DE3049395A1

DE3049395A1 - Verfahren zum bilden von produkten aus digitalen elektrischen messgroessen

Info

Publication number: DE3049395A1
Application number: DE19803049395
Authority: DE
Inventors: Charles Dipl.-Ing. 4100 Duisburg Niethe; Dieter Prof. Dr.-Ing. 4100 Duisburg-Rumeln Rumpel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-12-29
Filing date: 1980-12-29
Publication date: 1982-07-29

Description

Verfahren zum Bilden von Produkten aus digitalen elek-
trischen Meßgrößen Die Erfindung betrifft ein Verfahen zum Bilden von Proedukten aus digitalen elektrischen Meßgrößen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In digitalen Meßsystemen werden die zeitlich veränderlichen Verläufe analoger elektrischer Meßgrößen zu diskreten Zeitpunkten in vorwiegend zeitgleichen Abständen abgetastet und die jeweilig abgetasteten digitalen elektrischen Meßgrößen ausgewertet. Wenn die Abstände zwischen den Abtastzeitpunkten genügend kurz bemessen werden, kann der entstehende Meßfehler genügend klein gehalten erden.
ei der Messung von Produkten aus digitalen elektrischen Meßgrößen, insbesondere zur Leistungsmessung aus digitalen Strom- und Spannungsgrößen, die in dezentralisierten Abtaststellen gewonnen werden, muß im allgemeinen unterstellt werden, daß die verschiedenen digitalen Meßgrößen zu voneinander unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder mit unterschiedlichen eitabständen abgetastet werden, so daß sich vorzugsweise bei periodischen Abtastvorgängen periodisch verlaufender analoger Meßgrößen Produkte aus den digitalen Meßgrößen ergeben, die mit nur vorgetäuschten bestimmten Phasenverschiebungen zwischen den digitalen Meßgrößen behaftet sind, wogegen in Wirklichkeit keine oder andere Ph'senverschiebttngen vorliegen, so daß eine Fehlmessung erfolgt.
Der Erfndung liegt die Aufgabe zugrunde, ein meßverfahen tu schaffen, das auf einfache Weise bei Abtastung der eindenen analogen Meßgrößen an verschiedenen Stellen und tu ungleichen Zeitpunkten aus den gewonnenen digitalen Meßgrößen ein Produkt zu bilden, das einen aus an gleicher Stelle und zu synchronen Zeitpunkten abgetasteten digitalen Meßgrößen ermittelbarem Produkt ausreichend genau entspricht Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die Maßnahmen nach dem Sennzeichen des Patentanspruchs 1 Die Erfindung geht dabei von der P.rkenntnis aus, daß die Ungleichheiten in den Abtastzeitpunkten zu erfaßbaren und somit zu berücksichtigbaren Fehlern führen, die im Vergleich mit dem gebildeten Produkt gesetzt werden önnen, wobei u.U in einem gewissen Maße die Ungleichheiten in den Abtastzeitpunkten sogar bewußt herbeigeführt werden.
Vorteilhafte IIaRnahmen beim Verfahren nach der Erfindung sind Gegenstand von gesonderten Patentansprüchen.
Anhand eines beispielhaften Verfahrens zur digitalen I,eistungsmessung aus dezentral und unsynchronisiert abgetasteten digitalen Strom- und Spannungsgrößen sei die EJrfindung nachfolgend beispielsweise erläutert. Durch die unsynchrone Abtastung der gleichfrequenten aber p senverschobenen Wechselgrößen (U und J) können aufwendige technische Einrichtungen für die Synchronabtastung an denzentralen Abtaststellen eines elektrischen Netzes sowie Überwachungseinrichtungen für das einwandfreie Arbeiten solcher Einrichtungen entfallen.
Gemäß Fig. 1 sollen an verschiedenen Stellen einer Anlage mittels eines Stromabtasters 1 und mittels eines Spannungsabtasters 2 die digitalen Strom- und Spannungsmeßgrößen iN und uN aus den Wechselgröen U und J erzeugt werden. Die N digitalen Größen iN und uN werden einem Produktbildner 3 in Form eines Mikroprozessors zugeführt, dort miteinander multipliziert und über eine Meßperiode gemittelt. um QeitpunXt der Produktbildung im Mikroprozessor haben die abgetasteten digitalen Meßgrößen iN und u<r ein unterschiedliches Alter, das sich aus der jeweiligen Lage der Abtastzeitpunkte zu Übertragungsbeginn, dee Üertragungszeit vom jeweiligen Abtaster zum Produktbj ldner und der 7eit zwischen Übertragungsende und Produktbildung zusammensetzt Trotz der verschiedenen Alter für die beiden digitalen Meßgrößen und trotz des unabhängigen Arbeitens der beiden Abtaster 1 und 7 und des Produktbildners 3 gelingt die Bildung des altersunabhängigen richtigen Produktes dadurch, daß diesen jeweils voneinander verschiedene Arbeitstakte zugeordnet werden, so daß in Verlauf einer Meßperiode veränderliche Alter-Differenzen der digitalen Meßgrößen mit bestimmter Verteilung auftreten.
