Spannungs­ signal derselben Phase gegen Nullpotential 0°. Wird das Span­ nungssignal von einer anderen Phase abgenommen und wird die Spannung zwischen zwei Phasen gemessen, so tritt eine Phasen­ verschiebung zwischen Strom- und Spannungssignal auf. Dieser Phasenwinkel wird im folgenden als "Anschlußwinkel" bezeich­ net. In einem Drehstromnetz mit einem Nulleiter können zwölf verschiedene Anschlußwinkel (0°, 30°, 60°, ..., 330°) auftre­ ten. Wird nämlich das Stromsignal in einer beliebigen Phase des angenommenen Drehstromnetzes gemessen, dann sind folgende Spannungssignalabgriffe denkbar:
Assuming that there is a three-phase network with a symmetrical ohmic load and only one voltage and one current signal is measured, the phase shift between the current signal of one phase and the voltage signal of the same phase against zero potential is 0 °. If the voltage signal is taken from another phase and the voltage between two phases is measured, a phase shift occurs between the current and voltage signals. This phase angle is referred to below as the "connection angle". In a three-phase network with a neutral conductor, twelve different connection angles (0 °, 30 °, 60 °, ..., 330 °) can occur. If the current signal is measured in any phase of the assumed three-phase network, the following voltage signal taps are conceivable:

  • - L1-N; L2-N; L3-N; L1-L2; L2-L3; L3-L1;- L1-N; L2-N; L3-N; L1-L2; L2-L3; L3-L1;
  • - mit umgekehrter Polung: N-L1; N-L2; N-L3; L2-L1; L3-L2; L1- L3.- with reverse polarity: N-L1; N-L2; N-L3; L2-L1; L3-L2; L1- L3.

Jedes gemessene Spannungssignal hat eine andere Phasenlage zum Stromsignal. Die Teilung in 30°-Sprüngen ist durch die Geome­ trie des Drehstromnetzes gegeben.Each measured voltage signal has a different phase position Current signal. The division into 30 ° steps is due to the geome given the three-phase network.

Der Anschlußwinkel ist bei unverändertem Anschluß konstant und wird nicht von lastabhängigen Phasenverschiebungen beeinflußt. Er beschreibt den Winkel zwischen einem Stromsignal und einem Spannungssignal des oben angenommenen Drehstromnetzes. Wird nur ein Spannungssignal und ein Stromsignal aus einem Dreh­ stromnetz entnommen (üblicher Anschluß bei Kompensationsanla­ gen) sagt der Anschlußwinkel aus, in welchem Verhältnis die beiden Signale zueinander stehen. The connection angle is constant with the connection unchanged and is not influenced by load-dependent phase shifts. It describes the angle between a current signal and one Voltage signal of the three-phase network assumed above. Becomes just a voltage signal and a current signal from one turn power supply removed (usual connection with compensation system gen) indicates the connection angle, in which ratio the the two signals are related to each other.  

Dies führt z. B. bei der Blindleistungskompensation dazu, daß eine z. B. durch Netzinduktivitäten bedingte Phasenver­ schiebung zwischen einem Netzstrom und einer Netzspannung nicht korrekt kompensiert und somit die Blindleistung nicht optimal minimiert werden kann.This leads e.g. B. in reactive power compensation, that a z. B. caused by network inductance Phasesver shift between a mains current and a mains voltage not correctly compensated and therefore the reactive power cannot be optimally minimized.

Aus der DE-OS 32 40 625 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Elektroenergie-Gütekennwerte eines Drehstromnetzes bekannt, bei dem ein symmetrisches dreiphasiges Referenzsystem von "Mitspannungen" benutzt wird. Zu den Gütekennwerten der Elek­ troenergie gehören: Frequenzabweichung, Spannungsabweichung, Frequenzhub, Spannungshub sowie Unsymmetrie-, Ungleichheits- und Nichtsinusförmigkeitsfaktoren der Spannungen. Das Verfah­ ren beruht auf der Bestimmung Ihrer symmetrischen Komponenten, nach deren Betrag die Größe der Elektroenergie-Gütekennwerte beurteilt wird. Zunächst wird die Amplitude und Anfangsphase der Referenzspannungen ermittelt, dann ein symmetrisches drei­ phasiges Referenzsystem der Mitspannungen geformt, dessen An­ fangsphase und Amplitude den vorher bestimmten Werten der An­ fangsphase und Amplitude der Rerefenzspannungen gleich ist und die Frequenz mit der Netzfrequenz übereinstimmt, und dann wer­ den von den Eingangsspannungen die Referenzspannungen phasen­ weise subtrahiert und die symmetrischen Komponente nach der Differenz zwischen den Eingangs- und den Referenzspannungen bestimmt.DE-OS 32 40 625 describes a method for determining the Electrical power quality parameters of a three-phase network known, where a symmetrical three-phase reference system from "Mitspannungen" is used. To the quality parameters of the Elek tro energy include: frequency deviation, voltage deviation, Frequency swing, voltage swing as well as asymmetry, inequality and non-sinusoidal factors of the voltages. The procedure ren is based on the determination of your symmetrical components, according to their amount, the size of the electrical energy quality parameters is judged. First, the amplitude and initial phase of the reference voltages, then a symmetrical three phase reference system of the positive voltages, whose An Initial phase and amplitude of the previously determined values of the start initial phase and amplitude of the reference voltages is the same and the frequency matches the network frequency, and then who which the reference voltages phase from the input voltages subtracted wisely and the symmetrical component after the Difference between the input and reference voltages certainly.

