RU2406094C2 - Способ мгновенного определения коэффициента искажения сигналов в электрической сети переменного тока и соответствующее устройство - Google Patents
Способ мгновенного определения коэффициента искажения сигналов в электрической сети переменного тока и соответствующее устройство Download PDFInfo
- Publication number
- RU2406094C2 RU2406094C2 RU2009101477/28A RU2009101477A RU2406094C2 RU 2406094 C2 RU2406094 C2 RU 2406094C2 RU 2009101477/28 A RU2009101477/28 A RU 2009101477/28A RU 2009101477 A RU2009101477 A RU 2009101477A RU 2406094 C2 RU2406094 C2 RU 2406094C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- processing
- frequency
- input signal
- processing means
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
- G01R23/20—Measurement of non-linear distortion
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
- Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к вычислениям в реальном времени мгновенного значения коэффициента дискретных гармоник. Суть изобретения заключается в том, что принимают от электросети входной сигнал, выбирают при помощи первого средства обработки один период входного сигнала для получения дискретизированного сигнала, передают дискретизированный сигнал на второе средство обработки, вычисляют коэффициент гармонических искажений дискретизированного сигнала при помощи второго средства обработки. Технический результат заключается в повышении точности определения значения частоты сигнала. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Техническая область изобретения
Предлагаемое изобретение относится к способу мгновенного определения коэффициента искажения сигналов в электрической сети переменного тока, и в частности в электрической сети переменного тока, распределяющей сигналы переменной частоты. Изобретение относится также к электронному устройству, выполненному с возможностью осуществления этого способа.
Основная задача изобретения состоит в том, чтобы предложить решение по предоставлению в реальном времени информации для характеристики помех, присутствующих в электрической сети, в частности электрической сети, частота напряжения которой, имеющаяся в сети, является переменной. Однако способ согласно изобретению может быть непосредственно перенесен также на электрические сети с постоянной частотой напряжения.
Область изобретения относится в целом к области анализа электрических сетей переменного тока и в частности к определению помех, которые могут иметь место в таких сетях. В частности, такой анализ может состоять в операции с целью оценки линейности характеристики системы, связанной с рассматриваемой электрической сетью. Если эта характеристика линейная, то система на синусоиду отвечает синусоидой, в противном случае она вносит искажение, и выходной сигнал уже не синусоидальный, а приобрел гармоники.
Коэффициент искажения, называемый также коэффициентом гармонического искажения, сокращенно THD, представляет собой величину, которая при помощи единичного числа позволяет оценить возмущение тока или напряжения в точке данной электрической сети, принимая во внимание деформацию синусоидальной величины сигналов упомянутой сети. Этот коэффициент часто используют для измерения гармонического загрязнения, которое вызывают различные приборы, подсоединенные к рассматриваемой сети, и для наблюдения за быстрыми флуктуациями в сети. THD определяют как отношение действующей суммарной величины гармоник (то есть квадратичной суммы гармоник) к действующей величине основной составляющей по следующей формуле (1):
где Н0 - значение среднего квадратичного, или действующее значение, основной составляющей рассматриваемого сигнала, и Hk - значение среднего квадратичного гармоники порядка K. Формула (1) представляет собой формулу вычисления коэффициента гармонических искажений применительно к частотному подходу обрабатываемого сигнала.
Таким образом, THD дает количественную оценку частотного содержания измеряемого сигнала, указывая энергетическую значимость гармоник по отношению к основной составляющей сигнала.
В настоящее время преобладающее большинство измерительных приборов, способных вычислить THD сигнала, исходит из использования алгоритма FFT (Fast Fourier Transform, быстрого преобразования Фурье), основанного на разложении на ряды Фурье измеряемого сигнала. Такой алгоритм задает амплитуду и фазу каждого частотного шага. Исходя из этой информации, второе вычисление, соответствующее формуле (1), позволяет определить THD. По определению такие вычисления применимы к стационарным сигналам. Из очевидных практических соображений они включают предварительно заданное число точек, очень часто равное квадрату, для оптимизации времени вычислений.
Технологическая предпосылка изобретения
Существующие в настоящее время в продаже приборы приспособлены для измерения значений THD для сигналов, частота которых является постоянной и заранее известной. Как правило, такие частоты соответствуют 50 Гц в европейской электросети, 60 Гц в американской электросети и 400 Гц, например, в некоторых сетях, используемых в области аэронавтики. Такие приборы не могут работать для измерения сигнала, имеющего переменную частоту, и значение которой не может быть предусмотрено заранее.
Более того, упомянутые алгоритмы FFT вычисляют THD на значительном числе периодов сигнала. По такому принципу невозможно различить быстрое изменение THD на сигнале, продолжительность которого незначительна относительно продолжительности окна вычисления; в действительности, такое быстрое изменение может быть усреднено остатком измеряемого сигнала.
Наконец, вычисление FFT применяют принципиально на большом числе периодов сигнала; в действительности, до сих пор анализируемые сигналы были стационарными и не требовалось концентрировать внимание на вычислениях для короткой продолжительности; следовательно, существующие вычисления FFT не приспособлены к анализам на очень коротких временных интервалах.
Далее, имеются сектора промышленности, в которых широко развивается использование электросети переменной частоты. Речь идет, в частности, о секторе аэронавтики. Например, тяжелый транспортный самолет Airbus А380 использует такую электросеть. Действительно, электросеть переменного тока А380 представляет собой трехфазную сеть, генерирование которой обеспечивают четыре генератора переменной частоты, сокращенно ГПЧ, непосредственно подключенные к ступени высокого давления каждого реактивного двигателя. Возбуждение генератора переменного тока управляется таким образом, чтобы получить действующее регулируемое выходное напряжение порядка 115-200 вольт, при этом частота сети заключена приблизительно между 360 Гц и 800 Гц. Каждый реактивный двигатель приводит ГПЧ, который питает свою отдельную основную шину переменного тока.
