RU2537095C2 - Method of electric energy accounting - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment, in particular, to methods of energy accounting. The device realising the method of energy measurement, comprises analogue bandpass filters of voltages and currents of 50 Hz, analogue bandpass filters of a "plug" type of 50 Hz voltages and currents, analogue-digital converters, digital bandpass filters of voltages and currents of 50 Hz, digital bandpass filters of the "plug" type and 50 Hz voltages and currents, digital filters of voltages and currents of zero-phase, positive-phase and negative-phase sequences, accordingly, units of power calculation by zero-phase, positive-phase and negative-phase sequences, a unit of comparison of the voltage deviation by the positive-phase sequence, units of energy calculation of zero-phase, positive-phase and negative-phase sequences, a unit of higher harmonics power calculation, a unit of higher harmonics energy calculation, shapers of modulating codes, delay lines, a summator, a clock pulse oscillator, a phase manipulator, a power amplifier and a transmitting antenna. A control station comprises a receiving antenna, a high frequency amplifier, a search unit, a heterodyne, a mixer, an intermediate frequency amplifier, a detector (selector), spectrum analysers, a phase doubler, a comparison unit, a threshold unit, a delay line, narrow-band filters, a phase divider-by-two, a phase detector, a unit of registration and analysis.

EFFECT: expansion of functional capabilities due to the provision of remote control of energy by six parameters of quality.

3 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к измерительной технике, в частности к средствам контроля и высокоточного коммерческого или технического учета активной электрической энергии, в том числе и активной электрической энергии, идентифицированной по шести показателям качества, и предназначен для использования в системах электроснабжения для объективного контроля и учета электропотребления.The proposed method relates to measuring equipment, in particular to means of control and high-precision commercial or technical accounting of active electric energy, including active electric energy, identified by six quality indicators, and is intended for use in power supply systems for objective monitoring and accounting of power consumption.

При потреблении активной электрической энергии возможны два варианта, когда совместно с использованием качественной электрической энергии, а это электрическая энергия прямой последовательности по первой гармонике, потребляется либо генерируется ее некачественная компонента. Некачественную компоненту можно идентифицировать по шести показателям качества и отнести к ней электрическую энергию по обратной и нулевой последовательностям первой гармоники, электрическую энергию по высшим гармоникам и электрическую энергию прямой последовательности выше или ниже предельно допустимых значений напряжений по прямой последовательности. В первом случае происходит увеличение электропотребления, связанное как с потреблением некачественной компоненты электрической энергии, так и с увеличением использования качественной электрической энергии, идущей на компенсацию негативного действия от потребления некачественной компоненты электрической энергии (Соколов B.C., Чернышева Н.В. Предложения по инженерному решению проблемы качества электрической энергии. - Промышленная энергетика, 2001, №8).When consuming active electric energy, two options are possible when, together with the use of high-quality electric energy, which is direct-sequence electric energy in the first harmonic, its low-quality component is consumed or generated. A poor-quality component can be identified by six quality indicators and attributed to it electric energy by the reverse and zero sequences of the first harmonic, electric energy by higher harmonics and electric energy of a direct sequence above or below the maximum permissible voltage values in a direct sequence. In the first case, there is an increase in power consumption, associated both with the consumption of a low-quality component of electric energy, and with an increase in the use of high-quality electric energy, which goes to compensate for the negative effect of the consumption of a low-quality component of electric energy (Sokolov BC, Chernysheva N.V. Suggestions for an engineering solution to the problem quality of electric energy. - Industrial Energy, 2001, No. 8).

В случае генерации некачественной компоненты, которая потребляется смежными потребителями и элементами систем распределения электрической энергии, при существующих системах учета, у данного потребителя возникает недоучет электропотребления по прямой последовательности (Машкин А.Г., Машкин В.А. Проблемы качества и учета электроэнергии на границах системы тягового электроснабжения. -Промышленная энергетика, 2007, №11, с.29-31).In the case of the generation of low-quality components, which are consumed by adjacent consumers and elements of electric energy distribution systems, with existing metering systems, this consumer has an underestimation of electricity consumption in a direct sequence (Mashkin A.G., Mashkin V.A. Problems of quality and metering of electricity at the borders traction power supply systems. Industrial Energy, 2007, No. 11, p.29-31).

В случае потребления некачественной электроэнергии наносится ущерб электрооборудованию, что может привести к преждевременному выходу его из строя, а также к созданию и развитию аварийных ситуаций. При существующем учете потребитель платит за нее как за потребленную качественную электроэнергию.In the case of low-quality electricity consumption, damage is caused to electrical equipment, which can lead to its premature failure, as well as to the creation and development of emergency situations. With existing accounting, the consumer pays for it as for the consumed high-quality electricity.

Данную проблему можно решить путем раздельного учета электроэнергии, т.е. электроэнергии по прямой последовательности первой гармоники в диапазоне предельно допустимых значений напряжений и некачественной электрической энергии, т.е. электроэнергии по обратной и нулевой последовательностям, электроэнергии по высшим гармоникам, а также электроэнергии прямой последовательности выше или ниже предельно допустимых значений напряжений.This problem can be solved by separate metering of electricity, i.e. electricity in a direct sequence of the first harmonic in the range of maximum permissible voltage values and low-quality electric energy, i.e. electricity in the reverse and zero sequences, electricity in the higher harmonics, as well as electricity in the direct sequence above or below the maximum permissible voltage values.