Aus der DE-OS 22 65 223 ist ein Stromdrehfeldscheider für ein Drehstromnetz bekannt, bei dem mittels zweier Stromwandler aus den drei verketteten Strömen des Drehstromnetzes durch eine Kunstschaltung zwei Ströme abgeleitet werden, wobei phasendre­ hende Netzwerke jeweils 90°-Winkel erzeugen (67,5° und 22,5°). Der Stromdrehfeldscheider spricht außerordentlich schnell auf Abweichungen in Drehstromsystemen an, so daß er z. B. in vor­ teilhafter Weise als Abschalt- oder Schutzeinrichtung verwen­ det werden kann.From DE-OS 22 65 223 is a rotary current separator for a Three-phase network known, in which by means of two current transformers the three concurrent currents of the three-phase network through one Art circuit two currents are derived, with three phases existing networks each create 90 ° angles (67.5 ° and 22.5 °). The rotary current separator speaks extremely quickly Deviations in three-phase systems, so that he z. B. in front use in part as a shutdown or protective device can be detected.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die tatsächliche Phasenverschiebung zwischen Strom- und Spannungssignalen beliebiger Phasen in Drehstromnetzen ermittelt werden kann.The invention is therefore based on the object, a Ver drive to provide with the actual Phase shift between current and voltage signals arbitrary phases in three-phase networks can be determined can.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch Zu- und/- oder Abschaltung mindestens einer rein kapazitiven oder einer rein induktiven oder einer rein ohmschen oder einer in ihrer Phasenverschiebung definierten Misch-Last und Ver­ wendung des bei Zu- bzw. Abschaltung gemessenen Differenz­ vektors als Bezugskoordinate in einem Zeigerdiagramm.According to the invention, this object is achieved by adding and / or or switching off at least one purely capacitive or a purely inductive or a purely ohmic or an in their phase shift defined mixed load and ver the difference measured when switching on or off vector as a reference coordinate in a vector diagram.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das Verfahren die folgen­ den Schritte umfaßt:
It can be provided that the method comprises the following steps:

