RU2039358C1 - Method for measuring active and reactive power components in a c circuits with steady state sine-wave voltage - Google Patents

Method for measuring active and reactive power components in a c circuits with steady state sine-wave voltage Download PDF

Info

Publication number
RU2039358C1
RU2039358C1 SU4898386A RU2039358C1 RU 2039358 C1 RU2039358 C1 RU 2039358C1 SU 4898386 A SU4898386 A SU 4898386A RU 2039358 C1 RU2039358 C1 RU 2039358C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
current
values
input
power components
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.С. Мелентьев
В.С. Шутов
В.С. Баскаков
Original Assignee
Самарский государственный технический университет
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 Самарский государственный технический университет filed Critical Самарский государственный технический университет
Priority to SU4898386 priority Critical patent/RU2039358C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2039358C1 publication Critical patent/RU2039358C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

FIELD: electric measurement technology. SUBSTANCE: method involves measurement of instant current and voltage values in analyzed circuit carried out at time interval corresponding to fixed phase shift, calculation of power components by using measurement results; instant current and voltage values are measured twice at time interval corresponding to 90 deg. phase shift; each time current and voltage are measured simultaneously and power components are calculated from equations given in description of invention. EFFECT: reduced measurement time. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения активной и реактивной составляющих мощности в цепях переменного тока с установившимся синусоидальным режимом. The invention relates to electrical engineering and can be used to measure the active and reactive components of power in AC circuits with a steady sinusoidal mode.

Известен способ определения активной и реактивной мощности (1), заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения тока и напряжения, формируют сигналы, ортогональные измеренным, нормируют их, перемножают напряжение с ортогональной копией тока, ток с ортогональной копией напряжения, ток с напряжением, и их ортогональные копии, которые затем суммируют и вычитают с последующим усреднением за период основной частоты, а затем вычисляют составляющие мощности. Однако данный способ обладает низким быстродействием, обусловленным тем, что время измерения составляет не менее периода входного сигнала. A known method for determining active and reactive power (1), which consists in measuring the instantaneous values of current and voltage, generating signals orthogonal to the measured ones, normalizing them, multiplying the voltage with an orthogonal current copy, current with an orthogonal voltage copy, current with voltage, and their orthogonal copies, which are then summed and subtracted, followed by averaging over the period of the fundamental frequency, and then the power components are calculated. However, this method has a low speed due to the fact that the measurement time is not less than the period of the input signal.

Известен способ измерения активной и реактивной мощности (2), заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения тока и напряжения, их перемножают и усредняют результаты перемножения за период, перемноженные сигналы разделяют по знаку и усредняют отдельно, а затем вычисляют составляющие мощности. Однако данный способ обладает низкой точностью, обусловленной необходимостью выполнения операции перемножения в аналоговой форме, и низким быстродействием, обусловленным тем, что время измерения составляет не менее периода входного сигнала. A known method of measuring active and reactive power (2) is that the instantaneous values of current and voltage are measured, they are multiplied and the results of multiplication are averaged over a period, the multiplied signals are separated by sign and averaged separately, and then the power components are calculated. However, this method has low accuracy, due to the need to perform the operation of multiplication in analog form, and low speed, due to the fact that the measurement time is not less than the period of the input signal.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения активной и реактивной мощности (3), заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения тока и напряжения в n-точках периода, причем мгновенные значения тока и напряжения измеряют со сдвигом по фазе на углы β1 и β2, затем эти значения перемножают для каждого из углов β1 и β2, суммируют и по полученным числовым эквивалента вычисляют составляющие мощности. Недостатком данного способа является низкое быстродействие, обусловленное тем, что наименьшее время измерения составляет не менее 2/3 периода входного сигнала.The closest in technical essence to the invention is a method of measuring active and reactive power (3), which consists in measuring the instantaneous values of current and voltage at n-points of the period, and the instantaneous values of current and voltage are measured with a phase shift by angles β 1 and β 2 , then these values are multiplied for each of the angles β 1 and β 2 , summarized, and power components are calculated from the obtained numerical equivalent. The disadvantage of this method is the low speed due to the fact that the smallest measurement time is at least 2/3 of the input signal period.