Известны способы учета электрической энергии (авт. свид. №1.580.259; патенты РФ №№2.087.919, 2.212.673, 2.280.256, 2.424.532; патенты США №№4.000.458, 4.286.215, 4.849.694, 6.661.224; патент Германии №2.227.846; Техническое описание и инструкция по эксплуатации многофункционального счетчика типа «Альфа» ДЯИМ 411.152.001 P7. Совместное предприятие АББ Метроника, Москва, 2001 и другие).Known methods of accounting for electric energy (ed. Certificate. No. 1,580.259; RF patents No. 2.087.919, 2.212.673, 2.280.256, 2.424.532; US patents No. 4.000.458, 4.286.215, 4.849.694 , 6.661.224; German patent No. 2.227.846; Technical description and operating instructions for the Alpha-type multifunction meter DYAIM 411.152.001 P7. Joint venture of ABB Metronika, Moscow, 2001 and others).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ учета электрической энергии» (патент РФ №2.424.532, G01R 21/06, 2010), который и выбран в качестве прототипа.Of the known methods, the closest to the proposed one is the "Method of accounting for electric energy" (RF patent No. 2.424.532, G01R 21/06, 2010), which is selected as a prototype.

Известный способ основан на учете электрической энергии, идентифицируемой по шести показателям ее качества, а именно электрической энергии по обратной последовательности, электрической энергии по нулевой последовательности, электрической энергии высших гармоник, электрической энергии прямой последовательности ниже допустимых значений отклонений напряжений прямой последовательности, электрической энергии прямой последовательности выше предельно допустимых значений отклонений напряжений прямой последовательности и электрической энергии прямой последовательности в пределах допустимых значений отклонений напряжения.The known method is based on accounting for electric energy, identified by six indicators of its quality, namely, electric energy in the reverse order, electric energy in the zero sequence, electric energy of higher harmonics, electric energy of a direct sequence below the permissible deviations of the voltage of a direct sequence, electric energy of a direct sequence above the maximum permissible deviations of the voltage of the direct sequence and electric th power direct sequence within the allowable values of voltage deviation.

Указанный учет и контроль потребляемой электрической энергии, идентифицированной по шести показателям качества, осуществляют локально и только в одной системе электроснабжения, что в ряде случаев не удовлетворяет требованиям практики.The specified metering and control of consumed electric energy, identified by six quality indicators, is carried out locally and only in one power supply system, which in some cases does not satisfy the requirements of practice.

Технической задачей изобретения является обеспечение дистанционного учета и контроля потребляемой электрической энергии, идентифицированной по шести показателям качества, в нескольких системах электроснабжения путем использования радиоканалов и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.An object of the invention is the provision of remote metering and control of consumed electrical energy, identified by six quality indicators, in several power supply systems by using radio channels and complex signals with phase shift keying.

Поставленная задача решается тем, что способ учета электрической энергии, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, преобразование мгновенных значений токов и напряжений в цифровой код и определение значений активной энергии, при этом перед и после преобразования в цифровой код из величин токов и напряжений выделяют с помощью полосовых фильтров значения токов и напряжений в диапазоне предельно допустимой частоты сети, выделяют из них значения прямой, обратной и нулевой последовательности и определяют значения активных энергий для каждой из симметричных составляющих, определение активных энергий по прямой последовательности производят после выделения из действующего значения напряжения прямой последовательности значений, равных, больших и меньших диапазону предельно допустимых значений напряжений по прямой последовательности, дополнительно осуществляют определение значений активной энергии высших гармоник путем выделения из величин напряжений и токов с помощью полосовых фильтров «пробка» значений напряжений и токов в диапазоне предельно допустимой частоты сети с последующим преобразованием их в цифровой код, отличается от ближайшего аналога тем, что формируют модулирующие коды M_i(t), где i=1, …, 6, соответствующие потребляемой электрической энергии, идентифицированной по шести показателям качества, задерживают пять из них на время iτ_з, где τ_з - время задержки, определяемое ожидаемой максимальной длительностью каждого модулирующего кода, суммируют незадержанный код с пятью задержанными, образуя суммарный модулирующий код M_∑(t), манипулируют им по фазе гармоническое колебание, формируя сложный сигнал с фазовой манипуляцией, усиливают его по мощности, излучают в эфир, улавливают приемной антенной пункта контроля, усиливают по напряжению, преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина, частоту которого перестраивают по линейному закону в заданном диапазоне частот, выделяют напряжение промежуточной частоты, удваивают его фазу, измеряют ширину спектра принимаемого сигнала промежуточной частоты и его второй гармоники, сравнивают между собой и в случае их значительного различия принимают решение об обнаружении сложного сигнала с фазовой манипуляцией и дальнейшей его обработки, в ходе которой выделяют вторую гармонику принимаемого сигнала промежуточной частоты, делят ее фазу на два, выделяют гармоническое колебание промежуточной частоты и используют его для синхронного детектирования принимаемого сигнала промежуточной частоты, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное суммарному модулирующему коду M_∑(t), регистрируют и анализируют его.The problem is solved in that a method of accounting for electrical energy, including, in accordance with the closest analogue, converting the instantaneous values of currents and voltages into a digital code and determining the values of active energy, while before and after converting to a digital code, the values of currents and voltages are extracted from using band-pass filters, the values of currents and voltages in the range of the maximum permissible network frequency, extract the values of the forward, reverse and zero sequence from them and determine the values of active energies For each of the symmetrical components, the determination of active energies in a direct sequence is carried out after extracting from the actual voltage value of a direct sequence of values equal to, greater and less than the range of maximum permissible voltage values in a direct sequence, additionally determine the values of the active energy of higher harmonics by extracting from the voltage values and currents using bandpass filters “plug” values of voltages and currents in the range of maximum permissible hours network frequencies with their subsequent conversion to a digital code differs from the closest analogue in that they generate modulating codes M _i (t), where i = 1, ..., 6, corresponding to the consumed electric energy identified by six quality indicators, five of them are delayed for the time iτ _s , where τ _s is the delay time determined by the expected maximum duration of each modulating code, summarize the undelivered code with five delayed persons, forming the total modulating code M _∑ (t), manipulate them in phase harmonic oscillation, forming a complex signal with phase shift keying, amplify it by power, radiate it, pick up the receiving antenna of the control point, amplify it by voltage, convert it by frequency using the local oscillator voltage, whose frequency is linearly tuned in a given frequency range, isolate the intermediate frequency voltage, double its phase, measure the spectrum width of the received intermediate frequency signal and its second harmonic, compare with each other and, if they are significantly different, decide on the detection the complex signal with phase shift keying and its further processing, during which the second harmonic of the received intermediate frequency signal is extracted, its phase is divided into two, the intermediate frequency harmonic oscillation is extracted and used to synchronously detect the received intermediate frequency signal, a low-frequency voltage proportional to the total modulating code M _∑ (t), register and analyze it.

