Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные аспекты измерения мощности и параметров качества электроэнергии 34
1.1. Общие сведения 14
1.2. Способы и алгоритмы измерения мощности 21
1.3. Измерение мощности в электрических сетях при наличии полигармонических помех и девиации частоты сетевого напряжения
1.4. Измерение составляющих высших гармоник сетевого напряжения
1.5. Измерение частоты напряжения при наличии высших гармоник в измеряемом сигнале. Выводы по 1-ой главе 46
Глава 2. Разработка и исследование способов измерения мощности
2.1. Общие сведения 48
2.2. Способ измерения активной мощности методом задержек
Выводы по 2-ой главе 87
Глава 3. Разработка и исследование методов измерения коэффициентов искажения синусоидальности
2.3. Измерение реактивной мощности 70
2.4. Измерение полной мощности 76
2.5. Исследование влияния высших гармоник при измерениях методом задержек
3.1. Общие сведения 89
3.2. Адаптация метода задержек для измерения несинусоидальности напряжения 89
3.3. Исследование погрешности способа последовательного выделения частот, обусловленной изменением частоты сетевого напряжения . 103
3.4. Исследование способа выделения высших гармоник. 108
3.5. Применение интегральной обработки сигнала при измерении частоты. 114
3.6. Исследование помехоустойчивости способов измерения частоты с интегральной обработкой сигнала 126
Выводы по 3-ей главе 133
Глава 4. Разработка устройства для комплексного измерения электрических величин
4.1. Анализ принципов построения устройства для комплексного измерения электрическихвеличин 135
4.2. Реализация блока выделения высших гармоник 138
4.3. Применение цифровой обработки при реализации блока выделения высших гармоник 1 4.3.1. Общие вопросы 149
4.3.2. Исследование погрешности выделения высших гармоник при операциях с массивами различной длины 156
Выводы по 4-ой главе 159
Общие выводы по диссертационной работе 161
Список литературы
- Измерение мощности в электрических сетях при наличии полигармонических помех и девиации частоты сетевого напряжения
- Способ измерения активной мощности методом задержек
- Исследование погрешности способа последовательного выделения частот, обусловленной изменением частоты сетевого напряжения
- Реализация блока выделения высших гармоник
Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности энергопотребления в современной электроэнергетике является, несомненно, актуальной задачей. Для ее решения внедряются автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии, позволяющие получать информацию о энергопотреблении в режиме, приближенном к реальному времени, и управлять режимами работы для уменьшения потерь электроэнергии в системах электроснабжения. При этом, несомненно, важным является своевременное получение точного значения перетоков мощности в контрольной точке. Но измерение мощности представляет собой проблему, для решения которой необходим комплексный подход, так как показания измерителей зависят как от значения измеряемой мощности, так и от вида нагрузки, частоты и напряжения сети.
Развитие промышленной электрохимии с мощными электролизерами, широкое внедрение электротяги на железнодорожном и городском транспорте, применение мощных ионных регулирующих устройств в промышленности и на электростанциях, массовое использование для освещения в городском хозяйстве и на промышленных предприятиях газоразрядных ламп, а также применение других электроприемников с нелинейными вольт-амперными характеристиками приводят к искажению синусоидальной формы тока промышленной частоты. Значительные искажения синусоиды приводят к возникновению резонансов на кратных частотах с опасным для изоляции пиковым повышением напряжения, к дополнительным потерям электроэнергии в сетях и в электроприемниках, к сбоям нормальной работы электрооборудования связи и телемеханики из-за помех, возникающих в линиях электроснабжения, недоучету и переучету электроэнергии у потребителей и т.д.
Проблема разработки методов и средств повышения точности измерения мощности, частоты и параметров гармонических составляющих спектра сетевого напряжения является предметом всесторонних исследований, проводимых рядом научных коллективов. Некоторые аспекты этой проблемы рассмотрены в трудах российских ученых: В. Ф. Бахмут-ского, В. А. Веникова, М. С. Векслера, И. М. Вишенчука, Л. И. Волгина,
B. С. Гутникова, И. В. Жежеленко, Ю. С. Железко, Я. Т. Загорского,
C. К. Киселева, К. Л. Куликовского, В. Н. Малиновского, А. М. Ме-
лик-Шахназарового, В. А. Мишина, П. В. Новицкого, Б. В. Папкова,
Ю. Н. Руденко, В. М. Сапельникова, В. П. Степанова, М. П. Цапенко,
В. З. Шапиро, Э. К. Шахова, Б. Я. Швецкого и др.