Цель изобретения повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения активной и реактивной составляющих мощности в цепях переменного тока с установившимся синусоидальным режимом, включающему измерения мгновенных значений тока и напряжения в исследуемой цепи, выполняемые с временным интервалом, соответствующим фиксированному углу фазового сдвига, вычисление составляющих мощности по результатам измерений, выполняют два измерения мгновенных значений тока и напряжения с временным интервалом, соответствующим углу фазового сдвига 90о, в первом и втором измерениях значения тока и напряжения измеряют одновременно, а составляющие мощности вычисляют по выражениям
p

Figure 00000001
;
Q
Figure 00000002
, где P, Q соответственно активная и реактивная составляющие мощности;
I1, I2 мгновенные значения тока соответственно в первом и втором измерениях;
U1, U2 мгновенные значения напряжения соответственно в первом и втором измерениях.The purpose of the invention is improving performance. This goal is achieved by the fact that according to the method of measuring the active and reactive components of power in alternating current circuits with a steady sinusoidal mode, including measuring the instantaneous values of current and voltage in the circuit under study, performed with a time interval corresponding to a fixed phase shift angle, calculating the power components according to the results measurements are performed by two measuring instantaneous current and voltage values with a time interval corresponding to a phase shift angle of 90 in p and second moat measuring current and voltage values measured at the same time, and power components is calculated from the expression
p
Figure 00000001
;
Q
Figure 00000002
where P, Q are respectively the active and reactive components of power;
I 1 , I 2 instantaneous current values, respectively, in the first and second dimensions;
U 1 , U 2 instantaneous voltage values, respectively, in the first and second dimensions.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие способ; на фиг. 2 схема устройства, реализующего данный способ. In FIG. 1 is a timing chart illustrating a method; in FIG. 2 diagram of a device that implements this method.

Сущность способа состоит в определении активной и реактивной составляющих мощности по двум мгновенным значениям тока и напряжения, первые из которых одновременно измеряют в произвольный момент времени, а вторые через временной интервал, соответствующий углу фазового сдвига 90о, согласно следующим формулам
P

Figure 00000003
; (1)
P
Figure 00000004
, (2) где I1, I2 мгновенные значения тока соответственно в первом и втором измерениях;
U1, U2 мгновенные значения напряжения соответственно в первом и втором измерениях.The essence of the method consists in determining the active and reactive components of power according to two instantaneous values of current and voltage, the first of which are simultaneously measured at an arbitrary moment of time, and the second through a time interval corresponding to a phase angle of 90 about , according to the following formulas
P
Figure 00000003
; (1)
P
Figure 00000004
, (2) where I 1 , I 2 are instantaneous current values, respectively, in the first and second dimensions;
U 1 , U 2 instantaneous voltage values, respectively, in the first and second dimensions.

Если сигналы напряжения и тока в исследуемой цепи содержат только первые гармоники, то
U1 Um sin α1; U2 Um sin (α1 + 90o);
I1 Im sin α2; I2 Im sin (α2 + 90o), где α1,α2 начальные фазы сигналов напряжения и тока.If the voltage and current signals in the circuit under study contain only the first harmonics, then
U 1 U m sin α 1 ; U 2 U m sin (α 1 + 90 o );
I 1 I m sin α 2 ; I 2 I m sin (α 2 + 90 o ), where α 1 , α 2 are the initial phases of the voltage and current signals.

При измерении активной составляющей мощности выражение (1) принимает вид
P

Figure 00000005
sinα1sinα2+
Figure 00000006
sin(α1+ 90°)sin(α2+ 90°).When measuring the active component of power, expression (1) takes the form
P
Figure 00000005
sinα 1 sinα 2 +
Figure 00000006
sin (α 1 + 90 ° ) sin (α 2 + 90 ° ).

Учитывая, что sin (α1 + 90o)=cos α1; sin (α2 + 90o) cos α2, получим
P

Figure 00000007
(sinα1sinα2+ cosα1cosα2).Given that sin (α 1 + 90 o ) = cos α 1 ; sin (α 2 + 90 o ) cos α 2 , we obtain
P
Figure 00000007
(sinα 1 sinα 2 + cosα 1 cosα 2 ).

Так как, sin α1 sin α2 + cos α1 cos α2 cos (α1-α2)=cosφ где φ угол сдвига фаз между напряжением и током, то
P

Figure 00000008
cosφ.Since, sin α 1 sin α 2 + cos α 1 cos α 2 cos (α 1 -α 2 ) = cosφ where φ is the phase angle between voltage and current, then
P
Figure 00000008
cosφ.

Отсюда следует, что выражение (1) соответствует значению активной составляющей мощности. It follows that expression (1) corresponds to the value of the active component of power.