В целом растущее использование электричества в этой области применения обусловлено, в частности, значительным уменьшением массы рассматриваемого прибора, что позволяет упростить гидравлические сети, тяжелые и трудоемкие в плане обслуживания.
Общее описание изобретения
Таким образом, общая проблема, на решение которой нацелен предмет изобретения, состоит в том, чтобы устранить отсутствие средств вычисления мгновенного значения THD, в реальном времени применительно к электросети, производящей сигнал переменной частоты.
Предмет изобретения предлагает решение вышеизложенных проблем и недостатков. В целом в изобретении предлагается способ мгновенного определения коэффициента искажения на сигналах переменной частоты, а также соответствующее устройство, в котором вычисляется коэффициент гармонического искажения на насколько возможно самом коротком временном окне, соответствующем продолжительности периода основной составляющей рассматриваемого сигнала. Преимущественно стремятся точно определить значение частоты сигнала, THD которого предстоит вычислить, и используют итерацию некоторых измерений, осуществленных при данном вычислении для получения значения THD на следующих сигналах. Такой способ может быть применен также непосредственно и к электросетям переменного тока постоянной частоты.
Следовательно, изобретение относится главным образом к способу мгновенного определения коэффициента искажения в электросети переменного тока, отличающемуся тем, что он содержит следующие различные этапы, состоящие в том, что:
- принимают от электросети входной сигнал (Sin);
- выбирают при помощи первого средства обработки (1) один период входного сигнала для получения дискретизированного сигнала (Sper);
- передают дискретизированный сигнал на второе средство обработки (2);
- вычисляют коэффициент гармонического искажения дискретизированного сигнала при помощи второго средства обработки.
Помимо основных признаков, которые упомянуты в предыдущем абзаце, способ согласно изобретению может иметь среди прочего один или несколько следующих дополнительных признаков:
- электросеть переменного тока представляет собой электросеть переменного тока переменной частоты, при этом входной сигнал представляет собой входной сигнал переменной частоты;
- этап выбора, при помощи первого средства обработки, одного периода входного сигнала содержит следующие различные операции, состоящие в том, что:
- фильтруют входной сигнал при помощи устройства фильтрации, фильтрующего частоту основной составляющей входного сигнала, для получения отфильтрованного сигнала для обработки;
- идентифицируют период отфильтрованного сигнала для обработки и моментов начала и завершения чередования отфильтрованного сигнала для обработки путем обнаружения при помощи третьего средства обработки перехода через нуль основной составляющей, содержащейся в отфильтрованном сигнале для обработки;
- выбирают, при помощи средства выбора, дискретизированный сигнал путем отнесения на входной сигнал моментов начала и завершения чередования идентифицированного обработанного сигнала;
- этап идентификации периода отфильтрованного сигнала для обработки и моментов начала и завершения чередования отфильтрованного сигнала для обработки содержит дополнительную предварительную операцию, состоящую в том, что передают, со средства выбора на третье средство обработки, информацию относительно момента завершения чередования части отфильтрованного сигнала, непосредственно предшествующего дискретизированному сигналу;
- устройство фильтрации содержит первый фильтр, имеющий первую частоту среза, и второй фильтр, имеющий вторую частоту среза, при этом входной сигнал передается на первый фильтр и на второй фильтр, производя соответственно первый отфильтрованный сигнал и второй отфильтрованный сигнал, передаваемые соответственно на первое средство обнаружения перехода через нуль и второе средство обнаружения перехода через нуль третьего средства обработки, производя информацию относительно перехода через нуль и передавая, каждое, упомянутую информацию относительно перехода через нуль на один логический компаратор, при этом упомянутый логический компаратор интерпретирует упомянутую полученную информацию, чтобы определить рассматриваемую частоту основной составляющей в операции идентификации моментов начала и завершения чередования;
- первая частота среза равна максимальной частоте, наблюдаемой в сети переменной частоты, а вторая частота среза ниже или равна двойному значению минимальной частоты, наблюдаемой в сети переменной частоты;
- первая частота среза равна 800 Гц, а вторая частота среза равна 600 Гц;
- этап выбора, при помощи первого средства обработки, одного чередования входного сигнала содержит следующие различные операции, состоящие в том, что:
- осуществляют посредством четвертого средства обработки и на усеченном сигнале, соответствующем входному сигналу на заранее определенном временном интервале, частотный анализ усеченного сигнала для идентификации частотного содержания и частоты основной составляющей входного сигнала;
- идентифицируют, посредством пятого средства обработки, дату начала и дату завершения цикла основной составляющей;
- выбирают, при помощи средства выбора, временной интервал, соответствующий периоду входного сигнала, путем отнесения на усеченный сигнал идентифицированных дат начала и завершения цикла основной составляющей;
- способ содержит предварительный этап, состоящий в том, что передают, со средства выбора на четвертое средство обработки, информацию относительно момента завершения чередования части сигнала, непосредственно предшествующего дискретизированному сигналу;
- этап вычисления, при помощи второго средства обработки, коэффициента гармонического искажения дискретизированного сигнала содержит следующие операции, состоящие в том, что:
- осуществляют полный частотный анализ дискретизированного сигнала для определения амплитуды каждой из гармоник дискретизированного сигнала;
- применяют к определенным амплитудам формулу вычисления коэффициента гармонического искажения, адаптированную к частотному подходу сигнала для обработки;
- этап вычисления, при помощи второго средства обработки, коэффициента гармонического искажения дискретизированного сигнала содержит следующие операции, состоящие в том, что:
- вычисляют действующие значения полного сигнала и основной составляющей;
- применяют к вычисленным действующим значениям формулу вычисления коэффициента гармонического искажения дискретизированного сигнала, адаптированную к временному подходу сигнала для обработки;
- входной сигнал представляет собой цифровой сигнал;
- входной сигнал представляет собой аналоговый сигнал.
