Спосіб визначення ортогональних складових гармонік періодичної електричної величини

 

Винахід відноситься до області електротехніки, а саме до релейного захисту та автоматики.

Відомий спосіб визначення ортогональних складових гармонік періодичної електричної величини за допомогою ортогонального двоканального фільтра (Френке Л. Теорія сигналів. М.: Сов. Радіо, 1974. 344 с.), згідно з яким вимірювання електричної величини, отримані в рівномірно фіксовані моменти часу, перетворюються в кожному з каналів фільтра ортогональних складових у проміжний сигнал шляхом множення вимірювань електричної величини на відліки одного із двох ортогональних синусоїдальних сигналів, частота яких дорівнює номінальній частоті оцінюваної гармоніки. Для видалення з ортогональних складових складових сумарної частоти використовують усереднення проміжних сигналів з допомогою лінійного оператора, зокрема фільтра нижніх частот. Спосіб володіє невисокою швидкодією, оскільки смуга пропускання фільтра нижніх частот повинна бути порівняно вузькою (наприклад, при визначенні ортогональних складових основної гармоніки частотою 50 Гц частота зрізу ФНЧ становить 10-15 Гц).

Для підвищення швидкодії алгоритму в якості усереднення викори�еспечивает придушення вищих кратних гармонійних складових у проміжних сигналах. Однак при догляді частоти електричної величини від номінальної оператор усереднення не забезпечує повного придушення складової сумарної частоти, що призводить до збільшення похибки визначення ортогональних складових.

Відомий спосіб визначення ортогональних складових гармонік періодичної електричної величини (SU №1356106, опубліковано Б. В. №44, 1987), прийнятий в якості найближчого аналога, у якому проміжний сигнал, отриманий шляхом перетворення вимірювань електричної величини двоканальним ортогональним фільтром, обробляють з допомогою заграждающего фільтра, налаштованого на придушення складової подвійної частоти оцінюваної гармоніки. Потім вихідний сигнал заграждающего фільтра усереднюють за допомогою лінійного оператора, отримуючи тим самим оцінку відповідної ортогональної складової вхідного сигналу.

Вплив відходу частоти від номінальної в прототипі виключається завдяки здатності заграждающего фільтра пригнічувати складові подвійної частоти проміжного сигналу в межах заданої смуги частот. Однак при високій частоті дискретизації середня частота смуги загородження фільтра сильно «притиснута» до нульової частоті, з-за чого з проміжних сигналів (паразитні складові) і пригнічуючи низькочастотну (корисну) складову. Тому при обробці електричної величини з високою частотою вимірювань (з високою частотою дискретизації) спосіб втрачає точність.

Технічний результат - підвищення точності оцінки ортогональних складових гармонік періодичної електричної величини при високій частоті дискретизації.

Технічний результат досягається тим, що в способі визначення ортогональних складових гармонік періодичної електричної величини, згідно з яким вимірюють електричну величину рівномірно фіксовані моменти часу і формують ортогональні складові гармоніки за допомогою двоканального ортогонального фільтра, в кожному з каналів якого перетворюють електричну величину у проміжний сигнал шляхом множення вимірювань електричної величини на відліки одного із двох ортогональних синусоїдальних сигналів, частота яких дорівнює номінальній частоті оцінюваної гармоніки, послідовно обробляють проміжний сигнал з допомогою заграждающего фільтра складової подвійної частоти гармоніки і лінійного оператора усереднення і отримують відліки відповідної ортогональної складової, з вимірювань електричної величини становлять дорівнює� щоб накладення всіх децимированних сигналів на одну тимчасову вісь давало вимірювання електричної величини, кожен децимированний сигнал перетворять в ортогональні складові за допомогою двоканального ортогонального фільтра і отримують ортогональні значення оцінюваної гармоніки, накладаючи відліки однойменних ортогональних складових децимированних сигналів на тимчасову вісь відповідної ортогональної складової оцінюваної гармоніки.

