автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Многофункциональный преобразовательный элемент и его применение для создания средств измерения энергетических параметров

РГ.6 од

2 3 ШОП Шковския ПОЖГЁХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Мельников Георгий Игоревич

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ' И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

05.13.05 - элементы и устройства вычислительной '' техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Харькбв - 1992 .

Работа выполнена на кафедре электрических станций Харьковского политехнического института

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Кизилов К У. 1

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Диденко К. И. ,

- кандидат технических наук, . старший научный сотрудник,

Галченко Е П.

Ведущая организация - Харьковский приборостроительный

завод мм. Т. Г. Шэвченко

Зашита состоится "24 « июня 1993 г. в часов

на заседании специализированного совета Д 068.39.02 в Харьковском политехническом институте (310002, г.Харьков, ГСП, ул. Зрунэе, 21).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского политехнического института.'

Автореферат разослан "24" мая . 1993 г.

Ученый секретарь • ' специализированного совета

Кизилов В. У.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ' Актуальность темы. В- настоящее время в энергетике значительно расширился круг решаемых средствами автоматики задач и стало актуальным создание .устройств, в которых осуществляется одновре-' менное измерительное преобразование нескольких энергетических параметров, таких' как действующие вначения напряжения и тока, активная, реактивная и полная мощности, коэффициенты активной и реактивной мощности и т.п., что. приводит к снижению трудозатрат, стоимости, габаритных размеров и повышению надежности. Реализации этих устройств способствует широкое внедрение микроэлектроники и микропроцессорной техники. Наиболее актуальные задачи, где внедряются многофункциональные измерительные устройства, - это оптимальное управление электропотреблением и нагруакой, оценка режимов и состояния энегосистемы, оценка качества потребителей электроэнергии и учет потерь от перетоков мощности, управление режимами работы генераторов, подстанций и др. объектов, автоматический контроль и диагностика режимов работы крупных I энергоагрегатов, электродвигателей, трансформаторов и другого оборудования и т. п.

Эффективное решение таких задач возможно, при использовании современных информационно-измерительных систем (ИИС) и АСУТП, одной из важнейших составляющих частей которых являются, первичные датчики информации - измерительные преобразователи (ИП)техни-■ ческие характеристики и функциональные возможности которых в значительной мере определяют эффективность ИИС и АСУТП в целом. При этом в последнее время наблюдается тенденция усложнения условий работы ИП, что связано со все более широким распространением электротехкологий, ухудшающих качество электроэнергии.

Диссертационная работа является частью общей научно-исследовательской работы кафедры электрических станций ХПИ и выполнялась в рамках государственной научно-технической программы Б. 1. Б "Управление режимами систем электроснабжения, как эффективный способ, решения проблемы энергосбережения", по планам ГКНТТ и министерства энергетики Украины, а также, по плану института.

Цель работы и задачи исследований. Целью работы является разработка многофункционального преобразовательного элемента (МПЭ) и исследование его свойств и методов.использования при создании —средств измерения энергетических параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: ' • .

- проанализировать современные.многофункциональные средства

3

измерения (М£СИ) энергетических параметров, обосновать применение для их создания МПЭ с периодической коммутацией на оснрве интегрального аналогового перемножителя сигналов (АПС) 525ПС2;

-. исследовать статические и динамические характеристики разработанного МПЭ; I

- разработать способы применения МПЭ для создания различных средств измерения; .;

- сравнить эффективность применения МПЭ и других методов многофункционального преобразования для создания средств измерения энергетических параметров;

- провести экспериментальные исследования разработанных на основе МПЭ средств измерения и аналоговых вычислительных устройств с целью проверки результатов теоретических исследований и определения перспектив, внедрения, •.'■;'■•

Методы исследования. При решении поставленных задач исполь-аовались основные положения теории измерений, функционального анализа, теории линейных и нелинейных конечно-разностных уравнений. При экспериментальных исследованиях использовались различные методы измерительной техники. ■ (

Автор защищает: ороснование применения МПЭ с периодической коммутацией на основе АПС для создания средств измерения энергетических параметров; исследование динамических характеристик МПЭ и разработку структуры МПЭ с коррекцией быстродействия при выполнении операций деления и извлечения квадратного корня; исследование методической и инструментальной погрешностей функции преобразования МПЭ; разработку структур многофункциональных ИП энергетических параметров и других устройств на основе МПЭ; Обоснование и разработку структуры преобразователя реактивной мощности с использованием МПЭ,' учитывающего различные факторы .некачественности потребителей электроэнергии; методику проведения метрологической аттестации й экспериментальных исследований измерителя качества потребителей электроэнергии (ИКПЭ), позволяющую определить погрешности измерения отдельных составляющих реактивной мощности, вызванных различными факторами некачественности ' потребителей электроэнергии. -

