DE69014578T2

DE69014578T2 - Elektronischer Leistungsmesser.

Info

Publication number: DE69014578T2
Application number: DE69014578T
Authority: DE
Inventors: David John Clarke; Michael David Hutchinson
Original assignee: Schlumberger Industries Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1990-01-04
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2010-12-22
Also published as: EP0436369A3; DK0436369T3; JPH0749360A; GB2240631B; GB9000179D0; DE69014578D1; EP0436369B1; US5146157A; GB2240631A; EP0436369A2; ATE114823T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Meßgerät für die Messung der Leistung in einem elektrischen Versorgungs- System. Die Probleme konventioneller elektromechanischer Strommesser und einige Vorschläge für elektronische Meßgeräte werden diskutiert in dem einleitenden Teil der europäischen Patentanmeldung EP-A-0296967. Die Erfindung, beschrieben in jener Anmeldung, ist ein Verstärker für einen Spannungs- oder Strom-frequenz-Umsetzer, welcher anwendbar ist auf einen Leistungsmesser für ein Mehrphasensystem. Der beschriebene Leistungsmesser nimmt Eingangssignale auf, welche Spannung und Strom repräsentieren, multipliziert sie miteinander und erzeugt einen gepulsten Ausgang, welcher den Leistungsumsatz repräsentiert. Dieser Ausgang kann dann angelegt werden zum Ansteuern einer digitalen oder analogen Anzeigeeinrichtung.
Das in EP-A-0296967 beschriebene System geht davon aus, daß für jede Phase die Spannung und der Strom phasengleich sind, oder anders betrachtet, es mißt nur die phasengleiche Komponente der Leistung oder kWh, worin W(Watt) = V(Volt) x I(Ampere). Es ist auch die reaktive Komponente der Leistung zu berücksichtigen, d.h. kVArh. Darüber hinaus ist es für die Abrechnung üblich, diese auf kVAh zu basieren, d.h. der Vektorsumme dieser phasengleichen und reaktiven Komponenten. Demgemäß
(kVAh)² = (kWh)² + (kVArh)²
oder, der Einfachheit halber kann dies ausgedrückt werden durch
V² = W² + R²
Wenn W und R in Form von Impulssignalen geliefert werden, beispielsweise von zwei Schaltungen der in EP-A-0296967 beschriebenen Art, gibt es eine Schwierigkeit bei der Berechnung eines genauen Wertes für die Vektorsumme V, ohne komplizierte Berechnungen auszuführen.
U.S.-Patentbeschreibung Nr. 3505506 beschreibt einen elektronischen Leistungsmesser, bei dem separate Impulseingänge, welche die reaktive R- und phasengleichen W-Leistungskomponenten repräsentieren, umgesetzt werden in einen Impulsausgang V, welcher die Vektorsumme dieser Komponenten repräsentiert. Diese beiden Eingänge werden angelegt zum Inkrementieren entsprechender Register und der Ausgang V wird in einem dritten Register gehalten. Das in U.S. 3505506 beschriebene Meßgerät ändert den Wert von V, wenn einer der Werte R und W um eine vorgegebene Größe inkrementiert worden ist, und verwendet dann einen Umsetzer zum Erzeugen binärer Zahlen, welche sich dem Inkrement nähern, was in dem V-Ausgang erforderlich ist.
Die deutsche Patentanmeldung DE-A-2 252 192 beschreibt eine Vorrichtung für das Ziehen der Quadratwurzel eines Eingangssignals in Impulsform.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektronischer Leistungsmesser geschaffen, bei dem separate Impulse, welche die Blindleistungskomponente R und die Wirkleistungskomponente W repräsentieren, in einen Impulsausgang V umgesetzt werden, welcher die Vektorsumme dieser Komponenten repräsentiert, wobei die beiden Eingänge angelegt werden zum Inkrementieren entsprechender Register und der Ausgang V in einem dritten Register gehalten wird, gekennzeichnet durch ein viertes Register zum Abspeichern des REST-Wertes (W²+R²) - (V+1)² und einen Prozessor für das Inkrementieren des REST-Wertes um 2W+1 für jedes Inkrement von W und um 2R+1 für jedes Inkrement von R und für das Inkrementieren von V um eins immer dann, wenn der REST-Wert null oder positiv ist bei gleichzeitiger Herabsetzung des REST-Wertes um 2V&sub1;+1, worin V&sub1; der inkrementierte Wert von V ist.
Das Ergebnis dieser Operation besteht darin, daß der neue REST-Wert ist
[(W+1)²+R²]-(V&sub1;+1)² oder [W² +(R+1)²]-(V&sub1;+1)²
je nachdem, ob W oder R um ein Inkrement erhöht worden ist.
Die Basis der Operation des Prozessors mit den drei Registern besteht einfach daraus, daß
(W+1)² = W²+2W+1 und (R+1)² = R²+2R+1
Demgemäß ist für jedes Inkrement von W oder R das Inkrement in W² gleich 2W+1 und in R² gleich 2R+1, und diese Inkremente können angelegt werden an den REST-Wert. Mit den Leistungssignalen in Digitalform ist der Wert von V gegeben durch
V² ≤ (W²+R²) und (V+1)² > (W²+R²)
Demgemäß sollte der REST-Wert (W²+R²) - (V+1)² immer negativ sein und V muß inkrementiert werden, wenn der REST-Wert null erreicht oder positiv wird. Wenn dies erfolgt, d.h. V inkrementiert wird auf V&sub1; = V+1, dann wird wegen [(V+1)+1]² = (V+1)² + 2(V+1)+1 der REST dekrementiert um 2(V+1)+1 oder 2V&sub1;+1.
