RU2263322C1 - Method for determining power coefficient in three-phase three-wire alternating current grid - Google Patents

Method for determining power coefficient in three-phase three-wire alternating current grid Download PDF

Info

Publication number
RU2263322C1
RU2263322C1 RU2004117290/28A RU2004117290A RU2263322C1 RU 2263322 C1 RU2263322 C1 RU 2263322C1 RU 2004117290/28 A RU2004117290/28 A RU 2004117290/28A RU 2004117290 A RU2004117290 A RU 2004117290A RU 2263322 C1 RU2263322 C1 RU 2263322C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
values
power
wire
total
Prior art date
Application number
RU2004117290/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Е.И. Гольдштейн (RU)
Е.И. Гольдштейн
А.О. Сулайманов (RU)
А.О. Сулайманов
Original Assignee
Томский политехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Томский политехнический университет filed Critical Томский политехнический университет
Priority to RU2004117290/28A priority Critical patent/RU2263322C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2263322C1 publication Critical patent/RU2263322C1/en

Links

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: momentary values of currents of two phase are measured and momentary values of voltages between these phases and third phase are measured as well. These values are multiplied and momentary powers are produced. Then variable components of these multiplication results are picked, and integrated from the time of transfer of inter-phase voltages over zero during given time span.
EFFECT: broader functional capabilities.
1 dwg

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматике и энергетике, например для реализации измерителей коэффициента мощности, применительно к задачам контроля показателей качества электроэнергии (ПКЭ).The invention relates to electrical engineering and can be used in automation and energy, for example, for the implementation of power factor meters, as applied to the tasks of monitoring power quality indicators (PQS).

Известен [Лаппе Р., Фишер Ф. Измерения в энергетической электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1986.] способ определения коэффициента мощности для трехпроводных цепей, в синусоидальных режимах с помощью трехфазного фазометра.Known [Lappe R., Fisher F. Measurements in power electronics. - M .: Energoatomizdat, 1986.] a method for determining the power factor for three-wire circuits, in sinusoidal modes using a three-phase phase meter.

Известен [АС СССР 2038603, Способ определения коэффициента мощности] способ определения коэффициента мощности для однофазных цепей, при котором в произвольный момент измеряют мгновенные значения напряжения и тока и дополнительно их значения со сдвигом фазы относительно первых углов на угол

Figure 00000002
, в сторону опережения, а коэффициент мощности определяют по формулеKnown [AS USSR 2038603, Method for determining a power factor] is a method for determining a power factor for single-phase circuits, in which instantaneous values of voltage and current and, additionally, their values with phase shift relative to the first angles are measured at an arbitrary moment
Figure 00000002
, ahead of the curve, and the power factor is determined by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

Задача изобретения - определение коэффициента мощности трехфазной трехпроводной цепи в несинусоидальных режимах.The objective of the invention is the determination of the power factor of a three-phase three-wire circuit in non-sinusoidal modes.

Поставленная задача достигается тем, что для определения коэффициента мощности трехфазной трехпроводной цепи переменного тока согласно изобретению, измеряют мгновенные значения токов двух фаз и значения напряжений между этими фазами и третьей фазы, взаимно перемножают эти значения и получают мгновенные мощности, затем выделяют переменные составляющие, этих произведений и интегрируют их с момента перехода междуфазных напряжений через ноль в течение интервала времени, равного 1/4 периода входных сигналов, и с момента, времени через полпериода после перехода через ноль и в течении интервала времени равного 1/4 периода входных сигналов, суммируют полученные значения и определяют суммарную реактивную мощность трехфазной трехпроводной системы, одновременно определяют суммарную активную мощность трехфазной трехпроводной системы, и определяют коэффициент мощности как отношение суммарной реактивной мощности к суммарной активной мощности трехфазной трехпроводной системы.The problem is achieved in that to determine the power factor of a three-phase three-wire AC circuit according to the invention, measure the instantaneous currents of two phases and the voltage values between these phases and the third phase, multiply these values and obtain instantaneous power, then isolate the variable components of these products and integrate them from the moment of phase-to-phase voltage transition through zero during the time interval equal to 1/4 of the input signal period, and from the moment, time through half The period after passing through zero and during a time interval equal to 1/4 of the input signal period, summarize the obtained values and determine the total reactive power of the three-phase three-wire system, simultaneously determine the total active power of the three-phase three-wire system, and determine the power factor as the ratio of the total reactive power to the total active power of a three-phase three-wire system.

