Способ определения электрических мощностей в системе генератор-преобразователь-потребитель

(56) Авторское свидетельство СВ 1121626, кл. С 01 В, 21/06, 1Авторское свидетельство СССпо заявке В 4112336, кл. С 011986. ре у(57) Изобретение относится к цифровоэлектроизмерительной технике и можетбыть использовано при оценке снабжения электроэнергией в электрическихи энергетических цепях для повьвпенняэффективности распределения и передачи энергии от генераторов к потребиП ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О телям, содержащих, как промежуточноезвено, преобразователь. Цель изобтения - повышение точности измеренийраспределения и передачи обменной иреактивной энергии в системе генера-.тор - преобразователь - потребитель,когда существуют интервалы времени,на которых генератор (преобразователь) отключен от преобразователяи потребителя (потребителя), приразличной интенсивности преобразования электромагнитной энергии, поступающей от генератора в потребитель,в другие виды энергии на протяженииработы системы. Для этого определяютток потребителя х(й) и вычисляютинтегралы квадратов мгновенных значений тока нотребителя для интерваловвремени, когда мгновенная мощностьотрицательная, положительная и равнанулю. Реактивную мощность С 1 вычисляют по Формулам, приведенным в текстеописания. 1 нл.Изобретение относится к цифровой электроиэмерительной технике и может быть использовано при оценке снабжения электроэнергией в электротехни;5 ческих и энергетических цепях для повышения эффективности распределения и передачи электроэнергии от генераторов к потребителям, содержащих, как промежуточное звено, преобразо О ватель.Цель изобретения - повышение точности измерений распределения и передачи обменной и реактивной энергии в системе генератор - преобразова тель - потребитель, когда существуют интервалы времеНи, на которых генератор (преобразователь) отключен от преобразователя и потребителя потребителя). 20На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения электрических мощностей в системе генератор -преобразователь - потребитель.Устройство содержит датчик 1 напряжения, датчик 2 тока, блок 3 умножения, блок 4 определения знака, блоки 5 и 6 интегрирования, датчик30 тока, блок 8 возведения в квадрат, коммутатор 9, блоки 10 - 12 интегрирования, аналого-цифровые преобразователи 13-17, вычислитель 18, блок 19 индикации, блок 20 сопряжения и пульт 21 управления, Выходы датчиков 1 и 2 напряжения и тока подключены к входам блока 3 умножения, выход которого подключен к входу блока 4 определения знака, первый выход кото 40 рого подключен к блоку 5 и первому входу Коммутатора 9, второй - к входу блока б и второму входу коммутатора 9, а третий - к третьему входу коммутатора 9, четвертый вход которо 45 го через блок 8 возведения в квадрат подключен к выходу датчика 7 тока, а первый - третий выходы подключены к входам блоков 1 О - 12 соответственно, выходы блоков 5, б, О, 11 и 12 через 50 аналого-цифровые преобразователи 13 17 подключены к входам вычислителя 18, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам блоков 5, 6, 10, 11 и 12, кроме того, вьчи 55 слитель 18 соединен с блоком 19 индикации, блоком 20 сопряжения и пуль,том 21 управления.При оценке обменных процессов в системе генератор - преобразователь - потребитель требуется рассмотреть сечение генератор - преобразователь и преобразователь - потребитель, На периоде работы системы существуют три характерных интервала:интервал длительности Т , когда+ мгновенная мощность, поступающая, от генератора (преобразователя) в преобразователь и потребитель (потребитель), положительная;интервал длительностью й , когда мгновенная мощность, поступающая от генератора (преобразователя) в преобразователь и потребитель (потребитель), отрицательная;интервал длительностью 1 , когдао генератор (преобразователь) отключен от преобразователя и потребителя (потребителя), для которых выполняется соотношение+С+=Т. Для определенности в дальнейшем рассмотрим обменные процессы при расчете активной, обменной и реактивной мощностей.и энергии в сечении преобразователь - потребитель (для сечения генератор - преобразователь аналогично).