RU183341U1 - Digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental and harmonics - Google Patents

Digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental and harmonics Download PDF

Info

Publication number
RU183341U1
RU183341U1 RU2018100487U RU2018100487U RU183341U1 RU 183341 U1 RU183341 U1 RU 183341U1 RU 2018100487 U RU2018100487 U RU 2018100487U RU 2018100487 U RU2018100487 U RU 2018100487U RU 183341 U1 RU183341 U1 RU 183341U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
energy
harmonic
fundamental
receiver
voltage
Prior art date
Application number
RU2018100487U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Витальевич Суслов
Нафиса Назиповна Солонина
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ")
Priority to RU2018100487U priority Critical patent/RU183341U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU183341U1 publication Critical patent/RU183341U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R11/00—Electromechanical arrangements for measuring time integral of electric power or current, e.g. of consumption
    • G01R11/02—Constructional details
    • G01R11/16—Adaptations of counters to electricity meters

Abstract

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения активной электрической энергии основной гармоники (ОГ) и энергии гармонических составляющих (гармоник) приемника в цепях переменного тока. Предлагаемое устройство позволяет раздельно измерять энергию основной гармоники и энергию гармоник, а также суммарную энергию приемника в цепях переменного тока в различных отраслях народного хозяйства, в автоматизированных системах коммерческого и технического учета электроэнергии. Устройство содержит, аналоговый формирователь напряжений, имеющий вход по току и напряжению, выход которого соединен с входом традиционного счетчика электрической энергии переменного тока и входами фильтров нижних частот, выходы которых соединены с входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП), а выход счетчика подключен к входу сравнивающего устройства. Устройство также содержит блок измерения длительности периода основной гармоники, вход которого соединен с выходом одного из фильтров нижних частот, а выход с входами сравнивающих устройств. Выходы последних соединены с входом счетчика энергии гармоник, выход которого соединен с устройством сравнения.The utility model relates to electrical engineering and can be used to measure the active electrical energy of the fundamental harmonic (OG) and the energy of the harmonic components (harmonics) of the receiver in alternating current circuits. The proposed device allows you to separately measure the energy of the fundamental and harmonics, as well as the total energy of the receiver in alternating current circuits in various sectors of the economy, in automated systems for commercial and technical accounting of electricity. The device comprises an analog voltage shaper having a current and voltage input, the output of which is connected to the input of a traditional AC electric energy meter and low-pass filter inputs, the outputs of which are connected to the inputs of analog-to-digital converters (ADC), and the counter output is connected to the input comparing device. The device also contains a unit for measuring the duration of the fundamental period, the input of which is connected to the output of one of the low-pass filters, and the output to the inputs of the comparison devices. The outputs of the latter are connected to the input of the harmonic energy counter, the output of which is connected to a comparison device.

Технический результат изобретения - возможность отдельного измерения энергии основной гармоники и энергии гармоник на входе потребителя, что позволит количественно оценить ущерб, наносимый потребителем энергосистеме и наоборот энергосистемой потребителем в зависимости от источника гармоник и направления потока энергии гармоник. Некачественная электроэнергия приводит к снижению эффективности работы электрооборудования, прежде всего двигателей, возникновению проблем в компьютерных сетях, а также возможны резонансные явления на частотах гармонических составляющих, которые могут привести к перенапряжению и к пробою изоляции. Раздельное измерение обеспечивается посредством измерения суммарной энергии основной гармоники и энергии гармоник и отдельно энергии основной гармоники. Энергия высших гармоник измеряется как разность суммарной энергии и энергии основной гармоники. В зависимости от направления потока энергии гармоник результат может быть как положительный, так и отрицательный. Положительный результат означает, что энергия гармоник имеет направление на вход счетчика от питающей сети, а отрицательный результат, что энергия поступает в питающую сеть со стороны выхода счетчика приемника. Это позволяет уточнить количество потребленной энергии, которая подлежит оплате, и определить за чей счет будут осуществляться организационные и технические мероприятия по снижению уровня гармоник в питающей сети. 1 ил.

