RU2608854C1 - Method of harmonic signals distortion parameters determining (versions) - Google Patents
Method of harmonic signals distortion parameters determining (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2608854C1 RU2608854C1 RU2015143516A RU2015143516A RU2608854C1 RU 2608854 C1 RU2608854 C1 RU 2608854C1 RU 2015143516 A RU2015143516 A RU 2015143516A RU 2015143516 A RU2015143516 A RU 2015143516A RU 2608854 C1 RU2608854 C1 RU 2608854C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- component
- value
- aperiodic
- time
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/327—Testing of circuit interrupters, switches or circuit-breakers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к технологиям с использованием электрооборудования, установленного на электрических станциях и подстанциях в системах производства, передачи и потребления электроэнергии, и может быть использовано во всех электроустановках, использующих обработку мгновенных значений результатов измерения переменных электрических сигналов, например напряжений и токов, полученных с помощью цифровых приборов.The invention relates to electrical engineering, in particular to technologies using electrical equipment installed in power plants and substations in power generation, transmission and consumption systems, and can be used in all electrical installations using the processing of instantaneous values of measurement results of variable electrical signals, such as voltages and currents obtained using digital instruments.
Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с. 97], так как позволяет при искажении синусоидальности сигнала, вызванного коммутацией в нормальном или аварийном режимах, определить параметры апериодической составляющей, необходимые для оценки состояния и управления электроэнергетической системой.The claimed invention relates to a priority area of development of science and technology "Technologies for creating energy-saving systems for transportation, distribution and consumption of heat and electricity" [Alphabetical index to the International Patent Classification in priority areas of science and technology / Yu.G. Smirnov, E.V. Skidanova, S.A. Krasnov. - M.: PATENT, 2008 .-- p. 97], since it allows for the distortion of the sinusoidal signal caused by switching in normal or emergency modes to determine the parameters of the aperiodic component necessary for assessing the state and control of the electric power system.
Известны различные способы и устройства для идентификации и определения параметров апериодической составляющей быстро протекающего переходного процесса, обусловленного коммутацией в электрической цепи переменного тока, и/или постоянной составляющей в электрическом сигнале, обусловленной как не синусоидальностью сигнала, так и не симметрией пофазной нагрузки. Как правило, эти способы и устройства либо связаны с расходами на приобретение и установку специального оборудования, а затем с постоянными затратами на его последующее поддержание и обслуживание, либо требуют знания дополнительных параметров электрической цепи, например активных, емкостных и индуктивных сопротивлений, либо определяют только факт наличия апериодической составляющей, не решая самой задачи определения параметров.There are various methods and devices for identifying and determining the parameters of the aperiodic component of a rapidly occurring transient caused by switching in an alternating current electric circuit, and / or a constant component in an electric signal, due to both non-sinusoidal signal and non-symmetry of the phase load. Typically, these methods and devices are either associated with the costs of acquiring and installing special equipment, and then with the constant costs of its subsequent maintenance and maintenance, or require knowledge of additional parameters of the electrical circuit, such as active, capacitive and inductive resistances, or determine only the fact the presence of an aperiodic component, without solving the very problem of determining the parameters.
Известен способ, приведенный в ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ» раздел «4. Расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания».The known method described in GOST 28249-93 "Short circuits in electrical installations. Calculation methods in electrical installations of alternating current voltage up to 1 kV "section" 4. Calculation of the aperiodic component of the short circuit current. "
Признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявляемого способа, является возможность определения параметров апериодической составляющей тока короткого замыкания.A sign of an analogue that coincides with the essential features of the proposed method is the ability to determine the parameters of the aperiodic component of the short circuit current.