В системах электроснабжения необходим контроль искажений сетевого напряжения, допустимые значения которых регламентируются нормативными документами на качество электроэнергии. Повышение точности измерения основных параметров напряжения в системах электроснабжения обеспечивает объективность взаимных претензий потребителя и поставщика электрической энергии. Измерение мощности при несинусоидальных токах и напряжениях и проблемы спектрального анализа и контроля частоты необходимо рассматривать совместно, вследствие того, что точность, обеспечиваемая современными измерительными средствами, зависит как от точности определения промышленной частоты, так и от интенсивности гармонических помех, поэтому поиск способов снижения влияния высших гармоник и колебаний частоты сетевого напряжения на точность измерения мощности в системах электроснабжения является перспективной областью исследований.
Все это делает актуальной разработку способов, реализующих комплексное измерение таких параметров, как мощность, частота и коэффициенты искажения синусоидальности сетевого напряжения в системах электроснабжения.
Целью данной работы является разработка способа, алгоритмов и средств измерения мощности, частоты и коэффициентов искажения синусоидальности напряжения в системах электроснабжения при допустимой девиации частоты первой гармоники сетевого напряжения и значительных несинусоидальных искажениях.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:
-
Анализ влияния девиации частоты и искажений синусоидальности при измерении мощности в сетях электроснабжения. Разработка способа измерения активной, реактивной и полной мощности, снижающего влияние девиации частоты и искажений синусоидальности напряжения.
-
Разработка математической и имитационной моделей измерителя мощности, исследование метрологических характеристик разработанных алгоритмов измерения мощности при изменении реальной частоты и наличии искажений синусоидальности.
-
Анализ влияния искажений синусоидальности при измерении частоты первой гармоники сетевого напряжения, разработка алгоритма измерения частоты и коэффициентов искажения синусоидальности, снижающего влияние искажений синусоидальности; исследование их метрологических характеристик.
4. Разработка алгоритма, оптимального по числу операций обработки измерительной информации, и схемы комплексного устройства измерения мощности, частоты и коэффициентов искажения синусоидальности; исследование их характеристик и выработка рекомендаций по проектированию средств измерения.
Методы исследования включают в себя: методы математического анализа, линейной алгебры, теории непрерывных и импульсных систем, автоматического регулирования, численные методы статистики и цифровой фильтрации, методы имитационного моделирования на ЭВМ и методы теории планирования экспериментов. Теоретические исследования проводились с использованием пакета программ MathCAD и MatLab.
Научная новизна работы:
-
Показано влияние девиации частоты и искажений синусоидальности напряжения в системах электроснабжения на результат измерения мощности существующими способами. Разработан способ измерения, снижающий влияние данных источников погрешности на результат измерения активной, реактивной и полной мощности, использующий сравнение основного и задержанного на известный интервал времени интегральных произведений тока и напряжения.
-
Разработаны математическая и имитационная модели измерителя мощности, на основе предложенного способа; проведено исследование метрологических характеристик при допустимой девиации частоты и искажениях синусоидальности в системах электроснабжения.
-
Исследовано влияние искажений синусоидальности при измерении частоты первой гармоники сетевого напряжения, разработаны алгоритмы измерения частоты первой гармоники и коэффициентов искажения синусоидальности с использованием последовательных операций сдвига и сложения сигнала; разработаны математическая и имитационная модели измерителя, и исследованы метрологические характеристики.
-
Разработаны алгоритм цифровой обработки измерительной информации, отличающийся уменьшенным количеством математических операций обработки измерительной информации, и схема комплексного устройства для измерения мощности, частоты и коэффициентов искажения синусоидальности; исследованы метрологические характеристики, и выработаны рекомендации по проектированию средств измерения.
Практическая ценность работы:
1. Разработана и доведена до практического использования методика оценки влияния девиации частоты и искажений синусоидаль-
ности на точность измерения активной, реактивной, полной мощности и частоты сетевого напряжения в условиях работы мощных нелинейных нагрузок.
-
Разработаны рекомендации по проектированию устойчивых к влиянию несинусоидальных помех средств измерения мощности, частоты, коэффициентов искажения синусоидальности.
-
Методы и устройства измерения внедрены в производство в виде методик и блоков измерения мощности, частоты, основной и высших составляющих несинусоидального сигнала в ряде организаций, а также в учебном процессе при преподавании курса «Электромагнитная совместимость и качество электроэнергии» в Пензенском региональном центре высшей школы (филиале) Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства (Пензенский филиал РГУИТП).
