SU1675900A1 - Устройство дл контрол показателей качества электроэнергии - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерени м в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электрической энергии посто нного напр жени : коэффициента пульсации, отклонени  и колебани  напр жени , а также коэффициента амплитуды и коэффициента формы напр жени . Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей, а именно обеспечениеизмерени и контрол  коэффициента формы и коэффициента амплитуды исследуемого напр жени . Устройство содержит задатчик 1 моментов измерени , преобразователь 2 мгновенных значений напр жени  в цифровой код, задатчик 3 номинальных значений напр жени , блок 4 управлени , блоки 5 и 6 выделени  соответственно максимального и минимального кодов, квадраторы 7 и 8, арифметические блоки 9 и 10, суммирующий счетчик 11, блок 12 извлечени  квадратного корн , логометр 13 и блок 14 индикации. Поставленна  цель достигаетс  тем, что арифметические блоки реализуют операции усреднени  и вычитани  усредненных кодов , что позвол ет вычисл ть коэффициент пульсации, отклонени  и колебани  напр г жени  относительно номинального значени . 6 ил.

Description

«г

сь

ч ел ю о

Фиг.1

Изобретение относитс  к измерени м в энергетике и может быть использовано при контроле показателей качества электрической энергии посто нного напр жени  - коэффициента пульсации, отклонени  и колебани  напр жени , а также коэффициента амплитуды и коэффициента формы напр жени ,

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей, а именно обеспечение измерени  и контрол  коэффициента формы и коэффициента амплитуды исследуемого напр жени .

Суть определени  основного р да показателей качества электроэнергии заключаетс  в том, что

00

ui Л0

+ 2u2xi , О)

где Ux - среднеквадратическое значение исследуемого напр жени ;

Uxo средневыпр мленное значение исследуемого напр жени ;

Uxi - среднеквадратическое значение I- й гармонической составл ющей исследуемого напр жени .

По определению коэффициент пульсации определ етс  из выражени 

Кп

(2)

С учетом (1) выражение (2) принимает

вид

Кп

V - ui

Ux

хо

Отклонени  и колебани  напр жени  определ ютс  из выражений

ДУ

UH

UH

Диакс UMHH UH

где UH - номинальное значение напр жени ;

имакс максимальное значение исследуемого напр жени ;

UMHH - минимальное значение исследуемого напр жени .

Коэффициент формы и коэффициент амплитуды  вл ютс  показател ми качества электроэнергии неосновного р да. Указанные коэффициенты определ ютс  из выражений

Ux

КФ

КА

Uxo

Цмакс

Ux

(6) (7)

На фиг 1 представлена функциональна  схема устройства дл  контрол  показателей качества электроэнергии; на фиг. 2-4 - временные диаграммы работы устройства в

I, II и III режимах соответственно; на фиг. 5 - функциональна  схема первого арифметического блока, на фиг. 6 - функциональна  схема второго арифметического блока. Устройство дл  контрол  показателей

качества электроэнергии (фиг. содержит задатчик 1 моментов измерени , преобразователь 2 мгновенных значений напр жени  в цифровой код, задатчик 3 номинальных значений напр жени , блок 4

управлени , блоки 5 и 6 выделени  максимального и минимального кодов соответственно , первый 7 и второй 8 квадраторы, второй арифметический блок 9, арифметический блок 10, суммирующий счетчик 11,

блек 12 извлечени  кеадрагного корн , ло- гометр 13 и блок 14 индикации.

Блок 4 управлени  предназначен дл  управлени  работой задатчиков 1 и 3 и арифметических блоков 9 и 10 и выполнен в

виде генератора тактовых импульсов.

Первый арифметический блок 10 (фиг, 5) предназначен дл  выполнени  операций

усреднени  - У N кодов, поступивших с

n 1

выхода квадратора 7, а также дл  выполнени  операции вычитани  кодов.

