METODO DE MEDICION DE POTENCIA Y APARATO DE MEDICION DE POTENCIA.

Método de medición de potencia y aparato de medición de potencia.

Se facilita un método para medir la potencia P{sub,k}, Q{sub,k} de un k-ésimo componente armónico de una línea de potencia con alta exactitud sin cambiar un tiempo de medición T. El reto anterior se puede alcanzar con un método de calcular la potencia P{sub,k}, Q{sub,k} realizando un cálculo de suma de producto con valores de función que representan una función sinusoidal y una función coseno previamente almacenadas en una memoria (140) y un valor digital de corriente I{sub,D} y un valor digital de voltaje V{sub,D} convertidos por un convertidor A/D (120) en un periodo del k-ésimo armónico de la línea de potencia, calculando la potencia aproximada P{sub,kapp}, Q{sub,kapp} de los valores de suma de producto, promediando una pluralidad de potencias aproximadas P{sub,kapp}, Q{sub,kapp} para hallar la potencia P{sub,kave}, Q{sub,kave}, y corrigiendo la potencia P{sub,kave}, Q{sub,kave} del k-ésimo componente armónico usando valores de corrección E{sub,p}, E{sub,Q} recuperados en base al tiempo de medición y un periodo real T{sub,p} de la línea de potencia

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200802645.

Solicitante: OSAKI ELECTRIC CO., LTD.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 2-7 HIGASHI-GOTANDA 2-CHOME, SHINAGAWA-KU TOKYO 141-8646 JAPON.

Inventor/es: GO,KAZUNORI, SATO,CHIKARA, YOSHIKAWA,NORIKO.

Fecha de Solicitud: 18 de Septiembre de 2008.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 8 de Noviembre de 2011.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R21/133B

Clasificación PCT:

  • G01R21/133 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 21/00 Disposiciones para proceder a las medidas de la potencia o del factor de potencia (G01R 7/12 tiene prioridad). › utilizando técnicas digitales.
  • G05F1/70 G […] › G05 CONTROL; REGULACION.G05F SISTEMAS DE REGULACION DE VARIABLES ELECTRICAS O MAGNETICAS (regulación de la distribución en el tiempo o de la periodicidad de impulsos en los sistemas de radar o de radionavegación G01S; regulación de la corriente o de la tensión, especialmente adaptada para su uso en relojes electrónicos G04G 19/02; sistemas que funcionan en bucle cerrado para regular variables no eléctricas por medios eléctricos G05D; control de la alimentación de energía eléctrica a los computadores digitales G06F 1/26; para obtener las características de funcionamiento deseadas de electroimanes con armadura H01F 7/18; regulación de redes de distribución de energía eléctrica H02J; regulación de la carga de baterías H02J 7/00; regulación del valor de salida de convertidores estáticos, p. ej. reguladores de conmutación, H02M; regulación del valor de salida de generadores eléctricos H02N, H02P 9/00; control de transformadores, reactancias o bobinas de choque H02P 13/00; regulación de la respuesta de frecuencia, ganancia, potencia de salida máxima, amplitud o ancho de banda de amplificadores H03G; regulación de la sintonización de circuitos resonantes H03J; control de generadores de oscilaciones o de impulsos electrónicos H03L; regulación de las características de líneas de transmisión H04B; control de fuentes eléctricas de luz H05B 37/02, H05B 39/04, H05B 41/36; control eléctrico de aparatos de rayos X H05G 1/30). › G05F 1/00 Sistemas automáticos en los que las desviaciones de una magnitud eléctrica en relación a uno o a varios valores predeterminados son detectadas a la salida y reintroducidas en un dispositivo interior al sistema para llevar el valor detectado a su valor o a sus valores predeterminados, es decir, sistemas retroactivos. › Regulación del factor de potencia; Regulación de la corriente reactiva o de la potencia reactiva.

Fragmento de la descripción:

Método de medición de potencia y aparato de medición de potencia.

Antecedentes de la invención

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método de medición de potencia y un aparato de medición de potencia que lo usa, y más en concreto a un método y aparato para medir una o ambas de la potencia activa y la potencia reactiva de un k-ésimo armónico (k es un número natural incluyendo una onda básica con k=1) de una línea de potencia.