Структурные схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, представлены на фиг.1 и 2. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, изображены на фиг.3.Structural diagrams of a device that implements the proposed method are presented in figures 1 and 2. Timing diagrams explaining the operation of the device are shown in figure 3.

Устройство содержит входные напряжения и токи 1 и 2; 3 и 4 - аналоговые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц; 5 и 6 - аналоговые полосовые фильтры «пробка» 50 Гц напряжений и токов; 7, 8, 9, 10 - аналого-цифровые преобразователи; 11 и 12 - цифровые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц; 13 и 14 - цифровые полосовые фильтры «пробка» 50 Гц напряжений и токов; 15, 16, 17, 18, 19, 20 - цифровые фильтры напряжений и токов нулевой, прямой и обратной последовательностей соответственно; 21, 22, 23, 24, 25 - блоки расчета мощностей по нулевой, прямой и обратной последовательностям; 26 - блок сравнения отклонения напряжения по прямой последовательности; 27, 28, 29, 30, 31 - блоки расчета энергий нулевой, прямой и обратной последовательностей; 32 - блок расчета мощности высших гармоник; 33 - блок расчета энергии высших гармоник. К выходу каждого блока расчета энергии 27 (28, 29, 30, 31) последовательно подключены формирователь 34 (35, 36, 37, 38) модулирующего кода и линия задержки 40 (41, 42, 43, 44), выход которой подключен к соответствующему входу сумматора 45. Выход блока 33 расчета энергии высших гармоник через формирователь 39 модулирующего кода подключен к шестому входу сумматора 45, к выходу которого последовательно подключены фазовый манипулятор 47, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 46, усилитель 48 мощности и передающая антенна 49.The device contains input voltages and currents 1 and 2; 3 and 4 - analog bandpass filters of voltages and currents of 50 Hz; 5 and 6 - analog bandpass filters "plug" 50 Hz voltages and currents; 7, 8, 9, 10 - analog-to-digital converters; 11 and 12 - digital band-pass filters of voltages and currents of 50 Hz; 13 and 14 - digital bandpass filters "plug" 50 Hz voltages and currents; 15, 16, 17, 18, 19, 20 - digital filters of voltages and currents of zero, forward and reverse sequences, respectively; 21, 22, 23, 24, 25 - power calculation blocks for zero, forward and reverse sequences; 26 is a block comparing the voltage deviation in a direct sequence; 27, 28, 29, 30, 31 - blocks for calculating the energies of zero, forward and reverse sequences; 32 - unit for calculating the power of higher harmonics; 33 is a block for calculating the energy of higher harmonics. The output of each block of energy calculation 27 (28, 29, 30, 31) is connected in series to the generator 34 (35, 36, 37, 38) of the modulating code and the delay line 40 (41, 42, 43, 44), the output of which is connected to the corresponding the input of the adder 45. The output of the unit for calculating the energy of higher harmonics through the generator 39 of the modulating code is connected to the sixth input of the adder 45, the output of which is connected in series with a phase manipulator 47, the second input of which is connected to the output of the master oscillator 46, power amplifier 48, and transmitting antenna 49.