Figure 00000016
The technical result of the invention is the possibility of a separate measurement of the energy of the fundamental and harmonics at the consumer input, which will quantify the damage caused by the consumer to the power system and vice versa by the power system by the consumer, depending on the source of harmonics and the direction of the harmonic energy flow. Poor-quality electricity leads to a decrease in the efficiency of electrical equipment, primarily engines, problems in computer networks, and resonance phenomena at the frequencies of harmonic components are possible, which can lead to overvoltage and breakdown of insulation. Separate measurement is provided by measuring the total energy of the fundamental and harmonics, and separately the fundamental energy. The energy of the higher harmonics is measured as the difference between the total energy and the energy of the fundamental. Depending on the direction of the harmonic energy flow, the result can be either positive or negative. A positive result means that the harmonic energy has a direction to the counter input from the mains, and a negative result means that the energy enters the mains from the output side of the receiver counter. This allows you to clarify the amount of energy consumed, which is payable, and to determine at whose expense organizational and technical measures will be taken to reduce the level of harmonics in the supply network. 1 ill.
Figure 00000016

Description

Полезная модель относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения активной электрической энергии основной гармоники (ОГ) и энергии гармонических составляющих (гармоник) приемника в цепях переменного тока.The utility model relates to electrical engineering and can be used to measure the active electrical energy of the fundamental harmonic (OG) and the energy of the harmonic components (harmonics) of the receiver in alternating current circuits.

Известны системы для учета расхода электроэнергии / см. Рожков Е. Электронные счетчики электроэнергии бытового и промышленного назначения // ЭЛЕКТРОНИКА; Наука, Технология, Бизнес. - 1998. - №1. Общими признаками с заявляемой полезной моделью является счетчик электрической энергии, имеющий вход по току, напряжению и выход, масштабирующие преобразователи в виде трансформаторов тока и напряжения. Недостатком такого решения является либо низкая точность, либо большие вес и габариты датчика тока и датчика напряжения при измерении в цепях больших напряжений 10 Кв и более.Known systems for metering electricity consumption / see Rozhkov E. Electronic electricity meters for domestic and industrial use // ELECTRONICS; Science, Technology, Business. - 1998. - No. 1. Common features with the claimed utility model is an electric energy meter having an input for current, voltage and output, scaling converters in the form of current and voltage transformers. The disadvantage of this solution is either low accuracy or the large weight and dimensions of the current sensor and voltage sensor when measured in high voltage circuits of 10 KV or more.

Другим аналогом предложенной полезной модели является цифровой счетчик электрической энергии [Аганичев А., Панфилов Д., Плавич М. Цифровые счетчики электрической энергии // Chip news. - 2000. - №2].Another analogue of the proposed utility model is a digital electric energy meter [Aganichev A., Panfilov D., Plavich M. Digital electric energy meters // Chip news. - 2000. - No. 2].

Общими признаками с заявляемой полезной моделью является цифровой счетчик электрической энергии, имеющий вход по сигналам пропорциональным току, напряжению и цифровой выход, масштабирующие преобразователи в виде трансформаторов тока и напряжения, входы которых соединены соответственно последовательно и параллельно сопротивлению нагрузки, а их выходы через АЦП подключены к соответствующим цифровым входам счетчика электрической энергии. [Аганичев А., Панфилов Д., Плавич М. Цифровые счетчики электрической энергии // Chip news. - 2000. - №2].Common features with the claimed utility model is a digital electric energy meter having an input by signals proportional to current, voltage, and a digital output, scaling converters in the form of current and voltage transformers, the inputs of which are connected in series and parallel to the load resistance, respectively, and their outputs are connected via ADC to corresponding digital inputs of the electric energy meter. [Aganichev A., Panfilov D., Plavich M. Digital electricity meters // Chip news. - 2000. - No. 2].

Недостатком такого устройства является высокая чувствительность к импульсным помехам, большие габариты трансформаторов тока и напряжения при измерении в цепях больших напряжений в производственных условиях эксплуатации.The disadvantage of this device is its high sensitivity to impulse noise, the large dimensions of current and voltage transformers when measured in high voltage circuits under industrial operating conditions.

Также аналогом предложенной полезной модели является измеритель расхода электроэнергии переменного тока (Патент RU 69259, МПК G01R 11/00, B60L 3/00, опубликован 10.12.2007).An analogue of the proposed utility model is an alternating current power meter (Patent RU 69259, IPC G01R 11/00, B60L 3/00, published December 10, 2007).

Общими признаками с заявляемой полезной моделью является счетчик электрической энергии переменного тока, имеющий вход по току, напряжению и выход, датчик тока.Common features with the claimed utility model is an AC electric energy meter having an input for current, voltage and output, a current sensor.

Недостатком такого решения является низкая точность, непригодность для измерения в цепях напряжений 10 Кв и более.The disadvantage of this solution is the low accuracy, unsuitability for measurement in voltage circuits of 10 kV or more.

