Формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения)

Формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, выполненного на базе адаптивного фильтра, в результате чего получается формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения) как периодической, притом произвольной формы1, так и апериодической, т.е. переходной . Сущность: в устройство, содержащее .адаптивный фильтр, включающий в свой состав задающий -блок, выход которого подключен к входной клемме устройства и образует вход адаптивного фильтра, а выход выполнен в виде первой и второй шины, цифровой фильтр и сумматор, дополнительно введены генераторы переменного сигнала , пусковой орган, коммутаторы и инверторы, которые наделяют устройство способностью распознавать структуру предаварийного процесса, запоминать ее и генерировать уже после наступления нового , т.е. аварийного режима, сигнал такой же структуры.4 ил. дены принципиальные схемы первого и второго коммутаторов.. . Формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения) состоит из адаптивного фильтра 1, в состав которого входят задающий блок 2, первый нерекурсивный фильтр 3, первый сумматор 4 и пороговый элемент5, второго нерекурсивный фильтр 6, первого и второго генераторов периодических сигналов 7 и 8, коммутаторов 9 и 10, инверторов 11 и 12, второго сумматора 13 и порогового элемента 14. 00 V4 СЛ W

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 01 Н 83/22

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4942413/07 (22) 18.04,91 (46) 23.05.93, Бюл. ¹ 19 (71) Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова и Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский институт релестроения (72) Ю.Я.Лямец, В.И,Антонов и С.Х.Ахметзянов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1417094, кл. Н 02 Н 3/26, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1156165, кл. Н 01 Н 83/22, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 1744733, кл. Н 01 Н 83/22, 22.04.91.

Жоу Ичжан, Ху Юйэнь, Фэн Б.С. Новая реализация устройства для решения теплициевых систем на конвейерном принципе/ТИИЭР, 1986, т. 74, ¹ 10, с. 289 — 190, Лямец Ю.Я. Метод производящих уравнений в цифровой обработке напряжения и тока электрической сети. Материалы Всесоюзной научно-технической конференции

"Современная релейная защита электро-. энергетических объектов", Чебоксары, 1991, с. 38 — 41.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике электрических систем.

Цель изобретения заключается в расширении функциональных возможностей формирователя путем придания ему способности воспроизводить как периодические, так и переходные токи.

На фиг. 1 представлена структурная схема формирователя; на фиг, 2 — нерекурсивного фильтра (два таких фильтра входят в состав формирователя); на фиг, 3 и 4 приве„„59„„1817153 А1 (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ДОАВАРИЙНОЙ

СЛАГАЕМОЙ ТОКА (НАПРЯЖЕНИЯ) (57) Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства, выполненного на базе адаптивного фильтра, в результате чего получается формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения) как периодической, притом произвольной формь1, так и апериодической, т,е. переходНоА. Сущность: в устройство, содержащее адаптивный фильтр, включающий в свой со-. став задающий блок, выход которого подключен к входной клемме устройства и . образует вход адаптивного фильтра, а выход выполнен в виде первой и второй шины, цифровой фильтр и сумматор, дополнительно введены генераторы переменного сигнала, пусковой opràí, коммутаторы и инверторы, которые наделяют устройство способностью распознавать структуру предаварийного процесса, запоминать ее и генерировать уже после наступления нового, т,е. аварийного режима, сигнал такой же структуры. 4 ил. дены принципиальные схемы первого и второго коммутаторов.

Формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения) состоит из адаптивного фильтра 1, в состав которого входят задающий блок 2, первый нерекурсивный фильтр 3, первый сумматор 4 и пороговый элемент 5, второго нерекурсивный фильтр 6, первого и второго генераторов периодических сигналов 7 и 8, коммутаторов 9 и 10, инверторов 11 и 12, второго сумматора 13 и порогового элемента 14.

1817153

Задающий блок 2 выполнен с двумя выходными шинами: первая шина задания коэффициентов 15, вторая — шина задания отсчетов переменного сигнала 16. По шине

15 идет установка коэффициентов нерекурсивных фильтров 3 и 6, а по шине 16— задание формы сигнала, воспроизводимого генератором 7. Коммутатор 9 соединяет информационный вход17фильтра бсо входом

18 формирователя. Коммутатор 9 выполнен с тремя группами входов-выходов,.а второй коммутатор 10- только с двумя парами входов-выходов. Выход 19 коммутатора 10 является выходом устройства. Коммутатор 6 соединяет задающие входы 20 нерекурсивного фильтра 2 с шиной 15, а входы генератора 8 — с шиной 16, Генераторы 7 и 8 воспроизводят период за периодом сигнал, один период которого задается блоком 2.

