PL212502B1

PL212502B1 - Method of measurement of wattless electric power

Info

Publication number: PL212502B1
Application number: PL386165A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Kolanko
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2012-10-31
Also published as: PL386165A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru mocy elektrycznej biernej, przeznaczony do stosowania w metrologii.The subject of the invention is a method of measuring reactive electrical power, intended for use in metrology.

Z polskiego opisu patentowego nr 204 730, znany jest sposób cyfrowej metody pomiaru mocy biernej Budeanu prądu niesinusoidalnego, który polega na wyznaczeniu iloczynu skalarnego odpowiednio zmodyfikowanych przebiegów napięcia i prądu.From the Polish patent description No. 204,730, there is known a digital method of measuring the Budeanu reactive power of non-sinusoidal current, which consists in determining the scalar product of appropriately modified voltage and current waveforms.

Sposób pomiaru mocy elektrycznej czynnej znany z polskiego opisu patentowego nr 165 537, polega na tym, że stosuje się w nim mnożnik analogowy, dla którego wcześniej wyznacza się powierzchnię błędu. Sygnały proporcjonalne do wartości chwilowych napięcia i prądu będących składowymi mierzonej mocy mnoży się analogowo i jednocześnie próbkuje, a spróbkowane sygnały przetwarza się na sygnał cyfrowy. Dla każdej pary próbek określa się wartość błędu mnożenia. Sygnał będący efektem mnożenia filtruje się, wzmacnia i również przetwarza na sygnał cyfrowy. W sposobie dokonuje się adaptacji i autokalibracji układu. W wyniku ostatecznym pomiaru mocy elektrycznej czynnej uwzględnia się adaptację, autokalibrację oraz błąd średni z par próbek.The method of measuring active electric power, known from the Polish patent specification No. 165,537, consists in using an analog multiplier for which the error area is determined in advance. Signals proportional to the instantaneous values of voltage and current that are components of the measured power are analog multiplied and simultaneously sampled, and the sampled signals are converted into a digital signal. The multiplication error value is determined for each pair of samples. The signal resulting from the multiplication is filtered, amplified and also converted into a digital signal. The method is used to adapt and auto-calibrate the system. As a result of the final measurement of active electric power, the adaptation, auto-calibration and the average error of sample pairs are taken into account.

Sposób próbkowania napięć i prądów przy pomiarze energii elektrycznej znany z polskiego opisu patentowego nr 163 864, polega na tym, że wartości prądów i napięć próbkuje się asynchronicznie do częstotliwości sieci w okresie próbkowania większym od okresu sieci. Kolejne wartości kąta elektrycznego, przy którym pobiera się próbki, sprowadzone do przedziału 0-π radianów rozmieszcza się w tym przedziale z równomiernością proporcjonalną do liczby próbkowanych wartości napięć i prądów.The method of sampling voltages and currents for measuring electric energy, known from the Polish patent specification No. 163 864, consists in the fact that the values of currents and voltages are sampled asynchronously to the grid frequency in a sampling period greater than the grid period. Successive values of the electric angle at which the samples are taken, reduced to the 0-π radian range, are distributed over this range with uniformity proportional to the number of sampled voltages and currents.

Znany z japońskiego opisu patentowego nr JP63290973, elektroniczny miernik mocy biernej, charakteryzuje się tym, że wpływ częstotliwości bez obniżania poziomu sygnału, został wyeliminowany poprzez zastosowanie sprzężenia zwrotnego i uzyskanie sygnału proporcjonalnego do częstotliwości napięcia obciążenia i jego zmian.An electronic reactive power meter known from Japanese Patent No. JP63290973 is characterized in that the influence of frequency without reducing the signal level is eliminated by applying feedback and obtaining a signal proportional to the frequency of the load voltage and its changes.

Sposób pomiaru mocy na podstawie cyfrowego filtrowania znany z chińskiego opisu patentowego nr CN1375702, polega na tym, że analogowy sygnał napięcia i analogowy sygnał prądowy mierzonej sieci elektrycznej, przetwarza się w przetworniku analogowo-cyfrowym w celu uzyskania dyskretnego sygnału cyfrowego napięciowego i dyskretnego sygnału cyfrowego prądowego, po czym cyfrowym przesuwnikiem fazowym zmienia się przesuniecie fazowe cyfrowego sygnału napięciowego względem cyfrowego sygnału prądowego, a otrzymane sygnały mnoży się w celu uzyskania chwilowej wartości mocy.The method of measuring power on the basis of digital filtering known from the Chinese patent specification No. CN1375702, consists in the fact that the analog voltage signal and the analog current signal of the measured electric network are processed in an analog-to-digital converter to obtain a discrete digital voltage signal and a discrete digital current signal. then the digital phase shifter changes the phase shift of the digital voltage signal with respect to the digital current signal, and the signals obtained are multiplied to obtain an instantaneous power value.