Известно, что коэффициент мощности является одним из основных энергетических параметров, характеризующих работу электротехнических устройств.It is known that the power factor is one of the main energy parameters characterizing the operation of electrical devices.

Известно [Лаппе Р., Фишер Ф. Измерения в энергетической электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1986.], что коэффициент мощности трехфазной системы можно определить по формулеIt is known [Lappe R., Fisher F. Measurements in power electronics. - M .: Energoatomizdat, 1986.] that the power factor of a three-phase system can be determined by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где QΣ и РΣ - суммарные реактивная и активная мощности трехфазной системы.where Q Σ and P Σ are the total reactive and active powers of the three-phase system.

В трехфазных трехпроводных цепях нулевая точка обычно недоступна. Этим и обусловлена сложность определения коэффициента мощности в таких цепях по известным формулам. Поэтому при определении коэффициента мощности по формуле (2) предлагается рассчитывать суммарные значения активной и реактивной мощностей, рассматривая трехфазную трехпроводную систему как двухфазную с нулевым проводом, роль которой играет третья фаза.In three-phase three-wire circuits, the zero point is usually not available. This accounts for the difficulty in determining the power factor in such circuits using well-known formulas. Therefore, when determining the power factor by formula (2), it is proposed to calculate the total values of active and reactive powers, considering a three-phase three-wire system as a two-phase with a zero wire, the role of which is played by the third phase.

Суммарную активную мощность трехфазной трехпроводной системы определяют известной схемой двух ваттметров [Лаппе Р., Фишер Ф. Измерения в энергетической электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1986].The total active power of a three-phase three-wire system is determined by the well-known circuit of two wattmeters [R. Lapp, F. Fischer. Measurements in power electronics. - M .: Energoatomizdat, 1986].

Для определения суммарной реактивной мощности, можно использовать подобной включение измерителей, но при этом можно использовать только такие способы определения реактивной мощности, при которых используется интегрирование. Например - использовать работы Бакова [Баков Ю.В. Мощность переменного тока. - Иваново: Изд. Ивановского государственного энергетического университета, 1999 г.]. При этом если интегрирование переменной составляющей производить за интервалы времени, равные четверти периода и с момента перехода через ноль напряжения, тоTo determine the total reactive power, you can use a similar inclusion of meters, but you can use only those methods of determining reactive power, which use integration. For example - use the work of Bakov [Bakov Yu.V. AC power. - Ivanovo: Ed. Ivanovo State Energy University, 1999]. Moreover, if the integration of the variable component is carried out for time intervals equal to a quarter of the period and from the moment of transition through zero voltage, then

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- результаты интегрирования на первом, втором, третьем и четвертом интервалах времени по 1/4 периода питающего напряжения каждый.Where
Figure 00000006
- the results of integration in the first, second, third and fourth time intervals of 1/4 period of the supply voltage each.

Способ измерения коэффициента мощности в трехфазных трехпроводных цепях переменного тока может быть реализован с помощью устройства (фиг.1), которое включает в себя первый перемножитель 1, первый фильтр низких частот 2 (ФНЧ 1), первый сумматор 3, первый ключ 4, первый интегратор 5, второй сумматор 6, второй перемножитель 7, второй фильтр низких частот 8 (ФНЧ 2), третий сумматор 9, второй ключ 10, второй интегратор 11, блок управления 12 (БУ), четвертый сумматор 13, делитель 14.The method of measuring the power factor in three-phase three-wire AC circuits can be implemented using the device (Fig. 1), which includes a first multiplier 1, a first low-pass filter 2 (low-pass filter 1), a first adder 3, a first switch 4, a first integrator 5, the second adder 6, the second multiplier 7, the second low-pass filter 8 (low-pass filter 2), the third adder 9, the second key 10, the second integrator 11, control unit 12 (CU), the fourth adder 13, divider 14.