Научная новизна рабоЛ*- состоит в том, что

- обосновано применение МПЭ с периодической коммутацией на основе интегрального АПС 525ПС2 для создания средств измерения энергетических параметров; |

- исследованы динамические характеристики МПЭ и' разработана

. Г

структура МПЭ с коррекцией быстродействия при выполнении операций деления и извлечения квадратного корня;

- исследованы методическая и инструментальная погрешности функции преобразования ШВ;

- разработаны и экспериментально исследованы структуры ИП и средств измерения энергетических параметров и других устройств на основе МПЭ;.

- обоснована и разработана структура преобразователя реактивной мощности, как обобщенного показателя некачественности потребителя электроэнергии, учитывающего различные факторы их некачественности, и на этой основе, с использованием. МПЭ создан ИКПЭ;

- разработана методика проведения метрологической аттестации и экспериментальных исследований ИКПЭ, позволяющая определить погрешности измерения отдельных составляющих реактивной мощности, вызванных различными факторами некачественности Потребителей электроэнергии.

Практическая ценность работы заключается в том, что полученные результаты были использованы при разработке функциональных структур, принципиальных схем и создании опытных образцов таких средств измерения, как многофункциональный ИП однофазной цепи переменного тока, многофункциональный измеритель энергетических параметров цепи переменного тока искаженной Зормы МИЭП-3,. многофункциональный субблок ПАРМ-023 АСУ турбоагрегата, предназначенный для измерения тринадцати различных параметров трехфазной электрической цепи переменного тока, измеритель обобщенного показателя качества потребителей электроэнергии^ ИКПЭ, ■ блок фазового детектора установки ПИМЕР, предназначенной для измерения параметров пассивных элементов.

МИЭП-3 внедрен на испытательном стенде преобразователей тягового привода Всесоюзного научно-исследовательского, проект-но-конструкторского и технологического института электровозоСтро-. ения г.Новочеркасск и может быть использован для измерения энергетических параметров в цепях с сильно искаженными формами напряжения и тока. Ожидаемый экономический эффект при серийном внедрении составил более 10 тыс. руб. в год на один прибор (в ценах 1990г.).

Субблок ПАРМ-023 в настоящее время готовится к серийному производству в составе АСУ турбоагрегата, разработанной на НПО "Монолит" г. Харьков и может быть использован для серийного, производства как многофункциональный ИП параметров трехфазных электрических цепей переменного тока. Ожидаемый экономический эффект ' 5 ' '

составит 21 тыс. руб. на один субблок (в ценах 1991г.).

Блок фазового детектора внедрен в составе автоматизированной прецизионной установки ПИМЕР, рааработанной в Институте энергетики АН Молдовы. В настоящее время ведется подготовка к ее серийному производству. Долевой экономический эффект соотавит 10% или 14 тыс. руб. на одну установку (в ценах 1991г.).

Применение полученных научных результатов позволило обеспечить высокие технические и метрологические характеристики разработанных на единой технологической основе средств измерения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором ' и обсуждались на второй Всесоюзной научно-технической конференции "Программируемые устройства релейной защиты и автоматики энергосистем" (Рига, март 1988г.), республиканской научно-технической конференций "Применение микропроцессоров в народном хозяйстве" (Таллинн, июнь 1988г.), республиканской научно-технической конференции "Системы контроля параметров электронных устройств И приборов",(Одесса,июнь 1988г.), 3-й и 4-й республиканских наудао-технических конференциях "Устройства преобразования информации для контроля и управления в ¡энергетике" (Харьков, октябрь 1988Г,, октябрь 1992г.) , международном совеша-нии-семинаре "Научные основы электроизмерительных и диагностических систем в -электроэнергетике" (Киев, октябрь 1989г.), республиканской научно-технической конференции "Региональные проблемы повышения качества и экономии электроэнергии" (Астрахань, сентябрь 1991г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электроэнергетике" (Севастополь, сентябрь 1991г.), -6-я Всесоюзная научно-техническая конференция "Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий" (Челябинск, сентябрь 1991г,), международном совешзнии-семинаре "Современные средства учета, управления энергопотреблением и контроля качества электроэнергии" (Сверд-.ловск, октябрь 1991г.), 10-й Всесоюзной научно-технической конференции "Интеллектуальные электродвигатели и экономия электроэнергии" (Суздаль, ноябрь 1991г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Информация, измерения, связь".(Санкт-Петербург, ноябрь .1991г.), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ХПИ в период с 1987 по 1992 г. г. ■

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 19 печатных работах. По' материалам диссертация получено 4 авторские свидетельства СССР. '■ '; .