На фіг.1 і 2 наведено амплітудно-частотні характеристики (далі за текстом АЧХ) заграждающего фільтра і фільтра ортогональних складових прототипу при вихідній частоті дискретизації сигналу fs=1200 Гц, на фіг.3 і 4 - схема і наочний приклад, що пояснюють роботу запропонованого способу, на фіг.5 і 6 - АЧХ заграждающего фільтра і фільтра ортогональних складових запропонованого способу (крок децимации v=3, віртуальна частота дискретизації 400 Гц).

Спочатку розглянемо принцип побудови фільтра ортогональних складових прототипу і його характеристики, а потім пояснимо принцип роботи заявляється способу.

Гармонічний цифровий сигнал

отриманий шляхом вимірювання електричної величини x(t) рівномірно фіксовані моменти часу t=kTs(k - номер вимірювання або відліку, Ts- інтер�rc="http://img.russianpatents.com/1212/12122577-s.jpg" height="8" width="115" />

наступним співвідношенням:

x(k)=cos ωkTs-s sin ωkTs.

Фільтри, призначені для визначення ортогональних складових гармонік (2), складаються з двох каналів, у яких оцінки амплітуд c і s отримують в результаті виконання ряду послідовних операцій. Саме такий фільтр застосований в прототипі.

Спочатку в прототипі шляхом множення вимірювань електричної величини x(k) на відліки відповідного з пари ортогональних синусоїдальних сигналів

частота ω0яких дорівнює номінальній частоті оцінюваної гармоніки (1), формують проміжні сигнали каналів

і

Тут ω - частота оцінюваної гармоніки, у загальному випадку вона може відрізнятися від номінального значення ω0. Низькочастотні складові проміжних сигналів (4) і (5)

і

sF(k)=c sin(ω-ω0)kTs+s cos(ω-ω0)kTs

є оцінкою ортогональних складових сигналу (1), оскільки вони задовольняють основним співвідношенням, що визначає амплітуду

і початкову фазу (при k=0)

) і (5) складової сумарної частоти

ωΣ=ω+ω0,

є проміжного перетворення сигналу за допомогою заграждающего фільтра. Оскільки частота ω електричної величини може не збігатися з номінальною частотою ω0, то АЧХ заграждающего фільтра повинна забезпечувати придушення складової сумарної частоти в смузі частот [(2ω0-Δω), (2ω0+Δω)], залежить від можливої величини девіації Δω частоти ω щодо номінального значення ω0. Вихідний сигнал заграждающего фільтра

або

розглядається як результат дії оператора загородженняT{}на (4) або (5), не буде містити складових сумарної частоти. Коефіцієнт передачі оператораT{}на нульовій частоті повинен бути дорівнює 1, тоді при ω=ω0сигнали (6) і (7) будуть рівні ортогональних складових cF(k) і sF(k).

Якщо електрична величина x(k) містить поряд з гармонікою (1) ще й гармонійні складові більш високих частот і шум, то в промежтот і високочастотний шум, що є, по суті, частиною паразитного сигналу. Фільтр, що загороджуєT{}не може їх придушити, тому для їх видалення використовують операцію усереднення на відрізку часу, що дорівнює періоду оцінюється гармоніки при номінальній частоті [періоду ортогональних синусоїдальних сигналів (3)] T0=2π/ω0=NTs, де N - число відліків на періоді T0. Тоді оцінки ортогональних складових будуть наступними:

На фіг.1 показана АЧХ заграждающего фільтра, призначеного для видалення складової сумарної частоти 100±5 Гц (смуга загородження від 95 до 105 Гц) у проміжному сигналі при оцінці гармонійної складової промислової частоти 50±5 Гц. АЧХ фільтра побудована при початковій частоті дискретизації fs=1200 Гц, виходячи з наступної залежності вихідного сигналу фільтра e(k) від вхідного сигналу u(k):

де

a1=-2 cos ω1Ts,a2=-2cosω2Ts, ω1=2π95, ω1=2π105.

