Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии
Приведена схема и описание работы преобразователя активной мощности в частоту. Преобразователь предназначен для работы в составе систем автоматизированного учета электроэнергии. По сравнению с известными преобразователями, его конструкция упрощена за счет того, что часть функций передана этой систем...
Gespeichert in:
| Datum: | 2006 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2006
|
| Schriftenreihe: | Електротехніка і електромеханіка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142714 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии / И.В. Орловский // Електротехніка і електромеханіка. — 2006. — № 3. — С. 45-48. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-142714 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1427142018-10-15T01:23:10Z Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии Орловский, И.В. Електричні станції Приведена схема и описание работы преобразователя активной мощности в частоту. Преобразователь предназначен для работы в составе систем автоматизированного учета электроэнергии. По сравнению с известными преобразователями, его конструкция упрощена за счет того, что часть функций передана этой системе. Приведена схема і опис роботи перетворювача активної потужності в частоту. Перетворювач призначений для роботи у складі систем автоматизованого обліку електроенергії. В порівнянні з відомими перетворювачами, його конструкція спрощена за рахунок того, що частина функцій передана цій системі. A chart of an active power-to-frequency converter and description of its operation are presented. The converter is intended for application in automated electric power accounting systems. As compared to known converters, the converter design introduced is simplified due to delegating part of its functions to the system. 2006 Article Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии / И.В. Орловский // Електротехніка і електромеханіка. — 2006. — № 3. — С. 45-48. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142714 621. 316.97 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Електричні станції Електричні станції |
| spellingShingle |
Електричні станції Електричні станції Орловский, И.В. Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Приведена схема и описание работы преобразователя активной мощности в частоту. Преобразователь предназначен для работы в составе систем автоматизированного учета электроэнергии. По сравнению с известными преобразователями, его конструкция упрощена за счет того, что часть функций передана этой системе. |
| format |
Article |
| author |
Орловский, И.В. |
| author_facet |
Орловский, И.В. |
| author_sort |
Орловский, И.В. |
| title |
Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии |
| title_short |
Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии |
| title_full |
Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии |
| title_fullStr |
Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии |
| title_full_unstemmed |
Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии |
| title_sort |
упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2006 |
| topic_facet |
Електричні станції |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142714 |
| citation_txt |
Упрощенный преобразователь активной мощности в частоту для систем технического учета электроэнергии / И.В. Орловский // Електротехніка і електромеханіка. — 2006. — № 3. — С. 45-48. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT orlovskijiv uproŝennyjpreobrazovatelʹaktivnojmoŝnostivčastotudlâsistemtehničeskogoučetaélektroénergii |
| first_indexed |
2025-07-10T15:35:44Z |
| last_indexed |
2025-07-10T15:35:44Z |
| _version_ |
1837274755472818176 |
| fulltext |
Електричні станції
Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 45
УДК 621. 316.97
УПРОЩЕННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЧАСТОТУ ДЛЯ
СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Орловский И.В.
ОАО "Харьковская ТЭЦ-5",
Украина, 62371, пос. Подворки, Дергачевский р-н, Харьковская обл.
тел. (0572) 20-50-50
Приведена схема і опис роботи перетворювача активної потужності в частоту. Перетворювач призначений для ро-
боти у складі систем автоматизованого обліку електроенергії. В порівнянні з відомими перетворювачами, його конс-
трукція спрощена за рахунок того, що частина функцій передана цій системі.
Приведена схема и описание работы преобразователя активной мощности в частоту. Преобразователь предназначен
для работы в составе систем автоматизированного учета электроэнергии. По сравнению с известными преобразо-
вателями, его конструкция упрощена за счет того, что часть функций передана этой системе.
ВВЕДЕНИЕ
Существующее состояние энергетики Украины
требует повышения точности учета электрической
энергии при ее выработке и потреблении [1]. Измере-
ние потребляемой электроэнергии с учетом множест-
ва параметров осуществляется с помощью много-
функциональных автоматизированных систем учета.