Более близким по техническому решению является система учета расхода электроэнергии, содержащая счетчик электрической энергии переменного тока, имеющий вход по току, напряжению и цифровой выход, медиаконвертор, неэлектропроводную среду передачи дискретного сигнала, контроллер, трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно с сопротивлением нагрузки, а вторичная обмотка подключена к токовому входу счетчика электрической энергии, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, расширения диапазона допустимых напряжений дополнительно содержит трансформатор с двумя обмотками, включенными последовательно друг за другом, при этом их не связанные друг с другом концы подключены к клеммам нагрузки, так что обмотка с меньшим числом витков подключена параллельно входу по напряжению счетчика электрической энергии и одним концом связана с высоковольтной клеммой сопротивления нагрузки, которая через первичную обмотку трансформатора тока соединена с источником электрической энергии, выход счетчика электрической энергии через последовательную цепь из первого медиаконвертора, неэлектропроводной среды передачи сигнала и второго медиаконвертора подключен к контроллеру. (Патент RU 2510029 МПК G01R 11/16, опубликован 20.03.2014.)Closer to the technical solution is a power consumption metering system comprising an AC electric energy meter having a current, voltage and digital output, a media converter, a non-conductive digital signal transmission medium, a controller, a current transformer with primary and secondary windings, a primary winding of a current transformer connected in series with the load resistance, and the secondary winding is connected to the current input of the electric energy meter, characterized in that, in order to increase In order to improve accuracy and expand the range of permissible voltages, the transformer also has two windings connected in series one after another, while their ends not connected to each other are connected to load terminals, so that a winding with fewer turns is connected in parallel with the voltage input of the electric energy meter and one end is connected to the high-voltage terminal of the load resistance, which is connected to the electric energy source through the primary winding of the current transformer, the output of the electric meter ktricheskoy energy through a series circuit of a first of the converter, electrically non-conductive medium and the second transmission signal of the converter is connected to the controller. (Patent RU 2510029 IPC G01R 11/16, published March 20, 2014.)

Общими признаками с заявляемой полезной моделью являются счетчик электрической энергии переменного тока, имеющий вход по току, напряжению и цифровой выход, трансформатор тока с первичной и вторичными обмотками.Common features with the claimed utility model are an AC electric energy meter having an input for current, voltage and digital output, a current transformer with primary and secondary windings.

Недостатком такого решения является невозможность раздельного измерения энергии высших гармоник и энергии гармонических составляющих при наличии гармоник в питающем напряжении.The disadvantage of this solution is the impossibility of separate measurements of the energy of higher harmonics and the energy of harmonic components in the presence of harmonics in the supply voltage.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании цифрового счетчика раздельного измерения энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих.The task to which the claimed utility model is directed is to create a digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental and the harmonics.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эффективности использования поставляемой и потребляемой электроэнергии за счет рационального использования электроэнергии. Это достигается раздельным измерением энергии основной гармоники и энергии гармоник.The technical result of the claimed utility model is to increase the efficiency of the supplied and consumed electricity due to the rational use of electricity. This is achieved by separately measuring the energy of the fundamental and the harmonics.

Технический результат достигается тем, что цифровой счетчик раздельного измерения энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих содержащий масштабный аналоговый преобразователь (АП) тока и напряжения приемника электрической энергии, счетчик суммарной энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих, осуществляющий интегрирование мгновенной электрической мощности по времени, согласно полезной модели дополнительно содержит два фильтра нижних частот, пропускающих основную гармонику напряжений, пропорциональных соответственно напряжению и току приемника электрической энергии, два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) тока и напряжения приемника электрической энергии, счетчик энергии основной гармоники, осуществляющий интегрирование по времени электрической мощности основной гармоники приемника и цифровой сумматор; при этом выход масштабного аналогового преобразователя (АП) тока и напряжения приемника электрической энергии соединен со входом фильтра нижних частот, пропускающего основную гармонику напряжения, пропорционального току приемника, а также со входом другого фильтра нижних частот, который пропускает основную гармонику напряжения, пропорционального напряжению приемника; выходы фильтров соединены с входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП), пропускающих основную гармонику напряжений в цифровой форме, пропорциональных, соответственно напряжению и току приемника; выходы указанных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) соединены со входами счетчика энергии основной гармоники, осуществляющего интегрирование мгновенной мощности основной гармоники по времени, а выход счетчика энергии основной гармоники подключен к одному из входов цифрового сумматора, ко второму входу которого подключен выход счетчика суммарной энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих; выход цифрового сумматора соединен со входом цифрового регистрирующего устройства, который регистрирует величину и знак энергии гармонических составляющих, а для повышения точности измерения дополнительно содержит блок измерения длительности периода основной гармоники питающего напряжения, который делит период на N равных промежутков и задает тактовые сигналы, которые поступают на входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП), а вход соединен с выходом фильтра нижних частот, пропускающего основную гармонику напряжения, пропорционального напряжению приемника.The technical result is achieved in that a digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental and harmonic energy containing a large-scale analog converter (AP) of the current and voltage of the receiver of electrical energy, the total energy meter of the fundamental and harmonic energy, integrating the instantaneous electrical power over time, according to The utility model additionally contains two low-pass filters that let the main harmonic of the voltages pass through, portioned respectively to the voltage and current of the electric energy receiver, two analog-to-digital converters (ADCs) of the current and voltage of the electric energy receiver, a fundamental harmonic energy meter that integrates over time the electric power of the main harmonic of the receiver and a digital adder; the output of a large-scale analog converter (AP) of the current and voltage of the receiver of electrical energy is connected to the input of a low-pass filter that passes the main harmonic of the voltage proportional to the current of the receiver, and also to the input of another low-pass filter that passes the main harmonic of the voltage proportional to the voltage of the receiver; the outputs of the filters are connected to the inputs of analog-to-digital converters (ADCs), which pass the main harmonic of voltages in digital form, proportional, respectively, to the voltage and current of the receiver; the outputs of these analog-to-digital converters (ADCs) are connected to the inputs of the fundamental harmonic energy meter, which integrates the instantaneous fundamental harmonic power over time, and the output of the fundamental harmonic energy meter is connected to one of the inputs of the digital adder, to the second input of which the output of the total energy counter main harmonics and energies of harmonic components; the output of the digital adder is connected to the input of a digital recording device, which registers the magnitude and sign of the energy of the harmonic components, and to increase the accuracy of the measurement, it additionally contains a unit for measuring the duration of the period of the fundamental harmonic of the supply voltage, which divides the period into N equal intervals and sets the clock signals that arrive at the inputs of analog-to-digital converters (ADC), and the input is connected to the output of a low-pass filter that passes the main harmonic of the voltage, is proportional nogo receiver voltage.