Descripción de la técnica relacionada

Las mediciones de potencia se utilizan en varios dispositivos de medición tales como un medidor electrónico de potencia, un medidor de potencia, un medidor electrónico de fase, un medidor de potencia armónica, un detector de nivel armónico y análogos. Con el avance de las tecnologías electrónicas, las mediciones de potencia cada vez más dominantes en los últimos años implican convertir un valor de voltaje y un valor de corriente bajo medición a valor digital para calcular la potencia en software.

La figura 2 representa la configuración básica de un medidor de potencia representativo 20 que ha sido usado convencionalmente. El medidor de potencia 20 incluye una unidad sensora que incluye un sensor de voltaje 22 y un sensor de corriente 23 para convertir un valor de voltaje medido y un valor de corriente de una línea de potencia a señales eléctricas que pueden ser manejadas por circuitos electrónicos; un interruptor de selección 24 para enviar selectivamente salidas de la unidad sensora 21; un amplificador 25 para amplificar una señal de salida del interruptor de selección 25 a una señal que puede ser manejada por una unidad de medición 26; incluyendo la unidad de medición 26 un convertidor A/D 27 y un hbox{circuito de procesado 28; y un dispositivo de visualización 29 para indicar valores medidos.}

El interruptor de selección 24 tiene una entrada 1 conectada a la salida del sensor de voltaje 22, una entrada 2 conectada a la salida del sensor de corriente 23, y una entrada 3 conectada a un potencial de tierra. El potencial de tierra se usa para calcular una desviación entre el amplificador 25 y el convertidor A/D 27. El circuito de procesado 28 de la unidad de medición 26 multiplica un valor digital de voltaje por un valor digital de corriente, ambos salidos del convertidor A/D 27, en software para calcular la potencia activa P que es enviada al dispositivo de visualización 29. El dispositivo de visualización 29 no solamente puede presentar numéricamente la potencia activa P, sino que también implica iluminación pulsátil para presentar la indicación.

Cuando la potencia reactiva Q se mide usando la configuración básica descrita anteriormente, hay que desplazar en fase 90 grados un valor de voltaje o un valor de corriente. Así, un método de medición tiene que medir la potencia reactiva Q sin adición de hardware o utilización de circuitos o software de procesado especiales, con el fin de evitar una mayor complejidad y un mayor costo del aparato. Los métodos representativos usados convencionalmente para tales mediciones incluyen un método de desplazamiento de fase basado en filtro (primera técnica relacionada), un método de desplazamiento de fase basado en memoria (segunda técnica relacionada), y un método basado en FET (tercera técnica relacionada). A continuación se describirá brevemente cada técnica relacionada.

En primer lugar, la primera técnica relacionada implica avanzar o retardar 90 grados un valor de voltaje o un valor de corriente usando un filtro, y multiplicarlos después en un circuito de procesado para cálculo, como se hace en la invención descrita en la Patente japonesa número 3369500 (documento de Patente 1). Un ejemplo de este método se describirá con referencia a la figura 3.

Un valor de voltaje de una línea de potencia es convertido por un convertidor A/D para hallar un valor digital de voltaje VD que se introduce en un filtro de paso bajo (LFP) 31 para retardar la fase 90 grado con el fin de generar un valor digital de voltaje Vdelay. A continuación, un circuito de procesado 32 multiplica un valor digital de corriente ID por el valor de voltaje digital retardado Vdelay para hallar la potencia reactiva Q.

La figura 4 representa la configuración general del FPB 31 usado en la figura 3. El FPB 31 incluye memorias 41, 42, ..., 45 para almacenar valores digitales de voltaje V0, V1, ..., Vn que son retardados cada pulso de reloj, de un valor de voltaje digital corriente V0 a un valor digital de voltaje Vn detectado N clocks antes; y un sumador 46 para promediar cada valor de voltaje V0, V1, Vn para hallar un valor de voltaje digital retardado Vdelay. En este caso, como se representa en la figura 5, la fase puede ser retardada 90 grados poniendo una frecuencia de corte fe del FPB 31 más baja que una frecuencia fi de la línea de potencia bajo medición.

La segunda técnica relacionada guarda secuencialmente valores digitales de voltaje VD para 90 grados de la fase del periodo de una línea de potencia en una memoria, y multiplica los valores de voltaje digital pasados VD para 90 grados por un valor de corriente digital corriente ID para hallar la potencia reactiva Q. Un ejemplo de este método se describirá con referencia a la figura 6.