Demgemäß kann gemäß der Erfindung der zunehmende Digitalwert von V jederzeit bestimmt werden durch eine Prozedur, die nicht mehr involviert als simple Addition oder Subtraktion von Werten in den vier Registern. Die Veränderungen im Phasenwinkel der Last über eine lange Integrationsperiode jedoch können zu Fehlern führen und es ist deshalb wünschenswert, die Integrationsperiode häufiger neu zu beginnen.
Bei Verwendung einer Integrationsperiode einer festgelegten Länge und Reduzieren der Länge wird ein weitgespannter Fehlerbereich erzeugt, abhängend von der Anzahl von Impulsen, die während der Zeitperiode gezählt werden. Demgemäß wird die Integrationsperiode beendet immer dann, wenn entweder R oder W um eine vorbestimmte Zählung erhöht worden sind.
Das Verkürzen der Integrationsperiode erhöht auf diese Weise die Bedeutung von Rundungsfehlern, was es noch mehr erforderlich macht, die BRUCHTEILS-Fehler in V zu korrigieren. Für diesen Zweck wird eine Tabelle am Ende jeder Integrationsperiode verwendet zum Liefern des BRUCHTEILS-Fehlers. Die Tabelle enthält die BRUCHTEILS-Werte der Vektorsumme entsprechend jedem Wert von W beziehungsweise R, weniger als die vorbestimmte Zählung von R oder W, bei der die Integrationsperiode beendet wird.
In der Theorie kann die Tabelle die Digital- und BRUCHTEILS- Teile liefern der erforderlichen Vektorsumme, doch in der Praxis könnte dies Anderungen in mehreren ganzen Zahlen in der Vektorsumme ergeben, und um dies zu vermeiden, werden die beiden Berechnungsmethoden parallel benutzt zum Ergeben eines progressiv ansteigenden digitalen Wertes, begleitet von einem genauen BRUCHTEILS-Wert, der immer dann bestimmt wird, wenn die Anzahl von W- oder R-Impulsen einen kleinen Grenzwert erreichen. Die BRUCHTEILS-Fehler werden in einem Akkumulator gespeichert, und wenn die akkumulierten Fehler 1 übersteigen, wird ein zusätzlicher V-Impuls zum Ausgang hinzuaddiert, wo sonst nichts produziert würde, und gleichzeitig wird die abgespeicherte BRUCHTEILS-Fehlersumme um 1 verringert.
Ein Bespiel eines Leistungsmessers gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
Figur 1 ein Blockdiagramm des Meßgerätes ist, und
Figuren 2A und 2B Teilflußdiagramme für die Signalverarbeitung in dem Meßgerät wiedergeben.
Wie man oben in Figur 1 sehen kann, hat der Eingang zu dem Meßgerät die Form von Signalen, welche die Spannung und den Strom (Amps) repräsentieren, deren gleichphasige und reaktive Komponenten getrennt gemessen werden durch die Meßschaltkreise 10 beziehungsweise 11. Der Ausgang von dem phasengleichen Meßschaltkreis 10 hat die Form von Impulsen, welche kWh repräsentieren, oder in der oben benutzten Kurzform W, während der Ausgang von dem Blindmeßschaltkreis 11 die Form von Impulsen hat, welche kVArh oder R repräsentieren. Die Impulssignale W und R werden einem Prozessor 12 zugeführt, der den erforderlichen Impulsausgang V erzeugt. Der Prozessor 12 umfaßt die Steuerlogik 14, eine arithmetische Logikeinheit 16 und Register 17, 18, 19, 20 und 21, in welchen jeweils die Werte von V, BRUCHTEILS-V, W, R und REST gehalten werden, wie unten beschrieben wird.
Figuren 2A und 2B zeigen die Verarbeitung der kWh-Impulse durch den Prozessor 12. Die Stufen in dem Flußdiagramm werden im folgenden durch in Klammern gesetzte Bezugszeichen repräsentiert. Ein genau paralleles Flußdiagramm würde die Handhabung der kVArh-Impulse reprasentieren.
Bei Eingang eines kWh-Impulses (22) wird der Rest im Register 21 inkrementiert (23) um (2W+1), wobei der W-Wert im Register 19 verwendet wird. Das Register 19 wird dann inkrementiert (24) um eins. Der REST-Wert wird überprüft (25) zur Feststellung, ob er größer oder gleich null ist, und wenn dies der Fall ist, wird V inkrementiert (26) um eins. Der REST-Wert wird dann dekrementiert (27) um (2V+1). In dem Fall, wenn der REST kleiner als null ist, werden die Schritte 26 und 27 übersprungen.
Indem nun zur Figur 2B übergegangen wird, wird der Wert von W überprüft (28) um festzustellen, ob die Anzahl von empfangenen Impulsen einen vorgewählten Grenzwert erreicht hat. Wenn nicht, fährt der Prozessor fort, jeden neuen Impuls zu verarbeiten, der in der gleichen Weise ankommt, bis der Grenzwert von W erreicht wird. Danach wird der Bruchteilswert von V in Register 18 aufgefrischt (29) durch Bezugnahme auf die laufenden Werte von W und R, und der inkrementierte Bruchteilswert wird überprüft (30) um festzustellen, ob er gleich oder größer als null ist. Falls ja, wird der Wert von V inkrementiert (31) um eins, und der Wert von BRUCHTEILS-V wird um eins dekrementiert (32). Wenn BRUCHTEILS-V bereits kleiner als null ist, werden die Schritte 31 und 32 übersprungen. Die Integration wird nun erneut gestartet (33) durch Rücksetzen der Register 17, 19, 20 und 21 für V, W, R beziehungsweise REST auf null.
Gleichzeitig werden natürlich kWArh-Impulse in genau paralleler Weise verarbeitet, wobei V inkrementiert wird und die Restwerte nachgestellt werden, bis R seinen voreingestellten Grenzwert erreicht, wobei die Bruchteils-V-Werte nachgestellt werden und die Integration erneut begonnen wird, wobei die Register vorher zurückgesetzt werden, wie oben beschrieben.