При измерении реактивной составляющей мощности выражение (2) принимает вид
Q

Figure 00000009
sinα1sin(α2+ 90°)-
Figure 00000010
sin(α1+ 90°)sinα2=
Figure 00000011
(sinα1cosα2- cosα1sinα2).When measuring the reactive component of power, expression (2) takes the form
Q
Figure 00000009
sinα 1 sin (α 2 + 90 ° ) -
Figure 00000010
sin (α 1 + 90 ° ) sinα 2 =
Figure 00000011
(sinα 1 cosα 2 - cosα 1 sinα 2 ).

Так как sin α1 cos α2 cos α1 sin α2 sin (α1-α2)=sinφ, то Q

Figure 00000012
sinφ.Since sin α 1 cos α 2 cos α 1 sin α 2 sin (α 1 -α 2 ) = sinφ, then Q
Figure 00000012
sinφ.

Отсюда следует, что выражение (2) соответствует значению реактивной составляющей мощности. It follows that expression (2) corresponds to the value of the reactive component of power.

Устройство, реализующее данный способ, содержит первичные преобразователи 1, 2 напряжения и тока, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 3 и 4, мультиплексор 5, вычислительный блок 6, блок 7 управления, генератор 8 опорной частоты, ключ 9, реверсивный счетчик 10, причем шина напряжения U(t) соединена с входом первичного преобразователя 1 напряжения, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 3, выходы разрядов которого соединены с первой группой входов мультиплексора 5, вторая группа входов которого соединена с выходами разрядов аналого-цифрового преобразователя 4, а выходы соединены с информационными входами вычислительного блока 6, управляющий вход которого соединен в первым выходом блока 7 управления, второй выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора 5, а третий выход с запускающими входами аналого-цифровых преобразователей 3 и 4, выход генератора 8 опорной частоты соединен с первым входом блока 7 управления и входом ключа 9, управляющий вход которого соединен с четвертым выходом блока 7 управления, а выход синхровходом обратного счета счетчика 10, выход заема которого соединен с вторым входом блока 7 управления, третий вход которого соединен с входом предварительной установки реверсивного счетчика 10, входом начальной установки вычислительного блока 6 и шиной "Пуск" устройства, шина тока i(t) соединена с входом первичного преобразователя тока 2, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 4. A device that implements this method contains primary converters 1, 2 voltage and current, analog-to-digital converters (ADC) 3 and 4, a multiplexer 5, a computing unit 6, a control unit 7, a reference frequency generator 8, a key 9, a counter 10, moreover, the voltage bus U (t) is connected to the input of the primary voltage converter 1, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 3, the discharge outputs of which are connected to the first group of inputs of the multiplexer 5, the second group of inputs of which is connected to the outputs poisons of the analog-to-digital converter 4, and the outputs are connected to the information inputs of the computing unit 6, the control input of which is connected to the first output of the control unit 7, the second output of which is connected to the control input of the multiplexer 5, and the third output with the triggering inputs of the analog-to-digital converters 3 and 4, the output of the reference frequency generator 8 is connected to the first input of the control unit 7 and the input of the key 9, the control input of which is connected to the fourth output of the control unit 7, and the output of the countdown clock input Chika 10, the output of the loan of which is connected to the second input of the control unit 7, the third input of which is connected to the input of the preset of the reverse counter 10, the input of the initial installation of the computing unit 6 and the bus "Start" of the device, the current bus i (t) is connected to the input of the primary Converter current 2, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 4.

Первичные преобразователи напряжения 1 и тока 2 осуществляют гальваническую развязку и согласование уровней сигналов исследуемых цепей и измерительной части устройства. The primary converters of voltage 1 and current 2 carry out galvanic isolation and coordination of signal levels of the studied circuits and the measuring part of the device.

Устройство работает следующим образом. После подачи импульса на шину "Пуск" устройства в реверсивный счетчик 10 с информационных входов записывается код Nt fo Δ t, где fo частота импульсов на выходе генератора 8 опорной частоты, Δt T/4

Figure 00000013
период входного сигнала, ω угловая частота. Одновременно вычислительный блок 6 переходит к началу выполнения программы, мультиплексор 5 подключает выходы АЦП 3 к информационным входам вычислительного блока 6.The device operates as follows. After applying a pulse to the "Start" bus of the device, the code N t f o Δ t, where f o the frequency of the pulses at the output of the generator 8 of the reference frequency, Δt T / 4
Figure 00000013
input signal period, ω angular frequency. At the same time, the computing unit 6 goes to the start of the program, the multiplexer 5 connects the outputs of the ADC 3 to the information inputs of the computing unit 6.

