RU88157U1 - Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии - Google Patents
Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU88157U1 RU88157U1 RU2009125776/22U RU2009125776U RU88157U1 RU 88157 U1 RU88157 U1 RU 88157U1 RU 2009125776/22 U RU2009125776/22 U RU 2009125776/22U RU 2009125776 U RU2009125776 U RU 2009125776U RU 88157 U1 RU88157 U1 RU 88157U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microcontroller
- input
- signal
- measuring
- memory
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии, содержащая последовательно соединенные аналоговый блок, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и интерфейсный блок, связанный с локальной вычислительной сетью, а также подключенные к входу микроконтроллера клавиатуру, часы и Flash-память и подключенный к выходу микроконтроллера индикатор, при этом на измерительные входы аналогового блока подаются измеряемые сигналы, а его управляющий вход соединен с управляющим выходом микроконтроллера, отличающаяся тем, что программное обеспечение функции определения спектральных составляющих входного сигнала выполнено таким образом, что входные отсчеты по времени умножаются на оцифрованную оконную функцию, которая вычисляется предварительно и сохраняется в памяти микроконтроллера, а частоты, амплитуды, фазы гармоник определяются по сохраненному в памяти микроконтроллера набору эталонных частотных характеристик оконной функции, каждая из которых сдвинута по частоте относительно друг друга на величину, определяемую необходимой точностью измерения спектральных составляющих сигнала.
Description
Полезная модель относится к области информационно-измерительной техники, в частности, к устройствам, предназначенным для контроля качества электрической энергии.
Известно устройство для контроля качества электрической энергии, «Прорыв КЭ» (Тухас В.А., Эйнтроп С.А., Шелестов А.С., Пожидаев С.В. Прибор для измерения показателей качества электроэнергии «Прорыв-КЭ». - М.: Технологии ЭМС, 2004, №1, с.57-64), состоящий из измерительных блоков, каждый из которых содержит блок сглаживающих фильтров, входной делитель напряжения, масштабирующий усилитель; микроконтроллера и периферийного блока, включающего интерфейс RS-232, часы и память. Прибор используется для контроля показателей качества электроэнергии, в том числе и для определения спектрального состава сигнала. Спектр сигнала выделяется при помощи быстрого Фурье-преобразования.
Прибор работает следующим образом: измеряемое напряжение каждой из фаз подается на вход своего измерительного блока. На входе установлен блок сглаживающих RC фильтров. После прохождения фильтров напряжение преобразовывается при помощи входного делителя напряжения. Следующим преобразующим устройством является масштабирующий усилитель. Его использование обусловлено необходимостью согласования уровней сигнала, поступающих с выхода входного делителя напряжения, и сигнала, поступающего на вход АЦП. После оцифровки измеряемого сигнала производится выделение первой гармоники напряжения каждой из фаз, с помощью быстрого преобразования Фурье, расчет установившегося отклонения напряжения по ГОСТ 13109-97, выделение частоты сигнала, расчет отклонения частоты. После этого происходит запись рассчитанных и усредненных показателей качества электроэнергии в карту памяти вместе со временем их регистрации. Все эти операции производит микроконтроллер семейства 18051, являющийся блоком обработки и управления прибора. Считывание накопленной в памяти информации осуществляется через порт RS-232 внешней ЭВМ.
Недостатком прибора является низкая точность при определении спектрального состава сигнала, обусловленная тем, что при определении спектрального состава сигнала не учитывается отклонение частоты сигнала, вследствие чего происходит эффект «размытия спектра» и возникают погрешности определения спектральных составляющих сигнала.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является базовый информационный модуль разработки фирмы ГОСАН (Базовый информационно-измерительный модуль. Техническое описание ФЮКВ422231.250ТО. http://www.gosan.ru/download/documentation/files/bim_to_em.pdf), который является многофункциональным микропроцессорным устройством сопряжения с объектами электротехнического назначения, выполняющим функции контроля качества электрической энергии по ГОСТ 13109-97.
Устройство состоит из платы АЦП, содержащей мультиплексор 8×1, масштабирующий усилитель, АЦП, синтезатор частоты и FLASH-блок калибровок; платы процессора, содержащей процессор обработки сигнала, сторож, блоки памяти ОЗУ и FLASH, часы, ионистор; интерфейсных модулей и модуля индикации.
Недостатком данного устройства является аппаратная избыточность, которая заключается в использовании синтезатора частоты, предназначенного для коррекции частоты дискретизации АЦП при изменении частоты измеряемого сигнала с целью устранения эффекта «размытия спектра» и повышения точности определения спектрального состава сигнала.