Недостаток аналога, с точки зрения технического результата, в том, что «наибольшее начальное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в общем случае всегда предписывают считать равным амплитуде Xm периодической составляющей тока» [ГОСТ 28249-93]. В действительности это значение принадлежит интервалу от -Xm до Xm и будет таким, каким было мгновенное значение тока в момент короткого замыкания.The disadvantage of the analogue, from the point of view of the technical result, is that “in the general case, the largest initial value of the aperiodic component of the short circuit current is always prescribed to be equal to the amplitude X m of the periodic component of the current” [GOST 28249-93]. In fact, this value belongs to the interval from -X m to X m and will be the same as the instantaneous current value at the time of the short circuit.
Вторым недостатком аналога является использование индуктивного и активного сопротивлений цепи, которые, как правило, не известны и могут быть, по непростой технологии приводимой в ГОСТ'е, рассчитаны только оценочно для последующего определения постоянной времени затухания апериодической составляющей тока.The second disadvantage of the analogue is the use of inductive and active resistances of the circuit, which, as a rule, are not known and can be, according to the complicated technology given in GOST, calculated only for the subsequent determination of the decay time constant of the aperiodic current component.
Третий недостаток в том, что определяется только аддитивная апериодическая составляющая тока, представляющая собой алгебраическую сумму апериодической и гармонической составляющих. Однако, как видно на осциллограммах реальных переходных процессов, в том числе вызванных короткими замыканиями, изменение токов чаще всего имеет мультипликативный характер, то есть в виде произведения апериодической и гармонической составляющих.The third drawback is that only the additive aperiodic component of the current is determined, which is the algebraic sum of the aperiodic and harmonic components. However, as can be seen on the oscillograms of real transients, including those caused by short circuits, the change in currents most often has a multiplicative character, that is, in the form of a product of aperiodic and harmonic components.
Наконец, не определяется и даже не упоминается постоянная составляющая, которая также может быть в электрическом сигнале.Finally, the constant component, which may also be in the electrical signal, is not determined or even mentioned.
Известен способ идентификации апериодической или постоянной составляющей по патенту РФ №2379823, МПК H03D 1/00. Способ идентификации апериодической или постоянной составляющей в электрическом сигнале / Мамаев В.А., опубл. 20.01.2010.A known method of identifying an aperiodic or constant component according to the patent of the Russian Federation No. 2379823, IPC
Признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявляемого способа, является возможность на основе анализа огибающих амплитуд идентифицировать факт наличия апериодической или постоянной составляющих в электрическом сигнале.A sign of the analogue, which coincides with the essential features of the proposed method, is the possibility, based on the analysis of envelopes of amplitudes, to identify the fact of the presence of aperiodic or constant components in the electrical signal.
Недостаток прототипа аналога, с точки зрения технического результата, в том, что способ позволяет только идентифицировать факт наличия апериодической или постоянной составляющих, но не определяет параметры апериодической составляющей, а именно начальное значение апериодической составляющей и значение постоянной времени затухания апериодической составляющей электрического сигнала.The disadvantage of the prototype analogue, from the point of view of the technical result, is that the method only allows to identify the fact of the presence of an aperiodic or constant component, but does not determine the parameters of the aperiodic component, namely the initial value of the aperiodic component and the value of the decay time constant of the aperiodic component of the electric signal.
Известен способ идентификации постоянной и/или апериодической составляющих с определением их параметров по патенту РФ №2543934, МПК H03D 1/00, G01R 31/327 (2006.01). Способ идентификации типа искажения гармонических сигналов и определения параметров искажения при мультипликативном воздействии (Варианты) / Муссонов Г.П., опубл. 10.03.2015. Способ, охарактеризованный в п. 1 формулы изобретения патента РФ №2543934, используется в качестве прототипа для варианта заявляемого способа, охарактеризованного в п. 2 формулы изобретения.A known method for identifying constant and / or aperiodic components with the determination of their parameters according to the patent of the Russian Federation No. 2543934, IPC H03D 1/00, G01R 31/327 (2006.01). A method for identifying the type of distortion of harmonic signals and determining the parameters of distortion under the multiplicative effect (Options) / Mussonov G.P., publ. 03/10/2015. The method described in
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются возможность идентифицировать характер искажения на основе обработки мгновенных значений результатов измерения изменяющихся электрических сигналов, установить факт наличия апериодической и/или постоянной составляющих в электрическом сигнале, а также и определить их текущие значения.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the proposed method, are the ability to identify the nature of the distortion based on the processing of instantaneous values of the measurement results of changing electrical signals, to establish the presence of aperiodic and / or constant components in the electrical signal, as well as to determine their current values.