В последние годы получили широкое распростране-
ние информационно-измерительные системы учета
электроэнергии, а также системы телеизмерения ак-
тивной, реактивной и полной мощности с возможно-
стью измерения среднеквадратических значений на-
пряжений и токов фаз трех- и четырехпроводных
трехфазных сетей. Используемые в этих системах
электронные счетчики электрической энергии обла-
дают рядом достоинств: высокой точностью, высокой
технологичностью, простотой настройки и калибров-
ки, малым собственным потреблением энергии. Су-
ществующие счетчики электроэнергии [2 − 5] имеют
широкие функциональные возможности. К ним отно-
сятся: многотарифность, учет прямого и обратного
потоков электроэнергии, совмещение в одном прибо-
ре активного и реактивного счетчика, простота пере-
дачи данных для информационно-измерительных и
централизованных систем учета, накопление и хране-
ние данных за заданный интервал времени, возмож-
ность построения графиков нагрузки, измерение ха-
рактеристик контролируемой сети (тока, напряжения,
коэффициента мощности, частоты). Для одиночных
удаленных точек учета электроэнергии такая много-
функциональность оправдана. Если же точки учета
электроэнергии территориально расположены ком-
пактно, имеет смысл упростить счетчики электриче-
ской энергии, передав часть их функций системе ин-
формационно-измерительной системе учета электро-
энергии. Такая ситуация характерна для технического
учета. В этом случае конструкцию преобразователей
можно упростить, передавая функции начала отсчета,
счета времени и хранения информации при исчезно-
вении питания информационно-измерительной сис-
теме. По такому пути пошла фирма Landis & Gyr
(Швейцария), выпустив счетчик ZMB405/410CT116
для телеизмерения. Счетчик имеет такие же техниче-
ские данные, что и рабочие счетчики ZMB405/410, но
не сохраняет информацию, а передает ее на централь-
ную станцию системы.
Целью данной работы является разработка уп-
рощенного преобразователя активной мощности в
частоту, предназначенного для технического учета
электроэнергии на станциях Украины.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЮ
Используя опыт разработки двухэлементного
преобразователя на основе однофазного преобразова-
теля ADE7755 [2, 6] и возрастающие возможности
интегральных преобразователей, в настоящей работе
предложен преобразователь, способный эффективно
работать с современными системами измерения.
В организации технических измерений задейст-
вованы измерительные средства отпуска тепла и рас-
хода газа, передача данных измерений от которых
осуществляется посредством блоков I-7000. Их пита-
ние осуществляется от блоков типа BBC 10-30 вольт.
В этой связи блоки питания разрабатываемого преоб-
разователя должны быть совместимы.
Основное назначение преобразователя – техни-
ческие измерения в схемах собственных нужд энерге-
тических объектов. Такие измерения предполагают
использование большого числа первичных датчиков,
подключенных к одному измерительному трансфор-
матору напряжения. Для уменьшения нагрузки на
измерительную сеть питание преобразователя должно
осуществляться от дополнительного низковольтного
источника. Его стабильность обеспечивается внут-
ренним стабилизатором, аналогично модулям дис-
кретного и аналогового ввода фирмы преобразовате-
лей ICP DAS, LAGICON и им аналогичных, которые
используются для измерения различных параметров
технологических процессов.
Основные технические требования к разрабаты-
ваемому преобразователю:
– возможность измерения активной, реактивной
и полной мощности фаз трех- и четырехпроводных
трехфазных цепей;
– измерение среднеквадратических величин то-
ков и напряжений фаз;
– определение знака измеряемой мощности в ка-
ждой из фаз;
– измерение частоты напряжения цепи;
– измерение температуры кристалла;
– контроль допустимых величин напряжений
46 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3
(фиксацию выхода параметров напряжений за уста-
новленные пределы);
– изменение алгоритма вычисления мощности
для различных схем включения;
– возможность программирования порога сраба-
тывания преобразователя.
Разработка требований к функциональным воз-
можностям преобразователя осуществлялась с учетом
требований энергоснабжающей организации к сред-
ствам учета, сформировавшимися на основе опыта
эксплуатации счетчиков электроэнергии [7].
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
На рис. 1 приведена функциональная схема раз-
работанного преобразователя сигнала в частоту.
Рис. 1. Функциональная схема преобразователя
На схеме использованы следующие обозначения:
ПТМЧ – преобразователь мощности в частоту;
ДТА, ДТB, ДТC – датчики тока соответственно
фаз А, В, С;
ДНА, ДНB, ДНC – датчики напряжения соответст-
венно фаз А, В, С;
БП – блок питания;
ADE7758 – трехфазный интегральный преобра-
зователь мощности в частоту фирмы ANALOG
DEVISES;
fвых – частотные выходы преобразователя, ис-
пользуемые при поверке;
OptoWCF, OptoVACF – оптоэлектронные преоб-
разователи, предназначенные для гальванической раз-
вязки цепей при поверке;
RS485 – блок для передачи данных в информа-
ционно-измерительную систему;
DC/DC – преобразователь постоянного тока;
Opto SCK, OptoMISO, OptoMOSI, SS – оптоэлек-
тронные преобразователи сигналов;
Все настройки масштабных коэффициентов,
вплоть до коррекции фазового сдвига при измерении
активной мощности, выполняются цифровым спосо-
бом. Это полностью исключает наличие подстроеч-
ных резисторов и позволяет в максимальной степени
автоматизировать процесс настройки датчиков.
