RU2147132C1

RU2147132C1 - Gear monitoring index of quality of electric energy

Info

Publication number: RU2147132C1
Application number: RU97115956A
Authority: RU
Inventors: А.Ш. Кадырматов; В.С. Соколов
Original assignee: Соколов Валерий Сергеевич
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 2000-03-27

Abstract

FIELD: operational control of indices of quality of electric energy in power and weak-current networks. SUBSTANCE: proposed gear provides for control over coefficient of nth harmonic component of voltage, coefficient of distortion of sinusoidal signal and coefficient of voltage asymmetry by reverse and zero sequences. Gear incorporates switch, analog-to-digital converter, signal processor, computer and peripheral devices. EFFECT: increased number of parameters measured in real time. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области контроля показателей качества электроэнергии и может быть использовано при оперативном контроле силовых и слаботочных электросетей. The invention relates to the field of monitoring power quality indicators and can be used in the operational monitoring of power and low-voltage power networks.

Известно устройство контроля показателей качества электроэнергии посредством измерений отклонений напряжений с помощью статистического анализатора, с последующей вероятностной оценкой [1]. A known device for monitoring quality indicators of electricity by measuring voltage deviations using a statistical analyzer, followed by a probabilistic assessment [1].

Его недостаток - небольшое количество измеряемых показателей в нереальном масштабе времени, что уменьшает достоверность измерений. Its disadvantage is a small number of measured indicators in an unrealistic time scale, which reduces the reliability of the measurements.

Также известно устройство контроля показателей качества электроэнергии, содержащее коммутатор, на вход которого поступают измеренные сигналы, и соединенный с ним аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выход которого подключен к электронно-вычислительной машине (ЭВМ) [2], принятое за прототип. Also known is a device for monitoring power quality indicators, comprising a switch, the input of which receives measured signals, and an analog-to-digital converter (ADC) connected to it, the output of which is connected to an electronic computer (PC) [2], which is taken as a prototype.

Его недостатком является небольшое количество измеряемых показателей в нереальном времени. Не измеряются такие важные показатели как коэффициент искажения синусоидального сигнала, коэффициенты гармонических составляющих напряжения, коэффициенты несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям (ГОСТ 13109- 87). Its disadvantage is the small number of measured indicators in unreal time. Such important indicators as the distortion coefficient of the sinusoidal signal, the coefficients of the harmonic components of the voltage, the asymmetry coefficients of the stresses in the reverse and zero sequences (GOST 13109-87) are not measured.

Техническим результатом заявленного изобретения является определение указанных технических характеристик (коэффициентов) в реальном времени. Он достигается тем, что в этом устройстве контроля показателей качества электрической энергии, содержащем соединенные между собой коммутатор, на вход которого поступают измеряемые электрические сигналы, и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к электронно-вычислительной машине, между аналого-цифровым преобразователем и электронно-вычислительной машиной включены сигнальный и цифровой процессоры, на выходы последнего подключены параллельный порт с принтером на выходе, дисплей, клавиатура, таймер - календарь и элемент памяти, а в сигнальном процессоре между входом и первым выходом последовательно включены элемент быстрого преобразования Фурье и вычислитель для вычисления коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения, причем первый выход цифрового процессора соединен со входом вычислителя, на каждом выходе элемента быстрого преобразования Фурье, кроме выхода по основной гармонике сигнала, включены квадраторы, выходы которых подсоединены к сумматору, соединенному с вычислителем, работающем на второй выход сигнального процессора и осуществляющим вычисление коэффициента искажения синусоидального сигнала, причем второй выход цифрового процессора соединен со входом этого вычислителя, а между входом и третьим и четвертым выходами сигнального процессора включены соответственно вычислитель коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности и вычислитель коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности, причем вход каждого вычислителя соединен с третьим и четвертым выходами цифрового процессора соответственно. The technical result of the claimed invention is the determination of these technical characteristics (coefficients) in real time. It is achieved by the fact that in this device for controlling the quality indicators of electric energy, which contains interconnected commutator, the input of which receives measured electrical signals, and an analog-to-digital converter, the output of which is connected to an electronic computer, between the analog-to-digital converter and electronically - the computer includes signal and digital processors, the outputs of the latter are connected to a parallel port with a printer at the output, display, keyboard, timer - calendar and electronic memory component, and in the signal processor between the input and the first output, a fast Fourier transform element and a computer are sequentially included to calculate the coefficient of the nth harmonic component of the voltage, and the first output of the digital processor is connected to the computer input, at each output of the fast Fourier transform element, except the output according to the main harmonic of the signal, quadrants are included, the outputs of which are connected to an adder connected to a computer working on the second output of the signal processor and calculating the distortion coefficient of a sinusoidal signal, and the second output of the digital processor is connected to the input of this calculator, and between the input and the third and fourth outputs of the signal processor are included, respectively, the voltage asymmetry coefficient calculator in the reverse sequence and the voltage asymmetry coefficient calculator in the zero sequence, and the input of each calculator connected to the third and fourth outputs of the digital processor, respectively.