6

Структура и объём работа Диссертационная работа изложена на 140 страницах машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 45 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 113 наименований и 3 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ показана актуальность темы исследования, сформулирована цель и определены основные задачи диссертационной работы, кратко изложена ее структура.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ сформулированы наиболее существенные требования к средствам измерения энергетических параметров на основе анализа отечественного и мирового опыта их разработки, изготовления и эксплуатации. В соответствии с этими требованиями определены наиболее перспективные методы построения многофункциональных средств измерения. .

Среди цифровых средств наиболее перспективными являются устройства, структура которых содержит микропроцессор. Для создания аналоговых средств измерения наиболее перспективным является использование многоканального многофункционального аналогового вычислительного устройства, разработанного под руководством профессора В. У. Кизилова на кафедре электрических- станций ХПИ. Основой устройства является АПС, На входы которого поочередно подключаются пары сигналов ХШ, цН) и о1Ц), рн), причем сигнал ^Сформируется на выходе интегратора, вход которого подключен к выходу АПС. Если постоянная времени интегратора значительно больше периода сигналов ХИ) и ЦП), а полярность средних значений произведений и

<Ш)Щ)разная, то среднее значение сигнала на выходе интегратора будет меняться до тех пор, пока не установится равенство:

хЩуи) - . (1)-

где черта сверху означает усреднение за цикл преобразования. Если сЦ-1) и £({)изменяются за цикл преобразования мало, т.а , то: ___

й -

Г ~ оС • (2)

Если же на вход о( подключить сигнал с выхода устройства, то: ■

Р . / о) .

7 ' '

Таким образом, подключением различных сигналов на разные входы устройства можно реализовать на нем выполнение операций перемножения, деления и извлечения.квадратного корня, т.е. устрой-тво является многофункциональным. Использование интегратора позволяет получать интегральные характеристики входных сигналов, что особенно важно при измерении энергетических параметров.

Выход АПС с помощью коммутатора можно поочередно переключать на входы Л. интеграторов, а на входы АПС с помощью П -канальных коммутаторов поочередно подключать входные сигналы XI (Ь), Ц), а) и выходные сигналы интеграторов ^ 1Ь) , где 1- 1,2,.... п. В этом случае устройство позволяет выполнить функции преобразования (2) или (3) ц раз,- т.е. оно имеет п каналов преобразования. Причем все п. функций преобразования выполняются независимо друг от друга в разные промежутки времени. Фактически, такое устройство представляет собой универсальный многофункциональный преобразовательный элемент (МПЭ), на основе которого можно строить аналоговые многофункциональные ИП с любым набором параметров [16], либо использовать ' как общую технологическую базу для создания различных ИП одного параметра для однофазных и многофазных электрических цепей С 03 .

■ Введение в. структуру устройств "выборки-хранения" (УВД, подключаемых к выходам интеграторов позволяет повысйть быстродействие и устранить пульсации выходных сигналов устройства. Однако, в этом случае необходимо формировать сигналы управления УВХ и коммутаторами, синхронизированные с частотой входных сигналов.

Основными достоинствами такого МПЭ являются [1,3]: простота реализации требуемой функции преобразования; возможность преобразования как входных сигналов, так и параметров, полученных на других тактах< работы МПЭ; возможность изменения набора измеряемых параметров; простая техническая рёализация; возможность применения структурных методов повышения точности единственного АПС, оп-. ределяющего погрешность преобразования МПЭ;' возможность преобразования аналоговых сигналов с широким частотным диапазоном, определяемым полосой пропускания АПС 525ПС2 - до 1 Мгц; получение интегральных параметров преобразуемых сигналов.

. Сравнивая эффективность применения МПЭ и микропроцессорных структур для разработки средств измерения энергетических параметров, можно.отметить, что по надежности, стоимости, помехоустойчивости, потребляемой мощности, габаритным размерам, полосе частот преобразуемых сигналов устройства на основе МПЭ имеют явное преи-.. .8

мущество. ,.

' На основе проведенного анализа сформулированы основные задачи исследования применения МПЭ: необходимо провести анализ динамических .характеристик МПЭ, и разработать структуры МПЭ, обеспечивающие требуемое быстродействие; необходимо исследовать методическую погрешность преобразования МПЭ из-за периодической коммутации входных сигналов; необходимо исследовать инструментальные погрешности преобразования МПЭ; необходимо разработать методику применения МПЭ для создания многофункциональных ИП с требуемыми характеристиками и провести экспериментальные исследования устройств, разработанных на основе МПЭ.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ проанализированы динамические'характеристики, методическая и инструментальная погрешности МПЭ.

