FI124421B - Menetelmä ja järjestelmä vaihtosähköjärjestelmän suureiden mittaamiseksi - Google Patents

Menetelmä ja järjestelmä vaihtosähköjärjestelmän suureiden mittaamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI124421B
FI124421B FI20135835A FI20135835A FI124421B FI 124421 B FI124421 B FI 124421B FI 20135835 A FI20135835 A FI 20135835A FI 20135835 A FI20135835 A FI 20135835A FI 124421 B FI124421 B FI 124421B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
frequency
magnitude
measuring
phase angle
calibrated
Prior art date
Application number
FI20135835A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20135835A (fi
Inventor
Tero Virtala
Original Assignee
Arcteq Relays Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arcteq Relays Oy filed Critical Arcteq Relays Oy
Priority to FI20135835A priority Critical patent/FI124421B/fi
Priority to US14/912,111 priority patent/US20160195574A1/en
Priority to PL14836412.8T priority patent/PL3036550T3/pl
Priority to EP14836412.8A priority patent/EP3036550B1/en
Priority to ES14836412T priority patent/ES2922849T3/es
Priority to PCT/FI2014/050628 priority patent/WO2015022451A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI124421B publication Critical patent/FI124421B/fi
Publication of FI20135835A publication Critical patent/FI20135835A/fi
Priority to US16/295,246 priority patent/US10809287B2/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0007Frequency selective voltage or current level measuring
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
    • G01R23/15Indicating that frequency of pulses is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values, by making use of non-linear or digital elements (indicating that pulse width is above or below a certain limit)

Description

MENETELMÄ JA JÄRJESTELMÄ VAIHTOSÄHKÖJÄRJESTELMÄN SUUREIDEN MITTAAMISEKSI
Keksinnön kohteena on menetelmä vaihtosähköjärjestelmän suurei-5 den mittaamiseksi taajuusriippuvaisia virheitä tuottavien mittausliitäntöjen kautta, jossa menetelmässä a) kunkin mittausliitännän muodostaman kanavan kautta tuotetaan analogiasignaali kuvaten valittua virta/ jännitesuu- 10 retta, ja b) kukin analogiasignaali näytteistetään valitulla karkeasti mitatulla taajuudella fL aikaansaaden jaksoa kuvaava perussarja, josta valitut suureet määritetään.
15
Yleensä kyse on 3-vaihejärjestelmästä, mutta keksintöä voidaan soveltaa myös yksivaiheisissa sähköjärjestelmissä.
Sähköverkkojen taajuusmittaus on tärkeä osa sähköverkon valvon-20 taa ja säätöä. Useat erilaiset taajuussuojaukset ja valvonta-automatiikat perustuvat taajuusmittauksen käyttöön. Taajuusmittauksen perusteella voidaan suojata erilaisia sähköverkon komponentteja ylikuormittumiselta ja haitallisilta taajuuksilta. Lisäksi taajuusmittausta voidaan käyttää perusteena generaatto-25 rien säätöön. Taajuusmittausta käytetään myös teho- ja ener-gialaskentaan, johon sähkön myynti ja osto perustuvat.
co o cvj Tekniikan tasosta tunnetaan erilaisia taajuusmittareita, jotka i o muuntavat sähköverkon virta- ja jännitesignaalit vaihekulmaksi !j£ 30 ja magnitudiksi käyttäen niin sanottua Fourier- ja erityisesti FFT-laskentaa (Fast Fourier Transform) . Analoginen signaali Q.
näytteistetään tietyllä vakiotaajuudella läpi mittausalueen, co co Tällaisen tekniikan ongelmana on se, ettei se ota huomioon co ^ taajuuserojen aikaansaamaa mittausvirhettä. Jos näytteistystaa- ^ 35 juus on kiinteästi esimerkiksi 50 Hz ja sähköverkon mitattu jännite on 60 Hz:ä, on mittausvirheen suuruus jo noin 5 % virran eri vaiheissa.
2
Tekniikan tasosta tunnetaan patenttijulkaisu US 8,108,165 B2, jossa on esitetty eräs taajuusmittari, jossa käytetään taajuus-riippuvaista analogisten signaalien näytteistystä. Taajuusriip-puvainen näytteistys on käytössä koko mittausalueella 6 - 75 Hz 5 (yleisemmin 5 - 100 Hz) . Jos mitattu taajuus on mittausalueen ulkopuolella, mittauksessa käytetään alinta tai ylintä näytteis-tystaajuutta ja korjauskerrointa, jolla virhettä pyritään kompensoimaan. Taajuusriippuvaisesta näytteistyksestä huolimatta tällaisessa taajuusmittarissa esiintyy huomattavia mittausvir-10 heitä, sillä mittaus ei ota huomioon mittakortin komponenttien aiheuttamaa virhettä.
Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada tekniikan tason menetelmiä tarkempi ja luotettavampi menetelmä taajuuden mittaamiseksi 15 sähköverkossa. Tämän keksinnön mukaisen menetelmän tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksista 1 ja menetelmää soveltavan järjestelmän piirteet on esitetty patenttivaatimuksessa 8. Kun keksinnön mukaan kunkin mittausliitännän analo-giaosan epälineaarisuus kalibroidaan eri taajuuksilla ja muodos-20 tetaan taajuusriippuva korjausfunktio, keksinnön mukainen menetelmä antaa huomattavan tarkan tuloksen laajalla taajuusalueella. Edullisimmin taajuusriippuva korjaus tehdään useiden taajuuskomponenttien magnitudi ja vaihekulma-arvoihin. Korjaus-funktio on edullisesti matriisi, jossa tiettyä sisääntuloa 25 vastaavat alkiot ovat korjausarvoja diskreeteille taajuuksille.
co 1- Näitä voidaan joko käyttää porrastetusti, mutta edullisinta on
C\J
, mterpoloida väliarvot. Ääriarvoja voidaan käyttää nimellisen co ? taajuusalueen ulkopuolella.
CO
X
£ 30 Edullisimmin magnitudi- ja/tai vaihekulma-arvoja lasketaan 7 - lo 64, edullisesti 15 - 31 harmoniselle taajuuskomponentille.
co
LO
CO
o Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla
C\J
oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, 35 joissa 3
Kuva 1 esittää suojauslaitteen kytkentää 3-vaiheisen syöttö-linjan valvonnassa
Kuva 2 esittää viiden virtamittauskanavan analogisia mittaus-liitäntöjä erityisellä analogiakortilla 5 Kuva 3 esittää A/D-muuntimelta saatujen arvojen muuntoa virta-arvoiksi
Kuva 4 esittää kunkin sekvenssin käsittelyn yleiskuvausta Kuva 5 esittää kullekin taajuuskomponentille tehtävää kor- j austa 10 Kuvat 6, 7 ja 8 esittävät viiden virranmittauskanavan korjaus- taulukoiden ohjelmallista päivitysjärjestelmää Kuva 9a esittää tunnetun taajuusmittauksen virhettä taajuuden funktiona
Kuva 9b esittää keksinnön mukaisen taajuusmittauksen virhettä 15 3-vaihevirroilla
Kuvan 1 suojalaite 20 valvoo päälinjalle 16 kytkettyä haaralin- jaa, joka on liitetty kaapelipäätteeseen 14. Päälinjan 10 vaiheista Li, L2, L3 otetaan syöttö haaralinjaan, jota kuvaa 20 kaapelipääte 14. Haaralinja on suojattu 3-vaihekatkaisijalla 12 ja maadoituserottimin 13. Katkaisijaa 12 ohjataan älykkäällä suojalaitteella 20. Tämä pystyy mittaamaan jännitesisääntuloja
Ui - U4, virtasisääntuloja IL1-IL3, 101 ja 102. 3-vaihekat- kaisijan 12 toimilaite ja maadoituserottimen 13 tilatunnistin on 25 kytketty I/O-osan 22 lähtöihin D01 - D04. Maadoituserotin 13 on ^ käsikäyttöinen, mutta siitä viedään tilatieto I/O-osan 22 kautta o ^ suojalaitteelle 20, joka estää katkaisimen 12 sulkemisen, jos n ? maadoitus on päällä.
O) o
X
£ 30 Jännitetunnistus käyttää yhteistä tähtikytkettyä ensiökäämisar- m jaa 29. Jännitesisääntulot UI - U3 (vaihejännitteet) käyttävät 00 lo tähtikytkettyä toisiokäämisarjaa 28 ja nollajännite jänni- o tesisääntuloon U4 muodostetaan jännitemuuntajien avokolmiokyt- c\j kennällä 27. Jännitteet viedään suojalaitteen jännitemittaus-35 muuntajille 26.
4
Syöttölinjan vaiheiden virtatunnistus, IL1, IL2, IL3 käyttää induktiivisesti kytkettyjä käämejä 15 kussakin vaihejohdossa. Lisäksi kaapelipäätteen maajohdon virta 101 tunnistetaan käämillä 15.1. Virtasisääntulo 102 ei ole tässä käytössä. Virtamit-5 taukset viedään virtamittausmuuntajille 24.
