CN103575975A - 一种纯90度移相式无功功率测量电路 - Google Patents

一种纯90度移相式无功功率测量电路 Download PDF

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宋述勇
王康宁
李�瑞
王婷
闫磊
臧卫平
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Electric Power Research Institute of State Grid Shanxi Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种纯90度移相式无功功率测量电路，解决了无功测量精度不高的问题。包括被测线路中的被测电流IIN与电流电压转换电路（1）的输入端连接，电流电压转换电路（1）的输出端与第二乘法电路（5）的第一输入端连接；被测线路中电压信号UIN与积分电路（2）的输入端相连接，积分电路的输出与第一模拟乘法电路（4）的第一输入端相连接；被测线路中频率信号fUIN与频率电压转换电路（3）的输入端相连接，频率电压转换电路的输出端与第一模拟乘法电路的第二输入端相连接；第一模拟乘法电路的输出端与第二模拟乘法电路的第二输入端相连接。本发明解决了常用模拟电路方法测量无功功率时准确度随频率变化而改变所造成的精度不高的问题。

Description

一种纯90度移相式无功功率测量电路
技术领域
本发明涉及一种基于纯90度移相式的无功功率测量电路。
背景技术
目前，对输配电线路中的无功功率测量有时是通过模拟电路装置进行的。这种装置多采用移相方法使被测电流与被测电压间产生90°的附加相位差的方法进行测量。目前已知的移相方法大多是在频率50Hz情况下进行开发设计的。当频率在50Hz附近变化很小时，其超前移相环节的相位改变与滞后移相环节的相位改变基本能够相互抵消，但这种方法的频率补偿范围有限。当频率在50Hz附近变化较大，达到45Hz或55Hz时，相位改变引起的附加误差会超过0.3% ，不能满足相关标准要求。现行的规范GB/T 13850-1998《交流电量转换为模拟量或数字信号的电测量变送器》中规定无功功率变送器的输入信号频率在45~55Hz范围内变化时，其输出改变量不得超过等级指数，当等级指数小于0.3时，上述方法不能满足要求，需要寻求更准确的移相方法。
发明内容
本发明提供了一种纯90度移相式无功功率测量电路，解决了无功测量精度不高的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种纯90度移相式无功功率测量电路，包括电流电压转换电路、积分电路、频率电压转换电路、第一模拟乘法电路、第二乘法电路，被测线路中的被测电流IIN与电流电压转换电路的输入端连接，电流电压转换电路的输出端与第二乘法电路的第一输入端连接；被测线路中电压信号UIN与积分电路的输入端相连接，积分电路的输出与第一模拟乘法电路的第一输入端相连接；被测线路中频率信号fUIN与频率电压转换电路的输入端相连接，频率电压转换电路的输出端与第一模拟乘法电路的第二输入端相连接；第一模拟乘法电路的输出端与第二模拟乘法电路的第二输入端相连接，第二模拟乘法电路的输出信号即为单相无功功率无功功率成正比的电压信号。
本发明从根本上解决了常用模拟电路方法测量无功功率时准确度随频率变化而改变所造成的精度不高的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种纯90度移相式无功功率测量电路，包括电流电压转换电路1、积分电路2、频率电压转换电路3、第一模拟乘法电路4、第二乘法电路5，被测线路中的被测电流IIN与电流电压转换电路1的输入端连接，电流电压转换电路1的输出端与第二乘法电路5的第一输入端连接；被测线路中电压信号UIN与积分电路2的输入端相连接，积分电路2的输出与第一模拟乘法电路4的第一输入端相连接；被测线路中频率信号fUIN与频率电压转换电路3的输入端相连接，频率电压转换电路3的输出端与第一模拟乘法电路4的第二输入端相连接；第一模拟乘法电路4的输出端与第二模拟乘法电路5的第二输入端相连接，第二模拟乘法电路5的输出信号即为单相无功功率无功功率成正比的电压信号。
本发明的具体实现方法如下：
第一步、采用积分电路2对输入交流电压UIN进行90°移相，该相移是恒定的，不随频率变化而变化。线路电压V IN  乘以积分电路2的积分电阻值R，再乘以一个积分电路2的比例系数K X ，再将乘得到的结果除以被测线路中电压的角频率ω，再除以积分电路2的积分积分电容值C，得到积分电路2的输出电压V X， 公式如下：
V X =K X V IN R/ωC，                    
式中K X 为采用积分电路2的比例系数，R为积分电路2的积分电阻值，C为积分电路2的积分积分电容值，ω为被测线路中电压的角频率；
第二步、将输入电压的频率信号fUIN作为频率/电压转换电路3的输入，其输出的结果V Y ，可以通过频率/电压转换电路3的比例系数K Y 乘以频率/电压转换电路3的基准电压（一般取1-10V稳定的直流电压数值）V R1 ，再乘以输入被测线路电压的频率f，其计算公式如下式：
V Y =K Y V R1 f ，
其中V R1 为频率/电压转换电路3的基准电压（一般取1-10V稳定的直流电压数值），K Y 为频率/电压转换电路3的比例系数（取值范围为：），f为输入被测线路电压的频率； 
第三步、V X 、V Y 接入第一个模拟乘法电路4，其输出是由频率/电压转换电路3的输出V Y 乘以积分电路2的输出电压V X 再除以第一个模拟乘法电路4的基准电压V R2  （一般取1-10V稳定的直流电压数值）计算后得到，其计算公式见下式：
V Z =V X V Y /V R2  ，
其中V R2 为第一个模拟乘法电路4的基准电压（一般取1-10V稳定的直流电压数值），V Y 为频率/电压转换电路3的输出，V X 为积分电路2的输出电压，计算出模拟乘法电路4的输出电压V Z， 其计算公式见下式：
V Z  = V IN ×K X K Y V R1 R/2πCV R2 ，
可以看出V Z 是一个与输入电压V IN 成比例，与频率无关的电压。
第四步、将输入的电流信号IIN经电流电压转换电路1，转换输出成电压信号；
第五步、用第二个模拟乘法电路5将第一个模拟乘法电路4的输出信号VZ与经过电流电压转换电路1的积分后的输出电压信号相乘，完成单相无功功率计算。

Claims (1)

1. 一种纯90度移相式无功功率测量电路，包括电流电压转换电路（1）、积分电路（2）、频率电压转换电路（3）、第一模拟乘法电路（4）、第二乘法电路（5），其特征在于，被测线路中的被测电流IIN与电流电压转换电路（1）的输入端连接，电流电压转换电路（1）的输出端与第二乘法电路（5）的第一输入端连接；被测线路中电压信号UIN与积分电路（2）的输入端相连接，积分电路（2）的输出与第一模拟乘法电路（4）的第一输入端相连接；被测线路中频率信号fUIN与频率电压转换电路（3）的输入端相连接，频率电压转换电路（3）的输出端与第一模拟乘法电路（4）的第二输入端相连接；第一模拟乘法电路（4）的输出端与第二模拟乘法电路（5）的第二输入端相连接，第二模拟乘法电路（5）的输出信号即为单相无功功率无功功率成正比的电压信号。
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