Предлагаемое изобретение относится также к устройству для мгновенного определения коэффициента гармонического искажения на сигналах электросети переменного тока, которое способно применить по меньшей мере один вариант осуществления способа согласно изобретению, при этом упомянутое устройство принимает на входе входной сигнал, отличающемуся, в частности, тем, что содержит:
- первое средство обработки для выбора одного периода входного сигнала для получения дискретизированного сигнала;
- второе средство обработки, принимающее на входе дискретизированный сигнал для вычисления коэффициента гармонического искажения принятого дискретизированного сигнала.
Помимо основных признаков, которые упомянуты в предыдущем абзаце, устройство согласно изобретению может иметь среди прочего один или несколько следующих дополнительных признаков:
- электросеть переменного тока представляет собой электросеть переменного тока переменной частоты;
- первое средство обработки содержит:
- устройство фильтрации, фильтрующее частоту основной составляющей входного сигнала для получения отфильтрованного сигнала для обработки;
- третье средство обработки, идентифицирующее период отфильтрованного сигнала для обработки и моменты начала и завершения чередования отфильтрованного сигнала для обработки путем обнаружения переходов через нуль основной составляющей, присутствующей в отфильтрованном сигнале для обработки;
- средство выбора, определяющее дискретизированный сигнал путем отнесения на входной сигнал идентифицированных моментов начала и завершения чередования обработанного сигнала;
- устройство фильтрации содержит первый фильтр, имеющий первую частоту среза, и второй фильтр, имеющий вторую частоту среза, при этом первый фильтр и второй фильтр принимают входной сигнал и производят соответственно первый отфильтрованный сигнал и второй отфильтрованный сигнал, и
третье средство обработки содержит:
- первое средство обнаружения перехода через нуль и второе средство обнаружения перехода через нуль, принимающие соответственно первый отфильтрованный сигнал и второй отфильтрованный сигнал и производящие информацию относительно перехода через нуль соответственно первого отфильтрованного сигнала и второго отфильтрованного сигнала;
- один логический компаратор, принимающий информацию относительно перехода через нуль и интерпретирующий упомянутую полученную информацию для определения рассматриваемой частоты основной составляющей.
Краткое описание фигур
Фигуры служат лишь ориентиром, но ни в коей мере не ограничивают изобретение. Фигуры показывают:
фиг.1 - общее схематичное изображение устройства согласно изобретению;
фиг.2 - первый схематичный вариант осуществления первого средства обработки, входящего в устройство согласно изобретению;
фиг.3 - второй схематичный вариант осуществления первого средства обработки, входящего в устройство согласно изобретению;
фиг.4 - детальный пример осуществления варианта по фиг.2;
фиг.5 - первый схематичный вариант осуществления второго средства обработки, входящего в устройство согласно изобретению;
фиг.6 - второй схематичный вариант осуществления второго средства обработки, входящего в устройство согласно изобретению.
Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Различные элементы, показанные на нескольких фигурах, если отсутствует уточнение об обратном, обозначены одной и той же позицией.
На фиг.1 очень схематично показан пример устройства 100 согласно изобретению. Входной сигнал Sin подает электросеть переменной частоты. Входной сигнал Sin принимает первое средство обработки 1, которое выбирает, на первом этапе способа согласно изобретению, один период входного сигнала Sin. Хотя рассматриваемая электросеть подает переменный ток переменной частоты, здесь речь идет о периоде входного сигнала, чтобы обозначить период входного сигнала, который характеризует, в пределах данного временного окна, упомянутый входной сигнал; последний в действительности является периодическим для рассматриваемого временного окна.
Выбранный первым средством обработки 1 один период передается затем, посредством дискретизированного сигнала Sper, на второе средство обработки 2 устройства согласно изобретению. Второе средство обработки 2 осуществляет, на втором этапе способа согласно изобретению, вычисление THD для каждого периода сигнала, который передает ему дискретизированный сигнал Sper. Таким образом, для каждого периода входного сигнала Sin, который передает на второе устройство обработки дискретизированный сигнал Sper, устройство согласно изобретению в состоянии осуществить вычисление THD и представить, в форме выходного сигнала Sout, цифровое значение или, в случае полностью аналоговой обработки, аналоговую форму результата вычисления.
Как правило, описанная выше обработка сигналов осуществляется либо непосредственно на аналоговых сигналах, либо на цифровых дискретах, полученных классическим способом прохождения аналогового сигнала в аналого-цифровом преобразователе.
На фиг.2 показан первый вариант осуществления первого средства обработки 1. В этом варианте первое средство обработки 1 состоит из устройства 11 фильтрации, третьего средства обработки 12, устройства выбора 15 и итерационной схемы 16.
Устройство 11 фильтрации принимает на входе входной сигнал Sin; его функцией является фильтрация входного сигнала Sin, чтобы сохранить лишь частоты, близкие частоте основной составляющей входного сигнала Sin, и подать, таким образом, отфильтрованный сигнал для обработки Sf. Отфильтрованный сигнал для обработки Sf передается вслед за этим на третье средство обработки 12, функцией которого является осуществление операции обнаружения перехода через нуль основной составляющей, чтобы при этом идентифицировать период отфильтрованного сигнала Sf и моменты начала чередования и завершения чередования отфильтрованного сигнала Sf.
Как правило, термином чередование обозначают часть сигнала, находящуюся между первым моментом, так называемым началом чередования, и вторым моментом, так называемым завершением чередования, причем амплитуды сигнала в моменты начала чередования и завершения чередования равны, но не непременно нулевые, и рассматриваемый сигнал совершает один полный период между моментами начала чередования и завершения чередования. Термин цикл обозначает особое чередование, для которого амплитуды, зафиксированные в моменты или даты начала и завершения чередования, являются нулевыми.
