способ учета электрической энергии

Формула изобретения

Способ учета электрической энергии, включающий преобразование мгновенных значений токов и напряжений в цифровой код и определение значений активной энергии, отличающийся тем, что 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, при этом 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение 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 показателям качества, и предназначено для использования в системах электроснабжения для объективного контроля и учета электропотребления.

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 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 энергий, идущей на компенсацию негативного действия от потребления некачественной компоненты электрической энергии (см. Соколов B.C., Чернышева Н.В. Предложения по инженерному решению проблемы качества электрической энергии. - Промышленная энергетика, 2001, № 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 (см. Машкин А.Г., Машкин В.А. Проблемы качества и учета электроэнергии на границах системы тягового электроснабжения. - Промышленная энергетика, 2007, № 11, с.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.

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.

Известен способ учета электрической энергии, основанный на преобразовании переменных тока и напряжения в цифровой код, перемножении одномоментных значений этих величин и усреднении полученных произведений за время, кратное периоду переменного напряжения, с последующим суммированием произведений за установленный интервал времени (см. Техническое описание и инструкция по эксплуатации многофункционального счетчика типа «Альфа» ДЯИМ.411152.001 РЭ. Совместное предприятие АББ Метроника. Москва, 2001). Данный способ взят за прототип.

Главным недостатком известного способа учета электроэнергии является невозможность раздельного учета электрической энергии, а именно электроэнергии по обратной последовательности, электроэнергии по нулевой последовательности, электроэнергии по высшим гармоникам, электроэнергии по прямой последовательности в диапазоне предельно допустимых значений напряжений, выше или ниже предельно допустимых значений напряжений.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение достоверности учета и контроля электрической энергии за счет раздельного учета электрической энергии. А именно электроэнергии: по обратной последовательности первой гармоники, по нулевой последовательности первой гармоники, по высшим гармоникам, прямой последовательности первой гармоники в диапазоне предельно допустимых значений напряжений, по прямой последовательности первой гармоники выше или ниже предельно допустимых значений напряжений.

Результат достигается тем, что в способе учета электрической энергии, включающем преобразование мгновенных значений токов и напряжений в цифровой код и определение значений активной энергии, 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, при этом 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.

Заявленный способ позволяет учитывать электрическую энергию, которая является качественной и необходима для нормальной эксплуатации электроприборов и некачественной, за которую не следует платить или платить по сниженным тарифам при потреблении некачественной электроэнергии или платить по завышенным тарифам в случае генерации некачественной электроэнергии потребителем, - это позволит вести эффективный и достоверный учет электроэнергии.

На чертеже приведена схема одного из устройств, реализующего данный способ.

На чертеже: 1 и 2 - входные напряжения и токи; 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 - соответственно цифровые фильтры напряжений и токов нулевой, прямой и обратной последовательностей; 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 - расчет энергий нулевой, прямой и обратной последовательностей; 32 - блок расчета мощности высших гармоник; 33 - блок расчета энергии высших гармоник.

Способ осуществляется следующим образом. 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 сети 50 Гц. Блоки симметричных составляющих напряжения 15, 16, 17 и тока 18, 19, 20 пропускают соответственно нулевую, прямую и обратную последовательности. Блок сравнения действующего напряжения прямой последовательности 26 производит выборки напряжений прямой последовательности в диапазоне предельно допустимых значений напряжении, больше или меньше предельно допустимых значений напряжения прямой последовательности, эти сигналы напряжения соответственно подаются совместно с сигналом тока прямой последовательности 19 на блок нахождения одномоментных произведений напряжений и токов 22, 23, 24, далее эти сигналы подаются на блоки расчета соответствующих энергий. На блок расчета мощности нулевой последовательности 21 подаются сигналы напряжения нулевой последовательности 15 и тока нулевой последовательности 18, далее этот сигнал поступает на блок расчета соответствующей энергии 27. На блок расчета мощности обратной последовательности 25 подаются сигналы напряжения обратной последовательности 17 и тока обратной последовательности 20, далее этот сигнал поступает на блок расчета соответствующей энергии 31. Также аналоговый сигнал напряжений подается на аналоговый фильтр «пробка» 50 Гц 5, а аналоговый сигнал тока подается на аналоговый фильтр «пробка» 50 Гц 6, которые пропускают все сигналы напряжений и токов, кроме сигналов напряжений и токов в пределах 50 Гц. Далее сигналы о токах и напряжениях поступают в АЦП напряжений 8 и токов 10, которые принимают входные аналоговые сигналы и преобразует в соответствующие им цифровые сигналы. Оцифрованные сигналы напряжений и токов поступают на соответствующие цифровые фильтры «пробка» 50 Гц для напряжений 13 и токов 14. Полученные сигналы подаются на блок расчета мощности высших гармоник 32 и далее на блок расчета энергии высших гармоник 33.