RU2368909C1 - Metre of harmonic signal parametres - Google Patents

Metre of harmonic signal parametres Download PDF

Info

Publication number
RU2368909C1
RU2368909C1 RU2008118853/28A RU2008118853A RU2368909C1 RU 2368909 C1 RU2368909 C1 RU 2368909C1 RU 2008118853/28 A RU2008118853/28 A RU 2008118853/28A RU 2008118853 A RU2008118853 A RU 2008118853A RU 2368909 C1 RU2368909 C1 RU 2368909C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
amplitude
current
block
measurement
Prior art date
Application number
RU2008118853/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Валериевич Бумагин (RU)
Алексей Валериевич Бумагин
Александр Владимирович Руткевич (RU)
Александр Владимирович Руткевич
Константин Викторович Сахаров (RU)
Константин Викторович Сахаров
Владимир Борисович Стешенко (RU)
Владимир Борисович Стешенко
Дмитрий Анатольевич Строганов (RU)
Дмитрий Анатольевич Строганов
Григорий Владимирович Шишкин (RU)
Григорий Владимирович Шишкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Цифровые решения"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Цифровые решения" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Цифровые решения"
Priority to RU2008118853/28A priority Critical patent/RU2368909C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2368909C1 publication Critical patent/RU2368909C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Phase Differences (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is related to electric measurement equipment and is intended for measurement of amplitude, difference of phases and frequency of harmonic signals in different systems, where high efficiency is required, for instance in systems of automatic control. Device consists of squaring circuit, three units of sliding averaging, two linear converters, circuits of square-rooting, clock oscillator, counter of binary pulses, comparator, two multipliers, divider, circuit of nonlinear limitation, trigonometric unit and channel of current amplitude measurement.
EFFECT: reduced time delay from the moment of pickup of discrete counts of inlet signals till production of result (1/4 period), higher accuracy of measurement of difference of phases between current and voltage and possibility to perform assessment of AC parametres with presence of phase and amplitude noise and high order harmonics.
2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения амплитуды, разности фаз и частоты гармонических сигналов с непрерывной выдачей информации в стационарных режимах и во время переходных процессов, где требуется повышенная точность измерений. Изобретение может быть использовано, например, в системах авторегулирования возбуждения электрических машин для измерения амплитуд напряжения и тока, частоты и разности фаз между ними.The invention relates to electrical engineering and is intended to measure the amplitude, phase difference and frequency of harmonic signals with the continuous output of information in stationary modes and during transients, where increased measurement accuracy is required. The invention can be used, for example, in automatic control systems for the excitation of electrical machines for measuring amplitudes of voltage and current, frequency and phase difference between them.

Во время короткого замыкания измеряемые сигналы напряжения и тока обогащаются гармониками высших порядков, кратных основной частоте, амплитудным и фазовым шумом, при этом также наблюдается незначительный уход частоты от номинального значения. Сократить время и уменьшить броски напряжения во время переходного процесса путем авторегулирования возбуждения электрической машины можно за счет сокращения времени измерения параметров входных сигналов (тока, напряжения и разности фаз).During a short circuit, the measured voltage and current signals are enriched with higher-order harmonics that are multiples of the fundamental frequency, amplitude and phase noise, and a slight deviation from the nominal value is also observed. It is possible to reduce time and reduce voltage surges during the transient process by automatically regulating the excitation of an electric machine by reducing the time it takes to measure the parameters of the input signals (current, voltage, and phase difference).

Существующие в настоящее время устройства измерения параметров низкочастотных гармонических сигналов обладают недостатком, выражающимся в существенной для аппаратуры авторегулирования временной задержке с момента измерения до выдачи информации (0,5-1 период измеряемого сигнала), что снижает эффективность их работы, особенно при переходных режимах, например коротком замыкании в сети.Currently existing devices for measuring the parameters of low-frequency harmonic signals have a disadvantage, which is significant for the automatic control equipment time delay from the moment of measurement to the issuance of information (0.5-1 period of the measured signal), which reduces the efficiency of their operation, especially during transient conditions, for example network short circuit.