Сущность измерения заключается в следующем.The essence of measurement is as follows.

Раздельное измерение обеспечивается посредством измерения суммарной энергии основной гармоники и энергии гармоник и отдельно энергии основной гармоники. Энергия высших гармоник измеряется как разность суммарной энергии и энергии основной гармоники. В зависимости от направления потока энергии гармоник результат может быть как положительный, так и отрицательный. Положительный результат означает что энергия гармоник имеет направление на вход счетчика от питающей сети, а отрицательный результат, что энергия поступает в питающую сеть со стороны выхода счетчика приемника. Это позволяет уточнить количество потребленной энергии, которая подлежит оплате, и определить за чей счет будут осуществляться организационные и технические мероприятия по снижению уровня гармоник в питающей сети.Separate measurement is provided by measuring the total energy of the fundamental and harmonics, and separately the fundamental energy. The energy of the higher harmonics is measured as the difference between the total energy and the energy of the fundamental. Depending on the direction of the harmonic energy flow, the result can be either positive or negative. A positive result means that the harmonic energy is directed to the input of the meter from the mains, and a negative result is that the energy enters the mains from the output side of the receiver counter. This allows you to clarify the amount of energy consumed, which is payable, and to determine at whose expense organizational and technical measures will be taken to reduce the level of harmonics in the supply network.

Весьма важным резервом повышения эффективности использования энергии является повышение ее качества, в частности приближение формы напряжения питающей сети к синусоидальной, то есть устранение высших гармоник.A very important reserve for increasing the efficiency of energy use is to increase its quality, in particular, approximating the form of the supply voltage to a sinusoidal one, that is, eliminating higher harmonics.

Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.

Цифровой счетчик электрической энергии, содержащий масштабный аналоговый преобразователь (АП) тока и напряжения приемника электрической энергии, счетчик суммарной энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих, при этом осуществляющий интегрирование мгновенной электрической мощности по времени.A digital electric energy meter containing a large-scale analog converter (AP) of the current and voltage of the electric energy receiver, a total energy meter of the fundamental harmonic and harmonic energy, while integrating instantaneous electric power over time.