Тут коефіцієнт H(0) дозволяє нормувати АЧХ заграждающего оператора (9) на нульовій частоті. Як ві�з-за цього АЧХ фільтра ортогональних складових прототипу (фіг.2), побудована залежність оцінки амплітуди

гармоніки (1) від частоти ω=2πf при частоті ортогональних сигналів (3) ω0=2π50, має погане придушення високочастотних складових. Тому прототип володіє невисокою вибірковістю, внаслідок чого високочастотні складові електричної величини вносять в оцінку ортогональних складових оцінюваної гармоніки значну помилку, позбавляючи прототип можливості обробки електричної величини з високою частотою дискретизації.

Підвищення точності оцінки ортогональних складових гармонік електричної величини в пропонованому способі досягається шляхом віртуального зміни частоти дискретизації (зміни частоти дискретизації за рахунок децимации відліків). Але в той же час спосіб забезпечує обчислення оцінки ортогональних складових гармонік на кожному відліку електричної величини. Досягається це за рахунок багатоканальної обробки вимірювань електричної величини фільтрами ортогональних складових.

Здійснення способу пояснює схема і цифрові осцилограми, представлені на фіг.3 і 4.

У заявляється способу з вимірювань електричної величини x(k) состЕ децимированними відліками з однаковим кроком децимации v. Накладення всіх децимированних сигналів xi(n) на одну тимчасову вісь k дає вимірювання електричної величини x(k) (на фіг.4 коефіцієнт децимации v=3). Тут nv - укрупнення дискретне час для децимированних сигналів. Його масштаб відрізняється від масштабу дискретного часу рівно k раз v, у зв'язку з чим між двома відліками з номерами n і n+1 будь-якого децимированного сигналу розташовується v-1 відлік електричної величини (v-1 номерів k). І тому частота дискретизації децимированних сигналів менше вихідної частоти дискретизації електричної величини v разу (на прикладі v=3, значить частота дискретизації децимированних сигналів дорівнює 400 Гц).

Кожен децимированний сигнал перетворять в ортогональні складові за допомогою двоканального ортогонального фільтра як і у випадку прототипу, але з урахуванням нового масштабу часу.

Для цього децимированние сигнали (11) перетворюються в проміжні сигнали аналогічно (4) і (5):

деi=0,(v1).

Потім кожен з проміжних сигналів (="152" />

де (при оцінці основної гармоніки частотою 50±5 Гц)

a1v=-2cosω1vTs, a2v=-2cosω2vTs, ω1=2π95, ω2=2π105.

Як і у випадку прототипу, фільтр, що загороджує (13) повинен мати одиничний коефіцієнт придушення на нульовій частоті, це забезпечується нормирующим коефіцієнтом передачі на нульовій частоті Hv(0). Тому сигнали на виході v-го каналу, пропорційні ортогональних складових, будуть наступними:

або

Після усереднення відповідно до виразу (8) ортогональні складові сигналу v-го каналу будуть наступними:

.

Накладаючи відліки однойменних ортогональних складових децимированних сигналів на тимчасову вісь однойменних ортогональних складових електричної величини, отримують оцінку ортогональних складових оцінюваної гармоніки, тобто

і

,

де, як і у випадку (12), для кожного номера n номер i послідовно змінюється від 0 до v-1.

На фіг.5 показана АЧХ заграждающего фільтра, призначеного для обробки проміжних сигналів фільтра ортогональЇастотой 50±5 Гц). Оскільки крок децимации v=3, то при вихідній частоті дискретизації електричної величини fs=1200 частота Найквіста для каналу буде складати 200 Гц. І як видно з фіг.5, вибір оптимального кроку децимации досягається тоді, коли середня частота смуги загородження фільтра дорівнює половині частоти Найквіста, у даному випадку 100 Гц. У цьому випадку фільтр, що загороджує запропонованого способу - на відміну від фільтра прототипу (фіг.1) рівномірно - підсилює складові і низьких і високих частот щодо середньої частоти загородження, не змінюючи співвідношення сигнал/шум в проміжних сигналах. Тому АЧХ (10) фільтра ортогональних складових запропонованого способу (фіг.6) має краще придушення складових верхніх частот електричної величини в класі фільтрів ортогональних складових, що використовують фільтр, що загороджує в каналах обробки проміжних сигналів.