Claims

1. Ein elektronischer Leistungsmesser, bei dem separate Impulse, welche die Blindleistungskomponente R und die Wirkleistungskomponente W repräsentieren, in einen Impulsausgang V umgesetzt werden, welcher die Vektorsumme dieser Komponenten repräsentiert, wobei die beiden Eingänge angelegt werden zum Inkrementieren entsprechender Register (20, 19) und der Ausgang V in einem dritten Register (17) gehalten wird, gekennzeichnet durch ein viertes Register (21) zum Abspeichern des REST-Wertes (W²+R²) - (V+1)² und einen Prozessor (14, 16) für das Inkrementieren des REST-Wertes um 2W+1 für jedes Inkrement von W und um 2R+1 für jedes Inkrement von R und für das Inkrementieren von V um eins immer dann, wenn der REST-Wert null oder positiv ist bei gleichzeitiger Herabsetzung des REST-Wertes um 2V&sub1;+1, worin V&sub1; der inkrementierte Wert von V ist.

2. Ein Leistungsmesser nach Anspruch 1, bei dem die Register (17,19,20,21) jedesmal zurückgesetzt werden, wenn der Wert von R oder W um eine vorbestimmte Größe inkrementiert worden ist.

3. Ein Leistungsmesser nach Anspruch 1, bei dem der BRUCHTEILS- Fehler in dem Wert von V bestimmt wird mittels einer Suchtabelle, die immer dann, wenn der Wert R oder W um eine vorbestimmte Zählung erhöht worden ist, den BRUCHTEILS-Fehler in der Vektorsumme entsprechend jedem Wert von W beziehungsweise R, weniger als die vorbestimmte Zählung, liefert.

4. Ein Leistungsmesser nach Anspruch 3, bei dem die BRUCHTEILS- Fehler in einer Akkumulatoreinheit (18) gespeichert werden, bis ihre Summe den Wert 1 übersteigt, woraufhin der Ausgang V um einen zusätzlichen Impuls inkrementiert wird.