Входные шины устройства подключены ко входам первого 1 и второго 7 перемножителей, выходы которых соединены со входами первого 2 и второго 8 фильтров низких частот и с вторыми входами первого 3 и третьего 9 сумматоров. Выходы фильтров низких частот 2 и 8 подключены к первым входам первого 3 и третьего 9 сумматоров, а также ко входам четвертого сумматора 13. Выходы первого 3 и второго сумматоров подключены к входам первого 4 и второго 10 ключей, выходы которых присоединены к входам первого 5 и второго 11 интеграторов, выходы которых связаны с входами второго сумматора 6. Выход второго сумматора 6 подключен к первому входу делителя 14, к второму входу которого подключен выход четвертого сумматора 13. Входы блока управления 12 подключен к двум входным шинам, а его выходы соединены с управляющими входами первого 4 и второго 10 ключей.The input buses of the device are connected to the inputs of the first 1 and second 7 multipliers, the outputs of which are connected to the inputs of the first 2 and second 8 low-pass filters and to the second inputs of the first 3 and third 9 adders. The outputs of the low-pass filters 2 and 8 are connected to the first inputs of the first 3 and third 9 adders, as well as the inputs of the fourth adder 13. The outputs of the first 3 and second adders are connected to the inputs of the first 4 and second 10 keys, the outputs of which are connected to the inputs of the first 5 and the second 11 integrators, the outputs of which are connected to the inputs of the second adder 6. The output of the second adder 6 is connected to the first input of the divider 14, to the second input of which the output of the fourth adder 13 is connected. The inputs of the control unit 12 are connected to two input buses, and its output connected to the control inputs of the first 4 and second 10 keys.

В качестве первого 1 и второго 7 перемножителей, а также делителя 14 могут быть выбраны микросхемы 525ПС3. Первый 3, второй 6, третий 9 и четвертый 14 сумматоры могут быть реализованы на операционных усилителях 140УД17А. Ключи 4 и 10 могут быть реализован на микросхеме 590КН5. Первый 5 и второй 11 интеграторы могут быть реализованы на операционных усилителях 140УД17А. Блок управления 12 может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.As the first 1 and second 7 multipliers, as well as the divider 14, microcircuits 525PS3 can be selected. The first 3, second 6, third 9 and fourth 14 adders can be implemented on operational amplifiers 140UD17A. Keys 4 and 10 can be implemented on the 590KH5 chip. The first 5 and second 11 integrators can be implemented on operational amplifiers 140UD17A. The control unit 12 can be implemented on the microcontroller AT80C2051.

Устройство работает следующим образом. При подачи на входные шины измеренных сигналов iA(t), uAC(t) и iB(t), uBC(t) на выходе первого 1 и второго 7 перемножителей появляются сигналы, пропорциональные мгновенным мощностям pAC(t), pBC(t), а на выходе фильтров низких частот 2 и 8 сигналы, пропорциональные активным мощностям РAC и РBC. В сумматорах 3 и 9 происходит выделение переменных составляющих мгновенной мощности

Figure 00000007
путем вычитания из сигналов мгновенной мощности значения активной мощности. В первом 5 и втором 11 интеграторах происходит интегрирование переменных составляющих мгновенной мощности на интервале времени замыкания ключей 4 и 10. Ключи 4 и 10 управляются блоком управления 12 и замыкаются на время, равное четверти периода основной частоты, два раза за период, причем первое замыкание начинается с момента перехода соответствующего напряжения через ноль, второе замыкание через четверть периода после завершения первого замыкания. На выходе интеграторов формируется сигналы, пропорциональные полным реактивным мощностям QAC и QBC, которые подаются на сумматор 6, на выходе которого получается суммарная полная реактивная мощность трехфазной системы QΣ. На сумматор 13 подаются сигналы активных мощностей РAC и РBC, с фильтров низких частот 2 и 8. На выходе сумматора 13 получается сигнал, пропорциональный суммарной активной мощности трехфазной системы PΣ. На вход делителя 14 подаются сигналы QΣ, с сумматора 6 и РΣ с сумматора 13. На выходе делителя 14 получается сигнал, равный коэффициенту мощности трехфазной системыThe device operates as follows. When the measured signals i A (t), u AC (t) and i B (t), u BC (t) are fed to the input buses, the signals proportional to the instantaneous powers p AC (t) appear at the output of the first 1 and second 7 multipliers p BC (t), and at the output of low-pass filters 2 and 8, signals proportional to the active powers P AC and P BC . In adders 3 and 9, the variable components of the instantaneous power are extracted
Figure 00000007
by subtracting the active power values from the instantaneous power signals. In the first 5 and second 11 integrators, the integration of the instantaneous power alternating components takes place over the key lock time interval 4 and 10. The keys 4 and 10 are controlled by the control unit 12 and are closed for a time equal to a quarter of the fundamental frequency period, two times during the period, and the first closure begins from the moment the corresponding voltage passes through zero, the second circuit is a quarter of the period after the completion of the first circuit. At the output of the integrators, signals are generated proportional to the total reactive powers Q AC and Q BC , which are supplied to the adder 6, the output of which gives the total apparent reactive power of the three-phase system Q Σ . The adder 13 receives signals of active powers P AC and P BC from the low-pass filters 2 and 8. At the output of the adder 13, a signal is obtained proportional to the total active power of the three-phase system P Σ . The input of the divider 14 receives the signals Q Σ from the adder 6 and P Σ from the adder 13. At the output of the divider 14, a signal is obtained equal to the power factor of the three-phase system