Работа МПЭ описывается сложными нелинейными дифференциальными и конечно-разностными уравнениями. Однако допустимый уровень пульсаций выходного сигнала ИП ограничен ГОСТ 24855-81. Это позволило с незначительными допущениями перейти к линейным и нелинейным дифференциальным. уравнениям, описывающим работу МПЭ со сглаживанием выходного сигнала с помощью интегратора. Решения этих уравнений показывают, что длительность переходного процесса при выполнении операций перемножения . и , деления обратнопропорциональна величине делителя, а при извлечении квадратного корня быстро растет с уменьшением среднегеометрического значения входных сигналов.

Введением в структуру МПЭ подключенного к выходу А1Ю делительного устройства (ДУ) С 6], на вход делителя которого подключен сигнал со входа с^ МПЭ, удалось обеспечить высокое быстродействие при выполнении различных операций во- всем диапазоне изменения входных сигналов. При этом длительность переходного процесса в одноканальном МПЭ до достижения приведенной погрешности ±0,2Х составляет 10-12 значений постоянной времени интегратора.

При использовании УВХ для сглаживания выходного сигнала, обратная связь имеет итерационный характер и работа МПЭ описывается линейными и . нелинейными конечно-разностными уравнениями. Анализ уравнений показывает, что минимальная длительность переходного процесса составляет один такт работы УВХ, однако при изменении сигнала. с1 при выполнении операций деления и извлечения квадратного корня длительность переходного процесса увеличивается и он может иметь апериодический или колебательный характер.

Применение в структуре МПЭ ДУ позволяет обеспечить быстродействие, в один период работы УВХ во всем диапазоне изменения

9 1

входных сигналов при выполнении операций перемножения и деления, если выполняется условие: !' ' .

д„ Кд&й _

-¡Ё 4 > (4)

где О,) - коэффициент передачи АПС, К^- коэффициент передачи ДУ; -постоянная времени интегратора,^- Длительность одного такта коммутации. Известно также, . что при извлечений квадратного корня в устройствах с итерационной обратной связью наиболее эффективно применение алгоритма ньютона, который обеспечивает быструю сходимость результата - 2-4 итерации, . и заключается в аналогичном использовании корректирующего ДУ. Для его реализации необходимо выполнение условия: .

ОцК^лЬ _ 1

г - г > (Б)

Так как входные сигналы подключаются к тракту преобразования периодически, возможно появление методической погрешности. Анализ методической погрешности преобразования МПЭ осуществлялся для полигармонических сигналов, заданных спектром гармоник и подключаемых прямоугольной оконной функцией. На основе анализа постоянных составляющих преобразованных сигналов на выходе АПС, подключаемых к интегратору, получены выражения . для определения методической погрешности в зависимости от спектра входных сигналов! соотношения частот сигналов и коммутации^-, относительной длительности подключения сигналов <1 Методическая погрешность преобразования переменных сигналов будет.отсутствовать, если длительность подключения входных сигналов■кратна их периоду, либо, если частота подключения входных сигналов в два раза выше частоты их высшей гармоники. При о)1>Ос_методическая погрешность уменьшается с ростом^. При ¿¿¿¿О* методическая погрешность уменьшается с ростом ^ ■ Если нечетные гармоники преобразуемых сигналов больше цртных, что справедливо.для реальных электрических сетей, то при нечетных М -~ Т^Е методическая погрешность меньше, чем при -тных М. Расчитаны значения'методической погрешности для различных значений М и с1.

Основным источником инструментальной погрешности функции преобразования МПЭ является функция преобразования АПС, которую можно представить в виде степенного полинома:

" п-о г*-о I о)

где X, # - входные' сигналы АПС, Опт - коэффициенты при различных составляющих функции преобразования АПС. Как показывает исследова-

10

! '

ния, наибольший вклад в абсолютную погрешность преобразования АПС вносят составляющие а,¿С, а0,% , Ого'Х-'.йогУ*• Ои*^ > Чп^У1 ■

Одним йз наиболее эффективных структурно-алгоритмических методов повышения точности АПС является метод коммутационного инвертирования, заключающийся в к'^дуляции сигналов на входах АБС, перемножении модулированных сигналов, демодуляции сигнала на выходе . перемножителя и выделении постоянной составляющей демодули-рованного сигнала. Наиболее целесообразно в качестве модуляторов входных и демодулятора выходного сигналов АПС использовать переключатели полярности, при этом погрешности модуляции и демодуляции будут минимальными.