Ensiluokkaisen toiminnan edellytyksenä on vaihesuureiden tarkka mittaus, mikä taajuuden vaihdellessa on haasteellista, koska tavanomainen mittauselektroniikka toimii hyvin vain nimellistaa- 10 juudella, esim. 50 Hz.
Virta- ja jännitemittausten sisääntulo muodostuu analogiakom-ponenteista, joilla saattaa olla huomattava hajonta sähköisissä ominaisuuksissa, varsinkin kauempana nimellistaajuudesta.
15
Kuvassa 2 on esitetty virtamittausten sisäänottojen kytkentä A/D-muuntimelle asti. Neljä jännitemittausketjua ovat eri kortilla vastaavalla tavalla (ei esitetty) . Kaikki analogiakom-ponentit on asennettu erityiselle vaihtokelpoiselle piirikortil-20 le 21, jossa on myös haihtumaton muisti 21.1 sekä sen liitäntä-välineet 21.2. Tämän muistin merkitys selviää jäljempänä. Analogiset komponentit A/D-muunnin mukaan lukien kussakin mittauspiirissä muodostavat pääasiallisen epälineaarisuuden. Ketjussa vasemmalta oikealle on virtamuuntaja 22, shunttivastus 25 "Shx" 24.1, jännitejakovastukset 24.2, analogiasuodin 24.3, ? vahvistin 24.4 ja lopuksi itse A/D-muunnin 24.5. Sama pätee
C\J
, yhtä lailla jännitemittauspiireihin (ei esitetty).
LO
cp σ> ° Kukin analogiasignaali näytteistetään A/D-muuntimella karkeasti £ 30 mitatun taajuuden ^ (6 - 75 Hz, toleranssi n. 100 mHz) kerranko naisella aikaansaaden jaksoa kuvaava perussarja siten, että co LO jakson näytteet muodostavat oleellisesti yhden koko sähköjakson o (esim. 50 Hz sähköjakson perusaalto on 20 ms) perusaallon mittaisen FFT -puskurin per mittauskanava. A/D-muuntimia ohja-35 taan isäntäprosessorilta tuodulla näytteistyssignaalilla S, 5 jonka taajuus fs säädetään karkeasti mitatun perustaajuuden mukaan, edullisesti kaavalla: fs = f± x FFT puskurin näytemäärä.
5 Kuvat 3-8 esittävät laskennan ohjelmallisia toteutuksia kaaviollisesti.
Kuvassa 3 on esitetty A/D-muuntimelta saatujen raaka-arvojen muunnos virta-arvoiksi. Tämä tapahtuu hakemalla lookup-taulukos-10 ta kanavakohtainen skaalauskerroin, joka viedään arvon kanssa kertojaan 24.8. Tämä ei ole oleellista keksinnön kannalta.
Kuvassa 4 kunkin kanavan perussarja eli FFT-puskuri viedään FFT -muunnokseen 31, joka laskee perustaajuuden lisäksi harmonisen 15 taajuuskomponentin magnitudin tehollisarvon RMS ja vaihekulman. FFT-laskennasta 31 saadaan ulos 64 vektoria, joista 32 on peilikuvia, jotka terminoidaan valitsimella 32. Kuvassa 4 seurataan pääasiassa yhden taajuuskomponentin käsittelyä.
20 Jatkokäsittelyyn valitut 32 vektoria skaalataan tehollisarvoiksi kertoimessa 33 (kompleksinen vektori x (sqrt(2) / näytteiden lukumäärä)). Tämän jälkeen (tässä tapauksessa virran) kunkin taajuuskomponentin vektori viedään kalibraatiokorjaukseen moduuliin 34, joka on tarkemmin esitetty kuvassa 5. Sen tulokse-25 na saadaan kunkin taajuuskomponentin kalibroitu vektori (lähtö ^ 1) · Tästä muodostetaan karteesimuuntimella 38 erillinen magnitu-
C\J
, diarvo (lähtö 2) ja vaihekulma (lähtö 4). Kaikkien taajuuskom-
LO
? ponenttien magnitudiarvoista muodostetaan laskimessa 39 tarkka
CD
° tositehollisarvo TRMS (lähtö 3). Se saadaan ottamalla neliöjuuri
X
£ 30 magnitudiarvojen (32 kpl) neliöiden summasta.
LO
CO
oo ίο Kalibroimattomasta sisääntulosignaalista muodostetaan laskennal- co ^ o la 38 karkea huippuarvo (lähtö 5), jota voidaan käyttää esim.
myöhempien vaiheiden karkeaan säätöön.