Пункт контроля содержит последовательно включенные приемную антенну 50, усилитель 51 высокой частоты, смеситель 54, второй вход которого через гетеродин 53 соединен с выходом блока 52 поиска, усилитель 55 промежуточной частоты, удвоитель 58 фазы, второй анализатор 59 спектра, блок 60 сравнения, второй вход которого через первый анализатор 57 спектра соединен с выходом усилителя 55 промежуточной частоты, пороговый блок 61, второй вход которого через линию задержки 62 соединен с его выходом, ключ 63, второй вход которого соединен с выходом усилителя 55 промежуточной частоты, фазовый детектор 67 и блок 68 регистрации и анализа. К выходу удвоителя 58 фазы последовательно подключены первый узкополосный фильтр 64, делитель 65 фазы на два и второй узкополосный фильтр 66, выход которого соединен с вторым (опорным) входом фазового детектора 67.The monitoring station contains a receiving antenna 50 connected in series, a high-frequency amplifier 51, a mixer 54, the second input of which is connected through the local oscillator 53 to the output of the search unit 52, an intermediate-frequency amplifier 55, a phase doubler 58, a second spectrum analyzer 59, a comparison unit 60, and a second input which through the first spectrum analyzer 57 is connected to the output of the intermediate frequency amplifier 55, a threshold block 61, the second input of which is connected through its delay line 62 to its output, a key 63, the second input of which is connected to the output of the amplifier 55 ezhutochnoy frequency phase detector 67 and unit 68, recording and analysis. The first narrow-band filter 64, the phase divider 65 into two and the second narrow-band filter 66, the output of which is connected to the second (reference) input of the phase detector 67, are connected in series to the output of the phase doubler 58.

Анализаторы 57 и 59 спектра, удвоитель 58 фазы, блок 60 сравнения, пороговый блок 61 и линия задержки 62 образуют обнаружитель (селектор) сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).Spectrum analyzers 57 and 59, a phase doubler 58, a comparison unit 60, a threshold unit 61, and a delay line 62 form a detector (selector) of complex phase shift keyed signals (QPSK).

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.

На вход аналоговых полосовых фильтров 3, 5, 4, 6 подаются разрешенные мгновенные значения токов и напряжений для нормальной работы блоков, полосовые фильтры 3 и 4 пропускают токи и напряжения в пределах допустимых значений частоты сети 50 Гц. Далее сигналы о токах и напряжениях поступают в АЦП напряжений 7 и токов 9, которые принимают входные аналоговые сигналы и преобразуют в соответствующие им цифровые сигналы, удобные для обработки другими элементами. Полосовые цифровые фильтры напряжения 11 и тока 12 пропускают оцифрованные значения токов и напряжений в пределах допустимых значений частоты 50 Гц. Блоки симметричных составляющих напряжения 15, 16, 17 и тока 18, 19, 20 пропускают соответственно нулевую, прямую и обратную последовательности. Блок 26 сравнения действующего напряжения прямой последовательности производит выборки напряжений прямой последовательности в диапазоне предельно допустимых значений напряжений, больше или меньше предельно допустимых значений напряжений прямой последовательности, эти сигналы напряжений соответственно подаются совместно с сигналом 19 тока прямой последовательности на блоки 22, 23, 24 нахождения одноименных произведений напряжений и токов, далее эти сигналы подаются на блоки 27, 28, 29 расчета соответствующих энергий. На блок 21 расчета мощности нулевой последовательности подаются сигналы 15 напряжения нулевой последовательности и тока 18 нулевой последовательности, далее этот сигнал поступает на блок 27 расчета соответствующей энергии. На блок 25 расчета мощности обратной последовательности подаются сигналы 17 напряжения обратной последовательности и тока 20 обратной последовательности, далее этот сигнал поступает на блок 31 расчета соответствующей энергии.The allowed instantaneous values of currents and voltages for normal operation of the blocks are fed to the input of analog bandpass filters 3, 5, 4, 6, bandpass filters 3 and 4 pass currents and voltages within the acceptable values of the network frequency of 50 Hz. Further, signals about currents and voltages enter the ADC of voltages 7 and currents 9, which receive analog input signals and convert them into digital signals corresponding to them, convenient for processing by other elements. Band-pass digital filters of voltage 11 and current 12 pass the digitized values of currents and voltages within the acceptable frequency values of 50 Hz. Blocks of symmetrical components of voltage 15, 16, 17 and current 18, 19, 20 pass zero, forward and reverse sequences, respectively. Block 26 comparing the effective voltage of the direct sequence produces a sample of the voltage of the direct sequence in the range of maximum permissible voltage values, more or less than the maximum permissible voltage values of the direct sequence, these voltage signals are respectively supplied together with the direct current signal 19 to the blocks 22, 23, 24 of the same name products of voltages and currents, then these signals are fed to blocks 27, 28, 29 of the calculation of the corresponding energies. Block 21 calculating the power of the zero sequence signals 15 of the voltage of the zero sequence and current 18 of the zero sequence, then this signal is fed to the block 27 of the calculation of the corresponding energy. The negative sequence power calculation signals 17 and the negative sequence voltage 20 and the negative sequence current 20 are supplied to block 25 for calculating the power of the negative sequence; then this signal is fed to block 31 for calculating the corresponding energy.