Информация относительно моментов начала и завершения чередования передается в виде сигнала Sp на первый вход устройства выбора, который принимает с другой стороны, на уровне второго входа, входной сигнал Sin. Таким образом, устройство выбора 15 имеет функцией выбор, путем отнесения моментов начала и завершения чередования на входной сигнал Sin, только одного периода входного сигнала Sin, при этом выбранный таким образом период соответствует дискретизированному сигналу Sper, который затем передается на второе средство обработки 2.
Одновременно с передачей дискретизированного сигнала Sper на второе средство обработки 2 первый информационный сигнал Sm, соответствующий информации завершения обработки и содержащий, в частности, момент завершения чередования периода уже обработанного сигнала Sin, передается со средства выбора 15 на итерационную схему 16. Последняя использует эту информацию для передачи посредством второго информационного сигнала Sn входных данных на третье средство обработки 12, которое способно извлечь из второго информационного сигнала Sn информацию о начале чередования ближайшего периода сигнала Sin для обработки. Этот период будет, следовательно, непосредственно следующим периодом сигнала Sin, таким образом может быть обработан весь сигнал Sin.
На фиг.3 показан второй вариант осуществления первого средства обработки 1. В этом варианте первое средство обработки 1 состоит из четвертого средства обработки 13, пятого средства обработки 14, устройства выбора 15 и итерационной схемы 16.
Четвертое средство обработки 13 принимает на входе входной сигнал Sin, из которого оно извлекает часть, соответствующую заранее определенному временному окну сигнала Sin и образующую усеченный сигнал; функцией четвертого средства обработки 13 является осуществление частотного анализа усеченного сигнала, чтобы извлечь частотное содержание и идентифицировать частоту основной составляющей усеченного сигнала. Обработанная четвертым средством обработки 13 информация передается в виде третьего информационного сигнала Sg на пятое средство обработки 14, функцией которого является определение на основе переданной частотной информации моментов начала и завершения чередования входного сигнала Sin, соответствующих датам начала цикла и завершения цикла основной составляющей усеченного сигнала.
Как и в первом варианте, информация относительно моментов начала и завершения чередования передается в форме информационного сигнала Sp на первый вход устройства выбора 15, функционирование которого соответствует тому, которое описано в связи с первым вариантом.
Поданные и полученные итерационной схемой 16 сигналы идентичны сигналам описанного первого варианта. Между тем во втором варианте второй информационный сигнал Sn передается на четвертое средство обработки 13, которое таким образом узнает о новой дате, на основе которой должен осуществляться поиск основной составляющей входного сигнала.
На фиг.4 показан детальный вариант осуществления, соответствующий наиболее общему устройству, представленному на фиг.2. Этот детальный вариант адаптирован, в частности, к тому случаю, когда частота основной составляющей входного сигнала Sin может изменяться в диапазоне частот между минимальной частотой и максимальной частотой, превышающей в два раза минимальную частоту. Это соответствует, например, случаю электросетей переменной частоты, в которых частота может колебаться в диапазоне от 360 Гц до 800 Гц.
Для таких электросетей рискованно предложить фильтрацию, в которой гарантируется срез во всех случаях первой гармоники входного сигнала, гарантируя при этом фильтрацию, то есть прохождение во всех случаях основной составляющей входного сигнала. Действительно, в случае, если основная составляющая находится в пределах 360 Гц и 400 Гц, частота первой гармоники будет в пределах 720 Гц и 800 Гц, то есть все еще в диапазоне возможной частоты основной составляющей входного сигнала рассматриваемой сети. Третье средство обработки 12 рискует при этом идентифицировать первую гармонику с основной составляющей.
Поэтому следует быть в состоянии отсечь, посредством устройства 11 фильтрации, сигнал в пределах между 720 Гц и 800 Гц, когда этот сигнал соответствует первой гармонике входного сигнала Sin, и отфильтровать такой сигнал, когда он соответствует основной составляющей входного сигнала Sin, с целью предоставить отфильтрованный сигнал Sf, который может быть использован на третьем средстве обработки 12.
Чтобы ответить на этот вызов, предлагается в варианте на фиг.4 осуществить устройство 11 фильтрации посредством первого фильтра 111 и второго фильтра 112, при этом первый фильтр и второй фильтр представляют собой, например, фильтры низких частот, которые имеют различные частоты среза, равные соответственно 800 Гц и 600 Гц в рассматриваемом примере. В других вариантах осуществления выбранные частоты среза отличаются от вышеупомянутых. Преимущественно выбирают первую частоту среза в пределах 750 Гц и 850 Гц, а вторую частоту среза в пределах 550 Гц и 650 Гц. Первый фильтр 111 и второй фильтр 112 принимают каждый на входе входной сигнал Sin, который заранее удвоен, и производят соответственно первый отфильтрованный сигнал Sf1 и второй отфильтрованный сигнал Sf2.
Первый отфильтрованный сигнал Sf1 и второй отфильтрованный сигнал Sf2 передаются соответственно на первый модуль 121 и на второй модуль 121′ третьего средства обработки 12, при этом первый модуль и второй модуль представляют собой средства обнаружения перехода через нуль, которые в этом примере идентичны. Информация, касающаяся обнаружения перехода через нуль, полученная модулями 121 и 121′, передается затем на логический компаратор 122 третьего средства обработки 12, который в зависимости от упомянутой информации обнаружения перехода через нуль определяет рассматриваемую частоту основной составляющей. Это определение осуществляется следующим образом:
- при реальной частоте основной составляющей в пределах между 360 Гц и 400 Гц частота обнаруженных сигналов в первом отфильтрованном сигнале Sf1 будет находиться между 720 Гц и 800 Гц, что соответствует первой гармонике, а частота обнаруженных сигналов во втором отфильтрованном сигнале Sf2 будет находиться между 360 Гц и 400 Гц;
- при реальной частоте основной составляющей в пределах между 400 Гц и 600 Гц частота обнаруженных сигналов в первом отфильтрованном сигнале Sf1 будет находиться между 400 Гц и 600 Гц, а частота обнаруженных сигналов во втором отфильтрованном сигнале Sf2 также будет находиться между 400 Гц и 800 Гц;
- при реальной частоте основной составляющей в пределах между 600 Гц и 800 Гц частота обнаруженных сигналов в первом отфильтрованном сигнале Sf1 будет находиться между 600 Гц и 800 Гц, а во втором отфильтрованном сигнале Sf2 не будет обнаружен никакой сигнал, при этом входной сигнал будет здесь полностью срезан вторым фильтром 112.