35 6
Kuvassa 5 on esitetty sanotun kalibraatiokorjauksen moduulin 34 toiminta, joka on keskeinen tämän keksinnön kannalta. Sisääntulosta 41 saatava vektori jaetaan karteesimuuntimella 44 erillisiin magnitudi- ja vaihekulma-arvoihin, joille tehdään erikseen 5 kalibraatiokorjaus esilaskettujen taajuusriippuvaisten korjaus-kertoimien avulla. Kuvan 5 tapauksessa käsittelyssä on perustaa-juuden korjaus koska korjauskerroin luetaan muistipaikasta 0 (vektorin ensimmäinen korjauskerroin) 40.0. Kanavakohtainen magnitudikorjauskerroin luetaan rekisteristä 42.M
10 'MlCTl_ILlMCFlU' (kanava ILl) ja viedään kertoimeen 46, jossa sillä kerrotaan mitattu arvo. Vastaavasti kanavakohtainen vaihekulmakorjauskerroin luetaan rekisteristä 42.A 'M1CT1_ ILlACFlU' (kanava ILl) ja viedään summaimeen 48, jossa se summataan tuotuun vaihekulmaan. Lopuksi saadut kalibroidut arvot 15 muunnetaan polaarimuunnoksella takaisin vektoriarvoiksi ja toimitetaan ulostuloon 50 "Cal_out".
Kuvan 5 mukaisia kalibraatiokorjauksia tehdään kullakin kanavalla (5 virta- ja 4 jännitemittauskanavaa) ja näissä jokaisessa 20 kullekin taajuuskomponentille (32 kpl). Diskreeteille taajuuksille sovitetut kalibrointikertoimet, jotka on saatu erityisessä kalibrointilaskennassa, on tallennettu piirikortin 21 muistiin 21.1. Sieltä ne haetaan isäntäprosessorin käyttöön, joka laskee taajuutta vastaavat hetkelliset arvot sanottuihin rekistereihin 25 42.M ja 42.A (tässä M1CT1_IL1MCF1U ja M1CT1_IL1ACF1U) . Kun ^ kalibroidut korjauskertoimet tallennetaan piirikortin muistiin ^ 21.1, se voidaan vaihtaa nopeasti ja uusi piirikortti tallennet-
LO
? tuine korjausmatriiseineen antaa välittömästi tarkkoja tuloksia.
o o x £ 30 Kalibroimalla harmonisten taajuuskomponenttien magnitudi ja LO vaihekulma, TRMS, eri harmonisia komponentteja käyttävät yms.
S kerrannaistaajuuksista riippuvat mittaukset saadaan tarkoiksi, o jotka muutoin olisivat täysin käytettävissä olevan mittaustek- cvj niikan ominaisuuksien varassa varsinkin korkeammilla harmonis-35 taajuuksilla. Tyypillisesti mittaustekniikka mitoitetaan tarkaksi vain kiinteälle perusaallon taajuudelle.
7
Kuvissa 6, 7 ja 8 on esitetty virtamittausten, ILl, 112, 113, 101 ja 102 korjauskertoimien ohjelmallinen päivitys kulloisenkin taajuuden mukaan. Vastaava laskenta tehdään jännitemittausosal-5 la.
Kullakin virtasisääntulolla on erikseen magnitudi- ja vaihekul-makorjaustaulukot. Hetkelliset kalibrointiarvot kullakin kanavalla on tallennettu rekistereihin 52. Kellopulssin ohjaamana 10 lähdöt 51.M (magnitudit) ja 51.A (vaihekulmat) lukevat hetkelliset diskreetit korjausarvot Y1 - Y8 approksimaatiolaskentamoduu-leille 54 ja 55 (magnitudi ja vaihekulmat erikseen, kaikilla kanavilla). Sama kellopulssi ohjaa diskreettien taajuusarvojen luvun (6, 15, 25, 30, 40, 50, 60, ja 75 Hz), joilla kalibraatio 15 on tehty, kaikille laskentamoduuleille 54, 55 yhteisesti eri laskentamoduulien tuloihin Xl - X8. Kalibroidut kertoimet Yl -Y8 haetaan omalta, kanavakohtaiselta sarakkeeltaan taulusta 1. Tämä lasketaan kaikilla virtamittauskanavilla ILl - IL3, IL01 ja IL02. Näistä hetkellisistä korjausarvoista lasketaan lineaa-20 riaproksimaatiolla käyttäen seuraavaa proseduuria: X=[Xl,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8]; taajuusriippuvuuskerroin on 8-paikkainen vektori (diskreettitaajuudet 6-75 Hz) 25 Y=[Yl,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8]; magnitudi tai vaihekulman korjaus- ? kerroin on 8-paikkainen vektori, jossa on diskreettitaajuuksia ^ vastaavat kertoimet m cp σ> ° Etsitään mitatun taajuuden "freq" välittömästi alempi diskreet-
X
£ 30 titaajuus X(i) ja sitä vastaava kerroin Y(i) m freqk = co S single (Y (i) + ( (freq-X (i))*((Y(i + l)-Y(i))/(X(i + l)-X(i))))); co δ c\j
Diskreettitaajuuksien ylä- ja alapuolella käytetään kertoimien 35 ääriarvoja Yl ja Y8. Laskettu kerroin viedään vastaavan kanavan magnitudi/vaihekulma-rekisteriin, esim. kanavan ILl magnitudin 8 korjauskerroin rekisteriin 'MlCTl-ILlMCFl 1' (56.M.IL1).