Известно «Устройство измерения амплитуды сигнала» (патент РФ №2280877 от 20.12.2004) того же назначения, что и предлагаемое, но не имеющее с ним общих признаков и состоящее из генератора опорного напряжения, двух квадраторов, трех перемножителей, восьми интеграторов, блока управления, вычислительного блока и индикатора. На вычислительный блок поступают сигналы, формируемые первыми пятью интеграторами, дополнительно используются результаты интегрирования ортогональных составляющих опорного сигнала и результат интегрирования измеряемого сигнала за время измерения, эти сигналы формируются шестым, седьмым и восьмым интеграторами соответственно. Недостатком данного устройства является большая задержка в выдаче результата измерения (на один период входного сигнала). Не ставится и не решается задача измерения разности фаз между током и напряжением; устройство утрачивает работоспособность при рассогласовании частот опорного генератора и входного сигнала.It is known "Device for measuring the amplitude of the signal" (RF patent No. 2280877 from 12/20/2004) of the same purpose as the proposed one, but not having common features with it and consisting of a reference voltage generator, two quadrators, three multipliers, eight integrators, a control unit , computing unit and indicator. Signals generated by the first five integrators are fed to the computing unit, the results of integration of the orthogonal components of the reference signal and the result of integration of the measured signal during the measurement are additionally used, these signals are generated by the sixth, seventh and eighth integrators, respectively. The disadvantage of this device is the large delay in the issuance of the measurement result (for one period of the input signal). The task of measuring the phase difference between current and voltage is not posed or solved; the device loses performance when the frequencies of the reference oscillator and the input signal are mismatched.

Известно устройство «Цифровой фазометр» (патент РФ №2207579 от 11.01.2002), не имеющее общих признаков с предлагаемым, но обладающее с ним схожим назначением, состоящее из двухканального преобразователя сдвиг фазы - интервал времени, элемента «2И/ИЛИ», первого элемента «И», счетчика, блока сравнения, коммутатора, вычислительного блока, формирователя, времязадающего узла, формирователя импульса конца первого измерения, буферного регистра, генератора квантирующих импульсов, второго элемента «И», формирователя импульса конца второго измерения, элемента задержки, первого элемента «ИЛИ», RS-триггера, второго элемента «ИЛИ», счетчика количества измерительных циклов. Недостатком данного устройства является низкая точность измерения фазы при наличии аддитивного шума, что обусловлено использованием в данном устройстве метода определения разности фаз, заключающийся в измерении длительности интервалов между нулями входных сигналов.The known device "Digital phase meter" (RF patent No. 2207579 from 01/11/2002), which does not have common features with the proposed, but with a similar purpose, consisting of a two-channel converter phase shift - time interval, element "2I / OR", the first element “And”, counter, comparison unit, switch, computing unit, shaper, timing unit, pulse shaper of the end of the first measurement, buffer register, quantizing pulse generator, second element “I”, pulse shaper of the end of the second measurement, ele delay time, the first OR element, RS-trigger, the second OR element, the counter of the number of measurement cycles. The disadvantage of this device is the low accuracy of phase measurement in the presence of additive noise, which is due to the use in this device of a method for determining the phase difference, which consists in measuring the duration of the intervals between the zeros of the input signals.

Известно «Устройство для измерения амплитудных и фазовых характеристик гармонических сигналов» (патент РФ №2089919 от 20.05.94), не имеющее общих признаков с предлагаемым, но обладающее схожим назначением и состоящее из второго блока деления, формирователя управляющих импульсов, первого блока выборки-хранения, второго блока выборки-хранения, сумматора, блока для извлечения квадратного корня из суммы квадратов двух величин, первого переключателя, первого блока деления, тригонометрического преобразователя, второго переключателя, блока сравнения. Недостатками данного устройства является низкая точность измерения вплоть до полной невозможности работы в условиях наличия фазового и амплитудного шума во входном сигнале и гармоник кратных частот, вследствие того что последнее фактически осуществляет мгновенную оценку параметров входных сигналов; не ставится и не решается задача определения амплитуды.The known "Device for measuring the amplitude and phase characteristics of harmonic signals" (RF patent No. 2089919 from 05.20.94), which does not have common features with the proposed, but with a similar purpose and consisting of a second division unit, a shaper of control pulses, the first sampling and storage unit , the second sampling-storage unit, the adder, the unit for extracting the square root of the sum of the squares of two values, the first switch, the first division unit, trigonometric converter, the second switch, the unit tions. The disadvantages of this device is the low accuracy of measurement up to the complete impossibility of operation in the presence of phase and amplitude noise in the input signal and harmonics of multiple frequencies, due to the fact that the latter actually performs an instant estimation of the parameters of the input signals; the problem of determining the amplitude is not posed or solved.