Так, когда логический компаратор 122 обнаруживает присутствие различных сигналов, исходящих из первого фильтра 111 и второго фильтра 112, он принимает в расчет лишь второй отфильтрованный сигнал Sf2, исходящий из второго фильтра 112, как содержащий основную составляющую входного сигнала; когда логический компаратор 122 обнаруживает присутствие идентичных сигналов, исходящих из первого фильтра 111 и второго фильтра 112, он без различия принимает в расчет первый отфильтрованный сигнал Sf1 или второй отфильтрованный сигнал Sf2 как содержащие основную составляющую входного сигнала; когда логический компаратор 122 обнаруживает присутствие сигнала, исходящего из первого фильтра 111, и отсутствие сигнала, исходящего из второго фильтра 112, он принимает в расчет лишь первый отфильтрованный сигнал Sf1, исходящий из первого фильтра 111, как содержащий основную составляющую входного сигнала.
Таким образом, логический компаратор позволяет передать, после обработки модулями 121 или 121′, хороший отфильтрованный сигнал, то есть который содержит основную составляющую входного сигнала Sin посредством выбора 15.
Вслед за этим различными методами может осуществляться вычисление THD при помощи второго средства обработки 2. Согласно первому классическому методу второе средство обработки 2 осуществляет полный частотный анализ дискретизированного сигнала Sper, который оно принимает, посредством выявления в нем частотного спектра, то есть извлечения значений амплитуд каждой из гармоник и основной составляющей рассматриваемого сигнала. После определения этих значений к ним применяется вышеописанная формула (1).
Согласно второму методу используют временной подход к сигналу для обработки. Такой метод представляется более эффективным в плане времени вычисления и, следовательно, более приспособленным к вычислениям в реальном времени и к использованию как на цифровых, так и на аналоговых сигналах. Такой подход предполагает рассмотрение действующих значений различных участвующих сигналов.
В первом варианте осуществления такого подхода, схематично изображенном на фиг.5, второе средство обработки 2, которое принимает на входе дискретизированный сигнал Sper, содержит первый модуль обработки 21, который на основе дискретизированного сигнала Sper вырабатывает сигнал Sfond, относящийся к частоте основной составляющей, который содержит лишь частотное содержание, относящийся к частоте основной составляющей сигнала. С этой целью первый модуль обработки применяет, например, операцию цифровой или аналоговой фильтрации, в зависимости от природы сигнала Sper, в частности, при помощи полосового фильтра для основой составляющей. Второй модуль обработки 22 второго средства обработки 2 использует затем сигнал Sfond, а также дискретизированный сигнал Sper для осуществления вычисления THD по следующей формуле (2):
где 
- действующее значение дискретизированного сигнала Sper, а 
- действующее значение сигнала Sfond.
Во втором варианте осуществления такого подхода, схематично изображенном на фиг.6, второе средство обработки 2, которое принимает на входе дискретизированный сигнал Sper, содержит третий модуль обработки 23, который на основе дискретизированного сигнала Sper отделяет сигнал Sfond, относящийся к частоте основной составляющей дополнительного сигнала Sharm, соответствующей дискретизированному сигналу Sper, из которого удален сигнал Sfond. С этой целью первый модуль обработки применяет, например, операцию цифровой или аналоговой фильтрации, в зависимости от природы сигнала Sper, в частности, при помощи полосового фильтра для частоты основной составляющей. Четвертый модуль обработки 24 второго средства обработки 2 использует затем сигнал Sfond и сигнал Sharm для осуществления вычисления THD по следующей формуле (3):
где 
- действующее значение сигнала Sharm, и 
- действующее значение сигнала Sfond.
Формулы (2) и (3) представляют здесь формулы вычисления коэффициента гармонического искажения, адаптированные к временному подходу к сигналу для обработки.
Claims (17)
1. Способ мгновенного определения коэффициента искажений в электросети переменного тока, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:
принимают от электросети входной сигнал (Sin);
выбирают при помощи первого средства обработки (1) один период входного сигнала для получения дискретизированного сигнала (Sper);
передают дискретизированный сигнал на второе средство обработки (2);
вычисляют коэффициент гармонических искажений дискретизированного сигнала при помощи второго средства обработки.
принимают от электросети входной сигнал (Sin);
выбирают при помощи первого средства обработки (1) один период входного сигнала для получения дискретизированного сигнала (Sper);
передают дискретизированный сигнал на второе средство обработки (2);
вычисляют коэффициент гармонических искажений дискретизированного сигнала при помощи второго средства обработки.
2. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что электросеть переменного тока представляет собой электросеть переменного тока с переменной частотой, при этом входной сигнал представляет собой сигнал переменной частоты.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап выбора, при помощи первого средства обработки, одного периода входного сигнала содержит следующие операции:
фильтруют входной сигнал при помощи устройства (11) фильтрации, фильтрующего частоту основной составляющей входного сигнала, для получения отфильтрованного сигнала для обработки (Sf);
идентифицируют период отфильтрованного сигнала для обработки и моменты начала и завершения чередования отфильтрованного сигнала для обработки, обнаруживая при помощи третьего средства обработки (12) переходы через нуль основной составляющей, содержащейся в отфильтрованном сигнале для обработки;
выбирают при помощи средства выбора (15) дискретизированный сигнал путем отнесения на входной сигнал идентифицированных моментов начала и завершения чередования обработанного сигнала.