Недостатком прототипа является низкое быстродействие, так как для определения параметров апериодической составляющей, а именно начального значения апериодической составляющей и значения постоянной времени затухания апериодической составляющей сигнала, требуются мгновенные значения сигнала, полученные в течение половины периода, то есть в течение 0,01 секунды.The disadvantage of the prototype is the low speed, since to determine the parameters of the aperiodic component, namely the initial value of the aperiodic component and the value of the decay time constant of the aperiodic component of the signal, instantaneous signal values obtained over a half period, that is, within 0.01 second, are required.
Известен способ идентификации постоянной составляющей с определением ее параметров, приведенный в монографии: Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи / Издание девятое, переработанное и дополненное / М.: «Высшая школа», 1996. Способ использует факт равенства нулю интеграла от гармонической функции, взятый за один период. При наличии постоянной составляющей в сигнале значение этого интеграла равно постоянной составляющей. Способ используется в качестве прототипа для варианта заявляемого способа, охарактеризованного в п. 1 формулы изобретения. Однако способ не определяет параметры апериодической составляющей сигнала.A known method of identifying a constant component with the determination of its parameters, given in the monograph: L. Bessonov Theoretical foundations of electrical engineering. Electric circuits / Ninth edition, revised and supplemented / M .: Higher School, 1996. The method uses the fact that the integral of the harmonic function is equal to zero, taken for one period. In the presence of a constant component in the signal, the value of this integral is equal to the constant component. The method is used as a prototype for a variant of the proposed method, characterized in
Задачей изобретения является создание быстродействующего способа определения параметров апериодической составляющей по результатам измерения двух рядом расположенных мгновенных значений сигнала, что позволяет в эксплуатации получить полную информацию о параметрах быстро протекающего переходного процесса, длительность которого не превышает периода.The objective of the invention is the creation of a high-speed method for determining the parameters of the aperiodic component from the measurement results of two adjacent instantaneous signal values, which allows in operation to obtain complete information about the parameters of a fast-moving transient, the duration of which does not exceed the period.
Технический результат изобретения заключается в уменьшении времени измерения, в увеличении точности измерения, а также в обеспечении для быстро протекающего переходного процесса длительностью менее одного периода возможности определения параметров с целью дальнейшего исследования характеристик электрической цепи.The technical result of the invention is to reduce the measurement time, to increase the accuracy of the measurement, as well as to ensure that the fast-moving transient with a duration of less than one period of the possibility of determining the parameters in order to further study the characteristics of the electrical circuit.