Отличительными признаками заявляемой полезной модели является то, что он дополнительно содержит два фильтра нижних частот, пропускающих основную гармонику напряжений, пропорциональных соответственно напряжению и току приемника, два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) указанных напряжений, счетчик энергии основной гармоники, осуществляющий интегрирование по времени электрической мощности основной гармоники приемника и цифровой сумматор; при этом выход масштабного аналогового преобразователя (АП) тока и напряжения приемника электрической энергии соединен со входом фильтра нижних частот, пропускающего основную гармонику напряжения, пропорционального току приемника, а также со входом другого фильтра нижних частот, который пропускает основную гармонику напряжения, пропорционального напряжению приемника; выходы фильтров соединены с входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП), пропускающих основную гармонику напряжений в цифровой форме, пропорциональных соответственно напряжению и току приемника; выходы указанных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) соединены со входами счетчика энергии основной гармоники, осуществляющего интегрирование мгновенной мощности основной гармоники по времени, а выход счетчика энергии основной гармоники подключен к одному из входов цифрового сумматора, ко второму входу которого подключен выход счетчика суммарной энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих; выход цифрового сумматора соединен со входом цифрового регистрирующего устройства, который регистрирует величину и знак энергии гармонических составляющих.Distinctive features of the claimed utility model is that it additionally contains two low-pass filters that allow the main harmonic of voltages to be proportional, respectively, to the voltage and current of the receiver, two analog-to-digital converters (ADCs) of the indicated voltages, and a main-harmonic energy meter that integrates over time the electric the fundamental power of the receiver and the digital adder; the output of a large-scale analog converter (AP) of the current and voltage of the receiver of electrical energy is connected to the input of a low-pass filter that passes the main harmonic of the voltage proportional to the current of the receiver, and also to the input of another low-pass filter that passes the main harmonic of the voltage proportional to the voltage of the receiver; the outputs of the filters are connected to the inputs of analog-to-digital converters (ADCs), which pass the main harmonic of voltages in digital form, proportional to the voltage and current of the receiver, respectively; the outputs of these analog-to-digital converters (ADCs) are connected to the inputs of the fundamental harmonic energy meter, which integrates the instantaneous fundamental harmonic power over time, and the output of the fundamental harmonic energy meter is connected to one of the inputs of the digital adder, to the second input of which the output of the total energy counter main harmonics and energies of harmonic components; the output of the digital adder is connected to the input of a digital recording device, which registers the magnitude and sign of the energy of the harmonic components.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности «новизна».The presence of distinctive features allows us to conclude that the claimed utility model meets the patentability condition of “novelty”.

Цифровой счетчик раздельного измерения энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих представлен на фигуре 1.A digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental harmonic and the energy of the harmonic components is presented in figure 1.

Устройство на фигуре 1 содержит:The device in figure 1 contains:

1 - масштабный аналоговый преобразователь тока и напряжения приемника электрической энергии (АП),1 - large-scale analog Converter of current and voltage of the receiver of electrical energy (AP),

2 - счетчик суммарной энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих,2 - counter total energy of the fundamental harmonic and the energy of the harmonic components,

3, 4 - фильтры нижних частот,3, 4 - low-pass filters,

5 - блок измерения длительности периода основной гармоники,5 - unit for measuring the duration of the period of the fundamental harmonic,

6, 7 - аналого-цифровые преобразователи тока и напряжения приемника электрической энергии (АЦП),6, 7 - analog-to-digital converters of current and voltage of the receiver of electrical energy (ADC),

8 - счетчик энергии основной гармоники,8 - energy meter of the fundamental

9 - устройство сравнения.9 is a comparison device.

Цифровой счетчик раздельного измерения энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих работает следующим образом (фиг. 1).A digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental harmonic and the energy of the harmonic components works as follows (Fig. 1).

Устройство на фигуре 1 содержит: 1 - масштабный аналоговый преобразователь тока и напряжения приемника электрической энергии (АП), выход которого соединен с входом счетчика суммарной энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих 2, и также с входами фильтров нижних частот 3 и 4; выходы фильтров нижних частот соединены с входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 6 и 7 соответственно; также выход фильтра нижних частот 3 соединен с входом блока измерения длительности периода основной гармоники 5; выход блока 5 соединен с входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 6 и 7; выходы аналога-цифровых преобразователей (АЦП) 6 и 7 соединены с входом счетчика энергии основной гармоники 8; выход счетчика энергии основной гармоники 8 и выход счетчика полной энергии 2 соединены с входом устройства сравнения 9.The device in figure 1 contains: 1 - a large-scale analog current and voltage converter of an electric energy (AP) receiver, the output of which is connected to the input of the total energy counter of the fundamental harmonic and harmonic energy 2, and also to the inputs of the low-pass filters 3 and 4; the outputs of the low-pass filters are connected to the inputs of analog-to-digital converters (ADCs) 6 and 7, respectively; also the output of the low-pass filter 3 is connected to the input of the unit for measuring the duration of the period of the fundamental harmonic 5; the output of block 5 is connected to the inputs of analog-to-digital converters (ADCs) 6 and 7; the outputs of the analog-to-digital converters (ADC) 6 and 7 are connected to the input of the energy meter of the fundamental harmonic 8; the output of the fundamental harmonic energy meter 8 and the output of the total energy meter 2 are connected to the input of the comparison device 9.