Проведены исследования преобразования полигармонических входных сигналов с частотой и)с при реализаций различных вариантов метода коммутационного инвертирования, получены выражения для определения влияния на погрешность МПЭ составляющих о/0х,сго1^ ОаУ* а^ху*функции преобразования,- АПС (6). В реальных элек-

трических сетях Использование коммутационного инвертирования с частотой с^ц5*^позволяет снизить инструментальную погрешность МПЭ при измерении действующего значения и активной мощности, вызванную погрешностью АПС, до 0,1%. При о1Кц- ^, где-//- целое число, составляющие а,0х,а01ц . <ЬсХг.аог^г> ОцХУ2 -функции преобразования АПС ,(6) на погрешность преобразования МПЭ не. влияют.

Проанализирована инструментальная погрешность преобразования МПЭ, вносимая другими компонентами его структуры - интеграторами, переключателями полярности, аналоговыми коммутаторами и УВХ. Как показали экспериментальные и теоретические исследования МПЭ на основе АПС. 525ПС2 операции перемномгния и извлечения, квадратного корня выполняются в соответствии с классом точности 0,1, а деление - в соответствии с классом точности 0,2 в диапазоне БО: 1 [4].

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ разработана методика построения средств измерения энергетических параметров на основе разработанного МПЭ. При этом в качестве исходных данных используются: ориентировочные спектральные характеристики измеряемых сигналов, диапазон изменения их амплитуды и частоты, необходимый функциональный набор измеряемых параметров,' требуемое быстродействие и допустимые погрешности преобразования. ' .

На основе анализа функционального набора измеряемых параметров необходимо определить последовательность преобразований с целью минимизации количества выполняемых операций и выбрать структуру МПЭ с необходимым числом каналов преобразования. В за-

висимости от требуемого быстродействия и диапазона изменения входных сигналов' выбирается структура ЫПЭ о коррекцией- быстродействия, либо без нее. Применение УВХ для сглаживания выходных сигналов ЫПЭ возможно только при малых изменениях частоты основной гармоники 'измеряемых сигналов - не более ±10%. При больших отклонениях частоты увеличивается длительность и может измениться характер переходного процесса (от апериодического к колебательному). Выбор временных параметров работы отдельных каналов преобразования и постоянных времени интеграторов осуществляется на основу требований к точности и быстродействию с учетом спектра йреоб-разуемых сигналов. При этом возникает противоречие, заключающееся в следующем: . для увеличения 0ыстродействия и снижения' методической погрешности необходимо увеличивать частоту подключения входных сигналов, что вызывает рост инструментальной погрешности. Используя результаты анализа быстродействия, методической и инструментальной погрешностей МГО, следует выбрать; оптимальную частоту коммутации и длительность подключения отдельных каналов преобразования. При этом значительный резерв по уменьшению пог-' решностей и увеличению быстродействия может дать уменьшение длительности и частоты подключения тех канадов преобразования МГО,' к которым подключаются постоянные сигналы,, например, выходные сигналы с других каналов преобразования.

По данной методике по заказу ПО "Электроизмеритель" г. Витебск на основе шестиканального МГО с УВХ и коррекцией быстродействия разработан многофункциональный ИП параметров однофазной цепи, предназначенный для одновременного преобразования действующих значений тока I и напряжения и, активной Р, реактивной 0 и полной Б мощностей, а также коэффициента" мощности Л [73. Класс точности преобразования 1,и,Р,3 - 0,2; О,Л - 0,5. Выходные сигналы токовые ГСП ±5 мА с общей точкой. Скорость установления выходного сигнала - не более 0,5с. Потребляемая мощность 10 ВА, масса 3,5кг, габаритные размеры 200x120x210 мм.

По заказу Всесоюзного научно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологического института электровозостроения ВЭлНИИ г. Новочеркасск на кафедре электрических станций ХПИ разработан многофункциональный измеритель энергетических параметров электрической цепи переменного тока .искаженной формы МИЭП-3 С153, который применяется при испытаниях различных асинхронных двигателей, управляемых с помощью тиристорного преобразователя.

МИЭП-3 предназначен для измерения и цифровой индикации

действующих значений напряжения и тока, а также коэффициента мощности в одной фазе цепи переменного несинусоидального тока. Диапазон изменения частоты основной гармоники сигналов тока и напряжения 15 - 200 Гц. Частота модуляции широтно-импульсного регулирования от 300 до 1200 Гц, относи•эльная длительность формируемых импульсов напряжения питания электродвигателя составляет Б-100Х.