По команде с блока 7 управления в момент времени t1 запускаются АЦП 3 и АЦП 4. Величина напряжения на входе АЦП3 в это время пропорциональна U1= Um sin α1, а величина напряжения на входе АЦП 4 пропорциональна току I1=Imsin α2. Одновременно замыкается ключ 9 и импульсы с генератора 8 опорной частоты начинают поступать на вход обратного счета реверсивного счетчика 10.On command from control unit 7, at time t 1, ADC 3 and ADC 4 are started. The voltage at the input of ADC3 at this time is proportional to U 1 = U m sin α 1 , and the voltage at the input of ADC 4 is proportional to current I 1 = I m sin α 2 . At the same time, the key 9 closes and pulses from the reference frequency generator 8 begin to arrive at the input of the countdown of the reverse counter 10.

Блок 7 управления формирует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 6. Код N1v, пропорциональный напряжению U1, записывается в вычислительный блок 6.The control unit 7 generates an input request signal, which is fed to the control input of the computing unit 6. Code N 1v , proportional to the voltage U 1 , is written to the computing unit 6.

После этого по команде с блока 7 управления мультиплексор 5 подключает выходы АЦП 4 к информационным входам вычислительного блока 6. Блок 7 формирует сигнал запроса на ввод, который поступает на управляющий вход вычислительного блока 6. Код N1i, пропорциональный току I1, записывается в вычислительный блок 6.After that, by command from the control unit 7, the multiplexer 5 connects the outputs of the ADC 4 to the information inputs of the computing unit 6. Unit 7 generates an input request signal, which is fed to the control input of the computing unit 6. Code N 1i , proportional to the current I 1 , is written to the computing block 6.

По команде с блока 7 управления мультиплексор 5 подключает выходы АЦП3 к информационным входам вычислительного блока 6. On command from the control unit 7, the multiplexer 5 connects the outputs of the ADC3 to the information inputs of the computing unit 6.

В момент времени t2, когда реверсивный счетчик 10 обнулится, на выходе заема счетчика 10 появится импульс, который поступает в блок 7 управления. По команде с блока 7 управления запускаются АЦП3 и АЦП4. Величина напряжения на входе АЦП3 в это время пропорциональна U2 Umsin(α1+ωΔ t), а величина напряжения на входе АЦП4 пропорциональна I2= Imsin (α2+ωΔ t).At time t 2 , when the reversible counter 10 is reset to zero, an output appears at the output of the loan of the counter 10, which enters the control unit 7. On command from the control unit 7, the ADC3 and ADC4 are started. The voltage at the input of the ADC3 at this time is proportional to U 2 U m sin (α 1 + ωΔ t), and the voltage at the input of the ADC4 is proportional to I 2 = I m sin (α 2 + ωΔ t).

Так как Δt=π/2ω то U2 Umsin (α1 + 90o), а I2= Im sin (α2+ 90o).Since Δt = π / 2ω, then U 2 U m sin (α 1 + 90 o ), and I 2 = I m sin (α 2 + 90 o ).

На выходе блока 7 управления формируется импульс запpоса на ввод и код N2u с выходов АЦП3, пропорциональный напряжению U2, записывается в вычислительный блок 6
После этого по команде с блока 7 управления мультиплексор 5 подключает выходы АЦП4 к информационным входам вычислительного блока 6. Блок 7 управления формирует сигнал запроса на ввод и код N21 и с выходов АЦП4,пропорциональный току I2, записывается в вычислительный блок 6.The output of the control unit 7 generates an input request pulse and the code N 2u from the outputs of the ADC3, proportional to the voltage U 2 , is written to the computing unit 6
After that, by command from the control unit 7, the multiplexer 5 connects the outputs of the ADC4 to the information inputs of the computing unit 6. The control unit 7 generates a request signal for input and code N 21 and from the outputs of the ADC4 proportional to the current I 2 , is written to the computing unit 6.

В вычислительном блоке 6 выполняются вычисления согласно выражениям
Np=

Figure 00000014
NQ=
Figure 00000015

Выходные коды Np и NQ пропорциональны соответственно активной и реактивной составляющим мощности.In computing unit 6, calculations are performed according to the expressions
N p =
Figure 00000014
N Q =
Figure 00000015

The output codes N p and N Q are proportional to the active and reactive power components, respectively.

В качестве АЦП3 и АЦП4 могут быть использованы аналого-цифровые преобразователи параллельного типа с выходными регистрами памяти. As ADC3 and ADC4, analog-to-digital converters of the parallel type with output memory registers can be used.