Коммутаторы 9 и 10 управляются пусковым органом 14, На управляющий вход 21 коммутатора 6 поступает сигнал инверсного выхода пускового органа, а на управляющий вход 22 второго коммутатора 7 — сигнал прямого выхода.

Адаптивный фильтр 1 подключен к входу формирователя 18 постоянно. Так же и информационный вход 23 нерекурсивного фильтра 3, Задающие входы 24 этого фильтра подключены к первой шине 15.

Задающий блок 2 выполнен с управляющим входом 25. Функциональная особенность этого блока заключается в установке коэффициентов нерекурсивных фильтров 3 и 6 нарастающего порядка. Пусковой орган

14 может быть подключен своими входами

26 к преобразователям напряжения и тока контролируемой электрической сети, но в частном случае функции порогового органа может выполнять и пороговый элемент 5.

Нерекурсивные фильтры 3 и 6 идентичны. Они выполнены на элементах задержки

27 — 29, умножителях 30 — 32 и выходном сумматоре 33. Первые входы умножителей подключены к выходам соответствующих элементов задержки, а вторые — к шине 15.

Коммутаторы 9, 10 выполнены на основе управляемых ключей (транзисторов) 3442, которые открываются сигналами, поступающими на входы управления 21 и

22.

Формирователь представляет собой цифровую систему, функционирует в дискретном времени I и оперирует отсчетами входной величины u(I) (напряжения или тока электрической сети), поступающими на вход

18. Отсчеты u(I) поступают на вход 23 нерекурсивного фильтра 3, Последний обрабатывает их. преобразуя в величину

35 или с учетом (1) 40

5

m

Ч3 =,Я as u(l — S) (1)

s =1 выставляемую на выходе сумматора 33. Коэффициенты а и порядок m нерекурсивного фильтра 3, равно как.и фильтра 6, заранее не известны и определяются в ходе настройки адаптивного фильтра 1. Основную роль в настройке играет задающий блок 2, представляющий собой процессор, предназначенный для решения системы линейных алгебраических уравнений. Подобные процессоры выполняются в виде интегральной микросхемы.

Теория адаптивных фильтров, предназначенных для обработки напряжения и тока электрической сети, основывается на методе производящих уравнений. Основное его положение заключается в том, что переходные напряжения и токи описываются в дискретном времени разностным уравнением о (1)+ as u(l — S) =u o(l) (2)

s=1 где as — постоянные коэффициенты, и о (I ) периодическая функция частоты сети. Параметры а, m и функция наблюдателю неизвестны, но они могут быть определены по отсчетам u(l) наблюдаемого процесса. Адап-. тивный фильтр 1 как раз и решает эту задачу. На выходе его сумматора 4 образуется сигнал невязки я(l) U(I)+V(I) U" (I) е(!) =U(f)+g эяо(! — s) — u (t). (3)

s=1

Этот сигнал можно интерпретировать как разность левой и правой части уравнения (2), его уровень контролируется пороговым элементом 5. Малый уровень свидетельствует о завершении. настройки адаптивного фильтра 1, т.е. о выполнении уравнения (2).

При снижении уровня по отношению к порогу срабатывания элемента 5 последний возвращается и снимает сигнал управления со входа 25 задающего блока 2, после чего тот перестает обновлять свои выходные сигналы, фиксируя их величины.

Если N есть число отсчетов на периоде основной частоты f<, то периодическая ве1817153 личина u „.(! ) определяется своими отсче- скольку уровень сигнала е(!) будет отличать1 тами. Таким образом, общее число неизве ся от нулевого и, следовательно, не допустных параметров наблюдаемого сТМТ возвРата порогового элемента 5. переходного предаварийного процесса со Поддержание управляющего сигнала на ставляет m + N + 1. Эти параметры (сам 5 входе25задающегоблока2будетозначзть;:, порядок m, затем m коэффициентов а, и N переход к следующему порядку нэстройц отсчетов ц (!) о р д . а = 1. На этом новом этапе будет зэдейст-: отсчетов о о (! ) определяет задающий блок 2. Из отсчетов величины о(!), поступаю-. вован один элемент задержки 27 и одиН щих на его вход, в блоке 2 арми уются . Умножитель 30 нерекурсивного фильтра 3. щ д ф р ируются 10 Задающий блок 2 формирует и решает сис-. коэффициенты следующей системы алгебнеизвестными являются отсчеты новой М!.. (! ) 0 — гп p (4) риодической функциии.цо (! ) один коэффи" циент а1. Сигнал 81 передается flo первой или . шине 15 на вход умножителя 30, а новые:

u (m 1)э1+ u(rn 2)а + + ц(0)э -uo(m) отсчеты и о(! ) передаются по второй шине

u(m) .. 16 генератору 7. Сумматор 4 сформируе1 (m — 2)a + — + + 1 — 1 +!) 20 обновленный си.нал я (I). Сp e e«e e