La figura 6 representa valores digitales de voltaje V0, V45, V90, ..., V225 y valores digitales de corriente I0, I45, I90, ..., I225 generados muestreando un valor de voltaje de un valor de corriente, respectivamente, de una línea de potencia a una de frecuencia de 50 Hz (el periodo es 20 ms) cada 2,5 ms, de izquierda a derecha en el tiempo. Los sufijos de V e I indican las fases en base al tiempo de inicio de la medición.

Un circuito de procesado calcula el número de tiempos de muestreo en la fase de 90 grados, y multiplica un valor digital desplazado por el número calculado de tiempos de muestreo para calcular la potencia reactiva Q. En este ejemplo, dado que una señal en el periodo de 20 ms es muestreada cada 2,5 ms, el número de veces en la fase de 90 grados (un cuarto de un periodo) es dos (=20/2,5/4). Consiguientemente, como se representa en la figura 6, la potencia reactiva Q se calcula multiplicando un valor digital de voltaje VD dos muestras antes, por un valor de corriente digital corriente ID, tal como Q0 = V0xI90, Q1 = V45xI135, ....

La tercera técnica relacionada procesa un valor digital de voltaje medido VD y el valor digital de corriente ID para cada frecuencia mediante procesado FFT, como las invenciones descritas en la publicación internacional WO2003/ 081264 (documento de Patente 2) y JP-2005-58043-A (documento de Patente 3). Este método Fourier transforma datos digitales en un periodo de una señal medida y los procesa para cada frecuencia a extraer.

Sin embargo, el método de desplazamiento de fase basado en filtro (primera técnica relacionada) requiere gran capacidad de memoria porque se requiere gran número de datos para desplazar la fase 90 grados en el FPB 31. Además, como se representa en la figura 5, dado que un cambio en la frecuencia produce un cambio de ganancia, las fluctuaciones en la frecuencia de la línea de potencia producirán un cambio en el valor de voltaje digital retardado Vdelay.

Por otra parte, en el método de desplazamiento de fase basado en memoria (segunda técnica relacionada) dado que los componentes armónicos contenidos en la línea de potencia no son desplazados en fase 90 grados, la potencia reactiva de los componentes armónicos no puede ser medida. Además, se requiere una memoria para 90 grados del periodo de la línea de potencia. Además, dado que la frecuencia de la línea de potencia fluctúa, no se puede hacer una medición correcta a no ser que el periodo de la línea de potencia sea confirmado antes de la medición. A este respecto, aunque la fase puede ser desplazada 90 grados en respuesta a las fluctuaciones en frecuencia tomando un mayor número de tiempos de muestreo, se requiere una mayor capacidad de memoria para almacenamiento en este caso.

Además, dado que el método basado en FFT (tercera técnica relacionada) requiere una memoria para almacenar datos sobre un periodo, se necesita una gran...

 


Reivindicaciones:

1. Un método de medición de potencia para medir la potencia de un k-ésimo armónico (k es un número natural, incluyendo una onda básica con k=1) de una línea de potencia, incluyendo:

un paso de conversión A/D consistente en muestrear un valor de voltaje y un valor de corriente de la línea de potencia para conversión a un valor digital de voltaje VD y un valor digital de corriente ID, respectivamente;

un paso de adquisición de valor de función consistente en adquirir un valor de función S y un valor de función C en un tiempo de muestreo para una función sinusoidal y una función coseno, respectivamente, teniendo dicha función sinusoidal y dicha función coseno un período igual a 1/k de un tiempo de medición establecido arbitrariamente T independiente del período de la línea de potencia;

un paso de cálculo de suma de producto consistente en ejecutar repetidas veces dicho paso de conversión A/D y dicho paso de adquisición de valor de función en un período de muestreo predeterminado Ts en un tiempo igual a 1/k del tiempo de medición T para calcular un valor de suma de producto Akapp del valor digital de voltaje VD con el valor de función S, un valor de suma de producto Bkapp del valor digital de voltaje VD con el valor de función C, un valor de suma de producto A'kapp del valor digital de corriente ID con el valor de función S, y un valor de suma de producto B'kapp del valor digital de corriente ID con el valor de función C;