Сущностью изобретения является устройство непрерывного измерения амплитуды тока, напряжения и разности фаз между ними, алгоритм работы которого основан на оценке энергии и взаимной корреляционной функции входных сигналов, произведенных в течение длительности половины периода. Наличие непрерывно производимых интегральных оценок позволяет минимизировать влияние аддитивного и фазового шума и кратных гармоник высших порядков, возникающих при переходных процессах в энергосистемах, на точность измерения информативных параметров. Частота выдачи результата при этом определяется частотой дискретизации измеряемых сигналов.The essence of the invention is a device for continuous measurement of the amplitude of the current, voltage and phase difference between them, the algorithm of which is based on estimating the energy and the mutual correlation function of the input signals generated over a half period. The presence of continuously produced integral estimates makes it possible to minimize the influence of additive and phase noise and multiple higher-order harmonics arising from transients in power systems on the accuracy of measuring informative parameters. The frequency of the result is determined by the sampling frequency of the measured signals.

Достигаемый технический результат заключается в существенном снижении в предлагаемом устройстве временной задержки с момента снятия дискретных отсчетов входных сигналов до выдачи результата по сравнению с рассмотренными известными решениями (

Figure 00000001
периода), повышении точности измерения разности фаз между током и напряжением и возможности производить оценку параметров переменного тока при наличии фазового и амплитудного шума и гармоник высших порядков.The technical result achieved is a significant reduction in the proposed device time delay from the moment of taking discrete samples of the input signals to the output of the result in comparison with the known solutions (
Figure 00000001
period), increasing the accuracy of measuring the phase difference between current and voltage, and the ability to evaluate AC parameters in the presence of phase and amplitude noise and higher-order harmonics.

Сопоставительный анализ с перечисленными измерителями показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых элементов: последовательно соединенных схемы возведения в квадрат, первого блока скользящего усреднения, первого линейного преобразователя и схемы извлечения квадратного корня; последовательно соединенных тактового генератора, счетчика двоичных импульсов, второго блока скользящего усреднения, второго линейного преобразователя, а также компаратора, выход которого соединен со входом сброса счетчика двоичных импульсов; последовательно соединенных первого умножителя, третьего блока скользящего усреднения, делителя, схемы нелинейного ограничения, тригонометрического блока, а также второго умножителя, выход которого соединен со входом делитель делителя, а входы соединены с выходами каналов измерения амплитуды напряжения и тока соответственно, а также с источником постоянной величины α, где α=2; первый, второй и третий блоки скользящего усреднения состоят из сумматора и двух линий задержки, причем первый вход сумматора соединен со входом первой линии задержки, выход сумматора соединен со входом второй линии задержки, а выходы первой и второй линий задержек соединены со вторым и третьим входами сумматора соответственно, причем второй вход является инверсным.A comparative analysis with the listed meters shows that the proposed device is characterized by the presence of new elements: series-connected squaring circuits, the first block of moving averaging, the first linear converter and the square root extraction circuit; a series-connected clock, a binary pulse counter, a second block of moving averaging, a second linear converter, as well as a comparator, the output of which is connected to the reset input of the binary pulse counter; connected in series to the first multiplier, the third block of moving averaging, the divider, the nonlinear limiting circuit, the trigonometric block, and the second multiplier, the output of which is connected to the input of the divider of the divider, and the inputs are connected to the outputs of the channels for measuring the voltage and current amplitudes, respectively, as well as to a constant source quantities α, where α = 2; the first, second and third blocks of moving averaging consist of an adder and two delay lines, the first input of the adder connected to the input of the first delay line, the output of the adder connected to the input of the second delay line, and the outputs of the first and second delay lines connected to the second and third inputs of the adder respectively, the second input being inverse.