Среднеквадратические вычисления производятся
одновременно для шести аналоговых входных кана-
лов от датчиков токов и напряжений трех фаз [6].
Схема предусматривает два режима:
– режим настройки (поверки и настройки);
– режим измерения.
Режим настройки. Для калибровки и поверки в
преобразователе предусмотрены два оптически развя-
занных частотных выхода. Один из них (OptoWCF) –
по активной мощности, а второй (OptoVACF), пере-
ключаемый – может быть подключен к выходу реак-
тивной либо полной мощности.
Для передачи данных в информационно измери-
тельную систему предусмотрен канал связи на основе
RS485. Обмен данными происходит по протоколу,
аналогичному MOODBUS.
Режим измерения. Измерение всех параметров
осуществляется интегральным преобразователем
мощности, разработанным фирмой ANALOG
DEVISES специально для использования в схемах
измерения расхода электроэнергии. Дополнительные
возможности измерений направлены на контроль
качества. Контроллер устройства обеспечивает хра-
нение параметров настройки и обеспечивает связь
между ADE7758 и блоков питания типа BBC как в
режиме калибровки, так и в режиме измерения.
Гальваническая развязка токовых цепей осуще-
ствляется датчиками тока (ДТА, ДТВ, ДТС), выполнен-
ными в виде трансформаторов тока с магнитными
системами из аморфного железа. По цепям напряже-
ния измерительная часть схемы электрически связана
с измерительной сетью посредством датчиков – дели-
телей напряжения (ДНА, ДНВ, ДНС). Для гальваниче-
ского разделения цепей измерения с цепями, обеспе-
чивающими связь, применена оптоэлектронная раз-
вязка на быстродействующих оптронах (Opto SCK,
OptoMISO, OptoMOSI и SS). Настройка масштабных
коэффициентов и управление режимом работы осу-
ществляется цифровым способом путем записи в ре-
гистры ADE7758 поправочных кодов.
Для калибровки преобразователя разработана
специальная программа для ПК, с помощью которой
облегчается доступ к регистрам ADE7758. Переклю-
чение между режимами калибровки и измерения осу-
ществляется установкой перемычки.
Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3 47
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
На рис. 2 приведена принципиальная схема раз-
работанного преобразователя сигнала в частоту.
Назначение элементов схемы следующее.
Измерение электрических параметров сети и их
преобразование в сигналы, модулированные по часто-
те, выполняет преобразователь мощности в частоту
фирмы ANALOG DEVISES – ADE7758 (DD1). Выво-
ды 19, 20 предназначены для подключения внешнего
кварцевого резонатора Q1. Конденсаторы С15, С16,
подключенные в параллель на выводе 12, обеспечи-
вают уменьшение внутреннего сопротивления источ-
ника опорного напряжения для аналого-цифрового
преобразования. Защита преобразователя от перена-
пряжений выполнена варисторами R20, R21, R22. Од-
на из функций преобразователя ADE7758 заключается
в определении знака измеряемой мощности в каждой
из фаз, что используется для контроля правильности
подключения, а в случае с реактивной мощностью –
для контроля эффективности режима компенсации
реактивной мощности.
Рис. 2. Принципиальная схема преобразователя
Преобразование входных токовых сигналов
обеспечивают датчики тока с резисторами. Датчики
тока выполнены в виде трансформаторов тока ТА1,
TA2, TA3. Резисторы R1 – R3 обеспечивают преобра-
зование токовых сигналов на выходах трансформато-
ров тока в сигналы напряжения, поступающие на
дифференциальные входы преобразователя DD1.
Преобразование входных сигналов напряжения
выполняют датчики напряжения. Они выполнены по
типу делителей на резисторах. Сигналы напряжения
снимаются с нижних плеч делителей: R4, R7 – для
фазы А; R5, R8 – для фазы B; R6, R8 – для фазы C.