un paso de cálculo de potencia consistente en calcular la potencia activa aproximada Pkapp y/o la potencia reactiva aproximada Qkapp (denominadas a continuación la potencia aproximada Pkapp, Qkapp) a partir de los valores de suma de producto Akapp, Bkapp, A'kapp, y B'kapp; y

un paso de promediado consistente en promediar una pluralidad de potencias aproximadas Pkapp, Qkapp calculadas ejecutando repetidas veces dicho paso de cálculo de suma de producto y dicho paso de cálculo de potencia un número predeterminado de veces para hallar la potencia activa Pkave y/o la potencia reactiva Qkave (denominadas a continuación la potencia Pkave/Qkave);

un paso de detección de periodo consistente en detectar un período real Tp en la línea de potencia;

un paso de adquisición de valor de corrección consistente en determinar un valor de corrección Ep para la potencia activa y/o un valor de corrección EQ para la potencia reactiva (denominados a continuación el valor de corrección Ep, EQ) a partir de un error relativo entre el períodoreal Tp de la línea de potencia y el tiempo de medición T, y

un paso de corrección de la potencia Pkave, Qkave con los valores de corrección Rp, Eq.

2. Un método de medición de potencia según la reivindicación 1, donde dicho paso de promediado incluye ejecutar de forma continua dicho paso de cálculo de suma de producto y dicho paso de cálculo de potencia un número predeterminado de veces.

3. Un método de medición de potencia según la reivindicación 1, donde dicho paso de promediado incluye ejecutar no periódicamente dicho paso de cálculo de suma de producto y dicho paso de cálculo de potencia un número predeterminado de veces.

4. Un aparato de medición de potencia para medir potencia de un k-ésimo armónico de una línea de potencia, incluyendo:

medios de conversión A/D consistente en muestrear un valor de voltaje y un valor de corriente de la línea de potencia en un período predeterminado Ts para conversión a un valor digital de voltaje VD y un valor digital de corriente ID, respectivamente;

medios de almacenamiento para almacenar una tabla de valores de función que representa un valor de función S y un valor de función C cada período de muestreo Ts para una función sinusoidal y una función coseno, respectivamente, teniendo dicha función sinusoidal y dicha función coseno un período igual a un tiempo de medición T; y

medios de cálculo de potencia que tienen una función de cálculo de suma de producto para adquirir un valor digital de voltaje muestreado VD y valor digital de corriente ID de dichos medios de conversión A/D y un valor de función S de la función sinusoidal y un valor de función C de la función coseno correspondiente a un tiempo K por un tiempo de muestreo de dichos medios de almacenamiento en un tiempo igual a 1/k del tiempo de medición T para calcular un valor de suma de producto Akapp del valor digital de voltaje VD con el valor de función S, un valor de suma de producto Bkapp del valor digital de voltaje VD con el valor de función C, un valor de suma de producto A'kapp del valor digital de corriente ID con el valor de función S, y un valor de suma de producto B'kapp del valor digital de corriente ID con el valor de función C, una función de cálculo de potencia para calcular la potencia activa aproximada Pkapp y/o la potencia reactiva aproximada Qkapp de los valores de suma de producto Akapp, Bkapp, Akapp, y B'kapp, y una función de promediado para promediar una pluralidad de potencias aproximadas Pkapp, Qkapp calculadas ejecutando repetidas veces dicha función de cálculo de suma de producto y dicha función de cálculo de potencia un número predeterminado de veces para hallar la potencia activa Pkave y/o la potencia reactiva Qkave,

medios detectores de período para detectar un período real de detección Tp de la línea de potencia;

donde dichos medios de cálculo de potencia comprenden adicionalmente una función para calcular un valor de corrección Ep para potencia activa y/o un valor de corrección EQ para potencia reactiva a partir de un error relativo entre el período real Tp de la línea de potencia y la medición de tiempo T, y una función para corregir la potencia Pkave/ Qkave con los valores de corrección Ep, EQ.

5. Un aparato de medición de potencia según la reivindicación 4, donde:

dichos medios de cálculo de potencia calculan la potencia Pkave, Qkave promediando la potencia aproximada Pkapp, Qkapp hallada ejecutando repetidas veces la función de cálculo de suma de producto y la función de cálculo de potencia un número predeterminado de veces en secuencia.