Analogiaetupään suunnittelu vaikuttaa tarvittavien kalibrointi-taajuuksien määrään ja niiden valintaan huomattavasti. Jos 5 suunnittelu ei ole lineaarinen, kalibrointipisteiden määrää kasvattamalla päästään haluttuun tarkkuuteen. Samoin lineaariap-proksimaatio diskreettipisteiden välissä ei välttämättä olisi tarpeen, jos diskreettipisteitä olisi riittävän suuri lukumäärä.
10 Seuraavassa on esimerkki korjaustaulusta, jossa on eri virtamit-tauskanavien IL1, IL2, IL3, 101 ja 102 magnitudi- ja kulmakor-jausarvot diskreettitaajuuksilla 6 - 75 Hz (8 kpl).
req [Hzl |IL1cf |L2Cf |L3Cf 101 Cf IQ2Cf 15 3_1,00870 1,00855 _1,00673__0,90746 _0,86719 15 1,00758 1,00756 1,00554 0,94732 0,90845 25 1,00758 1,00776 1,00565 0^98543 0^97558 20 30_1,00763 1,00774 _1,00569__0,98928 0,98439 10 1,00842 1,00855 TTÖÖ6~17 0,98968 0,98666 25 50 '1,00832 1,00836 1,00634 0,99051 0,98772 30 1,00815 1,00836 1,00573 0^99094 0^98884 75 1,00773 1,00802 1,00579 Ö^ÖTrT 0,98925 30________ req [Hz]___L2ang _L3ang__01ang I02ang Ξ 5___-0,03 _0,00__-4,63 _£23_
CvJ __________ l0 15___-0,02 _3£0__-2,53 -2,70_ 9 35 __________ § 25___-0,01 _0£0__-0,88 -1,28 | 30 ' ~116,94 Ό.02 -0,42 -0,69 8 40 4Ö 2Ö52 ÖiÖI ^028 ÖÄ7 oo m __________ ” 50 0,00 0,00 -0,18 -0.32 o 30 -0,01 0,00 3,12 ^Ö,25 75 I-0.01 b.oo 1-0.11 1-0,19 9
Taulu 1 Nämä arvot tallennetaan kortin muistiin 21, josta ne luetaan prosessorin käyttömuistiin laitteen käynnistykseen liittyvän 5 alustuksen yhteydessä.
Taulu 1 esittää sovelluksen kalibroidusta taajuusriippuvaises-ta funktiosta k(fn), jonka avulla kunkin mittausliitännän sanotun virheen eliminoimiseksi.
10
Kuvien 6-8 laskentamallilla tästä taulukosta poimitaan kulloisenkin taajuuden mukaiset hetkelliset arvot laskentarekis-tereihin, joilla mittausarvoja sitten kalibroidaan.
15 Kuvan 8 mukaisesti karkeasti mitattu taajuus herzeinä pyöristetään yksiköllä 59.1 (ceil-funktio) kokonaisluvuksi. Ehtomo-duli 59.2 laukaisee uuden laskennan, jos mitattu taajuus on muuttunut vähintään 1 Hz:n edellisestä 5 ms laskentakierrok-sesta. Lohko 50 sisältää kuvien 6 ja 7 toiminnot. Kuvassa 8 20 esitetyt muistipaikkaluennat 57 kuvaavat ennalta määritettyjä kalibrointitaaj uuspisteitä.
Yleisesti järjestelmän ydin on tietokoneohjelma, joka käsittää ohjelmakoodin esitetyn menetelmän toteuttamiseksi.
25 ? Kunkin vaiheen näennäisteho lasketaan sinänsä tunnetulla kaa- 0 , valla.