Реализация работы и внедрение результатов. Диссертация представляет собой обобщение хоздоговорных и госбюджетных ГК № П694, ГК № П1654, ГК № П908 и инициативных научно-исследовательских работ, в выполнении которых автор принимал участие в Пензенском государственном университете и в Пензенском региональном центре высшей школы (филиале) Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства (Пензенский филиал РГУИТП). В данных НИР решались методологические и технические вопросы проектирования виртуальных приборов и информационных систем для измерения и контроля показателей качества электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения и мощности при искажениях синусоидальности измеряемых сигналов.
Полученные в диссертационной работе результаты внедрены в виде методик, математических моделей, программ и макетного образца измерителя в организациях ЗАО «Орбита» (г. Саранск), а также используются на кафедрах Пензенского государственного университета и подразделениях Пензенского филиала РГУИТП при выполнении хоздоговорных НИР и в учебном процессе.
Оригинальность исследования защищена патентом РФ № 2517759.
Результаты внедрения подтверждены соответствующими документами.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты анализа влияния девиации частоты и искажений синусоидальности напряжения при измерениях мощности в системах электроснабжения; способ измерения активной, реактивной и полной
мощности, использующий сравнение основного и задержанного на известный интервал времени интегральных произведений тока и напряжения, снижающий погрешность от влияния девиации частоты и искажений синусоидальности.
-
Математическая и имитационные модели разработанного способа измерения мощности и результаты исследования метрологических характеристик при допустимой девиации частоты и искажениях синусоидальности в системах электроснабжения.
-
Результаты анализа влияния искажений синусоидальности при измерении частоты первой гармоники и разработанный алгоритм измерения частоты первой гармоники, коэффициентов искажения синусоидальности сигнала, отличающиеся наличием последовательных операций сдвига и сложения с расчетными коэффициентами; математическая и имитационная модели разработанного алгоритма и результаты исследования.
-
Алгоритм цифровой обработки измерительной информации и устройство измерения мощности, частоты и коэффициентов искажения синусоидальности на цифровой элементной базе, отличающееся уменьшенным количеством математических операций обработки измерительной информации; рекомендации по проектированию средств измерения.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по диссертационной работе докладывались и обсуждались на ряде конференций и симпозиумов: IV Международной научно-практической интернет-конференции «Молодежь. Наука. Инновации» (Пенза, 2011); III Международной заочной научно-практической конференции «Грани современной науки» (Краснодар, 2012); VI Международной научно-практической интернет-конференции «Молодежь. Наука. Инновации» (Пенза, 2012); Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2012), а также на ежегодных НТС Пензенского государственного университета и Пензенского филиала РГУИТП.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе: 3 статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, включает 76 рисунков, 23 таблицы, библиографический список из 104 наименований и 3 приложения. Основной текст изложен на 162 страницах.
Измерение мощности в электрических сетях при наличии полигармонических помех и девиации частоты сетевого напряжения
Активная мощность на нагрузке в электрических цепях переменного тока, как известно [26,44], определяется формулой: Г./ 1 Г" Т / 4 r{t) = — Um sin cot lm sm(cot + (p)dt , .(1.7) Tu { где Um и Im амплитуда напряжения и тока в нагрузке; Ти - длительность временного интервала, на котором осуществляется усреднение (время интегрирования), кратное периоду сетевого напряжения; со =2nf - угловая частота; ср - фазовый сдвиг между током и напряжением; t$ - момент начала интегрирования, который по умолчанию обычно принимается равным нулю.
Подынтегральная функция в (1.7) описывает изменение так называемой текущей (мгновенной) мощности[74], т.е. pit) = UmIm sinooz sir ooz1 + cp) = m m [соБф - cos(2oo/1 + ф)]. (1.8) Из сопоставления выражений (1.7) и (1.8) следует, что постоянная составляющая мгновенной мощности равна активной мощности
Выражения (1.11) и (1.12) показывают, что информацию об активной, реактивной и полной мощности можно извлечь из функции изменения мгновенной мощности. Активная мощность равна либо постоянной составляющей, либо амплитуде косинусоидальной составляющей второй гармоники. Соответственно реактивная мощность
Таким образом, как показывают приведенные уравнения, принципиально измерения активной, реактивной и полной мощностей можно реализовать, используя алгоритмы разложения периодических функций в ряд Фурье. Однако реализация такого способа встречает ряд практических ограничений, которые сужают область его применения. Среди существенных ограничений следует выделить сложность выполнения соответствующих математических операций и отсутствие априорной информации о реальном значении периода сетевого напряжения. Рассмотрим влияние нестабильности периода Тс на примере измерения активной мощности.