  • (a) Ermittlung der Netzfrequenz f;(a) determining the network frequency f;
  • (b) Erstellung und Speicherung von einer Anzahl s von dis­ kreten Werten mit Intervallen der Dauer Δt für eine cos- Funktion cosk und eine sin-Funktion sink mit der Frequenz f, wobei für die Intervalle Δt gilt(b) Creation and storage of a number s of discrete values with intervals of the duration Δt for a cos function cos k and a sin function sin k with the frequency f, where Δt applies to the intervals
  • (c) Erfassung und Speicherung von s diskreten Meßwerten
    mit dem Meßintervall Δt für einen Strom In und eine Span­ nung Un beliebiger Phasen des Wechselstromes;
    (c) Acquisition and storage of s discrete measured values
    with the measuring interval Δt for a current I n and a voltage U n of any phase of the alternating current;
  • (d) Berechnung der Terme
    (d) Calculating the terms
  • (e) Berechnung des Wirkstroms
    und des Blindstroms
    wobei Faktor I eine Verstärkung der Meßeingänge und die Anzahl s berücksichtigt;
    (e) Calculation of the active current
    and the reactive current
    where factor I takes into account an amplification of the measurement inputs and the number s;
  • (f) Zuschaltung der Last;(f) connecting the load;
  • (g) Ausführung der Schritte (c) bis (e);(g) performing steps (c) through (e);
  • (h) Berechnung des Differenzvektors D zwischen einem Vek­ tor = (Iwirk, nach, Iblind, nach) nach Zuschaltung und einem Vek­ tor = (Iwirk, vor, Iblind, vor) vor Zuschaltung im Zeigerdia­ gramm;(h) Calculation of the difference vector D between a vector = (I active, after , I blind, after ) after connection and a vector = (I active, before , I blind, before ) before connection in the pointer diagram;
  • (i) Bestimmung des Anschlußwinkels ϕAn anhand des Winkels zwischen dem Differenzvektor und dem erwarteten Strom­ vektor der zugeschalteten Last im Zeigerdiagramm gemäß:
    wobei ϕerwartet dem erwarteten Winkel des erwarteten Strom­ vektors der zugeschalteten Last zur Iwirk-Achse entspricht, mit
    ΔIb = Iblind, nach - Iblind, vor
    ΔIw = Iwirk, nach - Iwirk, vor
    (i) Determination of the connection angle ϕ An based on the angle between the difference vector and the expected current vector of the connected load in the vector diagram according to:
    where ϕ expected corresponds to the expected angle of the expected current vector of the connected load to the I real axis, with
    ΔI b = I blind, after - I blind, before
    ΔI w = I active, after - I active, before
  • (j) Drehung des Vektors im Zeigerdiagramm um ϕAn und Be­ stimmung der wahren Stromwerte gemäß
    Iwirk, wahr = Iwirk, vor.cos(ϕAn) - Iblind, vor.sin(ϕAn)
    und
    Iblind, wahr = Iblind, vor.cos(ϕAn) + Iwirk, vor.sin(ϕAn)
    (j) Rotation of the vector in the vector diagram by ϕ on and determination of the true current values in accordance with
    I act, true = I act, before .cos (ϕ An ) - I blind, before .sin (ϕ An )
    and
    I blind, true = I blind, before .cos (ϕ An ) + I active, before .sin (ϕ An )
  • (k) Berechnung der tatsächlichen Phasenverschiebung zwi­ schen Iwirk und Iblind gemäß
    (k) Calculation of the actual phase shift between I eff and I blind according to

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß es außerdem die Schritte umfaßt:
It can further be provided that it also comprises the steps:

  • 1. x-fache Wiederholung der Schritte (c) bis (k), wobei die jedesmal ermittelten Werte für den Anschlußwinkel ϕAn gespeichert werden; und1. x times repetition of steps (c) to (k), the values determined each time for the connection angle ϕ An being stored; and
  • 2. Bildung eines Mittelwerts ϕAn mittels der gespeicherten Werte ϕAn.2. Forming an average werts An using the stored values ϕ An .

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Schritt (n) die folgenden Schrit­ te umfaßt:
In a particular embodiment of the invention it can be provided that step (s) comprises the following steps:

  • (m-1) Bildung eines vorläufigen Mittelwerts ϕAn, vorläufig Mit­ tels aller gespeicherten Werte ϕAn, vorläufig;(m-1) Forming a provisional mean ϕ An, provisional Using all stored values ϕ An, provisional ;
  • (m-2) Ermittlung und Löschung des Einzelwertes ϕAn, mit der größten Abweichung von dem vorläufigen Mittelwert ϕAn, vorläu­ fig;(m-2) identification and deletion of the individual value φ An, φ with the greatest deviation from the preliminary mean An, fig provisional;
  • (m-3) Bildung eines vorläufigen Mittelwerts ϕAn, vorläufig mit­ tels der verbleibenden Werte ϕAn und Wiederholung dieses Schrittes bis zu einer Anzahl y von verbleibenden Meßwer­ ten für den Anschlußwinkel ϕAn; und(m-3) Form a provisional mean ϕ An, provisionally using the remaining values ϕ An and repeat this step up to a number y of remaining measured values for the connection angle ϕ An ; and
  • (m-4) Festlegung des letzten vorläufigen Mittelwerts ϕAn, vorläufig als endgültiger Mittelwert ϕAn, end für den Anschluß­ winkel.(m-4) Determination of the last provisional mean ϕ An , provisionally as the final mean ϕ An, end for the connection angle.

Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung des Ver­ fahrens zur Kompensation eines fehlerhaften Phasenan­ schlusses eines Blindleistungskompensationsreglers od. dgl.Finally, the invention relates to the use of the Ver to compensate for a faulty phase conclusion of a reactive power compensation controller or the like

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch eine Zu- und/oder Abschaltung einer Last mit einer bekannten Phase ein schaltungsbedingter Anschlußwin­ kel ermittelt und bei der Bestimmung der tatsächlichen Phasenverschiebung zwischen Strom- und Spannungssignalen von beliebigen Phasen berücksichtigt wird. Weiterhin läßt sich bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens z. B. bei Blindleistungskompensationsreglern ein fehlerhafter Phasenanschluß sowie die Anschlußart bestimmen und mit dieser Kenntnis eine korrekte Blindleistungskompensation vornehmen.The invention is based on the surprising finding that by connecting and / or disconnecting a load with a known phase a circuit-related connection winch determined and in determining the actual Phase shift between current and voltage signals of any phases is taken into account. Furthermore lets when using the inventive method z. B. a faulty one for reactive power compensation controllers Determine the phase connection and the type of connection and with this knowledge, correct reactive power compensation  make.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Vorteile werden anhand der nachstehenden Beschreibung, in der eine Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vor­ liegenden Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen er­ läutert ist, aufgezeigt.Further features of the invention emerge from the claims. Advantages will be apparent from the description below, in one embodiment of the method according to the above lying invention with reference to the drawing in detail he is explained.

Die folgende Ausführung gilt für einen dreiphasigen An­ schluß einer Kompensationsanlage an ein Drehstromnetz. Aus einer beliebigen Phase wird ein Stromsignal mittels eines Stromwandlers einem Blindleistungskompensationsregler zu­ geführt. Das Spannungssignal wird in beliebiger Art (Pha­ se/Phase oder Phase/Null) und aus beliebigen Phasen abge­ griffen und dem Blindleistungskompensationsregler zuge­ führt. Die durch den Anschluß bedingte zusätzliche Phasen­ verschiebung zwischen Strom und Spannung kann von null bis 330° betragen. Durch die bestehende feste Phasenbeziehung zwischen den Spannungsphasen kann durch den wahlfreien Anschluß die zusätzliche Phasenverschiebung nur in 30°- Schritten auftreten. Diese Phasenverschiebungen werden im folgenden Anschlußwinkel ϕAn genannt und sind für die je­ weilige Anschlußart charakteristisch.The following version applies to a three-phase connection to a compensation system on a three-phase network. From any phase, a current signal is fed to a reactive power compensation controller using a current transformer. The voltage signal is tapped in any manner (phase / phase or phase / zero) and from any phases and fed to the reactive power compensation controller. The additional phase shift between current and voltage caused by the connection can be from zero to 330 °. Due to the existing fixed phase relationship between the voltage phases, the additional phase shift can only occur in 30 ° steps due to the optional connection. These phase shifts are referred to in the following connection angle ϕ An and are characteristic of the respective connection type.

Werden durch z. B. bei einem falschen Phasenanschluß Strom- und Spannungssignale von beliebigen Phasen mittels einer Blindleistungskompensationsanlage erfaßt, so würde nach dem herkömmlichen Verfahren eine falsche Phasenverschie­ bung zwischen dem Strom und der Spannung ermittelt und somit nachfolgend eine falsche Kompensation von der Blind­ leistungskompensationsanlage vorgenommen werden. Dies wird jedoch gemäß dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt vermieden:Are z. B. with an incorrect phase connection current and Voltage signals from any phase using a Reactive power compensation system recorded, so would a wrong phase shift from the conventional method determined between the current and the voltage and hence an incorrect compensation from the blind power compensation system can be made. this will  however according to the present inventive method avoided as follows:

Wenn ein Meßzyklus an der Blindleistungskompensationsanla­ ge ausgelöst wird, werden 256 digitalisierte Werte In und Un von Strom und Spannung in einen Speicher eingelesen. Die Meßabstände Δt sind äquidistant und die Meßzeit erstreckt sich über genau drei Perioden der Grundwelle. Die beiden ermittelten Kurven werden in dem Speicher abgelegt. Be­ reits fest im Speicher abgelegt sind eine Sin- und eine Cos-Kurve. Diese Kurven erstrecken sich ebenfalls über drei Perioden. Anschließend wird der Wirkstrom Iwirk und der Blindstrom Iblind wie folgt bestimmt
When a measuring cycle is triggered at the reactive power compensation system, 256 digitized values I n and U n of current and voltage are read into a memory. The measuring distances Δt are equidistant and the measuring time extends over exactly three periods of the fundamental wave. The two determined curves are stored in the memory. A sin and a cos curve are already permanently stored in the memory. These curves also extend over three periods. The active current I active and the reactive current I blind are then determined as follows