Также аналоговый сигнал напряжений подается на аналоговый фильтр 5 «пробка» 50 Гц, а аналоговый сигнал тока подается на аналоговый фильтр 6 «пробка» 50 Гц, которые пропускают все сигналы напряжений и токов, кроме сигналов напряжений и токов в пределах 50 Гц. Далее сигналы о напряжениях и токах поступают в АЦП 8 напряжений и 10 токов, которые принимают входные аналоговые сигналы и преобразуют в соответствующие им цифровые сигналы. Оцифрованные сигналы напряжений и токов поступают на соответствующие цифровые фильтры 13 и 13 «пробка» 50 Гц для напряжений токов. Полученные сигналы подаются на блок 32 расчета мощности высших гармоник и далее на блок 33 расчета энергии высших гармоник.Also, an analog voltage signal is supplied to an analog filter 5 “plug” of 50 Hz, and an analog current signal is fed to an analog filter 6 “plug” of 50 Hz, which pass all voltage and current signals, except for voltage and current signals within 50 Hz. Further, the signals about voltages and currents are supplied to the ADC by 8 voltages and 10 currents, which receive input analog signals and convert them into digital signals corresponding to them. The digitized signals of voltages and currents are fed to the corresponding digital filters 13 and 13 “plug” 50 Hz for current voltages. The received signals are fed to block 32 for calculating the power of higher harmonics and then to block 33 for calculating the energy of higher harmonics.

На выходе блока 27 расчета электрической энергии по нулевой последовательности, блока 28 расчета электрической энергии по прямой последовательности, блока 29 расчета электрической энергии по прямой последовательности ниже допустимых значений отклонений напряжений прямой последовательности, блока 30 расчета электрической энергии по прямой последовательности выше допустимых значений отклонений напряжений прямой последовательности, блока 31 расчета электрической энергии по обратной последовательности и блока 33 расчета электрической энергии высших гармоник, формирователями 34, 35, 36, 37, 38 и 39 формируются модулирующие коды M₁(t), M₂(t), M₃(t), M₄(t), M₅(t) и M₆(t), которые соответствуют потребляемой электрической энергии, идентифицированной по указанным показателям качества. Модулирующий код M₆(t) с выхода формирователя 39 поступают непосредственно на первый вход сумматора 45, а модулирующие коды M₁(t)-M₅(t) поступают на соответствующие входы сумматора 45 с выхода формирователей 34-39 через линии задержки 40-44 соответственно, время задержки которых выбраны следующим образом: τ_з, 2τ_з, 3τ_з, 4τ_з и 5τ_з, где τ_з - время задержки, определяемое ожидаемой максимальной длительностью каждого модулирующего кода.At the output of the electric energy calculation unit 27 in the zero sequence, the electric energy calculation unit 28 in a direct sequence, the electric energy calculation unit 29 in a direct sequence are lower than the permissible deviations of the direct voltage voltages, the electric energy calculation unit 30 in the direct sequence are higher than the permissible direct voltage deviations sequence, unit 31 for calculating electric energy in the reverse sequence and unit 33 for calculating electric en WGIG higher harmonics formers 34, 35, 36, 37, 38 and 39 are formed by modulating codes M ₁ (t), M ₂ (t), M ₃ (t), M ₄ (t), M ₅ (t) and M ₆ (t), which correspond to the consumed electric energy identified by the indicated quality indicators. The modulating code M ₆ (t) from the output of the shaper 39 goes directly to the first input of the adder 45, and the modulating codes M ₁ (t) -M ₅ (t) go to the corresponding inputs of the adder 45 from the output of the shapers 34-39 through delay lines 40- 44, respectively, the delay time of which are selected as follows: τ _s, 2τ _s, 3τ _s, 4τ 5τ _h and _h, where _h τ - delay time determined by the expected maximum duration of each modulation code.

На выходе сумматора 45 образуется суммарный модулирующий кодThe output of the adder 45 is formed by the total modulating code

M_∑(t)=M₆(t)+M₁(t)+M₂(t)+M₃(t)+M₄(t)+M₅(t).M _∑ (t) = M ₆ (t) + M ₁ (t) + M ₂ (t) + M ₃ (t) + M ₄ (t) + M ₅ (t).

Линии задержки необходимы, чтобы отдельные модулирующие коды расположились последовательно во времени, взаимно не перекрываясь. Суммарный модулирующий код M_∑(t) (фиг.3, б) с выхода сумматора 45 подается на первый вход фазового манипулятора 47, на второй вход которого поступает гармоническое колебание с выхода задающего генератора 46 (фиг.3, а)Delay lines are necessary so that the individual modulating codes are arranged sequentially in time without mutually overlapping. The total modulating code M _∑ (t) (Fig. 3, b) from the output of the adder 45 is fed to the first input of the phase manipulator 47, the second input of which receives harmonic oscillation from the output of the master oscillator 46 (Fig. 3, a)

, 0≤t≤T_C,

, 0≤t≤T _C ,

где

, ω_C, φ_C, T_C - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания. На выходе фазового манипулятора 47 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.3, б)Where