Целью полезной модели является сокращение аппаратной избыточности устройства и передача функции компенсации влияния изменения частоты входного сигнала на точность определения спектральных составляющих входных сигналов программному обеспечению микроконтроллера.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем последовательно соединенные аналоговый блок, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и интерфейсный блок, связанный с локальной вычислительной сетью, а также подключенные к входу микроконтроллера клавиатуру, часы и Flash-память и подключенный к выходу микроконтроллера индикатор, при этом на измерительные входы аналогового блока подаются измеряемые сигналы, а его управляющий вход соединен с управляющим выходом микроконтроллера, программное обеспечение функции определения спектральных составляющих входного сигнала выполнено таким образом, что входные отсчеты по времени умножаются на оцифрованную оконную функцию, которая вычисляется предварительно и сохраняется в памяти микроконтроллера, а частоты, амплитуды, фазы гармоник определяются по сохраненному в памяти микроконтроллера набору эталонных частотных характеристик оконной функции, каждая из которых сдвинута по частоте относительно друг друга на величину, определяемую необходимой точностью измерения спектральных составляющих сигнала.
На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.
Устройство работает следующим образом. Измеряемые входные токи и напряжения подаются на измерительные входы аналогового блока, в котором подвергаются операциям фильтрации, усиления, нормализации и в заданном микроконтроллером порядке поступают на вход АЦП. Этот блок преобразует измеряемые сигналы в цифровую форму и подает на вход микроконтроллера, который в соответствии с заданной программой вычисляет требуемые показатели качества электрической энергии, отображают их на индикаторе и через интерфейсный блок передает в локальную вычислительную сеть другим устройствам. Клавиатура предназначена для задания режимов работы устройства и ручного ввода различных уставок, часы позволяют определять текущее время, во Flash-памяти хранятся уставки и программа, по которой микроконтроллер производит обработку данных.
Частота контролируемого сигнала может изменяться, при этом в выборке (период времени, за который производится операция измерения) может не быть целого числа периодов синусоидального сигнала. Разрывы, которые образуются в конечных точках выборки, приводят к расширению спектра анализируемого сигнала вследствие появления дополнительных гармоник (фиг.2). В дополнение к появлению боковых лепестков, происходит расширение основного лепестка, что приводит к снижению разрешающей способности по частоте. Этот процесс эквивалентен перемножению входного синусоидального сигнала с прямоугольным импульсом, который имеет известную частотную характеристику sin(x)/x и связанные с этим широкий основной лепесток и боковые лепестки.
Первый боковой лепесток только на 12 дБ ниже основного, боковые лепестки имеют спад только 6 дБ/октаву. Такая ситуация неприемлема для большинства задач анализа спектра. Поскольку в практических приложениях спектрального анализа точные входные частоты неизвестны, уменьшение боковых лепестков достигается выбором оконной функции с более сложной формой, чем прямоугольная, например, оконная функция Кайзера. Входные отсчеты по времени умножаются на соответствующую функцию окна, что влечет за собой обнуление сигнала на краях выборки (фиг.3).
Оцифрованные оконные функции обычно вычисляются предварительно и сохраняются в памяти микроконтроллера с целью минимизации вычислений непосредственно при реализации функций спектрального анализа.
При несоответствии частоты дискретизации частоте сигнала возникает погрешность измерения, проиллюстрированная на фиг.4. Верхняя часть рисунка соответствует идеальному случаю, когда частота дискретизации кратна частоте сигнала. Точками показаны отсчеты спектра, рассчитанные с помощью дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Наибольший по амплитуде отсчет позволяет точно определить частоту, амплитуду и фазу сигнала.
В случае не кратности частот максимальная амплитуда сигнала попадает между отсчетами ДПФ. Определение указанных параметров без учета этого явления приводит к погрешности, показанной на рисунке.
Для устранения погрешности нужно определить, насколько сместился центр оконной функции относительно наибольшего отсчета ДПФ. Для этого используется набор из 64 эталонных моделей оконных функций, смещенных друг от друга на 1/64 разницы частот между двумя отсчетами ДПФ. Эталонная модель представляет собой 5 отсчетов ДПФ, рассчитанных для соответствующим образом смещенного единичного сигнала, помноженного на оконную функцию.
Для определения наиболее подходящего эталона рассчитывается коэффициент корреляции между каждым эталоном и 5 отсчетам ДПФ, полученных при измерении (отсчет с максимальной амплитудой и по два отсчета до и после него). Наибольший коэффициент корреляции указывает на наиболее подходящий эталон, по которому, в свою очередь, можно устранить погрешность измерения.
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволит сократить аппаратную избыточность устройства и передать функции компенсации влияния изменения частоты входного сигнала на точность определения спектральных составляющих входных сигналов программному обеспечению микроконтроллера.