МИЭП-З выполнен на основе четырехканального МПЭ с коррекцией быстродействия и сглаживанием выходных сигналов с помощью интегратора. МИЭП-З обеспечивает одновременную цифровую индикацию измеряемых параметров на 3,5 - разрядных светодиодных индикаторах. Лабораторные - ^следования показали, что основная приведенная погрешность измерения действующих значений напряжения и тока - не более. +0,4%, коэффициента мощности --не более ±1,5%. Потребляемая мощность 7 ВА, габаритные размеры 120x200x210 мм, масса Зкг.

Для АСУ турбоагрегата на'основе МПЭ разработан субблок ПАРМ-023 [17], предназначенный для одновременного преобразования действующих значений линейных напряжений и фазных токов, активной и реактивной мощности с погрешностями, соответствующими классу точности 0,5, полной мощности и коэффициента мощности с погрешностями, соответствующими классу.' точности 1', 0 для трехфазной трехпроводной цепи переменного тока и Имеет девять соответствующих унифицированных выходных сигнала ГСП ±10 В. Время установления сигналов - не более 0,1 с. Кроме того, ПАРМ-023 предназначен для преобразования мгновенных значений сигналов линейных напряжений и фазных токов,' необходимых при регистрации сигналов, напряжения и тока для анализа аварийных ситуаций.

Субблок ПАРМ-023 выполнен в биде платы стандарта. Е2, имеет габаритные размеры 235x220x25 мм, потребляемая мощность от источника ±15±1,5 В - не более 4 ВА, масса 1кг;

В Институте энергетики АН Молдовы разработана прецизионная установка ПИМЕР, позволяющая измерять параметры высокодобротных конденсаторов в диапазоне частот 0,1 - 100 кГц. Одним из основных элементов установки, обеспечивающих автоматический режим, высокую точность и скорость измерения, является блок фазового детектора, разработанный на основе МПЭ .и предназначенный для работы в системе фазовой автоподстройки частоты задающего генератора с целью обеспечения нулевого фазового сдвига основных гармоник напряжения и тока в измерительном контуре. При этом диапазон изменения амплитуды основной гармоники напряжения может составлять от 0,2 мВ до 10 В. а амплитуда высших гармоник - до 2 мВ. Как пока... 13

вали экспериментальные исследования, настройка нулевого сдвига фазы между основными гармониками сигналов при амплитуде высших гармоник сигнала , составляющей 1000 % от амплитуды основной гармоники, осуществляется с погрешностью не более ,±0,6° для частот 0,1-20 кГц и с'погрешностью не Солее ±1,5° для частот 40-100 кГц во всем .диапазоне изменения амплитуды входных сигналов.

Рассмотрена возможность создания на основе МПЭ функциональных преобразователей, реализующих сложные нелинейные функции, задаваемые с помошью полиномиальной или дробно-рациональной аппроксимации [81.

Разработанные функциональные структуры устройств на основе МПЭ защищены.3 авторскими свидетельствами на изобретения.'

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ рассмотрены вопросы использования МПЭ при разработке устройств измерения качества потребителей электроэнергии. Оценку некачественност.и потребителя электроэнергии можно выполнить на основе подхода С. Фризе, заключающегося в разделении тока 1(1) нагрузки на активную 1а И) и неактивную ¿р(+А реактивную по Фризе) составляющие:.

¿р({) = Ш)-Ш) - = Ш- 6иН) , (?) ,

где Р" - средняя активная мощность нагрузки, иН) - напряжение питания нагрузки,' и -' действующее.значение напряжения нагруки, 6 -активная проводимость нагрузки. При этом наличие любой составляющей некачественности потребителя электроэнергии приводит к увеличению неактивной составляющей. Мерой некачественности потребителя электроэнергии может служить функционал, названный С. Фризе реактивной мощностью: •

; . (8)"

где -^действующее значение тока Использование алгоритма (7),

(8) позволяет измерять реактивную мощность с максимальной приведенной. погрешностью:

где ¿в - приведенная погрешность измерения Б. Величина погрешности

(9) значительно меньше максимальной погрешности известного выражения ф 18]:

(10)

где ¿3 и <УР - приведенные погрешности измерения полной и активной

1.4

мопщости нагрузки, так как ¿в - <?Р в разработанной структуре преобразователя реактивного тока. На этой основе был разработан ИКПЭ, предназначенный для измерения активной,. реактивной, полной мощности, действующих значений напряжения и тока, коэффициента реактивной мощности для каждой из фаз и их значения для трехфазной системы в трех- и четырехпроводных электрических сетях [12-141. Реактивная мощность, измеряемая ИКПЭ, является обобщенным показателем некачественности потребителя электроэнергии, так как ее- величина зависит от всех видов некачественности, присущих потребителю - реактивности, нелинейности, несимметрии, и" колебательности. При соэдании ИКПЭ МПЭ использовались в структуре преобразователя реактивного, тока, для измерения действующих значений и для вычисления сложных параметров - реактивной, активной и полной мощности, а также коэффициента реактивной мощности.