Следовательно, устройство удовлетворяет критерию «новизна».Therefore, the device meets the criterion of "novelty."

Сравнение с другими техническими решениями показывает, что в два раза повышено быстродействие и существенно улучшена помехоустойчивость устройства по отношению к гармоникам кратных частот, амплитудному и фазовому шуму во входных сигналах.Comparison with other technical solutions shows that the performance is doubled and the noise immunity of the device is significantly improved with respect to harmonics of multiple frequencies, amplitude and phase noise in the input signals.

Изобретение поясняется следующим графическим материалом:The invention is illustrated by the following graphic material:

фиг.1 - общая функциональная схема измерителя параметров гармонического сигнала;figure 1 is a General functional diagram of the meter parameters of the harmonic signal;

фиг.2 - структурная схема блока скользящего усреднения.figure 2 is a structural diagram of a block of moving averaging.

Устройство состоит из четырех каналов (фиг.1): канала измерения амплитуды напряжения, канала измерения частоты, канала измерения разности фаз тока и напряжения и канала измерения амплитуды тока.The device consists of four channels (Fig. 1): a channel for measuring the amplitude of the voltage, a channel for measuring the frequency, a channel for measuring the difference in phase of the current and voltage, and a channel for measuring the amplitude of the current.

Канал измерения амплитуды напряжения состоит из последовательно соединенных схемы возведения в квадрат 1, первого блока скользящего усреднения 2, первого линейного преобразователя 3 и схемы извлечения квадратного корня 4. Канал измерения амплитуды тока 16 аналогичен каналу измерения амплитуды напряжения. Канал измерения фазы состоит из последовательно соединенных первого умножителя 10, третьего блока скользящего усреднения 11, делителя 12, схемы нелинейного ограничения 13, тригонометрического блока 14, а также второго умножителя 15, выход которого соединен со входом делитель делителя 12, а на входы подаются выходные сигналы канала измерения амплитуды напряжения и канала измерения амплитуды тока 16, и постоянная величина α, где α=2.The channel for measuring the voltage amplitude consists of series-connected squaring circuits 1, the first block of moving averaging 2, the first linear converter 3 and the square root extraction circuit 4. The channel for measuring the current amplitude 16 is similar to the channel for measuring the voltage amplitude. The phase measurement channel consists of a series-connected first multiplier 10, a third block of moving averaging 11, a divider 12, a non-linear constraint 13, a trigonometric block 14, and a second multiplier 15, the output of which is connected to the input of the divider 12, and the output signals are supplied the channel for measuring the amplitude of the voltage and the channel for measuring the amplitude of the current 16, and a constant value α, where α = 2.

Канал измерения частоты состоит из последовательно соединенных тактового генератора 5, счетчика двоичных импульсов 6, второго блока скользящего усреднения 7, второго линейного преобразователя 8, а также компаратора 9, выход которого соединен с входом сброса счетчика двоичных импульсов 6.The frequency measurement channel consists of a series-connected clock generator 5, a binary pulse counter 6, a second moving averaging block 7, a second linear converter 8, and a comparator 9, the output of which is connected to the reset input of the binary pulse counter 6.