Блок 10 содержит элементы 15-17 задержки записи кодов, узел 18 усреднени 

кодов в виде последовательно соединенных групп 19 элементов И, сумматора 20 кодов, группы 21 элементов И и схемы 22 делени  суммы кодов на число измерений, триггер 23, счетчик 24 числа измерений, узел 25 выбора режима измерени , счетчик 26 на п импульсов, счетчик 27 на 2п импульсов, элемент ИЛИ 28, группу 29 элементов И, узел 30 вычитани  кодов и кнопку 31 Запуск. Второй арифметический блок 9 (фиг. 6)

предназначен дл  выполнени  операций усреднени  кодов, поступивших с выходов блоков 5 и 6 соответственно, а также дл  выполнени  операции вычитани  усредненных кодов. Блок 9 содержит узлы усреднени  максимальных кодов 32 и минимальных кодов 33, выполненные аналогично узлу 18, элементы 34-36 задержки, узел 37 выбора режима измерени , счетчик 38 на п импульсов , триггер 39, группы 40 и 41 элементов И,

счетчик 42 числа измерений и узел 43 вычитани  кодов.

Блок 10 имеет входы 44-46 и выход 47, а блок 9 - входы 48-50 и выход 51, причем входы 44 и 48 блоков 9 и 10  вл ютс  управл ющими и подключены к выходу блока 4

правлени . Входы 45 и 46 блока 10 подклюены соответственно к выходам первого 7 и торого 8 квадраторов, а входы 49 и 50 блока - к выходам блоков 5 и 6 выделени  кодов оответственно.

Счетчики 24 и 42 числа измерений выполнены на п измерений и имеют кодовый выход числа измерений и выход переполнени  счетчика.

Узлы 25 и 27 выбора режима измерени  выполнены в виде трехпозиционного переключател , позвол ющего осуществить выбор: режима I - измерение коэффициента пульсации (верхнее положение подвижных контактов); режима II - измерение отклонений и колебаний напр жени, (среднее полоение подвижных контактов); режима III - измерение коэффициента формы и коэффициента амплитуды (нижнее положение повижных контактов).

Узлы 18, 32 и 33 усреднени  кодов работают следующим образом (фиг. 3 и 4).

Коды, пропорциональные квадрату напр жени  (дл  узла 18) или значению напр жени  (дл  узлов 32 и 33), поступают на вход сумматора 20 через группу 19, только при наличии на первом входе элементов И группы 19 сигнала логической единицы и поступлении управл ющего импульса по входу 44 через элемент 15 на второй вход элементов группы 19. При поступлении п импульсов в сумматоре 20 накапливаетс  сумма

nn

2 Mr кодов или Ј NJ (дл  узлов 32 и 33). Код

11 1

этой суммы поступает через элемент группы 21 на первый вход счеты 22 только при по влении на первом входе элементов И группы 21 разрешающего импульса. На втором входе схемы 22 присутствует код числа п измерений, поступающий с кодового выхода счетчика 24. В результате делени  в схеме 22 кода суммы на код числа измерений завершаетс  выполнение алгоритма усред1 п1 п

ненных кодов - Nr или -- N, (дл 

п, 1

п,1

узлов 32 и 33).

Первый арифметический блок 10 (фиг. 3) работает следующим образом.

В исходном состо нии сумматор 20узла 18, триггер 23 и счетчики 24, 26 и 27 наход тс  в нулевом состо нии. В режиме I измерени  коэффициента пульсации (верхнее положение подвижных контактов узла 25) при нажатии на кнопку 31 импульсом по S-входу триггер 23 переводитс  в единичное состо ние. С приходом первого управл ющего импульса по входу 44 узел 18 начинает выполнение алгоритма усреднени  кодов

(момент хз на фиг. 2), поступающих по входу 45. Одновременно с этим управл ющие импульсы поступают на вход счетчика 24 числа измерений и счетчика 26 импульсов. Счетчик 24 подсчитывает импульсы и при достижении числа п, равного числу измерений, формирует на выходе переполнени  импульс , который по R-входу переводит в нулевое состо ние триггер 23, отключающий

0 вход 45. При этом на кодовом выходе счетчика 24 присутствует код числа измерений. После выполнени  операции делени  в схеме 22 завершаетс  алгоритм усреднени  кодов . Одновременно с этим при достижении

5 числа п импульсов счетчик 26 формирует на выходе импульс, который через элемент ИЛИ 28 и элемент 17 поступает на первый вход элементов И группы 29. С приходом этого разрешающего импульса присутству0 ющий на втором входе элементов И группы 29 код вводитс  в узел 30 вычитани  кодов (момент ts). В результате выполнени  операции вычитани  на выходе 47 по вл етс  код разности (момент te).