В заявленном устройстве имеется коммутатор 1 (блок-схема на фиг. 1), на входы которого 20, 21, 22 поступают измеряемые напряжения фаз, и соединенный с ним АЦП (поз.2), выход которого подключен к ЭВМ (поз.10), а между АЦП и ЭВМ последовательно включены работающие в реальном времени сигнальный 3 и цифровой 4 процессоры. На выходе последнего подключены параллельный порт 5 с принтером 6, дисплей 7, клавиатура 8, последовательный порт 9 с подключаемой ЭВМ, таймер-календарь 11 для синхронизации измерений и энергонезависимый элемент (блок) памяти 12 для хранения протоколов анализа. The claimed device has a switch 1 (block diagram in Fig. 1), the inputs of which 20, 21, 22 receive the measured phase voltages, and an ADC connected to it (item 2), the output of which is connected to a computer (item 10) and between the ADC and the computer, the signal 3 and digital 4 processors operating in real time are sequentially connected. At the output of the latter, a parallel port 5 with a printer 6, a display 7, a keyboard 8, a serial port 9 with a connected computer, a timer calendar 11 for synchronizing measurements, and a non-volatile memory element 12 for storing analysis protocols are connected.

Для вычисления коэффициентов гармонических составляющих напряжения K_U(n) в % по формуле
K_U(n) = 100 U(n)/U_ном, (1)
где n - номер (порядок) гармоники; U(n) - действующее значение n-й гармоники напряжения; U_ном - номинальное (линейное для трехфазных сетей) напряжение, в сигнальном процессоре между его входом и одним из выходов последовательно включены элемент быстрого преобразования Фурье 13 (блок-схема на фиг. 2) и вычислитель 14, производящий расчеты по формуле (1).To calculate the coefficients of the harmonic components of the voltage K _{U (n)} in% according to the formula
K _{U (n)} = 100 U (n) / U _nom , (1)
where n is the number (order) of the harmonic; U (n) is the effective value of the nth voltage harmonic; U _nom - nominal (linear for three-phase networks) voltage; in the signal processor between its input and one of the outputs, the element of fast Fourier transform 13 (block diagram in Fig. 2) and calculator 14, which performs calculations according to formula (1), are connected in series.

Для вычисления коэффициентов несимметрии напряжений по обратной K_2U и нулевой K_0U последовательностям в % для трехфазной сети по формулам
K_2U = 100U₁₍₁₎/U_ном; (2)
K_0U = 100U₀₍₁₎/U_номф, (3)
где U₂₍₁₎ и U₀₍₁₎ - действующие значения соответственно обратной и нулевой последовательностей основной гармоники: U_номф - номинальное фазное напряжение,
между входами и выходами сигнального процессора 3 (фиг. 2) включены вычислители 15 и 16, производящие расчеты по формулам соответственно (2) и (3).To calculate the voltage asymmetry coefficients for the inverse K _2U and zero K _0U sequences in% for a three-phase network according to the formulas
K _2U = 100U _{1 (1)} / U _nom ; (2)
K _0U = 100U _{0 (1)} / U _nomf , (3)
where U _{2 (1)} and U _{0 (1)} are the effective values of the reverse and zero sequences of the fundamental harmonic, _respectively : U _nomf is the nominal phase voltage,
between the inputs and outputs of the signal processor 3 (Fig. 2) included calculators 15 and 16, performing calculations according to formulas, respectively (2) and (3).