Первый, второй и третий блоки скользящего усреднения (фиг.2) состоят из первой и второй линий задержек 18, 19 и сумматора 17, причем первый вход сумматора 17 объединен со входом первой линии задержки 18, а выход сумматора 17 соединен со входом второй линии задержки 19, а выходы первой и второй линий задержек 18 и 19 соединены со вторым и третьим входами сумматора 17 соответственно, причем второй вход сумматора является инверсным. В первом 2 и третьем 11 блоках скользящего усреднения первая линяя задержки 18 обладает глубиной N, где N - количество дискретных отсчетов в полупериоде. Во втором блоке скользящего усреднения 7 первая линяя задержки 18 обладает глубиной К, где К- количество периодов усреднения при измерении частоты.The first, second and third blocks of moving averaging (figure 2) consist of the first and second delay lines 18, 19 and the adder 17, and the first input of the adder 17 is combined with the input of the first delay line 18, and the output of the adder 17 is connected to the input of the second delay line 19, and the outputs of the first and second delay lines 18 and 19 are connected to the second and third inputs of the adder 17, respectively, and the second input of the adder is inverse. In the first 2 and third 11 blocks of moving averaging, the first delay line 18 has a depth N, where N is the number of discrete samples in the half-cycle. In the second block of moving averaging 7, the first delay line 18 has a depth K, where K is the number of averaging periods when measuring the frequency.

Рассмотрим принцип работы измерителя. Представим входные сигналы напряжения и тока в виде основной гармоники с частотой f0 и набора гармоник высших порядков, возникающих при переходных процессах:Consider the principle of operation of the meter. Imagine the input voltage and current signals in the form of a fundamental harmonic with a frequency f 0 and a set of higher-order harmonics arising from transients:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

где n - номер гармоники, φ разность фаз между током и напряжением.where n is the harmonic number, φ is the phase difference between current and voltage.

В энергетических системах во время переходных процессов существенно преобладают нечетные гармоники, особенно третья и пятая. Найдем энергию сигнала при n=2р+1, где р=0,1,2…. Благодаря ортогональности гармонических составляющих сигнала для нечетных гармоник имеем:In energy systems during transients, the odd harmonics prevail, especially the third and fifth. We find the signal energy at n = 2p + 1, where p = 0,1,2 .... Due to the orthogonality of the harmonic components of the signal for odd harmonics, we have:

Figure 00000004
Figure 00000004

где <U2> - оценка среднеквадратичной амплитуды сигнала,where <U 2 > is the estimate of the root mean square amplitude of the signal,

Figure 00000005
- период основной гармоники.
Figure 00000005
- period of the fundamental harmonic.

Тогда оценка среднеквадратичной амплитуды напряжения:Then the estimate of the rms amplitude of the voltage:

Figure 00000006
Figure 00000006

По аналогии для оценки среднеквадратичной амплитуды тока выполняется выражение:By analogy, to evaluate the mean square amplitude of the current, the expression is satisfied:

Figure 00000007
Figure 00000007

Взаимно-корреляционная функция сигналов тока и напряжения с учетом сделанных предположений, при условии высокой корреляции между током и напряжением может быть вычислена как:The cross-correlation function of the current and voltage signals, taking into account the assumptions made, provided that there is a high correlation between current and voltage, can be calculated as:

Figure 00000008
Figure 00000008

Откуда получаем выражение для косинуса разности фаз:From where we get the expression for the cosine of the phase difference:

Figure 00000009
Figure 00000009

Принцип работы канала измерения амплитуды напряжения основан на алгоритме (1), реализованном в дискретном приближении:The principle of operation of the voltage amplitude measurement channel is based on algorithm (1), implemented in a discrete approximation:

Figure 00000010
Figure 00000010

где Uk=U[kT] - дискретные отсчеты входных сигналов напряжения, взятые в момент времени kТ, где Т - период дискретизации.where U k = U [kT ] are the discrete samples of the input voltage signals taken at time kT , where T is the sampling period.

Канал измерения амплитуды напряжения работает следующим образом. Дискретные отсчеты сигнала напряжения XUi поступают на схему возведения в квадрат 1 (фиг.1), где претерпевают нелинейное преобразование, а затем на первый блок скользящего усреднения 2, где вычисляется энергетическая характеристика входного сигнала. После чего полученный результат поступает на первый линейный преобразователь 3, реализованный в виде умножителя на постоянный коэффициент

Figure 00000011
, а далее на схему извлечения квадратного корня 4, откуда снимается оценка амплитуды входного сигнала напряжения, выраженная в масштабе величин входных дискретных отсчетов XUi.The channel for measuring the amplitude of the voltage operates as follows. Discrete samples of the voltage signal XU i go to the squaring circuit 1 (Fig. 1), where they undergo non-linear transformation, and then to the first block of moving averaging 2, where the energy characteristic of the input signal is calculated. Then the result is fed to the first linear converter 3, implemented as a constant factor multiplier
Figure 00000011
and then to the square root 4 extraction scheme, from which the estimate of the amplitude of the input voltage signal, expressed in the scale of the values of the input discrete samples XUi, is taken.