Elektroniczny miernik mocy znany z japońskiego opisu patentowego nr JP2000329804, zawiera pierwszy przetwornik analogowo-cyfrowy do konwersji próbkowanego sieciowego napięcia i prądu do postaci cyfrowej oraz drugi przetwornik analogowo-cyfrowy do konwersji próbkowanego sieciowego napięcia i prądu do postaci cyfrowej, po czym cyfrowe sygnały czasowe porównuje się w układzie różnicowym, i mnoży, w wyniku czego otrzymuje się chwilowe wartości mocy biernej.The electronic power meter known from the Japanese patent description JP2000329804, includes a first analog-to-digital converter for converting sampled mains voltage and current to digital form and a second analog-to-digital converter for converting sampled mains voltage and current to digital form, and then the digital time signals are compared in the differential system, and multiplies, which gives instantaneous values of reactive power.

Znany jest sposób pomiaru mocy czynnej, w którym wartości sygnałów proporcjonalnych do napięcia i prądu będącymi składowymi mocy mnoży się przez siebie w sposób ciągły w mnożniku analogowym. Otrzymany sygnał wyjściowy z mnożnika analogowego poddaje się filtracji i otrzymuje się sygnał mocy czynnej. Znany jest również sposób pomiaru mocy czynnej, w którym sygnały proporcjonalne do napięcia i prądu poddaje się próbkowaniu, a próbki z kolei przetwarza się na wartości cyfrowe a następnie mnoży się je przez siebie i sumuje by uzyskać wartość mocy czynnej chwilowej a dalej sumując otrzymuje się moc czynną średnią. Ponadto pierwszy sposób z uwagi na małe dokładności został uzupełniony o tzw. powierzchnię błędu mnożnika a drugi sposób wymaga stosowania przetworników analogowo-cyfrowych o dużej dokładności przetwarzania i został zrealizowany w układzie scalonym AD 7755.There is known a method of measuring active power in which the values of signals proportional to the voltage and current being the power components are continuously multiplied with each other in an analog multiplier. The obtained output signal from the analog multiplier is filtered and the active power signal is obtained. There is also a known method of measuring active power, in which the signals proportional to the voltage and current are subjected to sampling, and the samples are in turn converted into digital values and then multiplied by each other and summed to obtain the value of the instantaneous active power, and then summing up the power is obtained active average. Moreover, the first method has been supplemented with the so-called the error area of the multiplier and the second method requires the use of analog-to-digital converters with high processing accuracy and was implemented in the AD 7755 integrated circuit.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że sygnał w postaci iloczynu napięcia i prądu ui(t)ii(t) prostuje się w układzie prostownika jednopołówkowego, w wyniku czego otrzymuje się sygnał proporcjonalny do wartości chwilowej mocy biernej qi, który filtruje się i uśrednia w filtrze, przy czym uśredniona wartość sygnału jest wartością mocy biernej Q.The essence of the method according to the invention consists in the fact that the signal in the form of the product of voltage and current ui (t) ii (t) is rectified in a half-wave rectifier system, resulting in a signal proportional to the value of the instantaneous reactive power qi, which is filtered and averaged in the filter, where the mean signal value is the reactive power Q value.

Istota sposobu według wynalazku, polega również na tym, że na wartościach cyfrowych iloczynów napięcia i prądu ui(t)ii(t) w układzie mikroprocesorowym, wykonuje się operacje arytmetyczne na zbiorze cyfrowym {ui, ii} według wzoru Qi = 0,5(ui * ii - |ui * ii|) i uzyskuje się wartości chwilowe mocy biernej (qi), które następnie sumuje się, a otrzymana suma jest wartością mierzonej mocy biernej (Q).The essence of the method according to the invention also consists in the fact that on the values of the digital products of voltage and current ui (t) ii (t) in the microprocessor system, arithmetic operations are performed on the digital set {ui, ii} according to the formula Qi = 0.5 ( ui * ii - | ui * ii |) and the instantaneous reactive power (qi) values are obtained, which are then added up, and the obtained sum is the value of the measured reactive power (Q).