5В режиме II измерени  отклонений и

колебаний напр жени  (среднее положение подвижных контактов узла 25) при нажатии на кнопку 31 импульсом по S-входу триггер 23 переводитс  в единичное состо ние (мо0 мент хз фиг. 3). Далее узел 18 выполн ет алгоритм усреднени  кодов аналогично описанному в режиме I. Однако после прихода п управл ющих импульсов на входе счетчика 27 импульс отсутствует и, следовательно,

5 на первом входе элементов И группы 29 присутствует сигнал запрета записи кода. При поступлении на вход счетчика 27 2п управл ющих импульсов на его выходе формируетс  импульс, поступление которого

0 через элемент ИЛИ 28 и элемент 17 на первый вход элементов И группы 29 разрешает запись кода, поступившего по входу 46 в узел 30 вычитани  (момент tn). В оезультате выполнени  операции вычитани  на выходе

5 47 по вл етс  код разности (момент ш).

В режиме III измерени  коэффициента формы и коэффициента амплитуды (нижнее положение подвижных контактов узла 25) импульсы управлени  накапливаютс  в

0 счетчике 24. Однако суммирование кодов, выполненное в узле 18, не производитс , поскольку на первом входе элементов И группы 19 присутствует сигнал уровн  логического нул . С приходом на вход счетчика

5 24 n-го импульса на его выходе формируетс  сигнал, который переводит по S-входу триггер 23 в единичное состо ние. При этом по каждому управл ющему импульсу, начина  с ( 1)-го, узел 18 начинает суммирование кодов, поступающих по входу

45 {момент te на фиг. 4), а счетчик 24 - счет импульсов.

Выполнение алгоритма усреднени  в узле 18 аналогично описанному в режимах I и II.

Поскольку, в течение всего времени 2Т0 на первом входе элементов И группы 29 присутствует логический нуль, то поступление кода по входу 46 в узел 30 запрещено и на выходе 47 повтор етс  выходной код уз- ла 18 (момент tg).

Второй арифметический блок 9 (фиг. 6) работает следующим образом.

В исходном состо нии сумма горы узлов 32 и 33, счетчики 38 и 42 и триггер 39 нахо- д тс  в нулевом состо нии. В режиме I узел 37 выбора режима (верхнее положение подвижных контактов) отключает вход 48, и блок 9 в работе устройства не участвует.

В режиме II (среднее положение по- движных контактов) управл ющие импульсы по входу 48 через элемент 34 и контакты узла 37 поступают на вход счетчика 38, где за врем  Т0 накапливаетс  п импульсов. При достижении числа п импуль- сов на выходе счетчика 38 формируетс  импульс переполнени , который переводит триггер 39 в единичное состо ние. Наличие на первых входах узлов 32 и 33 и элемента И 40 логической единицы позвол ет с при ходом (п+1)-го импульса начать выполнение алгоритма усреднени  (момент te на фиг. 3) в узлах 32 и 33 и подсчет импульсов счетчиком 42.

При накоплении в счетчике 42 числа п импульсов на выходе переполнени  счетчика формируетс  сигнал, который через элемент 35 разрешает выполнение операции делени  в узлах 32 и 33 (операци  завершаетс  в момент tio). Одновременно с этим сигнал переполнени  через контакты узла 37 и элемент 36 поступает на первый вход элементов И группы 41 и разрешает (момент tio) ввод кода по первому входу блока 43 вычитани  кодов. В результате выполнени  операции вычитани  на выходе 51 присутствует (момент tia) код разности выходных кодов узлов 32 и 33.