Оптотранзистор VH1 обеспечивает гальваниче-
скую развязку частотного сигнала, пропорционально-
го активной мощности на выходе преобразователя
ADE7758, а VH6 – гальваническую развязку частот-
ного сигнала, пропорционального реактивной/полной
мощности. Транзисторы VT1 и VT4 обеспечивают
увеличение мощности этих сигналов.
Все измеряемые параметры имеют программные
регулировки для калибровки, доступные по последо-
вательному интерфейсу (SPI). Его гальваническая
развязка реализована с использованием высокоскоро-
стных оптронов VH2, VH3, VH4, VH5. В схеме ис-
пользован специализированный преобразователь
(DC/DC) DD4 постоянного напряжения +5В в посто-
янное напряжения +5В с гальванической развязкой.
Для сохранения настроек и обеспечения связи
между преобразователем ADE7758 и верхним уров-
нем использован микроконтроллер DD2 с внутренним
EEPROMом и встроенным SPI интерфейсом и микро-
схему DD3 для обеспечения связи по RS485 с инфор-
мационно-измерительной системой. Для повышения
устойчивости работы и упрощения гальванической
развязки микроконтроллер имеет отдельный тактовый
генератор – кварцевый генератор Q2 с частотой
11059 кГц, что обеспечивает возможность связи по
RS485 на любой физически доступной скорости от
9600 до 115200 бод. Наличие отдельных кварцевых
генераторов в схемах измерения и передачи данных
позволяет сократить число гальванических развязок.
Разъем Х2 предназначен для подключения жид-
кокристаллического индикатора. С его помощью
можно осуществлять настройку и контролировать
измеряемые параметры в автономном режиме.
Разъем Х3 предназначен для внутрисхемного
48 Електротехніка і Електромеханіка. 2006. №3
программирования контроллера DD2. Выводы KN0,
KN1, KN2 и KN3 предназначены для подключения
кнопок управления при работе в автономном режиме.
В настоящее время изготовлен эксперименталь-
ный образец преобразователя сигнала мощности в
частоту и производится отладка программного обес-
печения. Вид печатных плат экспериментального об-
разца преобразователя приведен на рис. 3.
а) б)
Рис. 3. Вид печатной платы опытного образца:
а – сторона печати; б – сторона установки элементов
ВЫВОДЫ
Разработана структура упрощенного преобразо-
вателя сигнала мощности в частоту для систем техни-
ческого учета электроэнергии одного класса напря-
жения, территориально расположенных в одном зда-
нии и имеющих большое число точек учета. Преобра-
зователь предназначен для учета электроэнергии
трех- и четырехпроводных трехфазных сетей систем
собственных нужд энергетических объектов. Его ос-
новные функции – учет расхода электрической энер-
гии, ее направления, определение среднеквадратиче-
ских величин напряжений и токов фаз.
Упрощение конструкции по сравнению с извест-
ными преобразователями достигнуто за счет того, что
часть функций преобразователя передана информаци-
онно-измерительной системе.
Преобразователь рекомендован для использова-
ния в автоматизированных системах учета электро-
энергии на станциях Украины.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Вороновский Г.К. Избранные труды в пяти томах. Т.1.
Размышления об энергетике: судьбы и события, наблю-
дения и комментарии. – Харьков: Институт системных
исследований в энергетике, 2003. – 260 с.
[2] Орловский И.В. Двухэлементный преобразователь для
электронного счетчика электрической энергии // Вісник
національного технічного університету "Харківський
політехнічний інститут": Збірник наукових праць. − Ха-
рків: НТУ "ХПІ", 2005. − Вип. 48. − С. 107-114.
[3] Макаренко В. Современные счетчики электроэнергии //
Электронные компоненты и системы. – 2002. – №5. – С.
34-42.
[4] Лапинин И.Г., Шестеренко А.В. Комплексная система
контроля достоверности показаний электронного счет-
чика электроэнергии // Электрические сети и системы. –
2003. – № 1. – С. 52-54.
[5] Дорошенко А.И., Корсуненко С.В. Анализ и оценка по-
грешностей локального автоматизированного комплекса
учета электроэнергии // Электрические сети и системы.
– 2003. – № 1. – С. 55-58.
[6] Poly Phase Multifunction Energy Metering IC with Per
Phase Information ADE7758 Rev. A © Analog Devices,
Inc., 2004. - http://www.analog.com.
[7] Тригуб В. Организация учета электроэнергии: проблемы
эксплуатации приборов учета // Электропанорама. –
2005. – № 6.
Поступила 19.10.2005
|