Man kann die 7eitspanne zwischen dem die Multiplikation im Produktbildner 3 auslösenden jeweiligen Multitakt und dem vorangehenden Abtastzeitpunkt für eine oder beide Meßgrößen innerhalb zweier Zeitgrenzen so wählen, daß sie während der Meßperiode Gleichverteilung aufweist.
Man kann aber auch die Abtastfrequenzen für die verschiedenen Meßgrößen so ungleich wählen, daß ihre Differenz größer als der Kehrwert der Meßperiode wird.
Bei Verwendung von Mikroprozessoren in den Abtastern 1 und 2 kann eine bestimmte Veränderlichkeit der Alter-Differenz auch dadurch erreicht werden, daß die einzelnen .Abtastzeitpunkte von unterschiedlichen "Zufallszahlen" abhängig gemacht werden, d.h. in keiner bestimmten zeitlichen Gesetzmäßigkeit zueinander stehen. Die Taktung des Produktbldners erfolgt dagegen in bestimmten Zeitabständen. Unter "Zufallszahlen" versteht man eine Zahlenfolge, die zwischen zwei Grenzwerten derart schwankt, daß jede Zahl von allen vorhergehenden und nachfolgenden unabhängig ist und jedes Sahlenintervall zwischen den Grenzen in der Folge mit bestimmbarer Häufigkeit erreicht wird.
In besonders einfacher und genauer Weise läßt sich das Produkt aus digitalen Meßgrößen bilden, wenn die einzelnen Abtaster und der Produktbildner mit voneinander verschiedenen festen Taktfrequenzen betrieben werden, so daß sich die Alter-Differenz mit den Schwebungsfrequenzen zwischen einem positiven und einem negativen Maximalwert verändert Voraussetung hierfür ist nur, daß die Taktfrequenz für den Produktbildner kleiner als die Abtastfrequenz gewählt ist. In Fig. 2 ist dies für ein Taktverhältnis I:II:III = 2:3:5 Zeiteinheiten für die Abtaster 1 und 2 sowie den Produktbildner 3 dargestellt, wobei die Ubertragungszeiten der digitalen Meßgrößen zum Produktbildner 3 zulässigerweise vernachlässigt werden. Zur Multiplikation wird jeweils das zum Taktzeitpunkt des Produktbildners 3 letztverfügbare gespeicherte Meßgrößenpaar iN1, uN , uN usw. herangezogen. Für das Verhältnis 2:3:5 ergibt sich eine periodische Folge von Zeiteinheiten 0, -1, -1, +1, -2, 0 usw.
als Alter-Differenzen. Die Meßperiode betrugt hierbei 2 x 3 x 5 = 30 Zeiteinheiten. Die Differenzfrequenz für die beiden Abtasttakte ist größer als der Kehrwert der Meßperiode Diese Folge von Alter-Differenzen ruft bei der Produktbildung einen Fehler hervor, der auf Grund der bekannten Fehlerverteilung gemäß der periodischen Folge bestimmt und somit eliminiert oder im Meßverfahren berücksichtigt werden kann.
Wenn die Zeiteinheiten für die Abtastverhältnisse nur wenig voneinander und in "krummen" Verhältniszahlen (das sind unechte Bruchzahlen) abweichen, dann ergibt sich eine dichte zeitliche Ajife Inanderfol ge der möglichen Alter-Differenzen mit bekannter Verteilung, so daß der dadurch hervorgerufene Fehler bestimmbar und damit elminierbar oder berücksichtigbar ist.
Für alle vorgenannten Fälle ist nur dafür zu sorgen, daß die Taktfrequenzdifferenzen so gewählt werden, daß während einer Meßperiode für die Produktbildung der ganze Bereich der möglichen Alter-DifÇerenzen wenigstens einmal durchlaufen wird.
4 P a t e n t a n s p r ü c h e 2 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Bilden von Produkten aus von analogen elektrischen Meßgrößen mittels getakteten abtaster abgeleiteten digitalen elektrischen Meßgrößen in einem speichern.len getakteten Produktbildner, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abtastung der verschiedenen analogen Meßgrößen und die Taktung es Produkten bildners fortlaufend zu unterschiedlichen Zeitpunkten vorgenommen wird, so daß die Zeitdifferenzen für das Auftreten der verschiedenen digitalen Meßgrößen innerhalb einer durch die verschiedenen Taktfolgenden bestimmten eßperiode einer den Meßfehler ergebenden bestimmbaren statistischen Verteilung unterworfen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die eitspanne zwischen der jeweiligen Taktgabe für den Produktbildner und den jeweils vorangegangenen Abtastzeitpunkt für mindestens einen der Abtast er zwischen zwei Grenzzeiten gewählt wird, so daß die Seitspanne während der Meßperiode eine Gleichverteilung aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Abtastfrequenzen für die einzelnen Meßgrößen so ungleich gewählt werden, daß die Zeitdifferen zwischen den Abtastungen der verschiedenen Meßgrößen größer als der Kehrwert der Meßperiode wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Abtastung der MeßgröP..en gegenüber dem mit bestimmter Frequenz gebildeten Produktbildner jeweils in gesonderter zeitlicher Abhängigket von Sufallszahlen vorgenomrnen wird.