PL224211B1 - Sposób pomiaru mocy i energii elektrycznej w sieciach energetycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru mocy i energii elektrycznej w sieciach energetycznych, przeznaczony do stosowania w metrologii, zwłaszcza do rozliczeń finansowych za dostarczoną moc i energię elektryczną.

Z polskiego opisu patentowego nr 204730, znany jest sposób cyfrowej metody pomiaru mocy biernej Budeanu prądu niesinusoidalnego, który polega na wyznaczeniu iloczynu skalarnego odpowiednio zmodyfikowanych przebiegów napięcia i prądu.

Sposób pomiaru mocy elektrycznej czynnej znany z polskiego opisu patentowego nr 165537, 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.

Sposób próbkowania napięć i prądów przy pomiarze energii elektrycznej znany z polskiego opisu patentowego nr 163864, 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.

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.

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.

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.

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.

Sposób pomiaru mocy elektrycznej biernej elektrycznej znany z polskiego zgłoszenia patentowego nr 386165, 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. W wariancie rozwiązania sposób, 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 bierną Q.

PL 224 211 B1

Istota sposobu, według wynalazku, polega na tym, że mierzy się oddzielnie chwilowe wartości mocy i energii elektrycznej, przy czym moc i energię elektryczną mierzy się jako wejściową gdy iloczyn wartości chwilowych prądu i napięcia jest dodatni, natomiast energię elektryczną mierzy się jako powrotną gdy iloczyn chwilowych wartości prądu i napięcia jest ujemny, po czym sumuje się bezwzględne wartości mocy i energii wejściowej oraz powrotnej, których sumy są równe dostarczonej mocy i energii.

Korzystnym jest, gdy sumuje się bezwzględne wartości mocy i energii wejściowej oraz powrotnej, przy czym dostarczoną moc i dostarczoną energię, które są odpowiednio sumą mocy czynnej, energii czynnej oraz podwójnej wartości powrotnej mocy i powrotnej energii.

Sposób pomiaru mocy i energii elektrycznej w sieciach energetycznych pozwala na prawidłowe rozliczenie mocy dostarczonej i odebranej przez użytkownika niezależnie od kształtu sygnału prądu i napięcia oraz jego stacjonarności lub niestacjonarności.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest w przykładzie wykonania i na rysunku, który przedstawia schemat blokowy sposób pomiaru mocy i energii elektrycznej w sieciach energetycznych.

P r z y k ł a d 1

Sposób pomiaru mocy i energii elektrycznej w sieciach energetycznych, w którym mierzy się chwilowe wartości napięcia i prądu proporcjonalne do mierzonych wartości napięcia i prądu, po czym mnoży się zmierzone chwilowe wartości napięcia i prądu, polega na tym, że mierzy się oddzielnie chwilowe wartości mocy i energii elektrycznej, przy czym moc i energię elektryczną mierzy się jako wejściową gdy iloczyn wartości chwilowych prądu i napięcia jest dodatni Pv, Ev, natomiast energię elektryczną mierzy się jako powrotną gdy iloczyn chwilowych wartości prądu i napięcia jest ujemny P R, ER, po czym sumuje się bezwzględne wartości mocy i energii wejściowej oraz powrotnej, których sumy są równe dostarczonej mocy i energii PD, ED. Mierzone moce i energie powiązane są ze sobą poniższymi wzorami:

PD = Pv + PR i ED = Ev + ER

Wartości mocy i równanie sumy PD = Pv + PR są zgodne dla wszystkich kształtów sygnałów, zniekształceń, zakłóceń i niestacjonarności sygnałów prądowego i napięciowego. Powoduje to zaniechanie obliczeń mocy z tzw. trójkąta mocy, który jest niewystarczającym modelem w przypadku przebiegów innych niż sinusoidalne.

Pomiar mocy dostarczonej PD z sumy wejściowej Pv i mocy powrotnej P R jest rozwiązanie problemu trójkąta mocy dla sygnałów zniekształconych, odbiegających od sinusoidalnych poprzez oddzielne całkowanie w czasie mocy wejściowej Pv i oddzielne całkowanie mocy powrotnej PR a następnie sumowanie mocy i energii jako mocy dostarczonej PD i energii ED, która zamyka bilans w węźle pomiarowym niezależnie od kształtu sygnału zwłaszcza prądowego.

P r z y k ł a d 2

Sposób pomiaru mocy i energii elektrycznej w sieciach energetycznych, przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że mierzy się moc czynną, przy czym sumuje się bezwzględne wartości mocy i energii wejściowej oraz powrotnej, przy czym dostarczoną moc PD i dostarczoną energię ED, które są odpowiednio sumą mocy czynnej P, energii czynnej E oraz podwójnej wartości powrotnej mocy 2Pr i powrotnej energii 2Er. Mierzone moce i energie powiązane są ze sobą poniższymi wzorami:

PD = P + 2PR, ED = E + 2ER

Claims (2)

1. Sposób pomiaru mocy i energii elektrycznej w sieciach energetycznych polegający na tym, że mierzy się chwilowe wartości napięcia i prądu proporcjonalne do mierzonych wartości napięcia i prądu, po czym mnoży się zmierzone chwilowe wartości napięcia i prądu, znamienny tym, że mierzy się oddzielnie chwilowe wartości mocy i energii elektrycznej, przy czym moc i energię elektryczną mierzy się jako wejściową gdy iloczyn wartości chwilowych prądu i napięcia jest dodatni (Pv, Ev), natomiast energię elektryczną mierzy się jako powrotną gdy iloczyn chwilowych wartości prądu i napięcia jest ujemny (PR, ER), po czym sumuje się bezwzględne wartości mocy i energii wejściowej oraz powrotnej, których sumy są równe dostarczonej mocy i energii (PD, ED).

PL 224 211 B1

2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że sumuje się bezwzględne wartości mocy i energii wejściowej oraz powrotnej, przy czym dostarczoną moc (P D) i dostarczoną energię (ED), które są odpowiednio sumą mocy czynnej (P), energii czynnej (E) oraz podwójnej wartości powrotnej mocy (2Pr) i powrotnej energii (2Er).