Устройство контроля параметров качества электроэнергии

1 Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в энергетике для контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока, например, на распределительных и трансформаторных подстанциях, промышленных предприятиях, в организациях и учреждениях. Известен анализатор качества электрической энергии [1], предназначенный для измерения показателей качества электрической энергии. Анализатор содержит входное устройство(входной преобразователь), блок питания, программируемый блок обработки сигналов (системный контроллер), интерфейс межпроцессорного обмена (системная магистраль), центральный процессор (цифровой сигнальный процессор), средство отображения информации, два оперативных запоминающих устройства, устройство преобразования и управления. Недостатком анализатора является наличие только одного АЦП в составе устройства преобразования и управления, на вход которого поочередно поступают контролируемые сигналы, что не позволяет проводить контроль параметров качества электроэнергии в режиме реального времени одновременно по трем фазам и приводит к появлению дополнительных погрешностей измерения. Анализатор не обеспечивает сохранение информации о параметрах качества электроэнергии при пропадании электропитания, а также гальваническую развязку входных сигналов от внутренних цепей анализатора. Кроме того, исходные сигналы до непосредственной обработки центральным процессором проходят через большое количество аналоговых узлов (пиковые детекторы, компараторы, сумматоры, интеграторы и т.д.), что неизбежно приводит к появлению больших аппаратных погрешностей измерений. Наиболее близким решением по отношению к заявляемому является устройство контроля качества электроэнергии [2]. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь,сигнальный процессор (цифровой сигнальный процессор) и цифровой процессор (системный контроллер), на выходы последнего подключены параллельный порт (блок интерфейса RS232C), последовательный порт (блок интерфейса IEЕЕ 1284), дисплей (средство отображения информации), клавиатура, таймер (часы реального времени), элемент памяти. Недостатком прототипа является невозможность измерения параметров электроэнергии непрерывно и одновременно по всем фазам из-за наличия входного коммутатора, что приводит к появлению погрешности при расчете показателей качества. Устройство также не обеспечивает сохранение информации о параметрах качества элек 003713 2 троэнергии при пропадании электропитания и гальваническую развязку входных сигналов от внутренних цепей устройства. Качество электроэнергии в сетях общего назначения характеризуется совокупностью показателей качества электроэнергии, установленных ГОСТ 13109-97 [3]: установившееся отклонение напряжения, размах изменения напряжения, доза фликера, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения, коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, отклонение частоты, длительность провала напряжения, импульсное напряжение,коэффициент временного перенапряжения. Современные требования, предъявляемые к качеству электроэнергии, привели к необходимости создания цифровых измерительных устройств, позволяющих контролировать всю вышеуказанную совокупность параметров качества электроэнергии в режиме реального времени и сохранять информацию о параметрах качества в течение длительного времени. Техническим результатом заявляемого решения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения комплексного измерения всех показателей качества электроэнергии непрерывно и одновременно по всем фазам в режиме реального времени,сохранения текущей оперативной информации при пропадании электропитания, а также за счет предоставления пользователю возможности эксплуатировать устройство в составе территориально-распределенной локальной сети. Предлагаемое изобретение позволит расширить номенклатуру средств измерений параметров качества электроэнергии. Указанный технический результат достигается тем, что в устройство контроля качества параметров электроэнергии, содержащее первый аналого-цифровой преобразователь, системный контроллер, соединенный с клавиатурой, часами реального времени, блоком интерфейса RS-232C, блоком интерфейса IEЕЕ 1284,а также соединенный через системную магистраль с цифровым сигнальным процессором,средством отображения информации, ПЗУ, введены три одинаковых входных преобразователя,на информационные входы которых подаются контролируемые сигналы напряжений соответствующих фаз, управляющие входы входных преобразователей через введенный блок гальванической развязки соединены с масштабирующими выходами системного контроллера, информационные входы и сигналы управления которого подключены через блок гальванической развязки к управляющим цепям и выходам первого аналого-цифрового преобразователя и введенных второго и третьего аналогоцифрового преобразователей, на входы которых 3 подаются сигналы с соответствующих выходов входных преобразователей, кроме того, введены блок интерфейса RS-485, подключенный к системному контроллеру, FLASH-память, высокоскоростное ОЗУ и энергонезависимое ОЗУ, соединенные с системной магистралью. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства контроля параметров качества электроэнергии; на фиг. 2 приведен пример использования устройства в составе территориальнораспределенной локальной сети. Устройство контроля параметров качества электроэнергии (фиг. 1) содержит первый входной преобразователь 1, второй входной преобразователь 2, третий входной преобразователь 3,первый аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 4, второй АЦП 5, третий АЦП 6, блок гальванической развязки 7, системный контроллер 8, клавиатуру 9, часы реального времени 10,блок интерфейса RS-232C 11, блок интерфейсаRS-485 12, блок интерфейса IEЕЕ 1284 13, цифровой сигнальный процессор 14, средство отображения информации 15, ПЗУ 16, FLASHпамять 17, высокоскоростное статическое ОЗУ 18, энергонезависимое ОЗУ 19, блок питания 20. Входные преобразователи 1, 2, 3 предназначены для согласования уровней входных сигналов с рабочим диапазоном АЦП и масштабирования входного диапазона. Высокоточные аналого-цифровые преобразователи 4, 5, 6 осуществляют непрерывное аналого-цифровое преобразование для соответствующих фаз UA, UB, Uc с высокой скоростью. Блок гальванической развязки 7 выполняет функции электрический изоляции входной высоковольтной измерительной схемы от внутренних низковольтных цепей устройства, что в совокупности с исполнением устройства в пластмассовом корпусе обеспечивает необходимую электробезопасность устройства. Системный контроллер 8 обеспечивает взаимодействие АЦП с цифровым сигнальным процессором 14 и осуществляет управление системными и периферийными блоками устройства. С помощью встроенной компактной пользовательской клавиатуры 9 задаются режимы работы устройства (проведение измерений, просмотр результатов измерений, вывод на печать,поверка). Блок интерфейса RS-232C 11 (последовательный порт) предназначен для подключения ПЭВМ, которая может быть использована для отображения информации в удобном для пользователя виде, накопления информации и расчета статистических данных. Блок интерфейса RS-485 12 (последовательный порт) используется для работы устройства в составе территориально-распределенной локальной сети. 4 Блок интерфейса IEЕЕ 1284 13 (параллельный порт типа LPT) предназначен для подключения принтера. Встроенное средство отображения информации 15 позволяет отображать данные о показателях качества электроэнергии в текстовом виде, в виде графиков и гистограмм. В качестве средства отображения используется графический жидкокристаллический дисплей повышенной контрастности. Для организации связи цифрового сигнального процессора с запоминающими устройствами используется системная магистраль,управляемая системным контроллером, к которой подключены ПЗУ 16, высокоскоростное ОЗУ 18, энергонезависимое ОЗУ 19. ПЗУ 16 предназначено для хранения программ функционирования цифрового сигнального процессора и констант. Высокоскоростное ОЗУ 18 используется для быстрого выполнения программ, переписываемых из ПЗУ, хранения часто используемых констант и текущей оперативной информации. Блок питания 20 осуществляет преобразование переменного напряжения однофазной сети 220 В, 50 Гц в ряд стабилизированных напряжений (+5 В; 15 В) для питания составных блоков устройства. Устройство работает следующим образом. После подачи электропитания производится автоматическая самодиагностика всех составных блоков устройства, что позволяет оценить работоспособность устройства в целом. Сигналы напряжений UA, UB, Uc поступают на информационные входы соответствующих входных преобразователей 1, 2, 3, осуществляющих приведение уровней входных напряжений к рабочему диапазону АЦП. На управляющие входы входных преобразователей поступают сигналы управления масштабированием входного диапазона с системного контроллера 8 через блок гальванической развязки 7. С выходов входных преобразователей 1, 2,3 сигналы поступают на соответствующие входы первого АЦП 4, второго АЦП 5 и третьего АЦП 6. Выходы первого АЦП, второго АЦП и третьего АЦП подключены ко входам блока гальванической развязки 7. С выходов блока гальванической развязки сигналы поступают в системный контроллер 8,который обеспечивает взаимодействие АЦП с цифровым сигнальным процессором 14. Цифровой сигнальный процессор 14 осуществляет обработку результатов преобразований АЦП и расчет показателей качества электроэнергии с погрешностями, не превышающими норм, установленных ГОСТ 13109-97. Результаты вычислений сохраняются во Flashпамяти 17, обеспечивающей хранение информации о всех параметрах качества электроэнергии за большой (не менее 2 месяцев) промежуток времени. В составе территориально-распределенной локальной сети (фиг. 2) допускается подключение до 32 устройств контроля параметров качества электроэнергии 21 к диспетчерскому пункту 22 при длине соединительной линии до 1200 м. Предлагаемое устройство представляет собой малогабаритный переносной прибор, осуществляющий измерение и хранение информации о всех параметрах качества электроэнергии без использования внешней ПЭВМ. Устройство получило название "Устройство УК 1". На УП "НИИСА" разработан и изготовлен опытный образец устройства. Источникиинформации 1. RU 2145716 С 1, кл. G 01R 19/255, 2000. 2. RU 97122208 А, кл. G 01R 23/00, G 01R 25/00, 1999. 3. ГОСТ 13109-97 "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения". М., Издательство стандартов, 1998. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство контроля параметров качества электроэнергии, содержащее первый аналого 6 цифровой преобразователь, системный контроллер, соединенный с клавиатурой, часами реального времени, блоком интерфейса RS232C, блоком интерфейса IEЕЕ 1284, а также соединенный через системную магистраль с цифровым сигнальным процессором, средством отображения информации, ПЗУ, отличающееся тем, что в него введены три одинаковых входных преобразователя, на информационные входы которых подаются контролируемые сигналы напряжений соответствующих фаз, управляющие входы входных преобразователей через введенный блок гальванической развязки соединены с масштабирующими выходами системного контроллера, информационные входы и сигналы управления которого подключены через блок гальванической развязки к управляющим цепям и выходам соответственно первого,второго и третьего аналого-цифровых преобразователей, на входы которых подаются сигналы с соответствующих выходов входных преобразователей, а к системному контроллеру дополнительно подключены блок интерфейса RS-485 и через системную магистраль FLASH-память,высокоскоростное ОЗУ и энергонезависимое ОЗУ.