Все известные способы измерения активной мощности, по сути, являются аппроксимациями и интерпретациями формулы (1.7), поскольку определение любой физической величины задается способом ее измерения. Имеющиеся различия между известными способами измерения мощности сводятся либо к вариантам способов реализации тех или иных математических операций в выражении (1.7), либо к вариантам косвенных измерений мощности путем взятия интеграла (1.7) и подстановки результатов прямых измерений параметров, входящих в получаемую формулу. Известен ряд способов измерения активной мощности с косвенным выполнением операции умножения. На практике наиболее распространенными являются следующие:
Указанные способы легко реализуются аппаратно и позволяют упростить выполнение операции умножения текущих значений напряжения и тока и, соответственно, повысить точность измерений за счет точного выполнения операции умножения.
Известен способ стохастического измерения мощности [22,103], в котором реализуется метод Монте-Карло. Согласно способу организуется комулянта, в начальный момент равная нулю, и далее генерируются некоррелированные случайные числа с равномерным законом распределения. Полученные числа сравниваются с текущими значениями напряжения и тока и, в случае, если значения чисел меньше текущих значений тока и напряжения, комулянта увеличивается на единицу.
Способ измерения активной мощности методом задержек
На рис. 2.2 приведены графики изменения функций Рі(Тц) и Р2(Ти з) в зависимости от текущего времени интегрирования, которые построены с точностью до коэффициента UmIm/2 для случая, когда частота / питающей сети равна 50 Гц, (р=7Г/8 rto=0 и /j=4 мс. Моменты равенства (рис. 2.2) функций Pi(Tu) и Р2(Ти,ґз) являются корнями уравнения cos(2fe 7 - cot3 + (р) = (2.5) которое получается из равенства выражений (2.3) и (2,4) . Как следует из уравнения (2.5) и иллюстрации на рис. 2.2, оно имеет два типа корней: - корни О-типа(однофакторные корни) положение которых зависит только от действительного значения периода Тс изменения переменного сетевого напряжения, и которые зависят от неинформативных параметров и положения момента начала интегрирования to. В связи с этим важно отметить, что при Ти=Тио накопленные интегралы, как видно из выражения (2.3), равны истинному значению измеряемой активной мощности нагрузки. Следует однако отметить, что результат измерения необходимо определять в четные от начала интегрирования моменты равенства значений результатов интегрирования, поскольку корни М-типа (не зависимо от значений, to, t$ и (р) всегда находятся на нечетных позициях, а корни О-типа всегда находятся на четных позициях (см. рис. 2.2)
При этом результат измерения определяется по значениям накапливаемых интегралов в четные моменты пересечения кривых Pi(Ти) и Р2(Ти,Із) . Данная особенность способа основывается на том, что в моменты равенства Р1(Тu) и Р2(Тu,t3) соответствующие Tu=TuМ значения интегралов существенно отличаются друг от друга и от истинных значений, которые имеют место в моменты Tu=Tu0 (см. рис. 2.2).
При таком подходе результат измерения определяется только реальным значением периода Tс сетевого напряжения и не будет зависеть от Tu и t0. Кроме того следует отметить, что при неправильном подключении датчика тока результат измерения будет определяться точным значением мощности, но со знаком минус. Данное свойство может быть использовано для контроля направления перетоков мощности.
Таким образом, в данной работе новыми являются предложения по адаптации метода задержек для измерения активной мощности сетевого напряжения. Предложенный способ измерения активной мощности позволяет:
1) Повысить точность измерения за счет осуществления интегрирования произведения сигналов напряжения и тока на нагрузке точно за интервалы времени, кратные полупериоду напряжения питания цепи;
2) Упростить реализующие устройства и вычислительные процедуры за счет исключения дополнительных операций и процедур по определению точного значения интервала усреднения;
3) Расширить список диагностируемых параметров, в частности возможность измерения периода синусоидального напряжения, а также фазового сдвига между током и напряжением, контроль направления перетоков мощности. Возможные схемы реализации[50] приведены на рисунке 2.3 и состоят из следующих блоков: блок умножения(БУ), осуществляющий перемножения входных сигналов тока и напряжения, блок временной задержки(БЗ), блок, осуществляющий операцию интегрирования(БИ), блок, осуществляющий деление поступающих на его входы сигналов(БД), схема сравнения (СС), выдающая высокий уровень сигнала при равенстве сигналов на её входах, устройство управления (УУ), осуществляющие управление остановкой процесса измерения и фиксацией измеренного значения(stop,reset), счетчик(Сч), осуществляющий подсчет времени с начала цикла измерения, индикатор(И), осуществляющий отображение полученного результата.
