DE4122399A1

DE4122399A1 - Verfahren zur digitalen messung von wechselspannungen und -stroemen

Info

Publication number: DE4122399A1
Application number: DE19914122399
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Ing Neugebauer
Original assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Current assignee: VEAG Vereinigte Energiewerke AG
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1993-01-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Messung der Wechselgrößen Spannung und Strom in Elektroenergiesyste men mit Einrichtungen der Leittechnik oder der technischen Diagnostik. Derartige Einrichtungen verwenden Meßverfahren, die Abtastwerte von Wechselgrößen zu den von einer Abtast frequenz erzeugten Zeitpunkten voraussetzen. Der Effektiv wert wird in bekannter Weise als Mittelwert über den Qua draten von Abtastwerter) dargestellt, die sich innerhalb eines von der Periodendauer der Wechselgröße vorgegebenen Fensters befinden. Die Abtastfrequenz beträgt ein ganzzah liges Vielfaches der Frequenz der Wechselgröße. Der Wert wird vom Abtasttheorem und dem Grad überlagerter und zu bewertender Oberwellen bestimmt. Übliche Werte voll Abtast frequenzen für Wechselgrößen mit Nennfrequenzen von 50 Hz sind 0,8 kHz und 1 kHz. Es sind sowohl Verfahren mit kon stanter als auch von der Frequenz der Wechselgröße abge leiteter Abtastfrequenz bekannt. Verfahren mit konstanter Abtastfrequenz bedingen im allgemeinen einen von der Fre quenz der Wechselgröße abhängigen Fehlern. Das zweite Ver fahren ist technisch aufwendig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah ren der eingangs beschriebenen Art mit konstanter Frequenz für die Abtastung von Wechselgrößen anzugeben, das ohne zusätzlichen technischen Aufwand den frequenzabhängigen Meßfehler bei der Berechnung des Effektivwertes vermeidet oder auf einen sehr kleinen Wert reduzierte.

In Fig. 1 ist das Prinzip der Meßwerterfassung durch Abta stung einer Wechselgröße u zu den Abtastzeitpunkten t1, . . ., t16 entsprechend einer Abtastfrequenz von 0,8 kHz dargestellt. Die Abtastzeitpunkte t1, . . . t16 definieren ein Fenster W1, dessen Fensterbreite der Periodendauer der Wechselgröße u bei Nennfrequenz entspricht.

Die den Abtastzeitpunkten t1, . . ., t16 zugeordneten Abtast werte sind u(t1), . . . u(t16). Bezeichnet N die Anzahl der durch die Abtastfrequenz vorgegebenen Abtastzeitpunkte im Fenster W1, dann gilt für die Berechnung des auf den An fangszeitpunkt t1 bezogenen Effektivwertes U(t1) die Glei chung

U(t1) = (u²(t1) + . . . + u²(tN))/N. (1)

Für das Beispiel in Fig. 1 ist N = 16. Von dem Fenster W1 wird vorausgesetzt, daß es um Taktzyklen n = 0, 1, 2, . . . ver schiebbar ist. Der Taktzyklus n = 1 kennzeichnet hierbei die Verschiebung des Fensters W1 um einen Taktzeitpunkt von t1 nach t2. Zur Darstellung eines Effektivwertes über Ab tastwerten des um Taktzyklen n = 0, 1, 2, . . . verschobenen Fensters W1 sollen für den Anfangs- und Endzeitpunkt die Schreibweisen t1+n bzw. tN+n gelten. In Fig. 1 bezeichnet Fenster W2 ein um den Taktzyklus n = 1 verschobenes Fenster W1, dessen Anfangs- und Endzeitpunkte t1+n = t2 bzw. tN+n = t17 sind. Der nach Gleichung (1) über den zugeordneten Abtastwerten u(t2), . . . u(t17) berechnete Effektivwert ist U(t2). Auf diese Weise können für das um n = 0, 1, 2, . . ., N Taktzyklen verschobene Fenster W1 die Effektivwerte U(t1), U(t2), U(t3), . . ., U(tN) gebildet werden. Ist Uf Effektivwert der Wechselgröße u bei Nennfrequenz, dann gilt für den frequenzabhängigen Fehler eines Effektiv wertes U(t1+n) die Funktion:

F = (U(t1+n) - Uf)_*100%/Uf. (2)

Die Funktion F kennzeichnet den prozentualen Fehler des Effektivwertes U(t1+n) bei Frequenzabweichungen der Wechsel größe u. Die Funktionen F+, F- stellen Fehlerwerte von Effektivwerten U(t1+n) bei positiven bzw. negativen Fre quenzabweichungen der Wechselgröße u dar.