LO
cp ° SLiFund = ULIFund X conj(IL1Fimd), missä
CC
Reu +jImu ja LO ULlh(l) ULlh(l) CO _ _ 00 hih(i) = ReT + Imi T- Lirui) -1/.1/,(1) hih(i)
CM
Siitä lasketaan pätö- ja loisteho kaavoilla: 30 10 PH= LlFund + ^L2Fund+ ^LSFund) P3ph~ fea/(S3m)
Qwh= imag{S3pH)
Tarkka laskenta edellyttää myös harmonisten taajuuskomponent-tien huomioimista, jolloin kunkin vaiheen näennäisteho lasketaan taajuuskomponenttitehojen summana seuraavasti.
Sa = (Ul_IFund X COnjihlFund))* {Ul_lh(l)x conj(hlhlj) + + (ULihn x conj(ILlhn)) 5 Sen jälkeen voidaan soveltaa edellä mainittua pätö- ja loiste-hon kaavoja.
Kuvien 9a ja 9b mukaisesti keksinnön mukainen laskentajärjestelmä antaa merkittävän taajuusvakauden. Kuvan 9a mukaisesti 10 tavanomainen vaihesuureiden mittaustekniikka on tarkka vain nimellistaajuudella, tässä 50 Hz. Virhe alueella 6 - 75 Hz on jopa kymmeniä prosentteja. Yleisesti virhe on sitä suurempi mitä kauempana ollaan nimellistaajuudesta ja mitä suurempi kerrannaistaajuus on tarkastelun alla.
15
Keksinnön mukaisen mittauskortin virheet esim. eri vaihevir- roille ovat kuvan 9b mukaisesti alle 0,25 % koko taajuusalu- eella (6 - 75 Hz) . o
CM
LO
cp σ> o
X
cc
CL
LO
CO
CO
LO
CO
δ
CM

Claims (12)

11
1. Menetelmä vaihtosähköjärjestelmän suureiden mittaamiseksi taajuusriippuvaisia virheitä tuottavien mittauskanavien kaut-5 ta, jossa menetelmässä a) kunkin mittauskanavan (IL1-3, 101, 102) kautta tuotetaan analogiasignaali kuvaten valittua virta/jännitesuuretta, ja 10 b) kukin analogiasignaali näytteistetään karkeasti mitatun taajuuden fL kerrannaisella taajuudella fs aikaansaaden jaksoa kuvaava perussarja kullakin mittauskanavalla (ILl, 112, 113, 101, 102), 15 c) kustakin saadusta perussarjasta lasketaan Fourier -ana lyysin avulla perustaajuuden ja ainakin yhden harmonisen taajuuskomponentin magnitudi- ja/tai vaihekulma-arvo, 20 d) kukin laskettu magnitudi- ja/tai vaihekulma-arvo korjataan kalibroidun taajuusriippuvaisen funktion k(fn) avulla kunkin mittausliitännän sanotun virheen eliminoimiseksi, 25 f) lasketaan valitut suureet, kuten esimerkiksi tulosignaa- CO >- Iin TRMS kalibroiduista magnitudi- ja/tai vaihekulma- c\J . , , arvoista. CO o CD
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, X £ 30 että kukin korjausfunktio käsittää diskreettejä korjausarvoja m valituilla kalibrointitaajuuksilla sisältävän taulukon. co J CO m co
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, c\j - että laskentaan tuotetaan korjausfunktiosta hetkelliset taa- 35 juusriippuvaiset korjausarvot mitatun taajuuden muuttuessa valittua kriteeriä enemmän. 12
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magnitudi- ja/tai vaihekulma-arvoja lasketaan 7 - 64, edullisesti 15 - 31 harmoniselle taajuuskom- ponentille. 5
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sanottu mittausalue on 5 - 100 Hz, edullisesti 6-75 Hz.
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että Fourier analyysi on FFT-tekniikkaa.
7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kukin kanava kalibroidaan myös magnitudi-15 riippuvaisesti.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että näytteenottotaajuus asetetaan jatkuvasti suhteessa mitattuun taajuuteen f± kaavalla 20 fs = f± x FFT puskurin näytemäärä.