Таким чином, застосування заявляється способу визначення ортогональних складових гармонік періодичної електричної величини дозволяє створювати оптимальні умови для придушення складових сумарних частот і шуму, зберігати працездатність і необхідну точність при обробці в електричних�ської електричної величини, згідно з яким вимірюють електричну величину рівномірно фіксовані моменти часу і формують ортогональні складові гармоніки за допомогою двоканального ортогонального фільтра, в кожному з каналів якого перетворюють електричну величину у проміжний сигнал шляхом множення вимірювань електричної величини на відліки одного із двох ортогональних синусоїдальних сигналів, частота яких дорівнює номінальній частоті оцінюваної гармоніки, послідовно обробляють проміжний сигнал з допомогою заграждающего фільтра складової подвійної частоти гармоніки і лінійного оператора усереднення і отримують відліки відповідної ортогональної складової, який відрізняється тим, що з вимірювань електричної величини становлять рівномірно зсунуті в часі сигнали з децимированними відліками з однаковим кроком децимации з таким розрахунком, щоб накладення всіх децимированних сигналів на одну тимчасову вісь давало вимірювання електричної величини, кожен децимированний сигнал перетворять в ортогональні складові за допомогою двоканального ортогонального фільтра і отримують ортогональні значення оцінюваної гармоніки, накладаючи відліки одноименЂавляющей оцінюваної гармоніки.



 

Схожі патенти:

Спосіб дистанційної захисту ліній електропередачі

Використання: в області електротехніки. Технічний результат - підвищення надійності захисту. Пропонований спосіб заснований на симбіозі прямої і непрямої адаптації. Згідно способу застосовується три типи сигналів і, відповідно, три різнотипних груп аналогічних реле, а також груп виконавчих реле, в які входять по одному представнику від кожної групи аналогічних реле. Проводять операції навчання реле другого типу, що реагують на величини поточного режиму, і реле третього типу, що реагують на віртуальні величини, що формуються за участю аварійних складових струмів. Реле першого типу навчання не підлягають. Їх характеристики задаються жорстко, шляхом розбиття на частини області відображення вимірів, які формуються з величин попереднього режиму. При цьому реле першого типу керують процесом навчання реле другого і третього типу, що входять в одну з них виконавчу групу. 5 з.п. ф-ли, 6 іл.

Спосіб дистанційної захисту лінії електропередачі

Використання: в області електротехніки. Технічний результат - підвищення стійкості функціонування дистанційної захисту. Згідно способу вимірюють активне і реактивне опору до місця короткого замикання по аварійних значень струму, напруги кута зсуву між ними в момент виникнення напруги. Порівнюють з уставками відстань між місцем установки захисту і місцем короткого замикання, яке визначається на основі зваженого усереднення оцінок відстані, одержуваних з урахуванням вимірів активного та реактивного опорів. При плавній зміні параметрів режиму роботи лінії блокують дію захисту до повернення захисту при відновленні короткого режиму роботи лінії електропередачі. Зміна параметрів режиму фіксують за змінам значення знака відстані між місцем установки захисту і місцем короткого замикання. Додатково по аварійних значень струму, напруги і кута зсуву між ними проводять, щонайменше, одну процедуру визначення місця пошкодження лінії електропередачі з отриманням оцінок відстані до місця короткого замикання. Включають у зважене усереднення оцінок отриману оцінку або оцінки відстані між місцем вус