, ω _C , φ _C , T _C - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of harmonic oscillation. At the output of the phase manipulator 47, a complex signal with phase shift keying (QPSK) is generated (Fig. 3, b)

, 0≤t≤T_C,

, 0≤t≤T _C ,

где φ_k(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с суммарным модулирующим кодом M_∑(t) (фиг.3, б), причем φ_k(t)=const при kτ_Э<t<(k+1)τ_Э и может изменяться скачком при t=kτ_Э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N);where φ _k (t) = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the total modulating code M _∑ (t) (Fig. 3, b), and φ _k (t) = const for kτ _E <t <(k + 1) τ and _E may vary abruptly at t = kτ _Oe, i.e. at the borders between elementary premises (k = 1, 2, ..., N);

τ_Э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_C(TC=τ_ЭN), который после усиления в усилителе 48 мощности поступает в передающую антенну 49 и излучается ею в эфир, а затем улавливается приемной антенной 50 пункта контроля и через усилитель 51 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 54, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 53 линейно-изменяющейся частотыτ _E , N is the duration and number of chips that make up a signal of duration T _C (TC = τ _E N), which, after amplification in the power amplifier 48, enters the transmitting antenna 49 and is radiated by it, and then is captured by the receiving antenna 50 control point and through a high-frequency amplifier 51 is fed to the first input of the mixer 54, the second input of which is fed the voltage of the local oscillator 53 of a ramp frequency

, 0≤t≤T_П,

, 0≤t≤T _P ,

где

, ω_Г, φ_Г, T_П - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;Where

, ω _G , φ _G , T _P - amplitude, initial frequency, initial phase and the repetition period of the local oscillator voltage;

$$\gamma =\frac{\Delta f}{T_{П}}$$

- скорость изменения частоты гетеродина в заданном диапазоне частот Δf. $$\gamma =\frac{\Delta f}{T_P}$$

- the rate of change of the frequency of the local oscillator in a given frequency range Δf.

Поиск сложных ФМн-сигналов в заданном диапазоне частот Δf осуществляется с помощью блока 52 поиска, который по линейному закону изменяет частоту гетеродина 53. В качестве блока 52 поиска может быть использован генератор пилообразного напряжения.The search for complex PSK signals in a given frequency range Δf is carried out using a search unit 52, which linearly changes the frequency of the local oscillator 53. A sawtooth generator can be used as the search unit 52.

На выходе смесителя 54 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 55 промежуточной частоты выделяется напряжение промежуточной частотыAt the output of the mixer 54, voltages of combination frequencies are generated. Amplifier 55 intermediate frequency allocated voltage intermediate frequency

, 0≤t≤T_c,

, 0≤t≤T _c ,

где

;Where

;

ω_пр=ω_с-ω_Г - промежуточная частота;ω _CR = ω _with -ω _G is the intermediate frequency;

φ_пр=φ_с-φ_Г,φ _CR = φ _s -φ _G ,

которое представляет собой сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛЧМ).which is a complex signal with combined phase shift keying and linear frequency modulation (QPSK-LFM).

Напряжение U_пр(t) с выхода усилителя 55 промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя (селектора) 56 ФМн-сигналов, состоящего из анализаторов 57 и 59 спектра, удвоителя 58 фазы, блока 60 сравнения, порогового блока 61 и линии 62 задержки.The voltage U _pr (t) from the output of the intermediate frequency amplifier 55 is fed to the input of the detector (selector) 56 QPSK signals, consisting of spectrum analyzers 57 and 59, a phase doubler 58, a comparison unit 60, a threshold block 61, and a delay line 62.

На выходе удвоителя 58 фазы образуется напряжениеA voltage is generated at the output of the phase doubler 58

,

,

где

,Where

,

в котором манипуляция фазы уже отсутствует.in which phase manipulation is already absent.

Ширина спектра Δf₂ второй гармоники сигнала определяется длительностью сигналаThe spectrum width Δf _{2 of the} second harmonic of the signal is determined by the duration of the signal

$$\Delta f_2=\frac{1}{T_{с}}$$

, $$\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\Delta \; f"\; filenames="00000024.png"\; state="\{\{state\}\}">\Delta \; </figure-callout>}{f}_{}{}_2=\frac{\mathrm{one}}{T_{\mathrm{from}}}$$

,

тогда как ширина спектра входного ФМн-сигнала определяется длительностью τ_э его элементарных посылокwhereas the spectrum width of the input QPSK signal is determined by the duration τ _{e of} its elementary premises

$$\Delta f_{с}=\frac{1}{{\tau }_{э}}$$

, $$\Delta f_{\mathrm{from}}=\frac{\mathrm{one}}{{\tau }_{\mathrm{uh}}}$$

,

т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного ФМн-сигналаthose. the width of the spectrum of the second harmonic of the signal is N times smaller than the spectrum width of the input QPSK signal

$$\frac{\Delta f_{с}}{\Delta f_2}=N$$

. $$\frac{\Delta f_{\mathrm{from}}}{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="\Delta \; f"\; filenames="00000024.png"\; state="\{\{state\}\}">\Delta \; </figure-callout>}{f}_{}{}_2}=N$$

.