Принцип действия предложенного устройства по фигуре 1 следующий.The principle of operation of the proposed device according to figure 1 is as follows.

По определению активная мощность Р это среднее за период значение мгновенной мощностиBy definition, the active power P is the average value of the instantaneous power over a period

Figure 00000001
Figure 00000001

здесь Т - период основной гармоники тока;

Figure 00000002
- мгновенная мощность.here T is the period of the main harmonic of the current;
Figure 00000002
- instant power.

В цифровом счетчике, производится цифровое интегрирование мгновенной мощности по времени.In a digital counter, digital integration of instantaneous power over time is performed.

Figure 00000003
Figure 00000003

Определим суммарную энергию, которая фиксируется традиционным счетчиком:We determine the total energy, which is fixed by a traditional meter:

Figure 00000004
Figure 00000004

где i - ток нагрузки счетчика;where i is the counter load current;

Figure 00000005
- напряжение нагрузки счетчика;
Figure 00000005
- counter load voltage;

Figure 00000006
- соответственно ток ОГ и токи ВГ сети, поступающие на вход счетчика;
Figure 00000006
- respectively, the exhaust gas current and the VH network currents supplied to the counter input;

Figure 00000007
- токи гармоник приемника, направления которых противоположны току нагрузки;
Figure 00000007
- currents of the harmonics of the receiver, the directions of which are opposite to the load current;

Figure 00000008
- соответственно напряжение ОГ и гармоник, их направления и величина одинаковы на входе и выходе счетчика.
Figure 00000008
- accordingly, the voltage of the exhaust gases and harmonics, their directions and magnitude are the same at the input and output of the counter.

Учитывая, что среднее за период значение произведения мгновенных значений синусоид различной частоты равно нулю, получаем:Given that the average value for the period of the product of the instantaneous values of sinusoids of different frequencies is zero, we obtain:

Figure 00000009
Figure 00000009

где W, W1 - соответственно суммарная энергия и энергия основной гармоники, потребляемая приемником;where W, W 1 - respectively, the total energy and the fundamental energy consumed by the receiver;

WВГС - энергия гармоник, поступившая в приемник из питающей сети;W GHS - harmonic energy received in the receiver from the mains;

WВГН - энергия гармоник, переданная нелинейным приемником в питающую сеть.W VGN - harmonic energy transmitted by a nonlinear receiver to the supply network.

Блок 1 масштабный аналоговый преобразователь тока и напряжения приемника электрической энергии (АП) вырабатывает измерительную информацию в виде напряжений

Figure 00000010
и
Figure 00000011
, пропорциональных соответственно напряжению и току приемника. Для измерения энергии основной гармоники необходимо выделить первые гармоники напряжений
Figure 00000012
и
Figure 00000013
. Уровни напряжений
Figure 00000010
и
Figure 00000011
находятся в пределах динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя. Это позволяет использовать для выделения основной гармоники активные электронные фильтры нижних частот, которые без ослабления пропускают основную гармонику и ослабляет практически до нуля гармонические составляющие. Счетчик суммарной энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих 2 измеряет суммарную энергию основной и гармонических составляющих приемника. Блоки 3 и 4 - фильтры нижних частот, пропускающие первые гармоники
Figure 00000014
и
Figure 00000015
. Блок 5 измеряет длительность периода основной гармоники питающего напряжения и вырабатывает тактовые импульсы, управляющие работой цифровых устройств счетчика, а именно, блоков 6, 7, 8, 9. Блоки 6 и 7 вырабатывают в цифровой форме напряжения, пропорциональные соответственно первым гармоникам напряжения и тока приемника. Счетчик энергии основной гармоники 8 измеряет мощность основной гармоники приемника. Его особенностью является то, что по сравнению с традиционным цифровым счетчиком на его вход поступают сигналы в цифровой форме с малым шагом выборки. Шаг выборки определяется частотой высших гармоник, которая вносит реальный вклад в энергию ВГ. Блок 9 - устройство сравнения, определяющее абсолютную величину и знак разности W-W1=WВГ, где W - суммарная энергия; W1 - энергия первой гармоники; WВГ - энергия гармонических составляющих.Block 1 large-scale analog converter of current and voltage of the receiver of electric energy (AP) generates measurement information in the form of voltages
Figure 00000010
and
Figure 00000011
proportional to the voltage and current of the receiver, respectively. To measure the fundamental harmonic energy, it is necessary to isolate the first harmonics of the voltages
Figure 00000012
and
Figure 00000013
. Stress levels
Figure 00000010
and
Figure 00000011
are within the dynamic range of an analog-to-digital converter. This makes it possible to use active low-pass electronic filters to isolate the fundamental harmonic, which without attenuation pass the fundamental harmonic and attenuates harmonic components to almost zero. The total energy counter of the fundamental and harmonic components 2 measures the total energy of the fundamental and harmonic components of the receiver. Blocks 3 and 4 - low-pass filters that pass the first harmonics
Figure 00000014
and
Figure 00000015
. Block 5 measures the duration of the period of the fundamental harmonic of the supply voltage and generates clock pulses that control the operation of the digital devices of the counter, namely, blocks 6, 7, 8, 9. Blocks 6 and 7 generate digitally voltages proportional to the first harmonics of the voltage and current of the receiver, respectively . The fundamental harmonic energy counter 8 measures the power of the fundamental of the receiver. Its peculiarity is that, in comparison with a traditional digital counter, its input receives signals in digital form with a small sampling step. The sampling step is determined by the frequency of higher harmonics, which makes a real contribution to the SH energy. Block 9 is a comparison device that determines the absolute value and sign of the difference WW 1 = W SH , where W is the total energy; W 1 is the energy of the first harmonic; W SH - the energy of the harmonic components.