9. Järjestelmä vaihtosähköjärjestelmän suureiden mittaamiseksi, johon järjestelmään kuuluu a) analogiaosa (22, 24.1-4) käsittäen useita mittauskanavia 25 (IL1-3, 101, 102) analogiasignaalin tuottamiseksi kuva- oo T- ten valittua virta/ίännitesuuretta, ia o J CM CO ? b) välineet (24.5) kunkin analogiasignaalin näytteistämi- co seksi karkeasti mitatun taajuuden fi kerrannaisella taa-x £ 30 juudella fs aikaansaaden jaksoa kuvaava perussarja kullata kin mittauskanavalla (ILl, 112, 113, 101, 102), ja co LT) CO o c) Fourier-analyysivälineet perustaajuuden ja ainakin yhden CM harmonisen taajuuskomponentin magnitudi- ja/tai 35 vaihekulma-arvo laskemiseksi kustakin saadusta perussar jasta, ja 13 d) välineet (34) kunkin lasketun magnitudi- ja/tai vaihekulma-arvon korjaamiseksi kalibroidun taajuusriip-puvaisen funktion k(fn) avulla kunkin mittausliitännän sanotun virheen eliminoimiseksi, ja 5 f) välineet valittujen suureiden, kuten esimerkiksi tu- losignaalin TRMS laskemiseksi kalibroiduista magnitudi-ja/tai vaihekulma-arvoista.
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu ainakin yksi mittauskortti (21) käsittäen yhden mittausliitännän analogiaosan ja A/D-muuntimen (24.5) .
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että sanottu mittauskortti (21) sisältää useiden kanavien analogiaosat ja haihtumattoman muistin (21.1) sovitettuna tallentamaan mittauskortin kalibraatiokertoimet.
12. Tietokoneohjelma, joka käsittää ohjelmakoodin minkä tahansa menetelmävaatimuksen 1-8 toteuttamiseksi. co δ (M co cp co X DC CL LO CO CO LO CO δ CVJ 14
FI20135835A 2013-08-16 2013-08-16 Menetelmä ja järjestelmä vaihtosähköjärjestelmän suureiden mittaamiseksi FI124421B (fi)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20135835A FI124421B (fi) 2013-08-16 2013-08-16 Menetelmä ja järjestelmä vaihtosähköjärjestelmän suureiden mittaamiseksi
US14/912,111 US20160195574A1 (en) 2013-08-16 2014-08-15 Method and system and computer program for measuring alternating-current system quantities
PL14836412.8T PL3036550T3 (pl) 2013-08-16 2014-08-15 Sposób i system oraz program komputerowy do pomiaru ilości w systemie prądu przemiennego
EP14836412.8A EP3036550B1 (en) 2013-08-16 2014-08-15 Method and system and computer program for measuring alternating-current system quantities
ES14836412T ES2922849T3 (es) 2013-08-16 2014-08-15 Método y sistema y programa informático para medir cantidades de sistemas de corriente alterna
PCT/FI2014/050628 WO2015022451A1 (en) 2013-08-16 2014-08-15 Method and system and computer program for measuring alternating-current system quantities
US16/295,246 US10809287B2 (en) 2013-08-16 2019-03-07 Method and system and computer program for measuring alternating-current system quantities

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20135835A FI124421B (fi) 2013-08-16 2013-08-16 Menetelmä ja järjestelmä vaihtosähköjärjestelmän suureiden mittaamiseksi
FI20135835 2013-08-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI124421B true FI124421B (fi) 2014-08-29
FI20135835A FI20135835A (fi) 2014-08-29

Family

ID=51398979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20135835A FI124421B (fi) 2013-08-16 2013-08-16 Menetelmä ja järjestelmä vaihtosähköjärjestelmän suureiden mittaamiseksi

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20160195574A1 (fi)
EP (1) EP3036550B1 (fi)
ES (1) ES2922849T3 (fi)
FI (1) FI124421B (fi)
PL (1) PL3036550T3 (fi)
WO (1) WO2015022451A1 (fi)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3153872A1 (en) 2015-10-06 2017-04-12 ABB Schweiz AG Method and system for determining phasor components of a periodic waveform
CN106405295B (zh) * 2016-10-18 2019-03-01 广州供电局有限公司 配电终端模拟量输入通道的状态检测方法、装置和系统
CN107561351B (zh) * 2017-09-14 2019-09-27 河南工程学院 并网逆变系统的输出电压电流检测装置与快速分析方法
US11933825B2 (en) * 2020-01-30 2024-03-19 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation System frequency detector
CN112098724B (zh) * 2020-09-07 2023-06-30 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种应用于线变关系识别仪的接力dft谐波检测方法
CN113189532B (zh) * 2021-04-23 2023-01-13 国家电网有限公司 一种电容式电压互感器谐波测量误差在线修正方法及装置
US20230052689A1 (en) * 2021-08-13 2023-02-16 Texas Instruments Incorporated Magnetic sensor array processing for interference reduction

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5014229A (en) 1989-02-08 1991-05-07 Basic Measuring Instruments Method and apparatus for calibrating transducer/amplifier systems