В режиме III измерени  коэффициента формы и коэффициента амплитуды (нижнее положение подвижных контактов узла 37) работа арифметического блока 9 аналогична работе этого блока в режиме И за исключением того, что при накоплении в счетчике 42 числа п импульсов (фиг. 4) сигнал переполнени  счетчика не проходит через контакты узла 37 на вход элемента 36. В результате этого на первом входе элементов И группы 41 присутствует запрещающий сигнал, а выходной код узла 33 не

проходит на первый вход узла 43. При этом выходной код узла 32, поступивший на второй вход узла 43, повтор етс  (момент ts) на выходе 51.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

В исходном состо нии блок 10 подготовлен к измерению, суммирующий счетчик 11 установлен в нулевое состо ние,  чейки логометра 12 очищены, исследуемый сигнал на выходе устройства отсутствует.

В режиме I исследуемое напр жение поступает на вход преобразовател  2,

По команде с блока 4 задатчик 1 выдает за врем  Т0 число импульсов, равное п (фиг. 2), запускающих преобразователь 2 в моменты времени

I tr n где i 1, 2п.

С приходом с задатчика 1 каждого из п импульсов на вход преобразовател  2 осуществл етс  его запуск на преобразование мгновенного значени  исследуемого напр жени  в цифровой код NI. Эти коды поступают на выходы суммирующего счетчика 11 и квадратора 7. За врем  измерени  Т0 в суммирующем счетчике 11 образуетс  код, пропорциональный средневыпр мленному значению напр жени 

1

То

1

Uxo - / Uxi(t)dts-L 2 Ni, (8)

о о | 1

где Uxi(t) - мгновенное значение исследуемого напр жени .

Этот код поступает в  чейку логометра 13 и фиксируетс  в ней (моменту). Одновременно с этим коды NI поступают в квадратор 7 (момент t2). После возведени  в квадраторе 7 коды NI поступают на вход 45 блока 10. За врем  поступлени  п управл ющих импульсов на выходе узла 18 образуетс  код, пропорциональный квадрату текущего среднеквадратического значени  исследуемого напр жени  (момент t4)

ux2 -f-T/u2xl(t)dtS-iЈ

о 0II j - 1

В тот же момент времени t4 код суммирующего счетчика 11 возводитс  в квадрат в квадраторе 8 и по входу 46 вводитс  в блок 10 на вычитание (момент ts). В результате выполнени  операции вычитани  на выходе 47 образуетс  код (момент te), пропорциональный сумме квадратов действующих значений гармоник переменной составл ющей напр жени .

После извлечени  квадратного корн  в блоке 12 извлечени  квадратного корн  код фиксируетс  в  чейке логометра 13 (момент

t). Далее в логометре 13 осуществл етс  деление кода, пропорционального корню квадратному из суммы квадратов действующих значений гармоник, на код, пропорциональный средневыпр мленному значению напр жени , и в блоке 14 индикации фиксируетс  значение коэффициента пульсации.

В режиме II устройство работает следующим образом.

В исходном состо нии блоки 9 и 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 в нулевом состо нии. По команде блока 4 управлени  задатчик 1 выдает за врем  первого цикла п импульсов на запуск преобразовател  2, а задатчик 3 номинальных значений напр жени  выдает номинальное значение исследуемого сигнала. Преобразователь 2 преобразует значени  номинального сигнала UHi в цифровые коды NHI, которые поступают в счетчик 11, начина  с момента t2 (фиг. 3), где за врем  Т0 измерени  образуетс  код, пропорциональ1 п

ный номинальному напр жению - Т NH|.

п i i

Полученный результат фиксируетс  в лого- метре 13 (момент t4).

Одновременно с этим преобразованием возведенные в квадрат в квадраторе 7 номинальные коды N Н) с момента гз поступают на вход 45 блока 10 дл  выполнени  алгоритма усреднени . В результате выполнени  алгоритма усреднени  кодов (момент ts) на выходе узла 18 образуетс  код, про- порциональный квадрату номинального напр жени  - Ј NHJ. П i -- 1

I 1

С приходом (rn-l)-ro импульса с задатчи- ка 1 (момент te) начинаетс  второй цикл из- мерени  длительностью То, в котором коды мгновенных значений исследуемого напр жени  NI с момента t поступают в суммирующий счетчик 11, где к моменту tg

1 п

образуетс  код - 2 NI. Этот код возвоn i 1

дитс  в квадрат (момент tg) в квадраторе 8 и по входу 46 вводитс  в момент tn в блок 10 на вычитание. В результате выполнени  в блоке 10 операции вычитани  на выходе 47 образуетс  код (момент из), пропорциональный квадрату отклонений исследуемого напр жени . После извлечени  квадратного корн  в блоке 12 код фиксиру- етс  в  чейке логометра 13 (момент ш). Да- .лее в логометре 13 осуществл етс  деление кода, пропорционального разности исследуемого и номинального напр жений, на код, пропорциональный номинальному значению напр жени , и в блоке 14 фиксируетс  отклонение исследуемого напр жени  AV.