Claims (1)
- Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии, содержащая последовательно соединенные аналоговый блок, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и интерфейсный блок, связанный с локальной вычислительной сетью, а также подключенные к входу микроконтроллера клавиатуру, часы и Flash-память и подключенный к выходу микроконтроллера индикатор, при этом на измерительные входы аналогового блока подаются измеряемые сигналы, а его управляющий вход соединен с управляющим выходом микроконтроллера, отличающаяся тем, что программное обеспечение функции определения спектральных составляющих входного сигнала выполнено таким образом, что входные отсчеты по времени умножаются на оцифрованную оконную функцию, которая вычисляется предварительно и сохраняется в памяти микроконтроллера, а частоты, амплитуды, фазы гармоник определяются по сохраненному в памяти микроконтроллера набору эталонных частотных характеристик оконной функции, каждая из которых сдвинута по частоте относительно друг друга на величину, определяемую необходимой точностью измерения спектральных составляющих сигнала.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125776/22U RU88157U1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125776/22U RU88157U1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU88157U1 true RU88157U1 (ru) | 2009-10-27 |
Family
ID=41353644
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009125776/22U RU88157U1 (ru) | 2009-07-06 | 2009-07-06 | Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU88157U1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2577245C2 (ru) * | 2011-03-24 | 2016-03-10 | Шнайдер Электрик Гмбх | Объединяющий блок и способ работы объединяющего блока |
RU185421U1 (ru) * | 2018-06-26 | 2018-12-04 | Леонид Александрович Плащанский | Высоковольтное устройство автоматизированного мониторинга качества электрической энергии в подземных сетях угольных шахт |
RU189727U1 (ru) * | 2019-02-11 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Модуль измерительный устройства контроля качества электрической энергии |
-
2009
- 2009-07-06 RU RU2009125776/22U patent/RU88157U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2577245C2 (ru) * | 2011-03-24 | 2016-03-10 | Шнайдер Электрик Гмбх | Объединяющий блок и способ работы объединяющего блока |
US9684020B2 (en) | 2011-03-24 | 2017-06-20 | Schneider Electric Gmbh | Merging unit and method of operating a merging unit |
RU185421U1 (ru) * | 2018-06-26 | 2018-12-04 | Леонид Александрович Плащанский | Высоковольтное устройство автоматизированного мониторинга качества электрической энергии в подземных сетях угольных шахт |
RU189727U1 (ru) * | 2019-02-11 | 2019-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" | Модуль измерительный устройства контроля качества электрической энергии |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108710026B (zh) | 基于高精度相频分析的频率稳定度测量方法以及系统 | |
TW200827732A (en) | Filtering techniques to remove noise from a periodic signal and Irms calculations | |
US10161978B2 (en) | Impedance analyzer using square wave stimuli | |
CN112513650A (zh) | 电流传感器配置和校准 | |
CN103983849A (zh) | 一种实时高精度的电力谐波分析方法 | |
RU88157U1 (ru) | Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии | |
CN113791268A (zh) | 一种高频交流电压有效值测量的方法、装置及存储介质 | |
CN104155521A (zh) | 相位差的确定方法和装置 | |
Petrovic | New digital multimeter for accurate measurement of synchronously sampled AC signals | |
Toth et al. | Power and energy reference system, applying dual-channel sampling | |
Valenzuela et al. | Real-time interharmonics detection and measurement based on FFT algorithm | |
US7177771B2 (en) | Digital dynamic filtering and beat frequency reduction for power monitoring | |
CN103592513B (zh) | 电力信号谐波分析方法和装置 | |
JP2000180484A (ja) | 高調波測定装置 | |
JPH03176678A (ja) | Icテスタのac評価方法 | |
JP2011080986A (ja) | フェーザ計測装置 | |
US6469492B1 (en) | Precision RMS measurement | |
RU2363005C1 (ru) | Способ спектрального анализа полигармонических сигналов и устройство для его реализации | |
US6308139B1 (en) | Digital process for determining the effective value of a periodic electric test signal | |
CN103267896B (zh) | 周期信号初相角的测量方法 | |
Kowalewski et al. | Fast high-impedance spectroscopy method using sinc signal excitation | |
Cetina et al. | Analysis and selection of appropriate components for power system metrology instruments | |
KR20170006067A (ko) | 전력 계통의 주파수 추정 장치 | |
KR20040066708A (ko) | 승법알고리즘을 이용한 신개념 디지털 전력측정기 | |
RU2334254C1 (ru) | Устройство для электромагнитного зондирования земной коры |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NF1K | Reinstatement of utility model |
Effective date: 20110720 |
|
QB1K | Licence on use of utility model |
Free format text: LICENCE Effective date: 20111117 |
|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180707 |