US5151866A (en) * 1990-03-30 1992-09-29 The Dow Chemical Company High speed power analyzer
US5406495A (en) * 1993-02-01 1995-04-11 Systems Analysis And Integration, Inc. Substation load distribution monitor system
TW327223B (en) 1993-09-28 1998-02-21 Sony Co Ltd Methods and apparatus for encoding an input signal broken into frequency components, methods and apparatus for decoding such encoded signal
US8505108B2 (en) * 1993-11-18 2013-08-06 Digimarc Corporation Authentication using a digital watermark
US5832414A (en) * 1995-12-18 1998-11-03 Abb Power T&D Company Inc. Generator protection system and method of compensating for errors in phasor estimation due to oscillations in discrete Fourier transform
US6934654B2 (en) * 2003-03-21 2005-08-23 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. System and method for exact compensation of fundamental phasors
US7444248B2 (en) * 2005-04-29 2008-10-28 General Electric Company System and method for synchronized phasor measurement
ATE498136T1 (de) * 2006-12-19 2011-02-15 Abb Technology Ag Vorrichtung und verfahren zur präzisionserhöhung bei messwandlern
US8108165B2 (en) 2008-04-04 2012-01-31 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Acquiring phasors outside the frequency tracking range for power protective relays
US8140283B2 (en) * 2008-12-24 2012-03-20 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Independent frequency measurement and tracking
US8346402B2 (en) * 2009-05-11 2013-01-01 Schweitzer Engineering Laboratories Inc Islanding detection in an electrical power delivery system
US8564308B2 (en) * 2009-09-30 2013-10-22 Tektronix, Inc. Signal acquisition system having reduced probe loading of a device under test
US9037429B2 (en) * 2011-06-06 2015-05-19 Siemens Industry, Inc. Methods and apparatus for measuring the fundamental frequency of a line signal
CN103063913B (zh) * 2012-12-07 2016-01-20 深圳市金宏威技术有限责任公司 用于傅里叶变换的频率跟踪方法

Also Published As

Publication number Publication date
PL3036550T3 (pl) 2022-08-22
US20160195574A1 (en) 2016-07-07
WO2015022451A1 (en) 2015-02-19
EP3036550A4 (en) 2017-04-05
ES2922849T3 (es) 2022-09-20
EP3036550B1 (en) 2022-05-11
EP3036550A1 (en) 2016-06-29
FI20135835A (fi) 2014-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI124421B (fi) Menetelmä ja järjestelmä vaihtosähköjärjestelmän suureiden mittaamiseksi
US6185508B1 (en) Power meter for determining parameters of multi-phase power lines
Cataliotti et al. Compensation of nonlinearity of voltage and current instrument transformers
Gallo et al. Real-time digital compensation of current transformers over a wide frequency range
US10809287B2 (en) Method and system and computer program for measuring alternating-current system quantities
US6429637B1 (en) Electronic power meter with phase and non-linearity compensation
JP4727514B2 (ja) 電力量計
US9274201B2 (en) Automatic calibration method for active and reactive power measurement
Crotti et al. A characterized method for the real-time compensation of power system measurement transducers
Ortolano et al. An international comparison of phase angle standards between the novel impedance bridges of CMI, INRIM and METAS
Vanin et al. Increasing the reliablity of the measuring circuits of protection relays
EP1936391B1 (en) Apparatus and method for improving the accuracy of instrument transformers
Simić et al. Design and evaluation of computer-based electrical power quality signal generator
CN103809010A (zh) 用于确定中压网络的每相的电压和功率的装置及方法
EP2149795B1 (en) Method and practical use system for measuring the imbalance power in electrical installations, and the device for calibration thereof
CA3114019C (en) Method and device for controlling at least one circuit breaker of a power system
KR101918189B1 (ko) 전력 계측 장치 및 방법
US20210011061A1 (en) Harmonics Measurement in Power Grids
Li et al. A digital calibration approach for reducing phase shift of electronic power meter measurement
Gallo et al. Large bandwidth compensation of current transformers
CN211402532U (zh) 一种剩余电流的测试装置
JP3917627B2 (ja) 分散電源の単独運転検出装置
CN209562144U (zh) 一种用于变频器后端电流通道的频率跟踪装置
Gallo et al. Evaluation of metrological performance of electromagnetic current measurement transformers in non-sinusofdal conditions
Sarkar et al. A low-cost fault-tolerant real, reactive, and apparent power measurement technique using microprocessor

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 124421

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B