Одновременно с этим, начина  с момента t, коды NI поступают в блоки 5 и 6 выделени  максимального -и минимального кодов соответственно, где осуществл етс  сравнение кодов с номинальным кодом и выделение максимального NMBKCI и минимального NMHHI кодов.

Коды Ммакс поступают на вход 49, а коды NMKHI на вход 50 блока 9. К моменту времени ш на выходе 51 образуетс  код, пропорциональный разности максимального и минимального значений напр жени , который фиксируетс  в логометре 13 (момент 112). После выполнени  в логометре 13 операции делени  этого кода на значение номинального кода в блоке 14 индикации фиксируетс  результат, соответствующий колебанию исследуемого напр жени  д V.

В режиме 111 устройство работает следующим образом.

В исходном состо нии блоки 9 и 10 подготовлены к измерению, суммирующий счетчик 11 в нулевом состо нии. По команде блока 4 управлени  задатчик 1 выдает за врем  То первого цикла п импульсов (фиг. 4) на запуск преобразовател  2, а задатчик 3 выдает номинальное значение исследуемого сигнала. Преобразователь 2 преобразует мгновенные значени  номинального сигнала UHi в цифровые коды NHi, которые поступают в счетчик 11, где за врем  То измерени  образуетс  код, пропорциональный номинальному напр же1 п нию - Мнь, фиксируемый в  чейке

n i 1 логометра 13.

С приходом (п+1)-го импульса с задатчи- ка 1 (момент ta) начинаетс  второй цикл измерени  длительностью Т0, в котором коды мгновенных значений исследуемого напр жени  Nj с момента t4 поступают в суммирующий счетчик 11, где к моменту t образуетс  код, пропорциональный средне- выпр мленному значению напр жени , фиксируемый в  чейке логометра 13. Одновременно с этим преобразованием коды NJ, поступившие на вход квадратора 7, возвод тс  в квадрат и поступают с момента te на вход 45 блока 10 дл  выполнени  алгоритма усреднени . В момент времени tg на выходе 47 блока 10 по вл етс  код, пропорциональный квадрату действующего значени  выпр мленного напр жени , подаваемого на вход блока 12. После извлечени  квадратного корн  в блоке 12 код, пропорциональный среднеквадратическому значению напр жени , в момент tio фиксируетс  в свободной  чейке логометра 13, Далее в последнем осуществл етс  деление данного кода на код, пропорциональный средневыпр мленному значению напр жени , и в блоке 14 индикации фиксируетс  результат, соответствующий коэффициенту формы исследуемого напр жени .

Claims (1)

1. Одновременно с этим преобразованием с момента t4 коды NI поступают в блоки 5 и 6 выделени  максимального и минимального кодов соответственно, где осуществл етс  сравнение кодов с номинальным кодом и выделение максимального ММакс и минимального NMMH кодов. Эти коды поступают соответственно на входы 49 и 50 блока 9, В результате преобразовани  кодов в блоке 9 в момент времени te на выходе 51 присутствует код, пропорциональный максимальному значению исследуемого напр жени , фиксируемый а свободной  чейке логометра 13. В результате выполнени  в логомет- ре 13 операции делени  (момент ш) кода, пропорционального максимальному значению напр жени , на код, пропорциональный среднеквадратическому значению напр жени , в блоке 14 фиксируетс  результат , соответствующий коэффициенту амплитуды исследуемого напр жени . Формула изобретени  Устройство дл  контрол  показателей качества электроэнергии, содержащее лого- метр, блок индикации, преобразователь мгновенных значений напр жени  в цифровой код, первый квадратор, первый арифметический блок, блок извлечени  квадратного корн , задатчик номинальных значений напр жени , задатчик моментов измерени , блок управлени , суммирующий счетчик, второй квадратор, блоки выделени  максимального и минимального кодов и второй арифметический блок, вход преобразовател  мгновенных значений  вл етс  информационным входом устройства, а выход подключен к счетному входу суммирующего счетчика, входам блоков выделени  минимального и максимального кодов и входу первого квадратора, выход которого соединен с входом уменьшаемого первого арифметического блока, вход вычитаемого и выход которого соединены соответственно с выходом второго квадратора, входом блока извлечени  квадратного корн , выход которого соединен с входом делимого логометра, выход и вход делител  которого соединены соответственно с входом блока индикации и выходом второго арифметического блока, входы уменьшаемого и вычитаемого которого соединены с выходами блоков выделени  максимального и минимального кодов соответственно, выход суммирующего счетчика соединен с входом второго квадратора, отличающеес  тем, . что, с целью расширени  функциональных