Так как отсутствуют средства измерения реактивной мощности по Оризе, была разработана методика метрологической аттестации ИКПЭ, которая заключается в формировании сигналов тока и напряжения' на-грузкиу определяющих составляющую реактивной мощности от одного фактора■некачественности потребителя электроэнергии, и сравнения измеренного значения реактивной мощности с расчетным.

■ На основе разработанной методики были проведены экспериментальные исследования разработанного ШШЭ. Основные приведенные погрешности измерения действующих значений тока и напряжения, активной мощности - не более ±0,2%, полной, реактивной мощностей и реактивного тока - не более ±0,5%, коэффициента реактивной мощности - не более ±1,0%. Имеется выходной токовый сигнал ГСП ±5мА пропорциональный измеряемому параметру, а также индикация на 3,5-разрядном светодиодном индикаторе. Потребление по цепи напряжения-2,0 ВА на фазу, масса 4 кг, габаритные размеры 360x210x110 мм.

На основе использования МПЭ разработаны подходы к созданию средств учета обобщенного показателя некачественности - нового реактивного счетчика С19] и устройства по определению значений этдельных составляющих реактивной мощности, вызванных разными факторами некачественности потребителей электроэнергии.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ приведены основные результаты работы:

1. На основе анализа методов построения современных М5СИ энергетических параметров обоснована концепция их построения на зснсве МПЭ с использованием интегрального АПС 525ПС2.

Я. Исследована динамические характеристики МПЭ при выполне-ши различных операций и разработана структура МПЭ с коррекцией

быстродействия при выполнении операций деления и извлечения квадратного корня.

3. Исследована методическая погрешность преобразования МПЭ из-за периодической коммутации входных сигналов, получены выражения для ее определения в зависимости от спектральных характеристик преобразуемых сигналов и параметров МПЭ.

4. Исследовано влияние погрешности функции преобразования АПС на погрешность преобразования- МПЭ при выполнении коммутационного инвертирования входных и выходного сигналов АПС.

„ 5. Исследовано влияние отдельных компонентов МПЭ на инструментальную погрешность преобр>азования МПЭ и предложены меры по ее снижению. '.

6. Разработаны и исследованы способы применения МПЭ для создания ИП с требуемым функциональным набором выходных, параметров и необходимыми динамическими и статическими характеристиками.

7. На основе МПЭ разработан однофазный многофункциональный ИП энергетических параметров с высокими техническими характеристиками.

8. Создан и внедрен МИЭП-3 для цепей с несинусоидальной формой сигналов тока и напряжения, разработанный на основе МПЭ.

9. Разработан на основе МПЭ, испытан и внедрен многофункциональный субблок ПАРМ-023, предназначенный для измерения энергетических параметров трехфазных электрических цепей и функционирующий в составе АСУ турбоагрегата.

10. Разработан, испытан и ' внедрен блок фазового детектора прецизионной установки для измерения параметров конденсаторов.

11. Для оценки потребителей электроэнергии обосновано применение структуры преобразователя реактивной мощности по Фризе, как обобщенного показателя, учитывающего различные факторы некачественности, обеспечивающей высокую точность измерения. На этой основе с использованием МПЭ создан ИКПЭ.

12. Разработана методика метрологической аттестации и проведения экспериментальных исследований ИКПЭ, позволяющая определить погрешности измерения отдельных составляющих реактивной мощности, вызванных различными факторами некачественности потребителей электроэнергии. Проведены эксперименальные исследования ИКПЭ.

В ПРИЛОЖЕНИИ к диссертации приведены акты внедрения МИЭП-3 на испытательном стенде ВЭлНИИ г. Новочеркасск, субблока ПАРМ-023 АСУ турбоагрегата на Харьковском приборостроительном заводе им. Т. Г. Шевченко, блока фазового детектора установки ПИМЕР, разработанной в Институте энергетики АН Молдовы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ диссертации отражено в следующих работах:

1. Кизилов В.У., Мельников Г.И., Пащенко М.Ю. Многофункциональное вычислительное устройство. - Тез. докл. второй науч. -техн. конф.

'. "Программируемые устройства релейной защиты и автоматики энергосистем". - Рига, 1988, с. 25 ■ 27.

2. Кизилов В. У., Мельников Г. И. Многофункциональное устройство для предварительной обработки информации в микропроцессорных системах. Тез. докл. респ. научно-техн. конф. "Применение микропроцессоров в народном хозяйстве", г.Таллинн, 1988, июнь,с.6V.