Figure 00000008
Figure 00000008

Например для случая (табл. 1), коэффициент мощности равенFor example, for the case (Table 1), the power factor is

Figure 00000009
Figure 00000009

Таблица 1.Table 1. Напряжения, ВVoltages, V Нагрузка, ОмLoad, ohm Нагрузка, ГнLoad, GN ПримечаниеNote UamUam UbmUbm UcmUcm R1R1 R2R2 R3R3 L1L1 L2L2 L3L3 В фазе А третья гармоника Ua3=30sin(wt-60)In phase A, the third harmonic is Ua3 = 30sin (wt-60) 250250 311311 311311 20twenty 20twenty 20twenty 0,150.15 0,10.1 0,10.1

Изобретение дает возможность измерять коэффициент мощность в трехфазных трехпроводных цепях переменного тока, при синусоидальных и несинусоидальных режимах, в широком диапазоне токов и напряжений, не имея доступа к нулевой точке трехфазной системы.The invention makes it possible to measure the power factor in three-phase three-wire AC circuits, with sinusoidal and non-sinusoidal modes, in a wide range of currents and voltages, without access to the zero point of the three-phase system.

Claims (1)

Способ определение реактивной мощности в трехфазной трехпроводной цепи переменного тока, отличающийся тем, что измеряют мгновенные значения токов двух фаз и мгновенные значения напряжений между этими фазами и третьей фазы, взаимно перемножают эти значения и получают мгновенные мощности, затем выделяют переменные составляющие этих произведений и интегрируют их с момента перехода междуфазных напряжений через ноль в течение интервала времени, равного 1/4 периода входных сигналов, и с момента времени через полпериода после перехода через ноль и в течение интервала времени, равного 1/4 периода входных сигналов, суммируют полученные значения и определяют суммарную реактивную мощность трехфазной трехпроводной системы, одновременно определяют суммарную активную мощность трехфазной трехпроводной системы и определяют коэффициент мощности как отношения суммарной реактивной мощности к суммарной активной мощности трехфазной трехпроводной системы.The method of determining reactive power in a three-phase three-wire AC circuit, characterized in that the instantaneous values of the currents of two phases and the instantaneous voltage values between these phases and the third phase are measured, mutually multiply these values and obtain instantaneous powers, then the alternating components of these products are extracted and integrated from the moment of phase-to-phase voltage transition through zero for a time interval equal to 1/4 of the input signal period, and from the moment half a period after the transition through zero and during the time interval equal to 1/4 of the input signal period, summarize the obtained values and determine the total reactive power of the three-phase three-wire system, simultaneously determine the total active power of the three-phase three-wire system and determine the power factor as the ratio of the total reactive power to the total active power of the three-phase three-wire system.
RU2004117290/28A 2004-06-07 2004-06-07 Method for determining power coefficient in three-phase three-wire alternating current grid RU2263322C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004117290/28A RU2263322C1 (en) 2004-06-07 2004-06-07 Method for determining power coefficient in three-phase three-wire alternating current grid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004117290/28A RU2263322C1 (en) 2004-06-07 2004-06-07 Method for determining power coefficient in three-phase three-wire alternating current grid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2263322C1 true RU2263322C1 (en) 2005-10-27

Family

ID=35864327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004117290/28A RU2263322C1 (en) 2004-06-07 2004-06-07 Method for determining power coefficient in three-phase three-wire alternating current grid

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2263322C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463613C1 (en) * 2011-06-08 2012-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Device for determination of power components within three-phase three-wire ac circuits
RU2554319C1 (en) * 2013-12-12 2015-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Unit to control operation of three-phase inverter
RU2627986C1 (en) * 2016-05-04 2017-08-14 Александр Евгеньевич Бондаренко Method for three-phase circuit momentary power factor measuring and device for its realisation
RU2629907C1 (en) * 2016-09-19 2017-09-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for measuring reactive power in three-phase symmetric electrical circuit
RU2635849C2 (en) * 2012-11-12 2017-11-16 Шнейдер Электрик Эндюстри Сас Device and method of voltage and power determination of every phase in medium voltage network
RU2644034C1 (en) * 2016-11-17 2018-02-07 Александр Евгеньевич Бондаренко Method of measurement of the instant reactive power of the three-phase network
RU2689994C1 (en) * 2018-08-27 2019-05-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of measuring active power in a three-phase symmetrical network
RU213443U1 (en) * 2022-07-04 2022-09-13 Евгений Борисович Колесников POWER FACTOR METER