Алгоритм работы канала измерения частоты основан на подсчете количества тактовых интервалов (импульсов) между нулями входного сигнала напряжения. Результат подсчета непрерывно усредняется по К периодам. В практических приложениях выбор К зависит от требуемой точности; рекомендуется К≥8. Так как изменение частоты в энергосистемах происходит медленнее по сравнению с изменением тока, напряжения и разности фаз, то требований высокого быстродействия на канал измерения частоты не налагается.The algorithm of the frequency measurement channel is based on counting the number of clock intervals (pulses) between the zeros of the input voltage signal. The counting result is continuously averaged over K periods. In practical applications, the choice of K depends on the required accuracy; K≥8 recommended. Since the change in frequency in power systems is slower than the change in current, voltage and phase difference, the requirements for high speed are not imposed on the frequency measurement channel.

Канал измерения частоты работает следующим образом. Прямоугольные сигналы с тактового генератора 5 (фиг.1) поступают на вход двоичного счетчика со сбросом 6, где производится подсчет количества тактовых импульсов в течение длительности К периодов. Один раз в полупериод, в момент перепада сигнала сброса, поданного с выхода компаратора 9 (значение пороговой величины γ0, выбираемой в зависимости от уровня шума во входных сигналах), накопленное счетчиком значение подается на второй блок скользящего усреднения 7, где непрерывно усредняется в течение К периодов и затем масштабируется вторым линейным преобразователем 8, реализованным в виде умножителя на постоянный коэффициент

Figure 00000012
. Оценка частоты выдается в единицах количества дискретных отсчетов тактового генератора на половину периода входного сигнала.The frequency measurement channel operates as follows. Rectangular signals from a clock generator 5 (Fig. 1) are input to a binary counter with a reset 6, where the number of clock pulses is calculated over a duration of K periods. Once every half-time, at the time of the difference between the reset signal supplied from the output of the comparator 9 (the threshold value γ 0 selected depending on the noise level in the input signals), the value accumulated by the counter is fed to the second block of moving averaging 7, where it is continuously averaged over By periods and then scaled by a second linear converter 8, implemented as a constant factor multiplier
Figure 00000012
. The frequency estimate is given in units of the number of discrete samples of the clock generator for half the period of the input signal.

Алгоритм работы канала измерения амплитуды тока 16 аналогичен алгоритму работы канала измерения амплитуды напряжения.The algorithm of the channel measuring the amplitude of the current 16 is similar to the algorithm of the channel measuring the amplitude of the voltage.

Принцип работы канала измерения разности фаз между током и напряжением основан на алгоритме (2) в дискретном приближении:The principle of operation of the channel for measuring the phase difference between current and voltage is based on the algorithm (2) in a discrete approximation:

Figure 00000013
Figure 00000013

где Ik=[kT] - дискретные отсчеты входных сигналов тока, взятые в момент kT;where I k = [kT ] - discrete samples of current input signals taken at the moment kT ;

<Ii> - дискретные отсчеты среднеквадратичной оценки амплитуды тока;<I i > - discrete samples of the mean square estimate of the current amplitude;

<FIi>=φ[iT].<FI i > = φ [iT ].