Исходя из теоремы Умова-Пойтинга, поток энергии от генератора к потребителю через преобразователь за период работы представим интегралом вида т т- (пап)а:О,+ а ц а Пусть очередность следования интервалов периода Т равна Т, Тогда интеграл (1) запишем в форме(пап)ае: ,Огде т; - (пап)ас =аи (.)(:1 й; где Р (С) - мощность, связанная с рассеянием энергии и ее преобразованием в иные виды;ЙЩ- изменение энергии накопиЙ 1телей,(энергия на интервалеот генератора и преобразователя к потребителю 10 не поступает, превращение энергии в другие формы осуществляется за счет энергии, содержащейся в накопителях потребителя); й(д5 1д фФ(1)Н 1) 0; Ь 0 25Ы - энергия, поступающая от генератора и преобразователя к потребителю;(+) ( ) (-)М- энергия, преобразуемая в потребителе в другие формыэнергии соответственно на интервалаховремени й35 +Ь У, Ь Ъ Ь У- изменение энергии, накопленной в накопителях электромагнитной энергии потребителя соответственно на интервалах времени+ о40фВ соответствии с определением обменной энергии наличие интервала Фв системе генератор - преобразовательприводит к возможности определенияобменной энергии через сечение преобразователь - потребитель двумя способами. М =К +ЬМСогласно первому способу определе ния обменной энергии в системе генератор - преобразователь - потребитель обменная энергия И ,через сечение преобразователь - потребитель равна энергии Д У , накопленной в потреби+55 теле в конце интервалапаа)ае =,аа о з +о- ай(-Й(. ) 1 ей при Р(й)0;Е Е при Р(С)0;при Р(г.),= О.Переменные в выражениях (2) - (4) имеют следующие значения:Ро (")3 Ро , Р- мгновенная мощность преобразования энергии в потребителе в другие формы энергии соответственно на интервалах временийй(е) дя(е) йа (е)мгновенная мощность (изменение энергии) в накопителях электромагнитной энергии потребителя соответственно на интервалах времени й, С ,Интервалы 1 , 1 , С могут состоять из нескольких не связанных между собой подынтервалов.. Если перейти от мгновенных значений указанных величин к интегральной форме, то имеют место следующие соотношения;(14) 55 Энергия И , на интервале 1 прео) вращается в другие формы энергии Ю а на интервале 1 наряду с превращением н другие формы У) возвращается в генератор (-Я ).Обменная энергия Ю через сечение преобразователь - потребитель по второму способу равна энергии, накопленной в накопителях потребителя в 10 конце интервала Ю =У -4 -1),И =Н(о) 1.;И Энергия И, на интервале С преобразуется в другие формы М и возвращается в генератор и преобразователь 20 (-1) ),Выражения для обменной мощности с учетом формул (5) и (6) имеют видФормулы (7) и (8) совпадают с реактивной мощностьк) в записи: 1 - Ч - ЬЫ(1 ), 40 которые для схем синусоидального тока и напряжения эквивалентны общеприФнятым определениям реактивной мощности и поэтому распространены на схемы с несинусоидальными токами и напряжениями,Тепло Ы, выделяемое на активном сопротивлении потребителя К, занисит от тока потребителя 1 (С) через это сопротивление Активная мощность потребителя пропорциональна квадрату тока, потребляемого им от генератора, т.е,Коэффициент пропорциональности К имеет размерность сопротивления и в общем случае является переменной величиной, что связано с изменением структуры потребителя на протяжении интервалов его работы. Часто активное сопротивление потребителя, т,е коэффициент Кк, зависит от тока и его значение во времени заранее может быть неизвестным.При определении актинньгх потерь по формуле (11) воспользуемся усредненным значением величины Кк на протяжении всего периода Т работы систе. мы генератор - преобразователь - пот" ребитель. Для этого введем величины: Тогда сопротивление К найдем из выкражения Т т 1 к Р ц1(")1 Од1 Р 1,2Энергию, выделяемую н виде тепла нпотребителе на интервалах й и йь Оопределим из соотношений:.+ И И 4 Г,2Р Р 1 1 (1)Й 1 о1 = ) (С)ас 1 1 = ) .) (е)ас.