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Типовая инструкция по компенсации емкостного тока замыкания на землю в электрических сетях 6-35 кВ, ТИ 34-70-070-87. - М.: СПО Союзтехэнерго, М.:1988. - 55 с. Электроника и микросхемотехника 4.2. Электронные устройства промышленной автоматики: Учебник/ Под общ. Ред. А.А.Краснопрошиной. - К.: Выща шк., 1989, с.69-79. *
Электрическая часть станций и подстанций / А.А.Васильев, И.П.Крючков, Е.Ф.Наяшкова и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с. Электроника и микросхемотехника 4.2. Электронные устройства промышленной автоматики: Учебник/ Под общ. Ред. А.А.Краснопрошиной. - К.: Выща шк., 1989, с.69-79. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463613C1 (en) * 2011-06-08 2012-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения Device for determination of power components within three-phase three-wire ac circuits
RU2635849C2 (en) * 2012-11-12 2017-11-16 Шнейдер Электрик Эндюстри Сас Device and method of voltage and power determination of every phase in medium voltage network
RU2554319C1 (en) * 2013-12-12 2015-06-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Unit to control operation of three-phase inverter
RU2627986C1 (en) * 2016-05-04 2017-08-14 Александр Евгеньевич Бондаренко Method for three-phase circuit momentary power factor measuring and device for its realisation
RU2629907C1 (en) * 2016-09-19 2017-09-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method for measuring reactive power in three-phase symmetric electrical circuit
RU2644034C1 (en) * 2016-11-17 2018-02-07 Александр Евгеньевич Бондаренко Method of measurement of the instant reactive power of the three-phase network
RU2689994C1 (en) * 2018-08-27 2019-05-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of measuring active power in a three-phase symmetrical network
RU213443U1 (en) * 2022-07-04 2022-09-13 Евгений Борисович Колесников POWER FACTOR METER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5307009A (en) Harmonic-adjusted watt-hour meter
Filipski A new approach to reactive current and reactive power measurement in nonsinusoidal systems
EP2881748B1 (en) Impedance detector apparatus and method
Kezunovic et al. New digital signal processing algorithms for frequency deviation measurement
US8868364B2 (en) Apparatus and method for real time harmonic spectral analyzer
US6828771B1 (en) Electrical power measurement
RU2263322C1 (en) Method for determining power coefficient in three-phase three-wire alternating current grid
Diahovchenko et al. Effect of harmonic distortion on electric energy meters of different metrological principles
RU97108360A (en) DIGITAL COMPARATOR
RU99122161A (en) DEVICE FOR COMPARING TWO SIGNALS, DEVICE AND METHOD FOR FORMING NON-STATIONARY SIGNALS
JP3167620B2 (en) Harmonic outflow evaluation device
RU41158U1 (en) DEVICE FOR MEASURING POWER FACTOR IN THREE-PHASE THREE-WIRING AC CIRCUIT
Saranovac Digital realization of frequency insensitive phase shifter for reactive var-hour meters
Bucci et al. Power measurements on high distorted signals: experimental comparison between two alternative developed device solutions
JP2940605B2 (en) Harmonic characteristic measuring method and harmonic characteristic measuring device
RU2223509C1 (en) Method measuring power of distortion in a c single-phase network
SU851284A1 (en) Device for measuring full harmonic resistance in multi-phase electrical systems with non-linear and non-symmetric loads
RU2644034C1 (en) Method of measurement of the instant reactive power of the three-phase network
SU1541532A1 (en) Method of determining components of internal resistance of electric network
RU41373U1 (en) DEVICE FOR MEASURING REACTIVE SHIFT POWER IN A THREE-PHASE THREE-WAY AC CIRCUIT
Đurić et al. Combined Fourier and Zero Crossing Technique for Frequency Measurement in Power Networks in the Presence of Harmonics.
JPS61155868A (en) Simple measuring method of insulation resistance
RU39408U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHASE SHIFT BETWEEN TWO SINUSOIDAL SIGNALS
Khusroo et al. An Accurate Circuit for the Measurements of Multiple Smart Grid Parameters
JPH0230787Y2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060608