= -щи+1 порогом элемента 5 покажет, достаточен ли . порядок m = 1. Если в составе входной вели-. чины .присутствует помимо периодической

u(n-1)a1 u(n-2)а2 ... + u(m-n)am — uo(n) .. слагаемой только одна экспоненциальйая

= -u(n) .. 25 слагаемая, то данного порядка будет достагде n — момент снятия последнего отсчета,, точно. I-Io если апериодический процесс в а может = 0 относится к началу настройки контролируемой сети сложнее, то некотоадаптивного фильтра 1 в доаварийном ре- .Рые отсчеты е(I) превысят порог элемента жиме. Настройка производится s форме ре-. 5, который своим выходным сигналом побукурсии по порядку m. Задающий блок 30 дитзадающийблок2перейтикследующему .: решает систему уравнений (4) сигнала при . порядку rn = 2. I-Ia некотором значении М,"

m = О, когда нет неизвестных коэффициен- . процесс настройки адаптивного фильтра 1 тов нерекурсивного фильтра З,а имеется " завершится. Сигнал невязки a(I) на выходе только N неизвестных отсчетов периодиче- ." сумматора 4будетпри этом настолькониз-

„о сигнала ц1(1) =m !ч 30 кого уровня, что не сможет вызвать срабаm + N — 1 . тывание порогового элемента 5 и тот снимет

Передав по второй шине 16 N полученных : -сигнал с управляющего входа 25 задающего отсчетов программируемому генератору 7,: блока 2, который в результате зафиксирует задающий блок 2 завершает свою работу на 35 текущее состояние и прекратит наращива- данном этапе. Выходной сигнал V(l) нерв- . ние порядка. Настраиваясь таким образом курсивного фильтра 3 имеет при этом нуле-: на входную величину u(l), адаптивный вой уровень (коэффициенты а> в (1): фильтр 1 по сути дела распознает его струксохраняют нулевые значения), и выходной 45 туру, отображая еесвоими коэффициентами.. сигнал е (!) сумматора 4 определяется со- . a>, порядком m и периодической функгласно.(3) кэк е(!) =u(!) — u0, (I). Если " циейОЬ(1) входная величина u(I) представляет собой .: - Пусковой орган 14срабатываетлишь на =" периодическую функцию известной часто- . заданное время после изменения режима . ты, то она будет уже на этом нулевом этапе 50 сети, поэтому в частном случае его функции ..-: настройки распознана совершенно точно, и: и могут быть переданы пороговому элемейтогда сигнал невязки е (I) будет иметь нуле- ту 5. После завершения настройки адаптиввой уровень. Пороговый элемент 15, срабо-, ного фильтра 1 пусковой орган 14 вернется тэв сначала от сигнала u(I) проходящего - в нормальное состояние, Коммутатор 9 за- через сумматор 4, и запустив задающий 55 мыкается по инверсному сигналу пускового блок 2, после завершения его работы вер-: .. -. органа, т.е, при его возврате. При этом ненется и снимет с его управляющего входа 25 рекурсивный фильтр 6 подключается к шине — . разрешающий сигнал. В дальнейшем дан- . 15 и ко входу формирователя 18, получая те ное состояние адаптивного фильтра 1 изме- же входные сигналы, что и нерекурсивный няться не будет. Но.если в составе входного . фильтр 3, и приходя, следовательно, в иден-. сигнала u(I) имеются еще и затухающие сла- . тичное состояние. Коммутатор 10, наоборот, гэемые, то .этим дело не ограничится, no.- замыкается после срабатывания порогового

1817153

О том, что (5) в самом деле сохраняет закономерность изменения доаварийной входной величины, свидетельствует выражение (3). В свое время адаптивный фильтр 1 был настроен по условию малости сигнала e(l).

Полагая в(3) e(l) =0 видим, что связь между отсчетами входной величины, устанавливаемая выражением (3), адекватна (5).

Время формирования доаварийной сла. гаемой u(l), необходимое для действия устройства релейной защиты и автоматики, составляет несколько периодов промышленной частоты. Следовательно, на это время и должен срабатывать пусковой орган 14.