Sposób pomiaru mocy elektrycznej biernej, według wynalazku, zamyka trójkąt mocy wyrażany wzorem S² = P² + Q² i obowiązuje dla dowolnych sygnałów, zwłaszcza zniekształconych i niestacjoPL 212 502 B1 narnych, jak również dla przebiegów sinusoidalnych, bez potrzeby uwzględniania w pomiarach mocy zniekształceń prądu czy napięcia.The method of measuring reactive electric power, according to the invention, closes the power triangle expressed by the formula S ² = P ² + Q ² and is valid for any signals, especially distorted and non-stationary signals, as well as for sinusoidal waveforms, without taking into account the distortion power in the measurements current or voltage.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie wykonania i na rysunku, który przedstawia uproszczony schemat blokowy układu do pomiaru mocy elektrycznej biernej.The subject of the invention is elucidated in an embodiment and in the drawing which shows a simplified block diagram of a reactive electric power measurement system.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

Sposób pomiaru mocy elektrycznej biernej polega na tym, że mierzy się chwilowe wartości napięcia ui i prądu ii proporcjonalne do mierzonych wartości napięcia i prądu. Zmierzone chwilowe wartości napięcia ui, i prądu ii, mnoży się analogowo w układzie mnożnika 1. Następnie sygnał w postaci iloczynu ui(t)ii(t) prostuje się w układzie prostownika jednopołówkowego 2 poprzez prostowanie jednopołówkowe ujemnej części iloczynu u(t)i(t), a w wyniku czego otrzymuje się sygnał proporcjonalny do wartości chwilowej mocy biernej qi, który filtruje się i uśrednia w filtrze 3 oraz mierzy się. Zmierzona uśredniona wartość sygnału jest wartością mocy biernej Q.The method of measuring reactive electrical power consists in measuring the instantaneous values of voltage ui and current ii proportional to the measured values of voltage and current. The measured instantaneous values of voltage ui, and current ii are multiplied analogously in the multiplier 1. Then the signal in the form of the product ui (t) ii (t) is rectified in the full-wave rectifier system 2 by one-half rectification of the negative part of the product u (t) and ( t), and as a result a signal proportional to the instantaneous reactive power qi is obtained, which is filtered and averaged in filter 3 and measured. The measured averaged signal value is the reactive power Q value.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

Sposób pomiaru mocy elektrycznej biernej polega na tym, że mierzy się chwilowe wartości napięcia ui i prądu ii w postaci sygnałów niestacjonarnych, proporcjonalnych do mierzonych wartości napięcia i prądu, po czym zmierzone chwilowe wartości napięcia ui i prądu ii, w przetwornikach analogowo-cyfrowych przetwarza się na sygnały cyfrowe {ui, ii}, które w układzie mikroprocesorowym mnoży się cyfrowo. Następnie na wartościach cyfrowych iloczynów napięcia i prądu ui(t)ii(t) w układzie mikroprocesorowym, wykonuje się operacje arytmetyczne na zbiorze cyfrowym {ui, ii} według wzoru Qi = 0,5(ui * ii - |ui * ii|) i uzyskuje się wartoś ci chwilowe mocy biernej qi. Sumowane wartości chwilowych mocy biernej qi są mierzoną mocą bierną Q.The method of measuring reactive electric power consists in measuring the instantaneous values of voltage ui and current ii in the form of non-stationary signals, proportional to the measured values of voltage and current, and then the measured instantaneous values of voltage ui and current ii, in analog-to-digital converters are converted into digital signals {ui, ii}, which are digitally multiplied in the microprocessor system. Then, on the digital values of voltage and current products ui (t) ii (t) in the microprocessor system, arithmetic operations are performed on the digital set {ui, ii} according to the formula Qi = 0.5 (ui * ii - | ui * ii |) and the instantaneous values of reactive power qi are obtained. The summed values of the instantaneous reactive power qi are the measured reactive power Q.

Claims

1.Reactive electric power measurement method, in which the instantaneous voltage and current values are measured proportional to the measured voltage and current values, and then the measured instantaneous voltage and current values are multiplied, characterized in that the signal in the form of the product of voltage and current ui (t ) ii (t) rectifies in the half-wave rectifier system (2), resulting in a signal proportional to the value of the instantaneous reactive power (qi), which is filtered and averaged in the filter (3), where the mean value of the signal is the reactive power value Q.

2.Reactive electric power measurement method, in which the instantaneous voltage and current values are measured proportional to the measured voltage and current values, and then in analog-to-digital converters it converts them into digital values and multiplies them in a microprocessor system, characterized in that on digital values products of voltage and current ui (t) ii (t) in a microprocessor system, arithmetic operations are performed on the digital set {ui, ii} according to the formula Qi = 0.5 (ui * ii - | ui * ii |) and the values are obtained instantaneous reactive power (qi), which is then added up, and the obtained sum is the value of the measured reactive power (Q).