mit
With

Der Korrekturfaktor Faktor I beinhaltet die Verstärkung der Meßeingänge und den nicht berücksichtigten Faktor 256. Die Ergebnisse für Iwirk und Iblind sind jedoch nur korrekt, wenn die eingespeisten Spannungs- und Stromsignale von der gleichen Phase abgegriffen wurden. Werden Signale von zwei unterschiedlichen Phasen eingespeist, muß vor der Freigabe der Meßergebnisse eine Korrektur erfolgen. Die Bestimmung des Korrekturwinkels (Anschlußwinkels ϕAn) wurde beim erst­ maligen Anlegen der Betriebsspannung wie folgt bestimmt:The correction factor factor I includes the gain of the measurement inputs and the factor 256 not taken into account. However, the results for I eff and I blind are only correct if the voltage and current signals fed in were tapped from the same phase. If signals from two different phases are fed in, a correction must be made before the measurement results are released. The determination of the correction angle (connection angle ϕ On ) was determined as follows when the operating voltage was first applied:

Beim erstmaligen Anlegen der Betriebsspannung führt die vorliegende Blindleistungskompensationsanlage eine An­ schlußarterkennung (automatische Anschlußwinkelerkennung) durch, d. h. sie erkennt selbst, in welcher Phase und mit welchem Anschlußwinkel Strom- und Spannungspfad ange­ schlossen sind. Dazu benötigt die Blindleistungskompensa­ tionsanlage zuallererst die genaue Netzfrequenz f der Grundwelle. Die Blindleistungskompensationsanlage mißt die Netzfrequenz f vor jeder Strom-/Spannungsmessung und inte­ griert die Ergebnisse auf. Somit erhält sie einen Mittel­ wert der Netzfrequenz f der Grundwelle. The first time the operating voltage is applied, the present reactive power compensation system an An closing type detection (automatic connection angle detection) through, d. H. it recognizes itself in which phase and with what connection angle current and voltage path indicated are closed. This requires the reactive power compensation tion system first of all the exact network frequency f der Fundamental wave. The reactive power compensation system measures that Mains frequency f before each current / voltage measurement and inte grows the results. So she receives a remedy value of the mains frequency f of the fundamental wave.  

Die Blindleistungkompensationsanlage nimmt eine wie oben beschriebene Blindstrom- und Wirkstrommessung vor. Das Ergebnis ist ein Vektor im Zeigerdiagramm (s. Zeich­ nung). Danach schaltet die Blindleistungskompensationsan­ lage eine Kondensatorstufe mit dem erwarteten Phasenwinkel 90° zu und führt eine erneute Messung des Blind- und Wirk­ stroms durch. Das Ergebnis ist der Vektor (s. Zeich­ nung). Die Differenz zwischen den beiden Vektoren be­ schreibt das Zuschalten einer Kondensatorstufe (ϕerwartet = - 90°) und sollte eine reine Blindstromabnahme sein. Im vor­ liegenden Beispiel (s. Zeichnung) ergibt die Differenz eine Stromänderung (Vektor ) im Wirk- und Blindbereich. Da der erwartete Stromvektor der zugeschalteten Last mit der Iblind-Achse identisch ist, ist der Winkel zwischen dem Differenzvektor D und der Iblind-Achse zu bestimmen. Dieser beträgt im vorliegenden Beispiel 30°. Demnach müssen alle Vektoren im Zeigerdiagramm um 30° gedreht werden, um die tatsächliche Phasenverschiebung zwischen Strom und Span­ nung zu erhalten. Der Anschlußwinkel ϕAn entspricht dem Winkel zwischen dem Differenzvektor und der Iblind-Achse und ergibt sich allgemein wie folgt
The reactive power compensation system takes a reactive current and active current measurement as described above. The result is a vector in the vector diagram (see drawing). Then the reactive power compensation system switches on a capacitor stage with the expected phase angle 90 ° and carries out a new measurement of the reactive and active current. The result is the vector (see drawing). The difference between the two vectors describes the connection of a capacitor stage (ϕ expected = - 90 °) and should be a pure reactive current draw. In the present example (see drawing), the difference results in a current change (vector) in the active and blind areas. Since the expected current vector of the connected load is identical to the I blind axis, the angle between the difference vector D and the I blind axis must be determined. In the present example, this is 30 °. Accordingly, all vectors in the vector diagram have to be rotated by 30 ° in order to obtain the actual phase shift between current and voltage. The connection angle ϕ An corresponds to the angle between the difference vector and the I blind axis and is generally as follows

Nachfolgend wird der wahre Wirkstrom Iwirk und Blindstrom Iblind durch Drehung des Stromvektors , die sich mathema­ tisch vollzieht gemäß
In the following, the true active current I is active and reactive current I is blind by rotation of the current vector, which takes place mathematically according to