Техническая сущность способа определения параметров искажения гармонических сигналов, охарактеризованного в п. 1 формулы изобретения и применяемого в случае аддитивного воздействия, заключается в том, что устанавливают убывающий тип искажения гармонических сигналов аддитивной апериодической составляющей и вычисляют величину постоянной составляющей в сигналах, и отличается тем, что для определения начального значения аддитивной апериодической составляющей сигнала Aa и постоянной времени затухания апериодической составляющей сигнала τа постоянно N раз в течение периода Т и в каждый текущий момент времени ti, i=1, 2, …, N, измеряют и фиксируют мгновенные значения сигнала x(ti), и вычисляют значения аддитивной апериодической составляющей сигнала Аа, постоянной времени затухания апериодической составляющей сигнала τа только по двум подряд идущим измерениям мгновенных значений сигнала x(ti) и x(ti-1) по следующим математическим выражениям:The technical essence of the method for determining the distortion parameters of harmonic signals, described in
Аа=(x(ti)-ХП-ki)/exp(ti/τa),And a = (x (t i ) -X P -k i ) / exp (t i / τ a ),
τа=(ti-ti-1)/ln((x(ti-1)-ХП-ki-1)/((x(ti)-ХП-ki)),τ a = (t i -t i-1 ) / ln ((x (t i-1 ) -X П -k i-1 ) / ((x (t i ) -Х П -k i )),
где Aa - начальное значение аддитивной апериодической составляющей, единицы сигнала: для напряжения - вольты, В, для тока - амперы, А;where A a is the initial value of the additive aperiodic component, signal units: for voltage - volts, V, for current - amperes, A;
τа - постоянная времени затухания аддитивной апериодической составляющей сигнала, с;τ a is the decay time constant of the additive aperiodic component of the signal, s;
х(ti) - текущее значение измеряемого сигнала в момент времени ti, единицы измерения сигнала;x (t i ) is the current value of the measured signal at time t i , the unit of measurement of the signal;
x(ti-1) - предыдущее значение этого же сигнала в момент времени ti-1, единицы измерения сигнала;x (t i-1 ) is the previous value of the same signal at time t i-1 , the unit of measurement of the signal;
ХП - постоянная составляющая сигнала, единицы измерения сигнала;X P - the constant component of the signal, the unit of measurement of the signal;
ki=Xm sin(ωti) - значение гармонического сигнала в момент времени ti, единицы измерения сигнала;k i = X m sin (ωt i ) is the value of the harmonic signal at time t i , the unit of measurement of the signal;
ki-1=Xm sin(ωti-1) - значение гармонического сигнала в момент времениk i-1 = X m sin (ωt i-1 ) is the value of the harmonic signal at time
ti-1, единицы измерения сигнала;t i-1 , signal units;
Xm - амплитудное значение гармонического сигнала, единицы измерения сигнала, В или А.X m - the amplitude value of the harmonic signal, the signal units, V or A.
Во втором независимом пункте формулы изобретения раскрыта техническая сущность способа определения параметров искажения гармонических сигналов, используемого при мультипликативном воздействии, которая заключается в том, что устанавливают убывающий тип искажения гармонических сигналов мультипликативной апериодической составляющей и вычисляют величину постоянной составляющей в сигналах, и отличается тем, что для определения начального значения мультипликативной апериодической составляющей сигнала Ам и постоянной времени затухания апериодической составляющей сигнала τм постоянно N раз в течение периода Т и в каждый текущий момент времени ti, i=1, 2, …, N, измеряют и фиксируют мгновенные значения сигнала x(ti), и вычисляют значения убывающей мультипликативной апериодической составляющей сигнала Ам и постоянной времени затухания апериодической составляющей сигнала τм только по двум подряд идущим измерениям мгновенных значений сигнала x(ti) и x(ti-1) по следующим математическим выражениям:In the second independent claim, the technical essence of the method for determining the parameters of distortion of harmonic signals used in a