Diese Funktionen nehmen bei N = 16 bzw. in Fig. 2 bei N = 20 Abtastwerten in einem Fenster und Frequenzabweichungen von ±1% der Wechselgröße Werte von ca. 1% an. Die Funktionen F+ bzw. F- sind durch eine Periode gekennzeichnet, die der halben Periodendauer der Wechselgröße u bei Nennfrequenz entspricht. Aufgrund dieser Eigenschaft ist der frequenz unabhängige Meßwert einer Wechselgröße u durch den Mittel wert der Effektivwerte U(t1), . . ., U(tN) bestimmt. Wegen der Periodizität der Funktion F ist es ausreichend, den frequenzunabhängigen Meßwert der Wechselgröße u aus den Effektivwerten U(t1), . . ., U(tN/2) zu berechnen. Für das Beispiel in Fig. 1 ist tN/2 = t8. Die Anzahl der berechneten Effektivwerte U(t1), U(t2), . . . für die Mittelwertbildung kann auch ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der An fangszeitpunkte t1, . . ., tN/2 betragen.

Die Funktionen F+ und F- weisen in ihren Schnittpunkten einen gemeinsamen Fehlerwert von ca. 10% gegenüber dem maximal möglichen Fehlerwert auf. Diesem Wert liegen Ab tastwerte u(t1+n), . . ., u(tN+n) zugrunde, deren Anfangs reitpunkt t1+n einem auf den Nulldurchgang der Wechsel größe u bezogenen Nullphasenwinkel von 30 Grad entspricht. Bei Wahl eines Fensters mit einem Anfangszeitpunkt t1+n in der Nähe des Nullphasenwinkels ist der berechnete Effektiv wert U(t1+h) bereits durch einen sehr kleinen Fehlerwert ausgezeichnet. Die Bestimmung des Nulldurchganges der Wechselgröße u und damit die Festlegung des Anfangszeit punktes t1+n kann nach bekannten Berechnungsverfahren vor genommen werden. Fig. 2 verdeutlicht, daß der Nullphasen winkel von 30 Grad unabhängig von der durch N vorgegebenen Anzahl von Abtastzeitpunkten im Fenster W1 ist.

Claims

1. Verfahren zur digitalen Messung von Wechselspanungen und -strömem, das die Bereitstellung von Abtastwerten u(t1), . . ., u(tN) zu den von einer konstanten Abtastfrequenz erzeug ten Abtastzeitpunkten (t1, . . . tN) in einem durch die Periodendauer der Wechselgroße (u) bestimmten Fenster (W1) vorsieht, und die Argumente des auf den ersten Anfangszeit punkt (t1) bezogenen und nach Gleichung (1) berechneten Effektivwertes (U(t1)) sind, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Effektivwerte (U(t2), . . ., U(tN)) über Abtastwerte (u(t1+n, . . ., u(tN+n)) in den um Taktzyklen (n = 1, 2, . . ., N) verschobenen Fenster (W1) nach Gleichung (1) berechnet werden und daß der Meßwert der Wechselgröße (u) aus dem Mittelwert der Effektivwerte (U(t1), . . ., U(tN)) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert der Wechselgröße (u) durch den Mittelwert der Effektivwerte (U(t1), . . ., U(tN/2)) dargestellt wird, die nach Gleichung (1) über Abtastwerten (u(t1+n), . . ., u(tN+n)) des um Taktzyklen (n = 0, 1, . . ., tN/2) verschobenen Fensters (W1) berechnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nach Gleichung (1) berechnete Effektivwert (u(t1+n)) über Abtastwerte (u(t1+n), . . ., u(tN+n)) in dem um n Takt zyklen verschobenen Fenster W1 gebildet wird, dessen An fangszeitpunkt (t1+n) einem Nullphasenwinkel von 30 Grad, bezogen auf den Nulldurchgang der Wechselgröße (u), be nachbart ist.