Iwirk, wahr = Iwirk, vor.cos(ϕAn) - Iblind, vor.sin(ϕAn)
I act, true = I act, before .cos (ϕ An ) - I blind, before .sin (ϕ An )

und
and

Iblind,wahr = Iblind,vor.cos(ϕAn) + Iwirk, vor.sin(ϕAn)
I blind, true = I blind, before .cos (ϕ An ) + I active, before .sin (ϕ An )

bestimmt. Die wahren Wirk- und Blindströme können nun dazu verwendet werden, die tatsächliche Phasenverschiebung ϕwahr gemäß der folgenden Gleichung zu bestimmen
certainly. The real active and reactive currents can now be used to determine the actual phase shift ϕ true according to the following equation

und in Abhängigkeit, davon eine oder mehrere geeignete Kon­ densatorstufe (n) zuzuschalten. and depending on it, one or more suitable con connect capacitor stage (s).

Da der Anschlußwinkel ϕAn zwischen Strom und Spannung, wie oben erläutert, nur in 30°-Schritten variieren kann, dürf­ ten keine Zwischenwerte ermittelt werden. Durch die Dyna­ mik des Strom- und Spannungssignals kommt es trotzdem zu anderen Werten für den Anschlußwinkel ϕAn. Aus diesem Grun­ de ist der Messung des Anschlußwinkels ϕAn eine Mittelwert­ bildung nachgeschaltet. Dazu werden eine Reihe von Bedin­ gungen an die Messungen gestellt. Als erste Bedingung muß die ermittelte Stromänderung größer als 25 mA an der Se­ kundärseite des Stromwandlers sein. Die Richtung des Vek­ tors ist dabei unerheb­ lich. Kleinere Stromänderungen werden als Nullstufen in­ terpretiert.Since the connection angle ϕ An between current and voltage can only vary in 30 ° steps, as explained above, no intermediate values should be determined. Due to the dynamics of the current and voltage signal, there are still different values for the connection angle ϕ An . For this Grun de measuring the connection angle φ to be followed by a mean of education. For this purpose, a series of conditions are placed on the measurements. As a first condition, the current change determined must be greater than 25 mA on the secondary side of the current transformer. The direction of the vector is irrelevant. Smaller changes in current are interpreted as zero levels.

Danach wird der neu ermittelte Anschlußwinkel ϕAn mit dem zuletzt gemessenen Winkelwert verglichen. Der Unterschied darf maximal 4,5° betragen. Bei einer größeren Abweichung wird die weitere Verarbeitung abgebrochen. Trotzdem wird der eben gemessene Winkel als "zuletzt gemessener Winkel­ wert" abgelegt.Then the newly determined connection angle ϕ An is compared with the last measured angle value. The difference may be a maximum of 4.5 °. If there is a major discrepancy, further processing is terminated. Nevertheless, the angle just measured is stored as the "last measured angle value".

Während des Einmeßvorgangs müssen mindestens acht Werte im Speicher abgelegt sein, bevor die Blindleistungkompensa­ tionsanlage mit ihrer Einmessung fortsetzt.During the calibration process, at least eight values in the Memory must be stored before the reactive power compensation system continues with its measurement.

Im nachfolgenden Betrieb wird bei jeder Schaltung der An­ schlußwinkel und die Kondensatorstufenleistung ermittelt. Die Tabelle für die Winkelwerte wird mit bis zu zwanzig Meßwerten aufgeführt. Danach erhält die Tabelle eine Zeit­ sperre. Nach einem gültigen Eintrag wird die Tabelle für die folgenden eineinhalb Stunden gesperrt. Weitere gültige Meßwerte werden in dieser Zeit nicht abgelegt.In the subsequent operation, the An closing angle and the capacitor step power determined. The table for the angle values is up to twenty Measured values listed. Then the table is given a time lock. After a valid entry, the table for blocked the following one and a half hours. Other valid ones Measured values are not saved during this time.

Da die Tabelle nur 24 Speicherplätze hat, wird nach dem 24igsten Wert der älteste Eintrag Überschrieben. Auf diese Weise werden die Winkelwerte immer wieder aktualisiert.Since the table has only 24 storage spaces, the 24th value overwritten the oldest entry. To this The angle values are updated again and again.