6. Un aparato de medición de potencia según la reivindicación 4, donde:

dichos medios de cálculo de potencia calculan la potencia Pkave, Qkave promediando la potencia aproximada Pkapp, Qkapp hallada ejecutando no periódicamente la función de cálculo de suma de producto y la función de cálculo de potencia un número predeterminado de veces.

7. Un aparato de medición de potencia según la reivindicación 4, donde:

dichos medios de almacenamiento guardan además una tabla de valores de corrección que representa una correspondencia del período real Tp de la línea de potencia a los valores de corrección Ep, EQ y dichos medios de cálculo de potencia incluyen una función para recuperar los valores de corrección Ep, EQ con referencia a la tabla de corrección de un período detectado de la línea de potencia.

8. Un aparato de medición de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, donde:

dichos medios de almacenamiento son una memoria no volátil (ROM).

9. Un aparato de medición de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, donde:

dicha tabla de valores de función almacenada en dichos medios de almacenamiento es una sola tabla para contener valores de función de una de una función sinusoidal y una función coseno, y

dichos medios de cálculo de potencia recuperan un valor de función desplazado 90 grados en fase para recuperar un valor de función de la otra de la función sinusoidal y la función coseno.

10. Un aparato de medición de potencia según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, donde:

dichos medios de conversión A/D son un convertidor A/D de esquema de modulación delta-sigma.


 

Patentes similares o relacionadas:

Módulo de sensor de compresor, del 18 de Diciembre de 2019, de EMERSON CLIMATE TECHNOLOGIES, INC: Un sistema que comprende: un compresor que comprende un motor eléctrico configurado para conectarse a una fuente de alimentación ; un módulo de […]

Determinación de la pérdida de rendimiento energético de una turbina eólica, del 14 de Noviembre de 2019, de Senvion GmbH: Procedimiento para determinar una pérdida de rendimiento energético de una primera turbina eólica de un parque eólico con varias turbinas eólicas […]

Sistema de cálculo de la energía eléctrica, armario eléctrico que comprende tal sistema, estación de transformación y procedimiento de cálculo asociados, del 7 de Noviembre de 2019, de SCHNEIDER ELECTRIC INDUSTRIES SAS: Sistema de cálculo de la energía eléctrica (Ei) de una corriente alterna que circula en al menos un conductor eléctrico secundario (42A, 44A, […]

Procedimiento de determinación de un consumo de potencia, sistema de supervisión e instalación eléctrica que incluye su aplicación, del 15 de Octubre de 2019, de SCHNEIDER ELECTRIC INDUSTRIES SAS: Procedimiento de determinación de un consumo de energía eléctrica, en una instalación eléctrica que comprende un grupo de varias ramas de distribución […]

Imagen de 'Contador de energía eléctrica que puede monitorizar un estado…'Contador de energía eléctrica que puede monitorizar un estado de contacto de un relé de enclavamiento, del 28 de Agosto de 2019, de LSIS Co., Ltd: Un contador de energía eléctrica que puede monitorizar un estado de contacto de un relé de enclavamiento, comprendiendo el contador de energía eléctrica: […]

Dispositivo para medir la potencia eléctrica consumida por un vehículo de ferrocarril desde una línea de alimentación eléctrica de alta tensión, del 21 de Agosto de 2019, de MICROELETTRICA SCIENTIFICA S.P.A.: Dispositivo para medir la potencia eléctrica suministrada a un vehículo de ferrocarril por medio de una línea (L) de alimentación eléctrica de alta tensión, […]

Método y sistema para la agregación coherente y la sincronización de datos recopilados a partir de dispositivos de distribución, del 19 de Junio de 2019, de ABB SCHWEIZ AG: Un método para la recopilación de datos variables en el tiempo a partir de dispositivos electrónicos esclavos en comunicación de datos a través […]

Contador de electricidad, módulo desconectador controlable a distancia e instalación eléctrica que comprende el contador de electricidad, del 5 de Junio de 2019, de e-distribuzione S.p.A: Contador de electricidad para su instalación en el interior de o en un edificio que aloja a un cliente (A, B) de una compañía eléctrica, […]

Utilizamos cookies para mejorar nuestros servicios y mostrarle publicidad relevante. Si continua navegando, consideramos que acepta su uso. Puede obtener más información aquí. .