В качестве вычислительного блока 6 может быть использована микро-ЭВМ или специальное программно-управляемое вычислительное устройство. As the computing unit 6 can be used micro-computers or a special software-controlled computing device.

Данный способ обеспечивает более высокое быстродействие, так как время измерения составляет 1/4 периода входного сигнала. This method provides higher performance, since the measurement time is 1/4 of the input signal period.

Claims (1)

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХ МОЩНОСТИ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С УСТАНОВИВШИМСЯ СИНУСОИДАЛЬНЫМ РЕЖИМОМ, включающий измерения мгновенных значений тока и напряжения в исследуемой цепи, выполняемые с временным интервалом, соответствующими фиксированному углу фазового сдвига, вычисление составляющих мощности по результатам измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, выполняют два измерения мгновенных значений тока и напряжения с временным интервалом, соответствующим углу фазового сдвига 90o, в первом и втором измерениях значения тока и напряжения измеряют одновременно, а составляющие мощности вычисляют по выражениям
Figure 00000016

Figure 00000017

где P и Q соответственно активная и реактивная составляющие мощности;
I1 и I2 мгновенные значения тока соответственно в первом и втором измерениях;
U1 и U2 мгновенные значения напряжения соответственно в первом и втором измерениях.METHOD FOR MEASURING ACTIVE AND REACTIVE COMPONENTS OF POWER IN AC CHAINS WITH STABLE SINUSOIDAL MODE, including measuring instantaneous values of current and voltage in the circuit under study, performed with a time interval corresponding to a fixed angle of the phase shift, the results of the calculation, the calculation component that in order to improve performance, perform two measurements of instantaneous values of current and voltage with a time interval corresponding to the phase shift angle 9 0 o , in the first and second measurements, the values of current and voltage are measured simultaneously, and the power components are calculated by the expressions
Figure 00000016

Figure 00000017

where P and Q are respectively the active and reactive components of power;
I 1 and I 2 instantaneous current values, respectively, in the first and second dimensions;
U 1 and U 2 are instantaneous voltage values, respectively, in the first and second dimensions.
SU4898386 1990-12-29 1990-12-29 Method for measuring active and reactive power components in a c circuits with steady state sine-wave voltage RU2039358C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4898386 RU2039358C1 (en) 1990-12-29 1990-12-29 Method for measuring active and reactive power components in a c circuits with steady state sine-wave voltage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4898386 RU2039358C1 (en) 1990-12-29 1990-12-29 Method for measuring active and reactive power components in a c circuits with steady state sine-wave voltage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2039358C1 true RU2039358C1 (en) 1995-07-09

Family

ID=21553218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4898386 RU2039358C1 (en) 1990-12-29 1990-12-29 Method for measuring active and reactive power components in a c circuits with steady state sine-wave voltage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2039358C1 (en)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1377759, кл. G 01R 21/06, 1988. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1121626, кл. G 01R 21/06, 1984. *
3. Авторское свидетельство СССР N 497530, кл. G 01R 21/06, 1975. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0530138Y2 (en)
US4885656A (en) Digital protective relay
RU2039358C1 (en) Method for measuring active and reactive power components in a c circuits with steady state sine-wave voltage
Kolanko Accurate measurement of power, energy, and true RMS voltage using synchronous counting
RU2075754C1 (en) Method and device for measuring active and reactive power in sinusoidal current circuits
JPS6263885A (en) Time width measuring instrument
RU2038603C1 (en) Method of determination of power factor
SU676948A1 (en) Arrangement for measuring symmetrical components of three-phase ac voltage system
JPS58139074A (en) Ac measuring apparatus
JPS5763459A (en) Reactive power meter
SU737854A1 (en) Frequency-digital wattmeter
SU618690A1 (en) Pulsed voltmeter
RU1809394C (en) Device for measuring harmonic signal frequency
JPS62200268A (en) Digital detection of ac effective value
SU423066A1 (en) DIGITAL CORRELATION PHASOMETER
SU495614A1 (en) Method for measuring electrical power
SU767663A1 (en) Method for measuring phase shift
RU2401432C1 (en) Reactive power measurement device
SU930659A1 (en) Integrating pulse-time converter
SU630748A1 (en) Digital integrating voltmeter
SU771683A1 (en) Trigonometric function generator
RU2212676C2 (en) Signal amplitude measuring device
RU2079884C1 (en) Device which calculates absolute value of second orthogonal constituent of vector
SU875311A1 (en) Digital meter of three-phase network assymetry
SU1483397A1 (en) Method of determining relative level of measuring video pulse time parameters