Сигналы (W, W1, и WВГ по каналам связи поступают в диспетчерский пункт, где происходит их дальнейшая обработка для принятия административных и технических мер.The signals (W, W 1 , and W VG through the communication channels arrive at the control room, where they are further processed for administrative and technical measures.

Таким образом, авторами показана необходимость раздельного измерения энергии основной и высших гармоник. Измерение энергии высших гармоник и решение юридических вопросов, связанных с оплатой за эту энергию, должно побудить как электроснабжающие организации, так потребителей принимать технические и организационные меры по снижению уровня высших гармоник в сети, что должно привести к повышению эффективности использования электроэнергии. Измерение энергии высших гармоник явится Thus, the authors showed the need for separate measurements of the energy of the fundamental and higher harmonics. The measurement of the energy of higher harmonics and the resolution of legal issues related to payment for this energy should encourage both electricity supplying organizations and consumers to take technical and organizational measures to reduce the level of higher harmonics in the network, which should lead to an increase in the efficiency of energy use. Higher harmonics energy measurement will appear

стимулом к принятию организационных и технических мероприятий по снижению уровня высших гармоник питающей сети.an incentive to take organizational and technical measures to reduce the level of higher harmonics of the supply network.

Claims (2)

1. Цифровой счетчик раздельного измерения энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих, содержащий масштабный аналоговый преобразователь (АП) тока и напряжения приемника электрической энергии, счетчик суммарной энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих, осуществляющий интегрирование мгновенной электрической мощности по времени, отличающийся тем, что он дополнительно содержит два фильтра нижних частот, пропускающих основную гармонику напряжений, пропорциональных соответственно напряжению и току приемника электрической энергии, два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) тока и напряжения приемника электрической энергии, счетчик энергии основной гармоники, осуществляющий интегрирование по времени электрической мощности основной гармоники приемника и цифровой сумматор; при этом выход масштабного аналогового преобразователя (АП) тока и напряжения приемника электрической энергии соединен с входом фильтра нижних частот, пропускающего основную гармонику напряжения, пропорционального току приемника, а также с входом другого фильтра нижних частот, который пропускает основную гармонику напряжения, пропорционального напряжению приемника; выходы фильтров соединены с входами аналого-цифровых преобразователей (АЦП), пропускающих основную гармонику напряжений в цифровой форме, пропорциональных, соответственно напряжению и току приемника; выходы указанных аналого-цифровых преобразователей (АЦП) соединены с входами счетчика энергии основной гармоники, осуществляющего интегрирование мгновенной мощности основной гармоники по времени, а выход счетчика энергии основной гармоники подключен к одному из входов цифрового сумматора, ко второму входу которого подключен выход счетчика суммарной энергии основной гармоники и энергии гармонических составляющих; выход цифрового сумматора соединен с входом цифрового регистрирующего устройства, который регистрирует величину и знак энергии гармонических составляющих.1. A digital counter for separate measurement of the energy of the main harmonic and the energy of the harmonic components, containing a large-scale analog converter (AP) of the current and voltage of the receiver of electrical energy, a counter of the total energy of the main harmonic and the energy of the harmonic components, integrating instantaneous electric power over time, characterized in that it additionally contains two low-pass filters that allow the fundamental harmonic of the voltages to be proportional to the voltage Receiver current electrical energy, two analog-to-digital converter (ADC), the current and voltage of electrical energy receiver, the energy of the fundamental harmonic counter performing the time integration of electric power of the fundamental harmonic of the receiver and a digital adder; the output of a large-scale analog converter (AP) of the current and voltage of the receiver of electrical energy is connected to the input of a low-pass filter that passes the main harmonic of the voltage proportional to the current of the receiver, and also to the input of another low-pass filter that passes the main harmonic of the voltage proportional to the voltage of the receiver; the outputs of the filters are connected to the inputs of analog-to-digital converters (ADCs), which pass the main harmonic of voltages in digital form, proportional, respectively, to the voltage and current of the receiver; the outputs of these analog-to-digital converters (ADCs) are connected to the inputs of the fundamental harmonic energy meter, which integrates the instantaneous fundamental harmonic power over time, and the output of the fundamental harmonic energy meter is connected to one of the inputs of the digital adder, to the second input of which the output of the total energy counter main harmonics and energies of harmonic components; the output of the digital adder is connected to the input of a digital recording device, which registers the magnitude and sign of the energy of the harmonic components. 2. Счетчик по п. 1, отличающийся тем, что он для повышения точности измерения дополнительно содержит блок измерения длительности периода основной гармоники питающего напряжения, который делит период на N равных промежутков и задает тактовые сигналы, которые поступают на входы аналого-цифровых преобразователей (АЦП), а вход соединен с выходом фильтра нижних частот, пропускающего основную гармонику напряжения, пропорционального напряжению приемника.2. The counter according to claim 1, characterized in that for increasing the accuracy of the measurement, it further comprises a unit for measuring the duration of the period of the main harmonic of the supply voltage, which divides the period into N equal intervals and sets the clock signals that are received at the inputs of analog-to-digital converters (ADC) ), and the input is connected to the output of a low-pass filter, passing the main harmonic of the voltage proportional to the voltage of the receiver.
RU2018100487U 2018-01-09 2018-01-09 Digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental and harmonics RU183341U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018100487U RU183341U1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 Digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental and harmonics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018100487U RU183341U1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 Digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental and harmonics