Для вычисления коэффициента искажения синусоидальности (коэффициента искажения синусоидального сигнала) K_U в % по формуле

где m - наибольший порядок учитываемых гармоник,
на выходы элемента быстрого преобразования Фурье 13 включены по числу высших гармоник (m-1) квадраторы 18 (блок-схема на фиг. 3), выходы которых соединены с входами сумматора 19. На выходе последнего включен вычислитель 17, выход которого через выходные зажимы сигнального процессора 3 подключен ко входу цифрового процессора 4. Вычислитель 17 производит расчеты по формуле (4).To calculate the distortion coefficient of the sinusoidality (distortion coefficient of the sinusoidal signal) K _U in% according to the formula

where m is the largest order of harmonics taken into account,
the outputs of the fast Fourier transform element 13 are included in the number of higher harmonics (m-1) squares 18 (block diagram in Fig. 3), the outputs of which are connected to the inputs of the adder 19. At the output of the latter, a calculator 17 is connected, the output of which is through the output terminals of the signal the processor 3 is connected to the input of the digital processor 4. The calculator 17 performs the calculations according to the formula (4).

На каждом из вычислителей 14, 15, 16, 17 имеется вход, соединенный с выходами цифрового процессора 4. Each of the calculators 14, 15, 16, 17 has an input connected to the outputs of the digital processor 4.

Коммутатор 1 и АЦП 2 могут быть выполнены, например, на основе микросхемы АД 2790, при построении сигнального процессора 3 можно использовать микросхемы АД 2115 фирмы Analog Devices, работающие в реальном времени. Цифровой процессор 4 может быть выполнен, например, на однокристальной микроЭВМ сер. 1830 с применением широко известных технических решений [3]. Параллельный порт 5, принтер 6, дисплей 7, клавиатура 8, последовательный порт 9 являются широко известными, выпускаемыми промышленностью элементами. В качестве ЭВМ 10 можно использовать любой IBM PC совместимый компьютер с оперативной системой MS DOS. Таймер- календарь 11 может быть создан на микросхеме 1821. В качестве элемента памяти 12 можно использовать память однокристальной микроЭВМ 1830. Элемент быстрого преобразования Фурье 13 можно построить на основе микросхемы АД 2115 фирмы Analog Devices, позволяющей за один машинный такт реализовать элементарную операцию Фурье. Вычислители 14, 15, 16 и 17 и квадраторы 18 можно построить на обычной элементной базе при использовании известных технических решений [4]. Switch 1 and ADC 2 can be performed, for example, on the basis of the AD 2790 microcircuit. When constructing the signal processor 3, you can use the AD 2115 microcircuits from Analog Devices operating in real time. The digital processor 4 can be performed, for example, on a single-chip microcomputer ser. 1830 using widely known technical solutions [3]. Parallel port 5, printer 6, display 7, keyboard 8, serial port 9 are well-known elements manufactured by the industry. As the computer 10, you can use any IBM PC compatible computer with the operating system MS DOS. The timer calendar 11 can be created on the microcircuit 1821. As a memory element 12, you can use the memory of a single-chip microcomputer 1830. The fast Fourier transform element 13 can be constructed on the basis of the AD 2115 microcircuit of Analog Devices, which allows for the implementation of an elementary Fourier operation in a single clock cycle. Calculators 14, 15, 16 and 17 and quadrators 18 can be built on a conventional elemental base using well-known technical solutions [4].

Заявленное устройство работает следующим образом. The claimed device operates as follows.