3. Кизилов В. У., Мельников Г. И. Устройство с широкими функциональными возможностями по обработке аналоговых сигналов. - Тез. докл. науч. -техн. конф. "Системы контроля параметров электронных устройств и приборов". - "Одесса, "1988, с. 19-20.

4. Мельников Г. И., Пащенко М. Ю. Анализ инструментальных погрешностей устройства на основе перемножителя с коммутируемой обратной связью. - Тез. докл. третьей респ. науч. -техн. конф. "Устройства преобразования информации для контроля и управления в энёргетике", Харьков, 1988, с. 136.

5. A.c. 1449920 (СССР). Устройство .для измерения коэффициента активной мощности/ Кизилов Е У., Мельников Г. И., Чернявский А. И. Опубл. в БИ, 1989, N1.

6. A.c. 1495822 (СССР). Множительно-делительное'устройство/

Р. И. Агрест, а У. Кизилов, Г. И. Мельников, И. М. Матвеев. - Опубл. в БИ, 1989, N 27. '

7. Кизилов В. У., Мельников Г. И., Пащенко М. Ю. Многофункциональный аналоговый измерительный преобразователь. Доклад на международном совещании-семинаре "Научные основы электроизмерительных и диагностических систем в электроэнергетике",'г. Киев, 1989, октябрь.

3. А.с. 1506456 (СССР). Аналоговое вычислительное устройство/ В. У. Кизилов, Г. И. Мельников. - Опубл. в БИ, 1989, N33. Кизилов В. У., Мельников Г. И., Пащенко М. Е Многофункциональное аналоговое вычислительное устройство// Приборы и системы управления, 1990, N 5.

.0. Информация о новых средствах измерения устройств преобразования информации для контроля и управления в энергетике/ Кизилов В. У. . Мельников Г. И. и др. - М.: Предпр. МТЭА ИНТЭК, 1990.

1.А.с. 1684699 (СССР). Способ измерения действующего значения переменного напряжения искаженной формы/ В. У. Кизилов, Г. И. Мельников. - Опубл. в БИ. 1991, N 38.

12.Кизилов В.У.',' Мельников Г.И. Устройство для определения качества потребителей электроэнергии. Тезисы докл. респ. науч. -техн. конф. "Региональные проблемы повышения качества и экономии электроэнергии", г.Астрахань, 1991, сентябрь, с. 12-13.

13. Кизилов В. У. ; Мельников Г. И. Устройство для измерения качества потребителей электроэнергии. Тез. докл. на Всесоюз. респ. науч. -техн. конф. "Актуальные проблемы электроэнергетики", г. Севастополь, 1991,-сентябрь, с. 41.'

14.' Кизилов К У., Мельников Г. И. Устройство для определения качества потребителей электроэнергии. Доклад на международном

совещании - семинаре "Современные средства учета, управления энергопотреблением и контроля качества электроэнергии",г. Свердловск, 1991, октябрь.

16. Кизилов В. У., Лазуренко А. П., Мельников Г. И. Многофункциональный измеритель энергетических параметров электрической цепи переменного тока искаженной формы МИЭП-3. Тез. докл. на X науч. -техн. конф. "Интеллектуальные электродвигатели и экономия электроэнергии", г< Суздаль, 1991, ноябрь, с. 140-141.

16. Кизилов В. У., Лазуренко А..П., Мельников Г. И. Многофункциональные измерительные преобразователи энергетических параметров. ' Тез. докл. Всесоюз.. науч.-техн. конф. "Информация, измерения, связь", г.Санкт-Петербург, 1991, ноябрь, с. 94.

17. Касьянов В. С., Кизилов В. У., Лазуренко А. П., Мельников Г. И. Многофункциональный субблок измерения энергетических параметров ПАРМ-023. Тез. докл. четвертой респ. науч. -тех. конф. "Устройства преобразования информации для управления и-контроля в энергетике", г.Харьков, 1992, октябрь, с. 76.

18. Кизилов В. У., Мельников Г. И. Погрешности измерения реактивной мощности. Тез. докл. четвертой респ. науч. -тех. конф. "Устройства преобразования информации для управления и контроля в энергетике", г. Харьков, 1992,•октябрь, с. 82-83.

19.Богатырев И.Н.,Кизилов В. У. .Лазуренко А. П.,Мельников Г. И. Реактивный счетчик, * учитывающий факторы некачественности потребителей электроэнергии. Тез. докл. четвертой респ. науч. -тех. конф. "Устройства преобразования информации для управления и контроля в энергетике", г.Харьков, 1992, октябрь, с. 18-19.