Схемы на рисунке 2.3 будут отличаться сигналами, поступающими на вход схемы сравнения, который формирует на своем выходе в момент их равенства импульс, служащий управляющим для фиксации измеряемого значения P1(Tи). Сигналы на входе и выходе блока сравнения представлены на рисунках 2.4-2.6.
Исследование погрешности способа последовательного выделения частот, обусловленной изменением частоты сетевого напряжения
Дополнительным преимуществом данного способа является возможность измерения коэффициентов, характеризующих несинусоидальность сигналов. Схема устройства измерения приведена на рисунке 3.11, а её имитационная модель, реализованная в программе Matlab, приведена в Приложении Б.4. Схема состоит из тех же блоков, что и приведенная на рис. 3.10., за исключением блока(БКН), реализующего вычисление коэффициента искажения синусоидальности по выражению (1.32). Также добавились блоки временных задежек(БЗ3-БЗ5), блоки сложение (БС3, БС4), блок умножения (БУ3), которые реализуют выделения 2-х высших гармоник из полигармонического сигнала.
Для оценки точности измерения с помощью имитационной модели были проведены измерения коэффициента искажения синусоидальности при девиации частоты сетевого напряжения. В качестве высших гармоник были заданы 5-я гармоника с амплитудой 250В и 7-я гармоника с амплитудой этом, действительное значение KU по выражению (1.32), которое составило 0,6373. Кроме того были проведены эксперименты с определением коэффициента искажения синусоидальности KU при помощи стандартного блока THD из пакета Simulink, реализующего выделения гармонических составляющих, используемых при определении коэффициента искажения, на основе преобразования Фурье.
По результатам измерений была рассчитана погрешность по отношению к действительному значению KU из таблицы 3.3. На основании расчетов были построены графики зависимости относительной погрешности измерения от колебаний частоты для предложенного способа (кривая 1) и для блока THD, приведенные на рисунке 3.12
График изменения относительной погрешности измерения коэффициента искажения синусоидальности для предлагаемого способа (кривая 1) и для блока THD
Из полученных результатов следует, что предложенный способ имеет погрешность измерения порядка 0,07% на частоте 50 Гц и 0,42% на частоте 49,6 Гц. Поэтому для дальнейшего повышения точности измерения коэффициента искажения синусоидальности предлагается учитывать реальное значение частоты.
Для снижения влияния высших гармоник на результат измерения частоты первой гармоники предлагается ввести интегральную обработку сигнала[52]. В этом случае в схему, представленную на рисунке 1.7, вводится интегрирующий блок сигнал которого поступает на формирующее устройство(ФУ1).
При этом, на вход ФУ1 будет подаваться напряжение описываемое уравнением(1.49), но после выполнения операции интегрирования, т.е.:
Исследования показали, что амплитуда гармоники в результате интегрирования снижается практически по экспоненциальному закону с увеличением значения частоты. АЧХ блока, осуществляющего операцию интегрирования входного сигнала, приведена на рисунке 3.14. сигналу на блоке интегрирования. Из таблицы видно, что уже на 5-ой гармонике предложенная схема позволяет добиться снижения амплитуды гармоники на 80%. Из (3.27) следует, что кроме синусоидальной составляющей, появляется дополнительная составляющая, обусловленная фазовым сдвигом данной гармоники в начальный момент времени интегрирования, которая смещает сигнал относительно нуля.
Так как косинус является четной функцией, то измеряемый интегрально-обработанный сигнал будет сдвигаться в область положительных значений по оси амплитуд, что приводит к некоторым трудностям с формированием моментов перехода через нулевое значение при определении периода (частоты).