И в течение всего этого времени нерекурсивный фильтр 6, генератор 8, инвертор 12, сумматор 13 и коммутатор 10 образуют в совокупности схему рекурсивного фильтра, действующего по алгоритму (5). В это же время адаптивный фильтр 1 в соответствии с алгоритмом своего действия начинает заново настраиваться на входную величину нового,т,е.аварийного, режима. Настройка начинается, как и в доаварийном режиме, с нулевого порядка, когда в задающем блоке

2 обнуляются прежние значения коэффициентов а и отсчеты и е (I ). По завершению настройки аварийный режим квалифицируется уже как новыйдоаварийный. После возврата порогового элемента 14, замыкания коммутатора 9 и размыкания коммутатора

10 формирование величин старого доаварийного режима прекращается, а нерекурсивному фильтру 6 и генератору 8 по шинам

15 и 16 задаются параметры, соответствующие новому доаварийного режима. Теперь, формирователь готов к экстраполяции этого нового режима после очередного изменения в контролируемой сети.

Предлагаемый формирователь по принципу своего действия в равной степени работоспособен в установившихся и в переходных доаварийных режимах, Он учитывает любое конечное число слагаемых напряжений и токов как экспоненциальной, так и гармонической (затухающей или нет) формы.

Формула изобретения

Формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения), содержащий адаптивный фильтр, выполненный в виде последовательно соединенных задающего блока, первого нерекурсивного фильтра, первого сумматора и порогового элемента, выход последнего подключен к управляющему входу задающего блока, вход которого является входом формирователя и соединен с информационным входом первого нерекурсивного фильтра и вторым входом первол ! (!) =,, а, u(l — s), I >I cp

s=i

Генератор 8 будет rio-прежнему посылать на вход сумматора 13 доаварийную периодическую слагаемую u (1), и, следовательно, выходной сигнал сумматора 13, а значит и всего формирователя, будет иметь вид

55 элемента 14, а после возврата размыкается, при этом выход 19 отключается от схемы формирователя. Вход 17 нерекурсивного фильтра 6 связан с выходами обоих коммутаторов 9 и 10, но соединительные провода 5 активируются в разных режимах: при срабатывании пускового органа 14 сигнал на вход

17 поступает от сумматора 13 через коммутатор 10, а при возврате — co хода 18 через коммутатор 9. 10

Рассмотрим работу формирователя после срабатывания пускового органа 14, что означает наступление аварийного режима.

Перед этим адаптивный фильтр 1 был настроен на доаварийный режим, коммутатор 15

9 был включен, и нерекурсивный фильтр 6 обладал теми же коэффициентами а и тем же порядком m, что и нерекурсивный фильтр 3, входящий в состав адаптивного фильтра 1, а генератору 8 по шине 16 были 20 заданы те же отсчеты периодического сиг- нала 0 $ (! ), что и .генератору 7. Срабаты- ванйе пускового органа 14 приведет к размыканию коммутатора 9, отключение нерекурсивного фильтра б от входа 18 формирователя и шины 15, отключение генератора

8 от шины 16, а также к.замыканию второго коммутатора 10 и подаче на выход l9 формирователя и на вход 1? нерекурсивного фильтра 6 выходного сигнала сумматора 13, Данный сигнал сохраняет ту закономерность; которая была присуща доаварийной входной величине u(l). Хотя последняя прекратила свое существование в момент срабатывания Izp пускового органа 14 и ее не 35 существует в реальной сети, сумматор 13 продолжает выдавать сигнал u(I), служащий продолжением u(l) на аварийный режим.

Действительно, нерекурсивный фильтр 6 продолжает функционировать по алгоритму (1) с прежними коэффициентами а>, за тем лишь исключением, что на его вход 17 поступают предсказанные ранее с его же участи-ем выходные сигналы 6(!)

1817153

10 го сумматора, второй нерекурсивный фильтр, первый генератор периодических .сигналов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем придания ему способности воспроизводить как периодические, так и переходные токи дополнительно введены пусковой орган, входы которого предназначены для подключения к выходам датчиков тока и напряжения сети, два коммутатора, второй генератор периодических сигналов, два инвертора, второй сумматор, при атом вход задающего блока через первые входывыходы первого коммутатора соединен с информационным входом второго нерекурсивного фильтра и с первым выходом второго коммутатора, первый выход задающего блока через вторые входы-выходы первого коммутатора соединен с задающим входом

gl) r» второго нерекурсивного фильтра, выход которого через первый инвертор соединен с первым входом второго сумматора, второй выход задающего блока соединен через по5 следовательно соединенные первый генератор периодических сигналов и второй инвертор с третьим входом первого сумматора адаптивного фильтра и через третьи входы-выходы первого коммутатора соеди10 нен с входом второго генератора периодических сигналов, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход которого подключен к двум входам второго коммутатора, управляющий вход которого

15 соединен с прямым выходом пускового органа, инверсный выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора, второй выход второго коммутатора является выходом формирователя, 1817153

1 а(-дЯ

4Ьа 4

Составитель ЮЛямец . Техред М.Моргентал Корректор A,Ìoòûëü

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина. 101

Заказ 1726 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5