фильтруют входной сигнал при помощи устройства (11) фильтрации, фильтрующего частоту основной составляющей входного сигнала, для получения отфильтрованного сигнала для обработки (Sf);
идентифицируют период отфильтрованного сигнала для обработки и моменты начала и завершения чередования отфильтрованного сигнала для обработки, обнаруживая при помощи третьего средства обработки (12) переходы через нуль основной составляющей, содержащейся в отфильтрованном сигнале для обработки;
выбирают при помощи средства выбора (15) дискретизированный сигнал путем отнесения на входной сигнал идентифицированных моментов начала и завершения чередования обработанного сигнала.
4. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что этап идентификации периода отфильтрованного сигнала для обработки и моментов начала и завершения чередования отфильтрованного сигнала для обработки содержит дополнительную предварительную операцию, состоящую в том, что передают со средства выбора на третье средство обработки информацию (Sn) относительно момента завершения чередования части отфильтрованного сигнала, непосредственно предшествующего дискретизированному сигналу.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что устройство фильтрации содержит первый фильтр (111), имеющий первую частоту среза, и второй фильтр, имеющий вторую частоту среза, при этом входной сигнал передается на первый фильтр и на второй фильтр, производящие соответственно первый отфильтрованный сигнал (Sf1) и второй отфильтрованный сигнал (Sf2), передаваемые соответственно на первое средство обнаружения перехода через нуль (121) и второе средство обнаружения перехода через нуль (121′) третьего средства обработки, производящие информацию относительно перехода через нуль и передающие каждый на один логический компаратор (122) упомянутую информацию относительно перехода через нуль, при этом упомянутый логический компаратор интерпретирует упомянутую полученную информацию, чтобы определить рассматриваемую частоту основной составляющей в операции идентификации моментов начала и завершения чередования.
6. Способ по п.2, отличающийся тем, что первая частота среза равна максимальной частоте, наблюдаемой в сети переменной частоты, и тем, что вторая частота среза ниже или равна двойному значению минимальной частоты, наблюдаемой в сети переменной частоты.
7. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что первая частота среза равна 800 Гц и что вторая частота среза равна 600 Гц.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап выбора при помощи первого средства обработки одного чередования входного сигнала содержит следующие операции:
осуществляют посредством четвертого средства обработки (13) и на усеченном сигнале, соответствующем входному сигналу на заранее определенном временном интервале, частотный анализ усеченного сигнала для идентификации частотного содержания и частоты основной составляющей входного сигнала;
идентифицируют посредством пятого средства обработки (14) дату начала и дату завершения цикла основной составляющей;
выбирают, при помощи средства выбора (15) временной интервал, соответствующий периоду входного сигнала, путем отнесения на усеченный сигнал идентифицированных дат начала и завершения цикла основной составляющей.
осуществляют посредством четвертого средства обработки (13) и на усеченном сигнале, соответствующем входному сигналу на заранее определенном временном интервале, частотный анализ усеченного сигнала для идентификации частотного содержания и частоты основной составляющей входного сигнала;
идентифицируют посредством пятого средства обработки (14) дату начала и дату завершения цикла основной составляющей;
выбирают, при помощи средства выбора (15) временной интервал, соответствующий периоду входного сигнала, путем отнесения на усеченный сигнал идентифицированных дат начала и завершения цикла основной составляющей.
9. Способ по предыдущему пункту, отличающийся тем, что содержит предварительный этап, состоящий в том, что передают со средства выбора на четвертое средство обработки информацию (Sn) относительно момента завершения чередования части сигнала, непосредственно предшествующего дискретизированному сигналу.
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап вычисления при помощи второго средства обработки коэффициента гармонических искажений дискретизированного сигнала содержит следующие операции:
осуществляют полный частотный анализ дискретизированного сигнала для определения амплитуды каждой из гармоник дискретизированного сигнала;
применяют к определенным амплитудам формулу вычисления коэффициента гармонических искажений, адаптированную для частотного подхода к сигналу для обработки.
осуществляют полный частотный анализ дискретизированного сигнала для определения амплитуды каждой из гармоник дискретизированного сигнала;
применяют к определенным амплитудам формулу вычисления коэффициента гармонических искажений, адаптированную для частотного подхода к сигналу для обработки.
11. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап вычисления при помощи второго средства обработки коэффициента гармонических искажений дискретизированного сигнала содержит следующие операции:
вычисляют действующие значения полного сигнала и основной составляющей;
применяют к вычисленным действующим значениям формулу вычисления коэффициента гармонических искажений, адаптированную для временного подхода к сигналу для обработки.
вычисляют действующие значения полного сигнала и основной составляющей;
применяют к вычисленным действующим значениям формулу вычисления коэффициента гармонических искажений, адаптированную для временного подхода к сигналу для обработки.
12. Способ по п.1, отличающийся тем, что входной сигнал представляет собой цифровой сигнал.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что входной сигнал представляет собой аналоговый сигнал.
14. Устройство (100) для мгновенного определения коэффициента искажений на сигналах электросети переменного тока, выполненное с возможностью осуществить способ, по меньшей мере, по одному из предыдущих пунктов, при этом упомянутое устройство принимает на входе входной сигнал (Sin), отличающееся тем, что содержит, в частности:
первое средство обработки (1) для выбора одного периода входного сигнала для получения дискретизированного сигнала (Sper);
второе средство обработки (2), которое принимает на входе дискретизированный сигнал для вычисления коэффициента гармонических искажений принятого дискретизированного сигнала.