Um nun aus der Vielzahl von Anschlußwinkelwerten ein Er­ gebnis zu erhalten, muß eine Mittelwertbildung durchge­ führt werden. Dies geschieht in folgender Weise: Nach der Ermittlung eines vorläufigen Mittelwert ϕAn, vorläufig wird der Einzelmeßwert mit der größten Abweichung gesucht und gelöscht. Danach wird erneut ein vorläufiger Mittelwert ϕAn, vorläufig berechnet und das beschriebene Verfahren wieder angewandt. Der Mittelwert ϕAn, vorläufig, der aus den letzten dreizehn werten berechnet wurde, wird als endgültiger Win­ kelwert ϕAn, end herangezogen. Wie schon oben beschrieben, kann die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung bei den unterschiedlichen Anschlußarten nur zwölf ver­ schiedene Werte (0 × 30°, 1 × 30°, 2 × 30°, ..., 11 × 30°) annehmen. Daher wird das nächstliegende 30°-Raster zudem ermittelten Winkelwert ϕAn, end gesucht, und erst mit diesem Wert wird weitergearbeitet.In order to obtain a result from the large number of connection angle values, an averaging must be carried out. This is done in the following way: After determining a provisional mean value wert On, provisionally the individual measured value with the greatest deviation is searched for and deleted. Then a provisional mean ϕ An , provisionally calculated and the described method is used again. The mean value ϕ An, preliminary , which was calculated from the last thirteen values, is used as the final angle value ϕ An, end . As already described above, the phase shift between current and voltage with the different connection types can only assume twelve different values (0 × 30 °, 1 × 30 °, 2 × 30 °, ..., 11 × 30 °). Therefore, the nearest 30 ° grid is also searched for the determined angle value ϕ An, end , and it is only with this value that work is continued.

Eine derartige Mittelwertbildung ist insbesondere bei stark schwankenden Netzverhältnissen vorteilhaft.Such averaging is particularly useful for strongly fluctuating network conditions advantageous.

Die in der vorangehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiede­ nen Ausführungsformen wesentlich sein.Those in the foregoing description, in the drawings as well as features of the invention disclosed in the claims can be used individually or in any combination for the realization of the invention in its various NEN embodiments may be essential.

Claims (5)