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU183341U1 true RU183341U1 (en) 2018-09-18

Family

ID=63580802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018100487U RU183341U1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 Digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental and harmonics

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU183341U1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0555141A1 (en) * 1992-02-04 1993-08-11 Sagem Sa Electronic energy consumption meter
US7609051B2 (en) * 2003-12-30 2009-10-27 Austriamicrosystems Ag Energy metering system
RU2510029C2 (en) * 2012-05-21 2014-03-20 Александр Михайлович Косолапов System to account power consumption

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0555141A1 (en) * 1992-02-04 1993-08-11 Sagem Sa Electronic energy consumption meter
US7609051B2 (en) * 2003-12-30 2009-10-27 Austriamicrosystems Ag Energy metering system
RU2510029C2 (en) * 2012-05-21 2014-03-20 Александр Михайлович Косолапов System to account power consumption

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107505499B (en) Method and apparatus for learning phase errors of current transformers and power measurement devices including current transformer error correction
Abate et al. Smart meter for the IoT
CN109239435B (en) Electrical signal measurement
CN101706563B (en) Digital calibration system of partial discharge test equipment
CN103630871A (en) Testing device for dynamic characteristics of electronic energy meter
US8680842B2 (en) Method for measurement of total harmonic distortion
Spanik et al. Real time harmonic analysis of recuperative current through utilization of digital measuring equipment
Amaripadath et al. Power quality disturbances on smart grids: Overview and grid measurement configurations
Kuwałek et al. Dependence of voltage fluctuation severity on clipped sinewave distortion of voltage
JP2012103073A (en) Electric energy measurement device and calibration method of watt-hour meter using the same
RU183341U1 (en) Digital counter for separate measurement of the energy of the fundamental and harmonics
JP5144399B2 (en) Coil current sensor circuit
Pejić et al. Comparator offset error suppression in stochastic converters used in a watt-hour meter
Kabalci et al. A low cost smart metering system design for smart grid applications
CN106546943B (en) Method and device for measuring error and loss self-test
CN105067851A (en) Signal generating device for power system energized test instrument calibration
Masnicki et al. What should be measured using static energy meters
Habrych et al. Scalable System with Rogowski Coil for E-management of Detection and Measurement of PLC Interference in Electric Power Grids
JP2023507333A (en) Detecting the fundamental component of the current to gate energy consumption storage
KR101567714B1 (en) Power Factor Measurement Device using Zero-Phase Low-Pass Filter and Method Thereof
CN105911346A (en) Bi-directional intelligent electric meter respectively used for metering fundamental wave and harmonic wave and metering method thereof
Trujillo Harmonics influence on power and energy measurements
RU2510029C2 (en) System to account power consumption
CN106353588B (en) Method and device for detecting input power
Eski et al. The implementation of a digital filter-based algorithm for active power measurement using an ARM microcontroller