первое средство обработки (1) для выбора одного периода входного сигнала для получения дискретизированного сигнала (Sper);
второе средство обработки (2), которое принимает на входе дискретизированный сигнал для вычисления коэффициента гармонических искажений принятого дискретизированного сигнала.
15. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что электросеть переменного тока представляет собой сеть переменной частоты.
16. Устройство по п.14, отличающееся тем, что первое средство обработки содержит:
устройство (11) фильтрации, фильтрующее частоту основной составляющей входного сигнала для получения отфильтрованного сигнала для обработки (Sf);
третье средство обработки (12), идентифицирующее период отфильтрованного сигнала для обработки и моменты начала и завершения чередования отфильтрованного сигнала для обработки путем обнаружения переходов через нуль основной составляющей, присутствующей в отфильтрованном сигнале для обработки;
средство выбора (15), определяющее дискретизированный сигнал путем отнесения на входной сигнал идентифицированных моментов начала и завершения чередования обработанного сигнала.
устройство (11) фильтрации, фильтрующее частоту основной составляющей входного сигнала для получения отфильтрованного сигнала для обработки (Sf);
третье средство обработки (12), идентифицирующее период отфильтрованного сигнала для обработки и моменты начала и завершения чередования отфильтрованного сигнала для обработки путем обнаружения переходов через нуль основной составляющей, присутствующей в отфильтрованном сигнале для обработки;
средство выбора (15), определяющее дискретизированный сигнал путем отнесения на входной сигнал идентифицированных моментов начала и завершения чередования обработанного сигнала.
17. Устройство по предыдущему пункту, отличающееся тем, что устройство фильтрации содержит первый фильтр (111), имеющий первую частоту среза, и второй фильтр (112), имеющий вторую частоту среза, при этом первый фильтр и второй фильтр принимают входной сигнал и соответственно производят первый отфильтрованный сигнал (Sf1) и второй отфильтрованный сигнал (Sf2), и тем, что третье средство обработки содержит:
первое средство обнаружения перехода через нуль (121) и второе средство обнаружения перехода через нуль (121′), принимающие соответственно первый отфильтрованный сигнал и второй отфильтрованный сигнал и производящие информацию относительно перехода через нуль соответственно первого отфильтрованного сигнала и второго отфильтрованного сигнала;
один логический компаратор (122), принимающий информацию относительно перехода через нуль и интерпретирующий упомянутую полученную информацию для определения рассматриваемой частоты основной составляющей.
первое средство обнаружения перехода через нуль (121) и второе средство обнаружения перехода через нуль (121′), принимающие соответственно первый отфильтрованный сигнал и второй отфильтрованный сигнал и производящие информацию относительно перехода через нуль соответственно первого отфильтрованного сигнала и второго отфильтрованного сигнала;
один логический компаратор (122), принимающий информацию относительно перехода через нуль и интерпретирующий упомянутую полученную информацию для определения рассматриваемой частоты основной составляющей.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0652708 | 2006-06-29 | ||
| FR0652708A FR2903190B1 (fr) | 2006-06-29 | 2006-06-29 | Procede de determination instannee de taux de distorsion de signaux sur un reseau electrique alternatif, et dispositif associe. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009101477A RU2009101477A (ru) | 2010-07-27 |
| RU2406094C2 true RU2406094C2 (ru) | 2010-12-10 |
Family
ID=37491961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009101477/28A RU2406094C2 (ru) | 2006-06-29 | 2007-06-12 | Способ мгновенного определения коэффициента искажения сигналов в электрической сети переменного тока и соответствующее устройство |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8717040B2 (ru) |
| EP (1) | EP2032996A2 (ru) |
| JP (1) | JP5237939B2 (ru) |
| CN (1) | CN101479613B (ru) |
| BR (1) | BRPI0713799A2 (ru) |
| CA (1) | CA2655740C (ru) |
| FR (1) | FR2903190B1 (ru) |
| RU (1) | RU2406094C2 (ru) |
| WO (1) | WO2008000990A2 (ru) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8103226B2 (en) * | 2008-10-28 | 2012-01-24 | Skyworks Solutions, Inc. | Power amplifier saturation detection |
| US8680842B2 (en) * | 2010-10-01 | 2014-03-25 | Schneider Electric USA, Inc. | Method for measurement of total harmonic distortion |
| US9274149B2 (en) * | 2012-04-16 | 2016-03-01 | Hamilton Sundstrand Corporation | Frequency phase detection three phase system |
| EP2877864B1 (en) * | 2012-07-25 | 2017-01-04 | Impedans Ltd | Analysing rf signals from a plasma system |
| US9113805B2 (en) * | 2013-03-04 | 2015-08-25 | Mortara Instrument, Inc. | Impedance measurement system |
| CN109541311A (zh) * | 2018-12-17 | 2019-03-29 | 西北工业大学 | 航空变频供电***交流电压畸变参数测试***及其方法 |
| CN114034914A (zh) * | 2021-11-22 | 2022-02-11 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种电网电压有效值短时波动的检测方法及装置 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3042864A (en) * | 1958-11-28 | 1962-07-03 | Atlantic Refining Co | Electrical wave analyzer |
| JPS63302776A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-09 | Shinko Electric Co Ltd | エンジン始動機能付ｖｓｃｆ発電装置 |
| JPH01243853A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Toshiba Corp | 電力変換装置 |