   возможностей, выход блока управлени  соединен с синхровходами первого и второго арифметических блоков, управл ющие входы которых  вл ютс  первыми и вторыми управл ющими входами устройства, при

   0 этом первый арифметический блок содержит три элемента задержки, узел усреднени  кодов, триггер, счетчик числа измерений, узел выбора режима измерени , счетчик п импульсов, счетчик 2п импульсов,

   5 элемент ИЛИ, группу элементов И, узел вычитани  кодов и кнопку Запуск, выход которой соединен с входом запуска узла выбора режима измерени , первый и второй выходы запуска которого соединены между

   0 собой и подключены к входу установки триггера , вход сброса и выход которого соединены с выходом сброса узла выбора режима и входом разрешени  узла усреднени , синх- ровход, информационный вход, вход дели5 тел  и выход которого соединены соответственно с выходом первого элемента задержки, синхровходом узла выбора режима измерени , счетным входом счетчика, входом уменьшаемого первого арифметиче0 ского блока, выходом счетчика, входом делимого делител , вход делител  и выход которого соединены соответственно с выходом группы элементов И и выходом первого арифметического блока, выход переполне5 ни  счетчика числа измерений соединен с вторым входом узла выбора режима измерени  и входом второго элемента задержки, выход которого соединен с входом фиксации результата узла усреднени  кодов,

   0 счетные входы счетчиков п и 2п импульсов соединены соответственно с первым ивто- рым синхровыхдцами узла выбора режима измерени , а выходы переполнени  -с входами элемента ИЛИ, выход которого соеди5 нен с входом третьего элемента задержки, выход которого соединен с первыми входами группы элементов И, вторые входы которых  вл ютс  входом вычитаемого первого арифметического блока, а второй арифмети0 ческий блок содержит узел усреднени  мак- симальных кодов, узел усреднени  минимальных кодов, три элемента задержки , узел выбора режима измерени , счетчик п импульсов, триггер, две группы элементов

   5 И, счетчик числа измерений и узел вычитани  кодов, выход которого  вл етс  выходом второго арифметического блока, а вход уменьшаемого и вход вычитаемого соединены соответственно с выходом узла усреднени  максимальных кодов и выходами

   групп элементов И, первые входы которых соединены с выходами узла усреднени  минимальных кодов, а вторые входы - с выходом третьего элемента задержки, вход которого соединен с выходом фиксации результата узла выбора режима измерени , синхровход которого соединен с выходом первого элемента задержки, вход которого  вл етс  синхровходом второго арифметического блока, синхровход узла выбора режима измерени  соединен со счетным входом счетчика п импульсов, первым входом элемента И, синхровхода- ми узлов усреднени  максимального и минимального кодов, информационные

   «t,

   I .

   lUL

   Риг 2 M

   0

   5

   входы которых  вл ютс  соответственно входами уменьшаемого и вычитаемого второго арифметического блока, а входы разрешени  подключены к выходу триггера и второму входу элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика числа измерений , информационный выход которого соединен с входом делител  узлов усреднени  максимального и минимального кодов, вход фиксации результатов которых соединен с выходом второго элемента задержки и входом фиксации результата узла выбора режима измерени , выход переполнени  счетчика числа измерений соединен с входом второго элемента задержки,

   41

   t

   -

   If

   t

   -

   i