о оТогда выражения для обменной и реактивной мощностей (7) - (10) с учетом формул (12) - (14) запишем в видеф(Р+Р)11 +1)0 оь, " Р+ дд Измерение активной, обменной и реактивной мощностей с помощью устройства, реализующего данный способ, производится следующим образом,Датчики 1 и 2 напряжения и тока осуществляют гальваническую развязку, согласование уровней энергетических цепей и измерительной части устройства, а также непрерывно измеряют мгновенные значения напряжения це(1) и тока 1 (С). Выходное напряжение датчика 1 напряжения(1), пропорциональное измеряемому напряжению (и вв)к (") = Ы и ц в( ), и датчика 2 тока ц в,(1), пропорциональное измеряемому току (цв(й) = Ы, 1 в поступают на блок 3 умножения, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный мгновенной мощности Р(С) Ы.ц (С) Ы1. (С). Выходной сигнал блока 3 умножения поступает на блок 4 определения зна-ка, который позволяет разделить сигналы на выходе по знаку (компаратор напряжения), Положительная составляююпая сигнала с выхода блока 4 определения знака поступает на блок 5, осуществляющий интегрирование мгновенной мощности Р (1)(Р= Р(Г) : О На выходе блока 5 формируется сигнал, пропорциональный Ч . Отрицательная составляющая сигнала с выхода блока 4 определения знака поступает на блок 6, осуществляющий интегрирование мгновенной мощности Р (Г)(Р (Г) = Р(й) ( О. На выходе блока 6 формируется сигнал, пропорциональный У ,Сигнал с выхода датчика 7 тока, пропорциональный мгновенному току потребителя 1, поступает на вход блока 8 возведения в квадрат, на.выходе которого формируется сигнал, пропорциональный величине(й), Вы 2ходное напряжение блока 8 возведения в квадрат поступает на коммутатор 9,который в зависимости от значения управляющих сигналов с выхода блока 41определения знака подает выходнойсигнал блока 8 возведения в квадратна один из входов блоков 6, 10 - 12,Если Р(й) : О, то выходной сигналблока 8 возведения в квадрат поступает на вход блока 1 О; если Р(С)О, 10 выходной сигнал поступает на входблока 12; если генератор (преобразователь) отключен от преобразователяи потребителя (потребителя) (Ц 1)= О), то выходной сигнал поступает на 15 вход блока 1. На выходах блоков 1012 формируются сигналы, пропорциональ-ные величинам:= 1(е)ас; 1 = 1 д(е)й;,О От - 1 ). (с)ас.ОИнформация в аналоговой форме сблоков 5, 6, 10 - 12 поступает черезаналого-цифровые преобразователи 1317 в вычислитель 18, который вычисляет активную, обменную и реактивнуюмощности30 +Р=Р +Р 40 ( = в (Р+ + Онаряду с вычислением мощностей вычислитель 18 вычисляет активную энергиюИ, = М + Ч , а также обменные УМов и реактивные У Юэнергии 50(ы = о,т).Выходными сигналами вычислителя18 являются величины Г Р Г)ов 1 ю ОовыО 0, 1 д ")в "ам р ф "Г 5 Формула изобретения Способ определения электрическихмощностей в системе генератор - пре=и(Сиоо гдеР (Р) 1 + (Р+Р ) 10Т ь Т Составитель С, СафохинТехред А.Кравчук Корректор М. Пож Редактор М ж 772 Подписноерственного комитета СССРобретений и открытийЖ, Раушская наб., д. Тир ак ИИ Госуламсква/5 13035,но-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уя. Проектная,. П одстве образователь - потребитель, заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения напряжения и тока, их перемножают и результаты перемножения ус 5 редняют за период, перемноженные сигналы разделяют по знаку, вычисляют интегралы квадратов мгновенных значений тока для интервалов времени отрицательной и положительной мгновенных щ мощностей, активную мощность вычисляют по формуле Р = Р + Р , о т л и+ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьвпения точности измерений распределения и передачи обменной и реактив"1 б ной энергии, определяют мгновенные значения тока потребителя д(С); выделяют квадрат мгновенных значений тока потребителя (С), вычисляют интеграл квадрата. мгновенных значений 0 и тока потребителя для интервалов вре-. мени отключения элементов системы друг от друга, а реактивную мощностьЯ вычисляют по формулам:"ь 1) среднее за период значение положительной (отрицательной) мгновенной мощности;мгновенное значение на" пряжения;мгновенное значение тока; сумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность Р11 х(С) положительнаяфсумма интервалов времени, на которых мгновенная мощность Р(г.) отрицательная;сумма интервалов времени отключения элементов системы друг от друга (Р(й) = О);период кривой мгновенной