| US4922195A (en) * | 1988-12-19 | 1990-05-01 | Westinghouse Electric Corp. | Extraneous frequency detector |
| US4918381A (en) * | 1989-04-06 | 1990-04-17 | Hewlett-Packard Company | Automated method for determining total harmonic distortion |
| JPH0487572A (ja) * | 1990-07-24 | 1992-03-19 | Nippon Kuukou Doryoku Kk | 電源装置 |
| DE4134472C2 (de) * | 1991-10-18 | 1994-01-27 | Rohde & Schwarz | Verfahren zum Messen des Klirrfaktors eines Wechselspannungssignales |
| US5519625A (en) * | 1994-02-16 | 1996-05-21 | Hewlett-Packard Company | System for characterizing phase-modulated signals using a time interval analyzer |
| US5508623A (en) * | 1994-09-21 | 1996-04-16 | Purdue Research Foundation | Apparatus and method to identify harmonic producing loads |
| US5487016A (en) * | 1994-11-04 | 1996-01-23 | Eaton Corporation | Apparatus for generating a signal representative of total harmonic distortion in waveforms of an A/C electrical system |
| US5751138A (en) * | 1995-06-22 | 1998-05-12 | University Of Washington | Active power conditioner for reactive and harmonic compensation having PWM and stepped-wave inverters |
| US5691577A (en) * | 1996-05-03 | 1997-11-25 | Smith; Steve | Reflector-pump network for preempting AC power supply harmonic distortion and for satiating the complex harmonic power demand of a rectifier |
| JPH1038935A (ja) * | 1996-07-22 | 1998-02-13 | Central Japan Railway Co | 高調波分析装置 |
| JPH1048272A (ja) * | 1996-07-31 | 1998-02-20 | Togami Electric Mfg Co Ltd | 高調波計測装置 |
| JPH10311852A (ja) * | 1997-05-12 | 1998-11-24 | Mitsubishi Electric Corp | 高調波計測方法及び計測装置 |
| US7467049B2 (en) * | 2005-05-27 | 2008-12-16 | American Electric Power Company, Inc. | System and method for detecting impaired electric power equipment |
-
2006
- 2006-06-29 FR FR0652708A patent/FR2903190B1/fr active Active
-
2007
- 2007-06-12 US US12/304,503 patent/US8717040B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-06-12 JP JP2009517344A patent/JP5237939B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2007-06-12 CN CN2007800242403A patent/CN101479613B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-06-12 BR BRPI0713799-0A patent/BRPI0713799A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2007-06-12 EP EP07788993A patent/EP2032996A2/fr not_active Withdrawn
- 2007-06-12 RU RU2009101477/28A patent/RU2406094C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-06-12 WO PCT/FR2007/051427 patent/WO2008000990A2/fr active Application Filing
- 2007-06-12 CA CA2655740A patent/CA2655740C/fr not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008000990A3 (fr) | 2008-04-10 |
| US20100052699A1 (en) | 2010-03-04 |
| CN101479613A (zh) | 2009-07-08 |
| CA2655740A1 (fr) | 2008-01-03 |
| FR2903190B1 (fr) | 2008-08-22 |
| RU2009101477A (ru) | 2010-07-27 |
| CA2655740C (fr) | 2016-11-22 |
| BRPI0713799A2 (pt) | 2012-11-06 |
| CN101479613B (zh) | 2011-12-28 |
| WO2008000990A2 (fr) | 2008-01-03 |
| US8717040B2 (en) | 2014-05-06 |
| EP2032996A2 (fr) | 2009-03-11 |
| JP2009541766A (ja) | 2009-11-26 |
| JP5237939B2 (ja) | 2013-07-17 |
| FR2903190A1 (fr) | 2008-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2406094C2 (ru) | Способ мгновенного определения коэффициента искажения сигналов в электрической сети переменного тока и соответствующее устройство | |
| Gallo et al. | Desynchronized processing technique for harmonic and interharmonic analysis | |
| RU2613584C2 (ru) | Способ и устройство анализа качества электрической энергии в трехфазной электрической сети | |
| DK2718673T3 (en) | A method of analysis of the power consumption of a system having a plurality of electrical devices | |
| CN106645919B (zh) | 基于三相瞬时功率的电网全谱功率振荡相量同步测量方法 | |
| CN106501602B (zh) | 一种基于滑窗频谱分离的基波参数测量方法 | |
| CN111934760A (zh) | 信号处理传输延时特性检测装置、方法及终端设备 | |
| CN103983849A (zh) | 一种实时高精度的电力谐波分析方法 | |
| Carpinelli et al. | A new advanced method for an accurate assessment of harmonic and supraharmonic distortion in power system waveforms | |
| Oliveira et al. | A contribution for the measuring process of harmonics and interharmonics in electrical power systems with photovoltaic sources | |
| CN117289022B (zh) | 一种基于傅里叶算法的电网谐波检测方法及*** | |
| CN110837000A (zh) | 基于fpga的频率测量*** | |
| Thirumala et al. | An improved adaptive filtering approach for power quality analysis of time-varying waveforms | |
| CN112034387B (zh) | 一种基于预测序列的输电线路短路故障诊断方法及装置 | |
| CN109581045A (zh) | 一种满足iec标准框架的间谐波功率计量方法 | |
| CN112838672A (zh) | 基于宽频测量装置的电能治理***及低频分量提取方法 | |
| Rodrigues et al. | Low-cost embedded measurement system for power quality frequency monitoring | |
| Aiello et al. | A PC-based instrument for harmonics and interharmonics measurement in power supply systems | |
| CN103592513B (zh) | 电力信号谐波分析方法和装置 | |
| CN104360297B (zh) | 一种基于瞬时值比较的pmu动态性能多指标测试方法 | |
| RU124411U1 (ru) | Система обработки и анализа данных цифровых регистраторов для мониторинга переходных режимов в энергообъединении | |
| KR101997633B1 (ko) | Teo 및 desa를 이용한 자동 동기화 파라미터 측정 장치 | |
| Shadmehr et al. | Beyond FFT algorithm in analyzing harmonics at frequency range of 2 kHz to 500 kHz | |
| CN113092931A (zh) | 一种电网谐波源定位检测方法 | |
| Legarreta et al. | An IEC 61000-4-30 class A—Power quality monitor with a flicker meter based on Hilbert transform |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120221 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180613 |