Канал измерения фазы работает следующим образом. Дискретные отсчеты тока и напряжения подаются на первый умножитель 10, который выполняет функцию фазового детектора. С выхода первого умножителя 10 результат подается на третий блок скользящего усреднения 11, с которого снимаются отсчеты взаимно-корреляционной функции между сигналами, вычисленной за время полупериода. Далее последние поступают на вход делителя 12, где нормируются на продукт произведения, снимаемый с выхода второго умножителя 15, на входы которого подаются дискретные отсчеты оценки амплитуды напряжения<Ui>и тока<Ii>16, и постоянная величина α, где α=2. Выходной сигнал с делителя 12 подается на схему нелинейного ограничения 13, работающую в соответствии с правилом:The phase measurement channel operates as follows. Discrete samples of current and voltage are supplied to the first multiplier 10, which performs the function of a phase detector. From the output of the first multiplier 10, the result is fed to the third block of moving averaging 11, from which the samples of the cross-correlation function between the signals calculated over the half-period are taken. Then the latter are fed to the input of the divider 12, where they are normalized to the product of the product taken from the output of the second multiplier 15, the inputs of which are fed with discrete samples of the voltage amplitude <U i > and current <I i > 16, and a constant value α, where α = 2. The output signal from the divider 12 is fed to a nonlinear restriction circuit 13, operating in accordance with the rule:

Figure 00000014
Figure 00000014

С выхода схемы нелинейного ограничения 13 результат поступает на тригонометрический блок 14, производящий вычисление функции arccos(x). С выхода тригонометрического блока 14 снимаются дискретные отсчеты оценки разности фаз между током и напряжением<FIi>.From the output of the nonlinear constraint 13, the result is sent to the trigonometric block 14, which calculates the function arccos (x). The output of the trigonometric block 14 is taken discrete samples of the evaluation of the phase difference between the current and voltage <FI i >.

Предлагаемое устройство позволяет проводить оценку параметров переменного тока при наличии амплитудного и фазового шума, гармоник высших порядков, кратных основной частоте с задержкой в четверть периода с момента снятия дискретных отсчетов до выдачи результата.The proposed device allows to evaluate the parameters of alternating current in the presence of amplitude and phase noise, higher-order harmonics that are multiples of the fundamental frequency with a delay of a quarter of the period from the moment of taking the discrete samples to the output of the result.

На основе практических исследований рабочих характеристик предлагаемого устройства измерения параметров переменного тока промышленной частоты 50 Гц при частоте опорного генератора и частоте дискретизации входных сигналов 20 кГц и коэффициенте гармоник 15% получены следующие показатели: точность измерения амплитуд тока и напряжения - 0,1%; точность измерения разности фаз - 0,1%; точность измерения частоты (при К=8) - 0,02%; задержка измерения параметров с момента снятия дискретных отсчетов до выдачи результатов - 5 мс.Based on practical studies of the performance characteristics of the proposed device for measuring alternating current parameters of an industrial frequency of 50 Hz at a reference oscillator frequency and a sampling frequency of input signals of 20 kHz and a harmonic coefficient of 15%, the following indicators are obtained: accuracy of measuring current and voltage amplitudes - 0.1%; accuracy of phase difference measurement - 0.1%; frequency measurement accuracy (at K = 8) - 0.02%; the delay in measuring parameters from the moment of taking discrete samples to the output of the results is 5 ms.

Claims (1)