Спосіб визначення місця однофазного замикання фідера на землю

Використання: в області електроенергетики. Технічний результат - підвищення точності. Згідно способу складають моделі двох частин фідера, першої - від місця спостереження до місця передбачуваного замикання і другий - від місця передбачуваного замикання до кінця фідера, першу частину фідера моделюють по прямій і по нульової послідовності, а другу - тільки за нульової послідовності, перетворять у моделі прямої послідовності безнулевие складові зафіксованих струму і напруги пошкодженої фази в безнулевую складову напруги пошкодженої фази в місці передбачуваного замикання, перетворять в моделі нульової послідовності першої частини фідера нульові складові зафіксованих струмів і напруги в напругу нульової послідовності в місці передбачуваного замикання і струм нульової послідовності до цього місця, підсумовують два згаданих напруги, формуючи напруга пошкодженої фази в місці передбачуваного замикання, подають напругу нульової послідовності в місці передбачуваного замикання на вхід моделі нульової послідовності другий частини фідера і фіксують струм на її вході, який віднімають струму нульової последоватеагаемого замикання, формуючи сигнал миттєвої потужності передбачуваного місця замикання, визначають знак цього сигналу і фіксують реальне замикання в тому місці, де згаданий сигнал в процесі своєї зміни залишається невід'ємним. 10 іл.

Спосіб визначення умов спрацьовування релейного захисту

Винахід в галузі електроенергетики стосується побудови мікропроцесорного релейного захисту, а саме етапів її навчання, завдання характеристики спрацьовування і функціонування в робочому режимі. Навчання здійснюється від імітаційних моделей захищеного об'єкта. Вхідні величини захисту перетворять в двовимірний сигнал, який відображається на площині. Навчальні двовимірні сигнали визначають область спрацьовування захисту. Технічний результат - підвищення чутливості захисту шляхом повного врахування особливостей галузі спрацювання. Пропонується задавати характеристику у вигляді послідовних граничних двовимірних сигналів, що охоплюють область спрацьовування захисту. Винахід вказує операції, які визначають умови спрацьовування захисту, якщо характеристика спрацьовування має дискретну форму, тобто, складається з окремих точок на площині. Поточний двовимірний сигнал, що надходить від реального об'єкта, порівнюють з чотирма типами граничних сигналів, розташованих на площині відповідно вище, нижче, праворуч і ліворуч поточного сигналу. У додаткових пунктах формули винаходу розкриваються модифікації умов спрацювання. У першій модифікації обмежуються тільки одним адает свою уставку спрацьовування по своєму напрямку. 2 з.п. ф-ли, 5 іл.

Спосіб цифрового дистанційної захисту

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до релейного захисту магістральних і розподільних електричних мереж

Спосіб релейного захисту енергооб'єкта

Винахід відноситься до електроенергетики і електротехніки, а саме до релейного захисту та автоматики електроенергетичних систем

Спосіб релейного захисту енергооб'єкта

Винахід відноситься до електроенергетики і електротехніки і може бути використане у всіх видах захистів, переважно мікропроцесорних

Спосіб дистанційної захисту лінії електропередачі

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до способів захисту ліній електропередачі (ЛЕП), заснованим на принципі дистанційному

Спосіб розпізнавання складного пошкодження електричної системи

Винахід відноситься до області електротехніки і може бути використано в системах релейного захисту і автоматики електричних систем

Спосіб лінеаризації прохідної характеристики времяимпульсного омметра релейного захисту

Винахід відноситься до області електротехніки, а саме до входить в структуру релейного захисту об'єкта електротехнічного призначення, наприклад лінії електропередачі W системи електропостачання синусоїдального змінного струму з частотою f (період Т=1/f)) времяимпульсному вимірювального органу релейного захисту з двома підведеними до нього електричними величинами, одна з яких визначається діючим значенням Iwсинусоїдального струму, що протікає в об'єкті електротехнічного призначення, а інша визначається діючим значенням Uwсинусоїдальної напруги на цьому об'єкті, при цьому времяимпульсний вимірювальний орган релейного захисту функціонує як времяимпульсний омметр релейного захисту, вимірювальна частина якого містить компаратор з двома входами і одним виходом, на якому при виникненні короткого замикання на контрольованому релейного захистом електротехнічному об'єкті генерується вихідний електричний сигнал uвих1у вигляді періодичної послідовності прямокутних імпульсів напруги, тривалістьt1імпульсів яких опосередковано пов'язана з електричною віддаленістю местмер, лінії електропередачі W при короткому замиканні на ній, тобто
Up!