Следовательно, при удвоении фазы (частоты) ФМн-сигнала его спектр «сворачивается» в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить и отселектировать сложный ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности шумов и помех.Therefore, when the phase (frequency) of the QPSK signal is doubled, its spectrum “folds” N times. This circumstance makes it possible to detect and select a complex QPSK signal even when its power at the receiver input is less than the power of noise and interference.

Ширина спектра Δf_с входного ФМн-сигнала измеряется с помощью анализатора 57 спектра, а ширина спектра Δf₂ второй гармоники сигнала - с помощью анализатора 59 спектра. Напряжения

и

, пропорциональные Δf_с и Δf₂ соответственно, с выходов анализаторов 57 и 59 спектра поступают на два входа блока 60 сравнения. Так как

, то на выходе блока 60 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень

в пороговом блоке 61. Пороговое напряжение

выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового уровня

в пороговом блоке 61 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 63, открывая его, на управляющий вход блока 52 поиска, выключая его, и на вход линии 62 задержки. В исходном состоянии ключ 63 всегда закрыт. При остановке блока 52 поиска усилителем 55 промежуточной частоты выделяется напряжение (фиг.3, г)The width of the spectrum Δf _{from the} input QPSK signal is measured using a spectrum analyzer 57, and the spectrum width Δf _{2 of the} second harmonic of the signal is measured using a spectrum analyzer 59. Stress

and

proportional to Δf _c and Δf _2, respectively, from the outputs of the spectrum analyzers 57 and 59 are fed to two inputs of the comparison unit 60. As

then a positive voltage is generated at the output of the comparison unit 60, which exceeds the threshold level

in the threshold block 61. The threshold voltage

is selected so that it does not exceed random interference. If the threshold level is exceeded

a threshold voltage is generated in the threshold block 61, which is supplied to the control input of the key 63, opening it, to the control input of the search unit 52, turning it off, and to the input of the delay line 62. In the initial state, the key 63 is always closed. When you stop the block 52 search amplifier 55 intermediate frequency voltage is allocated (Fig.3, g)

, 0≤t≤T_с,

, 0≤t≤T _s ,

которое через открытый ключ 63 поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 67.which through the public key 63 enters the first (information) input of the phase detector 67.

На выходе удвоителя 58 фазы в этом случае образуется гармоническое колебание (фиг.3, д)At the output of the phase doubler 58 in this case, a harmonic oscillation is formed (Fig. 3, d)

, 0≤t≤Т_с,

, 0≤t≤T _s ,

которое выделяется узкополосным фильтром 64 и подается на вход делителя 65 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое колебание (фиг.3, е)which is allocated by a narrow-band filter 64 and fed to the input of the phase divider 65 into two. At the output of the latter, harmonic oscillation is formed (Fig. 3, e)

, 0≤t≤T_с,

, 0≤t≤T _s ,

которое выделяется узкополосным фильтром 66, используется в качестве опорного напряжения и поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 67. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 67 формируется низкочастотное напряжение (фиг.3, ж)which is allocated by a narrow-band filter 66, is used as a reference voltage and is supplied to the second (reference) input of the phase detector 67. As a result of synchronous detection, a low-frequency voltage is formed at the output of the phase detector 67 (Fig. 3, g)

, 0≤t≤T_с,

, 0≤t≤T _s ,

где

,Where

,

пропорциональное суммарному модулирующему коду M_∑(t) (фиг.3, б). Это напряжение фиксируется блоком 68 регистрации, где и анализируется соответствующим образом.proportional to the total modulating code M _∑ (t) (Fig.3, b). This voltage is recorded by the block 68 registration, where it is analyzed accordingly.

Время τ_з1 задержки линии 62 задержки выбирается таким, чтобы можно было проанализировать низкочастотное напряжение U_H(t), пропорциональное суммарному модулирующему коду M_∑(t). По истечении этого времени постоянное напряжение с выхода порогового блока 61 поступает на его управляющий вход и сбрасывает содержимое порогового блока 61 на нулевое значение. При этом ключ 63 закрывается, а блок 52 поиска выключается, т.е. они переводятся в свои исходные состояния.The delay time τ _{s1 of the} delay line 62 of the delay is selected so that it is possible to analyze the low-frequency voltage U _H (t) proportional to the total modulating code M _∑ (t). After this time, the constant voltage from the output of the threshold block 61 is supplied to its control input and resets the contents of the threshold block 61 to zero. In this case, the key 63 is closed, and the search unit 52 is turned off, i.e. they are transferred to their original state.

При обнаружении очередного сложного ФМн-сигнала на другой несущей частоте, отражающего потребляемую электрическую энергию в другой системе электроснабжения, устройство работает аналогичным образом.When the next complex QPSK signal is detected at another carrier frequency, which reflects the consumed electrical energy in another power supply system, the device operates in a similar way.

Таким образом, предлагаемый способ учета электрической энергии по сравнению с прототипом обеспечивает дистанционный учет и контроль потребляемой электрической энергии, идентифицированной по шести показателям качества, в нескольких системах электроснабжения. Это достигается использованием радиоканалов и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.Thus, the proposed method of accounting for electric energy in comparison with the prototype provides remote metering and control of consumed electric energy, identified by six quality indicators, in several power supply systems. This is achieved using radio channels and complex signals with phase shift keying.