Для устранения данного недостатка предлагается в схему цифрового частотомера[55] после интегрирующего блока перед ФУ дополнительно ввести линию задержки и блок-сумматор. Таким образом, схема частотомера, реализующая устранение сдвига после интегральной обработки сигнала (рис.3.15), содержит исходные элементы: входное устройство(Вх.У), кварцевый генератор(Гк), формирующее устройство(ФУ), делитель частоты(ДЧ), управляющее устройство(УУ), временной селектор(ВС), счетчик(Сч), дешифратор(Дш), интегратор, и дополнительные элементы: линию задержки сигнала на время td и сумматор сигналов.
Реализация блока выделения высших гармоник
Таким образом, согласно рис. 4.4, алгоритм менее затратный по операциям сложения является более затратным по операциям умножения. В целом, сочетая приведенные схемы (рис.4.3), можно добиться оптимального решения в зависимости от поставленной задачи и реализации устройства.
Для сравнения с существующими алгоритмами цифровой обработки сигналов, основанных на преобразовании
Сравнение алгоритмов проведено по элементарных операций умножения, как ресурсоемких. количеству наиболее Количество операций умножения для существующих алгоритмов определяется следующими выражениями[72]:
Графики, иллюстрирующие умножения по алгоритмам ПФ, приведены на рис.4.5. количество операций БПФ и предлагаемому, Графики зависимости числа операций умножений от числа N гармонических составляющих для алгоритмов ПФ, БПФ и представленному на рис.4.3б. Таким образом, разработанные алгоритмы (рис.4.2., рис.4.3.) являются более эффективными по количеству операций умножения по сравнению с традиционными алгоритмами ПФ и БПФ.
При выделении из полигармонического сигнала отдельных его гармонических составляющих следует учитывать одну особенность. Гармоники следует выделять начиная с более высокочастотных. В противном случае может сложится ситуация, представленная на рисунке 4.6, когда при подавлении более низкочастотной гармоники подавляется и более высокочастотная. Это правило будет выполняться всегда если выполняется условие: f = nf , (4.5) где /вч - частота высокочастотного сигнала; /нч - частота низкочастотного сигнала; п ={3,5,7,…} . Таким образом, к примеру, при подавлении 3-ей гармоники также автоматически будут подавляться 9,15,21 и т.д, если они присутствуют в спектре полигармонического сигнала.
Это объясняется тем, что при сдвиге низкочастотной гармоники на ж радиан будут существовать гармоники для которых сдвиг будет равен:
Данные высокочастотные гармоники будут подавлены при подавлении низкочастотной
На рисунке 4.7 представлен график, когда входной сигнал U(t), содержащий кроме 1-ой гармоники 4-ю, 12-ю и 20-ю. И как видно из рисунка, 12-я и 20-я гармоники также подавляются при подавлении 4-ой гармоники.
Данное свойство может быть использовано для реализации более простого алгоритма выделения основной составляющей из общего спектра, когда не важна информация о высших гармониках и при последовательном выделении на одном цикле «задержка сигнала -суммирование с исходным сигналом» допустимо подавление сразу нескольких составляющих высших гармоник.
Особенностью звена 1(рис.4.1) является использование большого числа аналоговых операций сложения и вычитания, которые характеризуются невысокой помехоустойчивостью. С целью снижения влияния такого рода погрешностей предлагается алгоритм, основанный на применении цифровой обработки сигнала с последующей реализацией математических операций с помощью цифровых сигнальных процессоров. Принципиальная схема устройства приведена на рисунке 4.8. Она включает в себя датчики тока/напряжения(Д), аналогово-цифровой преобразователь(АЦП), цифровой сигнальный процессор (ЦСП), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), устройство вывода (УВ).
При этом следует учитывать, что параметры полигармонического сигнала после цифровой обработки будут представлены в виде массива данных записанного в ОЗУ.
На рисунке 4.9 приведена схема реализации устройства для измерения мощности и показателей качества электроэнергии, на основе описанных принципов
В качестве первичных датчиков используются трансформаторы тока(ТТ1-ТТ3), напряжение снимается непосредственно с фаз сети, также возможен вариант подключения через трансформаторы напряжения.
В качестве АЦП и ЦСП используется микросхема MSP 430F449IPZ, производства Texas Instruments. Микросхема имеет шесть сигма-дельта АЦП, используемых для цифровой обработки поступающих сигналов тока и напряжения. Для ограничения поступающих сигналов до уровня, используемого в цифровых схемах использованы схемы преобразования на основе операционных усилителей для цепей тока (УПТ1-УПТ3), и схемы резистивных делителей -для цепей напряжения (УПН1-УПН3).