Измеритель параметров гармонического сигнала, содержащий канал измерения амплитуды тока, последовательно соединенные схему возведения в квадрат, первый блок скользящего усреднения, первый линейный преобразователь и схема извлечения квадратного корня; последовательно соединенные тактовый генератор, счетчик двоичных импульсов, второй блок скользящего усреднения, второй линейный преобразователь, а также компаратор, выход которого соединен со входом сброса счетчика двоичных импульсов; последовательно соединенные первый умножитель, третий блок скользящего усреднения, делитель, схема нелинейного ограничения, тригонометрический блок, а также второй умножитель, выход которого соединен со входом делителя, а входы второго умножителя соединены с выходами канала измерения амплитуды напряжения и канала измерения амплитуды тока, а также с источником постоянной величины, отличающийся тем, что к третьему блоку скользящего усреднения последовательно подключены делитель, схема нелинейного ограничения и тригонометрический блок; к первому линейному преобразователю подключена схема извлечения квадратного корня, а первый, второй и третий блоки скользящего усреднения состоят из сумматора и двух линий задержки, причем первый вход сумматора соединен со входом первой линии задержки, выход сумматора соединен со входом второй линии задержки, а выходы первой и второй линий задержек соединены со вторым и третьим входами сумматора соответственно, причем второй вход является инверсным. A harmonic signal parameter meter comprising a channel for measuring the amplitude of the current, a series-connected squaring circuit, a first moving averaging unit, a first linear converter and a square root extraction circuit; a series-connected clock, a binary pulse counter, a second block of moving averaging, a second linear converter, and a comparator, the output of which is connected to the reset input of the binary pulse counter; connected in series are the first multiplier, the third block of moving averaging, the divider, the nonlinear limiting circuit, the trigonometric block, and the second multiplier, the output of which is connected to the input of the divider, and the inputs of the second multiplier are connected to the outputs of the voltage amplitude measurement channel and the current amplitude measurement channel, as well as with a constant value source, characterized in that a divider, a non-linear restriction circuit and a trigonometric block are connected in series to the third block of moving averaging ; the square root extraction circuit is connected to the first linear converter, and the first, second, and third moving averaging units consist of an adder and two delay lines, the first adder input connected to the input of the first delay line, the adder output connected to the input of the second delay line, and the outputs of the first and the second delay lines are connected to the second and third inputs of the adder, respectively, and the second input is inverse.
RU2008118853/28A 2008-05-14 2008-05-14 Metre of harmonic signal parametres RU2368909C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008118853/28A RU2368909C1 (en) 2008-05-14 2008-05-14 Metre of harmonic signal parametres

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008118853/28A RU2368909C1 (en) 2008-05-14 2008-05-14 Metre of harmonic signal parametres

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2368909C1 true RU2368909C1 (en) 2009-09-27

Family

ID=41169676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008118853/28A RU2368909C1 (en) 2008-05-14 2008-05-14 Metre of harmonic signal parametres

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2368909C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534376C2 (en) * 2013-02-21 2014-11-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Determination of initial phase of oscillation of nonsinusoidal intermittent electric signal harmonic

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2534376C2 (en) * 2013-02-21 2014-11-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" Determination of initial phase of oscillation of nonsinusoidal intermittent electric signal harmonic

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Phadke et al. Synchronized phasor and frequency measurement under transient conditions
Subasi et al. Detection of generated and measured transient power quality events using Teager Energy Operator
CN102288821B (en) Measuring method, measuring device, measuring procedure and carrier for phase difference of three-phase circuit
CN102135568B (en) Period detection method and phase difference detection method for alternating current signal
CN102033161A (en) Frequency measuring method of alternating current signal
CN105548667A (en) Alternating current signal effective value measuring device
CN102253281A (en) Method for measuring power grid frequency by resisting harmonic interference and automatically changing phase based on software
CN105699738A (en) PWM-based AC signal effective value measurement method
Busarello et al. Zero-crossing detection frequency estimator method combined with a Kalman filter for non-ideal power grid
Roscoe et al. Frequency and fundamental signal measurement algorithms for distributed control and protection applications
CN101937017A (en) Dynamic direct-current removing method for intelligent electric meter during alternating-current sampling
RU2368909C1 (en) Metre of harmonic signal parametres
KR102041677B1 (en) Apparatus for assuring accuracy of harmonic frequency power, Method thereof, and Computer readable storage medium having the same
RU2368910C1 (en) Device for measurement of commercial frequency alternating current parametres
CN102654523A (en) Method and device for judging starting state and shunt running state in electric energy metering
CN102012456A (en) Reactive power measurement method
CN102539913A (en) Higher harmonic component testing apparatus
US9759751B1 (en) Line cycle correlated spectral analysis for power measurement systems
CN103592513A (en) Power signal harmonic analysis method and device
CN109975598B (en) Periodic signal effective value measuring circuit
CN103308759A (en) Active power measurement method and system based on digital filtering
Junput et al. Optimal technique for total harmonic distortion detection and estimation for smart meter
Xia et al. Research on field testing method of digital energy meters based on digital reference meter with high accuracy
RU185970U1 (en) Device for measuring the phase of oscillation
Sharifudin et al. Detection and analysis of power quality disturbances using bilinear time-frequency distribution

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20200313