Указанные сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.These signals have high energy and structural secrecy.

Энергетическая скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.The energy secrecy of complex QPSK signals is due to their high compressibility in time and spectrum with optimal processing, which reduces the instantaneous radiated power. As a result, a complex QPSK signal at the receiving point may be masked by noise and interference. Moreover, the energy of a complex QPSK signal is by no means small; it is simply distributed over the time-frequency domain so that at each point of this region the signal power is less than the power of noise and interference.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигнал обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.The structural secrecy of complex QPSK signals is due to a wide variety of their forms and significant ranges of parameter changes, which makes it difficult to optimize or at least quasi-optimal processing of complex QPSK signals of an a priori unknown structure in order to increase the sensitivity of the receiver.

Сигналы со сложной структурой открывают новые возможности в технике передачи сообщений. Они позволяют применять эффектный вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что имеется возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.Signals with a complex structure open up new possibilities in the messaging technique. They allow you to apply an effective type of selection - structural selection. This means that it is possible to separate signals operating in the same frequency band and at the same time intervals.

Claims (1)

Способ учета электрической энергии, включающий преобразование мгновенных значений токов и напряжений в цифровой код и определение значений активной энергии, при этом перед и после преобразования в цифровой код из величин токов и напряжений выделяют с помощью полосовых фильтров значения токов и напряжений в диапазоне предельно допустимой частоты сети, выделяют из них значения прямой, обратной и нулевой последовательностей и определяют значения активных энергий для каждой из симметричных составляющих, определение активных энергий по прямой последовательности производят после выделения из действующего значения напряжения прямой последовательности значений, равных, больших и меньших диапазону предельно допустимых значений напряжений по прямой последовательности, дополнительно осуществляют определение значений активной энергии высших гармоник путем выделения из величин напряжений и токов с помощью полосовых фильтров «пробка» значений напряжений и токов в диапазоне предельно допустимой частоты сети с последующим преобразованием их в цифровой код, отличающийся тем, что формируют модулирующие коды M_i(t), где i=1, …, 6, соответствующие потребляемой электрической энергии, идентифицированной по шести показателям качества, задерживают пять из них на время iτ_з, где τ_з - время задержки, определяемое ожидаемой максимальной длительностью каждого модулирующего кода, суммируют незадержанный код с пятью задержанными, образуя суммарный модулирующий код M∑(t), манипулируют им по фазе гармоническое колебание, формируя сложный сигнал с фазовой манипуляцией, усиливают его по мощности, излучают в эфир, улавливают приемной антенной пункта контроля, усиливают по напряжению, преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина, частоту которого перестраивают по линейному закону в заданном диапазоне частот, выделяют напряжение промежуточной частоты, удваивают его фазу, измеряют ширину спектра принимаемого сигнала промежуточной частоты и его второй гармоники, сравнивают между собой и в случае их значительного различия принимают решение об обнаружении сложного сигнала с фазовой манипуляцией и дальнейшей его обработки, в ходе которой выделяют вторую гармонику принимаемого сигнала промежуточной частоты, делят ее фазу на два, выделяют гармоническое колебание промежуточной частоты и используют его для синхронного детектирования принимаемого сигнала промежуточной частоты, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное суммарному модулирующему коду M_∑(t), регистрируют и анализируют его. A method of accounting for electric energy, including converting instantaneous values of currents and voltages to a digital code and determining active energy values, while before and after converting to a digital code, the values of currents and voltages in the range of the maximum permissible network frequency are extracted from the values of currents and voltages , extract from them the values of the forward, reverse and zero sequences and determine the values of active energies for each of the symmetrical components, the determination of active energies from a direct sequence is performed after extracting from a current voltage value a direct sequence of values equal to, greater and less than the range of maximum permissible voltage values in a direct sequence, additionally determine the values of the active energy of higher harmonics by extracting values from the voltages and currents using band-pass filters "plug" values voltages and currents in the range of the maximum permissible frequency of the network with their subsequent conversion to a digital code, different t that they form modulating codes M _i (t), where i = 1, ..., 6, corresponding to the consumed electric energy identified by six quality indicators, delay five of them for a time iτ _s , where τ _s is the delay time determined by the expected with the maximum duration of each modulating code, summarize the undelayed code with five delays, forming the total modulating code M∑ (t), manipulate the harmonic oscillation in phase, form a complex signal with phase manipulation, amplify it in power, radiate it, capture with an antenna of the control point, amplified by voltage, converted by frequency using the local oscillator voltage, the frequency of which is linearly tuned in a given frequency range, the intermediate frequency voltage is extracted, its phase is doubled, the spectrum width of the received intermediate frequency signal and its second harmonic are measured, compared between themselves and in the case of their significant difference, they decide to detect a complex signal with phase manipulation and further process it, during which the second harmonic of the received signal of the intermediate frequency is divided, its phase is divided into two, the harmonic oscillation of the intermediate frequency is isolated and used to synchronously detect the received signal of the intermediate frequency, a low-frequency voltage proportional to the total modulating code M _∑ (t) is extracted, it is recorded and analyzed.

Images