Фазные аналоговые сигналы U_a, U_b, U_c со входов 20, 21, 22 коммутатора 1 поочередно подаются на АЦП 2, передающий их цифровые эквиваленты на вход сигнального процессора 3. Последний записывает преобразованные сигналы в буфер и одновременно проводит обработку ранее записанных в буфере сигналов, производя необходимые расчеты - гармонический анализ и вычисление показателей электроэнергии. Цифровой процессор 4, получая от сигнального процессора 3 рассчитанные показатели, проводит их проверку на соответствие требованиям ГОСТ 19705-89 и сохраняет результаты в элементе памяти 12 с метками времени. В случае выхода параметра за допуск и при его возврате в допустимую область цифровой процессор записывает в элементе памяти 12 его значение, указывая также его экстремальные значения.Phase analog signals U _a , U _b , U _c from the inputs 20, 21, 22 of switch 1 are alternately fed to the ADC 2, transmitting their digital equivalents to the input of signal processor 3. The latter writes the converted signals to the buffer and simultaneously processes the previously written in the buffer signals, making the necessary calculations - harmonic analysis and calculation of electricity indicators. Digital processor 4, receiving calculated indicators from signal processor 3, checks them for compliance with the requirements of GOST 19705-89 and stores the results in memory element 12 with time stamps. If the parameter goes beyond the tolerance and when it returns to the acceptable region, the digital processor writes its value in the memory element 12, indicating also its extreme values.

В устройстве предусмотрена возможность работы совместно с ЭВМ, принтером, дополнительной памятью для хранения и последующего анализа на компьютере показателей качества. The device provides the ability to work in conjunction with a computer, printer, additional memory for storage and subsequent analysis on a computer of quality indicators.

Предлагаемое изобретение реализовано в приборе контроля показателей качества электроэнергии ППКЭ-1-50. The present invention is implemented in a device for monitoring power quality indicators PPKE-1-50.

Список литературы
1. Кючуков P. , Лидерски С., Ангелов Д. Аппаратурная реализация комплексного метода оценки качества. В сб: Научные труды ВИММЕ СС. - Русе (Болгария): Техника, 1980, т. 22, N 2, с. 101 - 107.List of references
1. Kuchukov P., Liderski S., Angelov D. Hardware implementation of a comprehensive quality assessment method. In Sat: Scientific works of WIMME SS. - Rousse (Bulgaria): Technique, 1980, v. 22, No. 2, p. 101 - 107.

2. Бажанов Е. И. Аналого-цифровое устройство: проблемы и перспективы. Известия ВУЗов. Электроника. - М.: 1997, N 3 - 4, с. 108. 2. Bazhanov E. I. Analog-digital device: problems and prospects. University News. Electronics. - M .: 1997, N 3 - 4, p. 108.

3. Ланне А.А., Страутманис Г. Ф. Цифровой процессор обработки сигналов КМ 1813 ВЕ1 и его применение. - М.: Экос, 1987, c. 205 - 221. 3. Lanne A. A., Strautmanis G. F. Digital signal processor KM 1813 BE1 and its application. - M .: Ekos, 1987, p. 205 - 221.

4. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике. - М.: Энергоатомиздат, 1987, 320 с. 4. Halperin M.V. Practical circuitry in industrial automation. - M.: Energoatomizdat, 1987, 320 p.

Claims

A device for monitoring indicators of the quality of electric energy, comprising interconnected commutator, the input of which receives measured electrical signals, and an analog-to-digital converter, the output of which is connected to an electronic computer, characterized in that between the analog-to-digital converter and the electronic computer signal and digital processors are included, the outputs of the latter are connected to a parallel port with a printer at the output, a display, a keyboard, a timer-calendar and a memory element and, and in the signal processor between the input and the first output, a fast Fourier transform element and a calculator are included in series to calculate the coefficient of the nth harmonic component of the voltage, and the first output of the digital processor is connected to the input of the calculator, at each output of the fast Fourier transform element, except for the output of the main harmonic of the signal, the included quadrants, the outputs of which are connected to the adder connected to the computer, working on the second output of the signal processor and implementing calculating the distortion coefficient of the sinusoidal signal, the second output of the digital processor connected to the input of this calculator, and between the input and the third and fourth outputs of the signal processor included respectively, the voltage asymmetry coefficient calculator in the reverse sequence and the voltage asymmetry coefficient calculator in the zero sequence, and the input of each calculator is connected with the third and fourth outputs of the digital processor, respectively.