1. Verfahren zur Ermittlung der tatsächlichen Phasenver­ schiebung zwischen Strom- und Spannungssignalen beliebiger Phasen in Drehstromnetzen, gekennzeichnet durch Zu- und/- oder Abschaltung mindestens einer rein kapazitiven oder einer rein induktiven oder ein rein ohmschen oder einer in ihrer Phasenverschiebung definierten Misch-Last und Ver­ wendung des bei Zu- bzw. Abschaltung gemessenen Differenz­ vektors als Bezugskoordinate in einem Zeigerdiagramm. 1. Method for determining the actual phase shift between current and voltage signals of any phases in three-phase networks, characterized by switching on and / or off at least one purely capacitive or purely inductive or purely ohmic or a mixed load defined in their phase shift and Use of the difference vector measured when switching on or off as a reference coordinate in a vector diagram. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:
  • a) Ermittlung der Netzfrequenz f;
  • b) Erstellung und Speicherung von einer Anzahl s von diskreten Werten mit Intervallen der Dauer Δt für eine cos-Funktion cosk und eine sin-Funktion sink mit der Frequenz f, wobei für die Intervalle Δt gilt
  • c) Erfassung und Speicherung von s diskreten Meßwerten mit dem Meßintervall Δt für einen Strom In und eine Span­ nung Un beliebiger Phasen des Wechselstromes;
  • d) Berechnung der Terme
  • e) Berechnung des Wirkstroms
    und des Blindstroms
wobei Faktor I eine Verstärkung der Meßeingänge und die Anzahl s berücksichtigt;
  • a) Zuschaltung der Last;
  • b) Ausführung der Schritte (c) bis (e);
  • c) Berechnung des Differenzvektors zwischen einem Vek­ tor = (Iwirk, nach, Iblind, nach) nach Zuschaltung und einem Vek­ tor = (Iwirk, vor, Iblind, vor) vor Zuschaltung im Zeigerdia­ gramm;
  • d) Bestimmung des Anschlußwinkels ϕAn anhand des Winkels zwischen dem Differenzvektor und dem erwarteten Stromvektor im Zeigerdiagramm gemäß:
wobei ϕerwartet dem erwarteten Winkel des erwarteten Strom­ vektors der zugeschalteten Last zur Iwirk-Achse entspricht, mit
ΔIb = Iblind, nach - Iblind, vor
ΔIw = Iwirk, nach - Iwirk, vor
  • a) Drehung des Vektors im Zeigerdiagramm um ϕAn und Be­ stimmung der wahren Stromwerte gemäß
    Iwirk, wahr = Iwirk, vor.cos(ϕAn) - Iblind, vor.sin(ϕAn)
    und
    Iblind, wahr = Iblind, vor.cos(ϕAn) + Iwirk, vor.sin(ϕAn)
  • b) Berechnung der tatsächlichen Phasenverschiebung zwi­ schen Iwirk und Iblind gemäß
2. The method according to claim 1, characterized in that it comprises the following steps:
  • a) determining the network frequency f;
  • b) Creation and storage of a number s of discrete values with intervals of the duration Δt for a cos function cos k and a sin function sin k with the frequency f, where Δt applies to the intervals
  • c) Detection and storage of s discrete measured values with the measurement interval Δt for a current I n and a voltage U n of any phases of the alternating current;
  • d) calculation of the terms
  • e) Calculation of the active current
    and the reactive current
where factor I takes into account an amplification of the measurement inputs and the number s;
  • a) connection of the load;
  • b) performing steps (c) to (e);
  • c) Calculation of the difference vector between a vector = (I active, after , I blind, after ) after connection and a vector = (I active, before , I blind, before ) before connection in the pointer diagram;
  • d) Determination of the connection angle ϕ An based on the angle between the difference vector and the expected current vector in the vector diagram according to:
where ϕ expected corresponds to the expected angle of the expected current vector of the connected load to the I real axis, with
ΔI b = I blind, after - I blind, before
ΔI w = I active, after - I active, before
  • a) Rotation of the vector in the vector diagram by ϕ on and determination of the true current values in accordance with
    I act, true = I act, before .cos (ϕ An ) - I blind, before .sin (ϕ An )
    and
    I blind, true = I blind, before .cos (ϕ An ) + I active, before .sin (ϕAn)
  • b) Calculation of the actual phase shift between I eff and I blind according
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem die Schritte umfaßt:
  • 1. x-fache Wiederholung der Schritte (c) bis (k), wobei die jedesmal ermittelten Werte für den Anschlußwinkel ϕAn gespeichert werden; und
  • 2. Bildung eines Mittelwerts ϕAn mittels der gespeicherten Werte ϕAn.
3. The method according to claim 2, characterized in that it further comprises the steps:
  • 1. x times repetition of steps (c) to (k), the values determined each time for the connection angle ϕ An being stored; and
  • 2. Forming an average werts An using the stored values ϕ An .
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (m) die folgenden Schritte umfaßt:
  • 1. (m-1) Bildung eines vorläufigen Mittelwerts ϕAn, vorläufig mit­ tels aller gespeicherten Werte ϕAn;
  • 2. (m-2) Ermittlung und Löschung des Einzelwertes ϕAn mit der größten Abweichung von dem vorläufigen Mittelwert ϕAn, vorläu­ fig;
  • 3. (m-3) Bildung eines vorläufigen Mittelwerts ϕAn, vorläufig Mit­ tels der verbleibenden Werte ϕAn und Wiederholung dieses Schrittes bis zu einer Anzahl y von verbleibenden Meßwer­ ten für den Anschlußwinkel ϕAn; und
  • 4. (m-4) Festlegung des letzten vorläufigen Mittelwerts ϕAn, vorläufig als endgültiger Mittelwert ϕAn, end für den Anschluß­ winkel.
4. The method according to claim 3, characterized in that step (m) comprises the following steps:
  • 1. (m-1) Form a provisional mean ϕ An , provisionally using all stored values ϕ An ;
  • 2 (m-2) identification and deletion of the individual value φ on with the greatest deviation from the provisional average value φ An, fig provisional;
  • 3. (m-3) Form a provisional mean ϕ An , provisionally using the remaining values ϕ An and repeat this step up to a number y of remaining measured values for the connection angle ϕ An ; and
  • 4. (m-4) Determination of the last provisional mean ϕ An, provisionally as the final mean ϕ An, end for the connection angle.
5. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Kompensation eines fehlerhaften Phasenan­ schlusses eines Blindleistungskompensationsreglers od. dgl.5. Use of the method according to one of the preceding Claims to compensate for a faulty phase conclusion of a reactive power compensation controller or the like
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2265223A1 (en) * 1972-04-28 1977-08-04 Linders John Robert Monitoring and measuring circuity with three input terminals - designed for operating variables of multi-phase supply network
DE3240625A1 (en) * 1982-11-03 1984-05-10 Institut elektrodinamiki Akademii Nauk Ukrainskoj SSR, Kiev Method for determining the electrical-energy quality characteristics of a three-phase system and devices for carrying out this determination

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