multiplicative effect is disclosed, which consists in setting a decreasing type of distortion of harmonic signals in a multiplicative aperiodic component and calculating the magnitude of the constant component in the signals, and differs in that for determining the initial value of the multiplicative aperiodic component of the signal A m and the attenuation time constant the aperiodic component of the signal τ m constantly N times during the period T and at each current point in time t i , i = 1, 2, ..., N, measure and record the instantaneous values of the signal x (t i ), and calculate the values of the decreasing multiplicative aperiodic the signal component A m and the decay time constant of the aperiodic signal component τ m only by two consecutive measurements of the instantaneous values of the signal x (t i ) and x (t i-1 ) according to the following mathematical expressions:
Ам=(x(ti)-ХП)⋅exp(ti/τм)/ki,A m = (x (t i ) -X P ) ⋅exp (t i / τ m ) / k i ,
τм=(ti-ti-1)/ln((x(ti-1)-ХП)ki/((x(ti)-ХП)ki-1)),τ m = (t i -t i-1 ) / ln ((x (t i-1 ) -Х П ) k i / ((x (t i ) -Х П ) k i-1 )),
где Ам. - начальное значение мультипликативной апериодической составляющей, единицы сигнала: для напряжения - вольты, В, для тока - амперы, А;where A m is the initial value of the multiplicative aperiodic component, signal units: for voltage - volts, V, for current - amperes, A;
τм - постоянная времени затухания мультипликативной апериодической составляющей сигнала, с;τ m is the decay time constant of the multiplicative aperiodic component of the signal, s;
x(ti) - текущее значение измеряемого сигнала в момент времени ti, единицы измерения сигнала;x (t i ) is the current value of the measured signal at time t i , the unit of measurement of the signal;
x(ti-1) - предыдущее значение этого же сигнала в момент времени ti-1, единицы измерения сигнала;x (t i-1 ) is the previous value of the same signal at time t i-1 , the unit of measurement of the signal;
ХП - постоянная составляющая сигнала, единицы измерения сигнала;X P - the constant component of the signal, the unit of measurement of the signal;
ki=sin(ωti) - значение гармонического сигнала в момент времени ti, единицы измерения сигнала;k i = sin (ωt i ) is the value of the harmonic signal at time t i , the unit of measurement of the signal;
ki-1=sin(ωti-1) - значение гармонического сигнала в момент времени ti-1, единицы измерения сигнала.k i-1 = sin (ωt i-1 ) is the value of the harmonic signal at time t i-1 , the unit of measurement of the signal.
Отличия от прототипа доказывают новизну технических решений, охарактеризованных в п. 1 и п. 2 формулы изобретения.Differences from the prototype prove the novelty of the technical solutions described in
Новый подход позволяет обеспечить для быстро протекающего переходного процесса длительностью менее одного периода возможность определения параметров с целью дальнейшего исследования характеристик электрической цепи, а также сократить время измерения и повысить точность измерения, что подтверждает соответствие заявляемых технических решений условию патентоспособности «промышленная применимость».The new approach allows providing for a fast-moving transient with a duration of less than one period the possibility of determining the parameters in order to further study the characteristics of the electric circuit, as well as reduce the measurement time and increase the accuracy of measurement, which confirms the compliance of the claimed technical solutions with the patentability condition “industrial applicability”.
Из уровня техники неизвестны отличительные существенные признаки заявляемого способа, охарактеризованного в формуле изобретения, что подтверждает их соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень».From the prior art, the distinctive essential features of the proposed method, described in the claims, are unknown, which confirms their compliance with the condition of patentability "inventive step".
Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
на фиг. 1 - график убывающей аддитивной апериодической и постоянной составляющих искажения гармонического сигнала;in FIG. 1 is a graph of a decreasing additive aperiodic and constant components of harmonic signal distortion;
на фиг. 2 - график убывающей мультипликативной апериодической и постоянной составляющих искажения гармонического сигнала.in FIG. 2 is a graph of a decreasing multiplicative aperiodic and constant components of harmonic signal distortion.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
При наличии быстро протекающего переходного процесса, обусловленного отключением или сбросом нагрузки, а также критическим режимом (обрывы фазных проводов), появляются искажения гармонических сигналов. Это убывающая либо аддитивная апериодическая составляющая, описываемая выражениемIn the presence of a rapidly proceeding transient process due to disconnection or discharge of the load, as well as the critical mode (phase wire breaks), distortion of harmonic signals appears. This is a decreasing or additive aperiodic component described by the expression
либо мультипликативная апериодическая составляющая, описываемая выражениемor the multiplicative aperiodic component described by the expression
где в обоих математических выражениях (1) и (2) используются следующие обозначения:where in both mathematical expressions (1) and (2) the following notation is used:
x(ti) - результат измерения электрического сигнала (ток и/или напряжение, i(t), u(t) с частотой ƒ) в момент времени ti, единицы измерения сигнала, В или А;x (t i ) is the result of measuring an electrical signal (current and / or voltage, i (t), u (t) with a frequency ƒ) at time t i , the signal unit, V or A;
ХП - постоянная составляющая, которая перемещает электрический сигнал параллельно оси абсцисс вверх или вниз в зависимости от знака и величины ХП, постоянная составляющая всегда носит аддитивный характер;X P - constant component, which moves the electrical signal parallel to the abscissa axis up or down depending on the sign and value of X P , the constant component is always additive;
Xm - амплитудное значение гармонического сигнала, единицы измерения сигнала, В или А;X m - the amplitude value of the harmonic signal, the signal unit, V or A;
ω=2πƒ - круговая частота, рад/с;ω = 2πƒ - circular frequency, rad / s;
ƒ- частота гармонического сигнала, Гц;ƒ - harmonic signal frequency, Hz;
ϕ - фаза гармонического сигнала, рад;ϕ is the phase of the harmonic signal, rad;
Aa - начальное значение аддитивной апериодической составляющей, единицы сигнала, В или А;A a is the initial value of the additive aperiodic component, the signal unit, B or A;
τа - постоянная времени затухания аддитивной апериодической составляющей, с;τ a is the decay time constant of the additive aperiodic component, s;
Ам - начальное значение мультипликативной апериодической составляющей, единицы сигнала, В или А;And m is the initial value of the multiplicative aperiodic component, the signal unit, B or A;
τм - постоянная времени затухания мультипликативной апериодической составляющей, с. τ m is the decay time constant of the multiplicative aperiodic component, s.
Значение фазы гармонического сигнала ϕ для решения задачи определения параметров апериодической составляющей в электрическом сигнале не играет роли.The value of the phase of the harmonic signal ϕ for solving the problem of determining the parameters of the aperiodic component in the electric signal does not play a role.
Значение частоты гармонического сигнала ƒ остается неизменным при любых коммутациях, обрывах фазных проводов и переходных процессах.The value of the frequency of the harmonic signal неизмен remains unchanged for any switching, phase-wire breakage and transient.
Индексы «а» и «м» в обозначении начального значения А и постоянной времени затухания τ означают соответственно «аддитивный» и «мультипликативный».The indices “ a ” and “m” in the designation of the initial value of A and the decay time constant τ mean “additive” and “multiplicative”, respectively.
Графики аддитивного и мультипликативного апериодического процессов отличаются тем, что в аддитивном процессе, представленном на фиг. 1, кривая гармонического сигнала (синусоида) с постоянной амплитудой, равной три единицы измерения сигнала, «нанизана» на апериодическую кривую с параметрами Аа=5 единиц измерения сигнала и τа=0,01 с и спадает вместе с ней. Эти две связанные кривые перемещаются параллельно оси абсцисс вверх или вниз в зависимости от знака и величины постоянной составляющей. На фиг. 1 постоянная составляющая ХП=2 единицы измерения сигнала.The graphs of the additive and multiplicative aperiodic processes differ in that in the additive process shown in FIG. 1, a harmonic signal (sinusoid) curve with a constant amplitude equal to three signal units is “strung” onto an aperiodic curve with parameters A a = 5 signal units and τ a = 0.01 s and decreases with it. These two connected curves move parallel to the abscissa axis up or down depending on the sign and magnitude of the constant component. In FIG. 1 constant component X P = 2 units of signal measurement.
На графике мультипликативного апериодического процесса, представленном на фиг. 2, видно, что ось кривой гармонического сигнала (синусоиды) либо совпадает с осью абсцисс, когда нет постоянной составляющей, либо перемещается параллельно оси абсцисс вверх или вниз в зависимости от знака и величины постоянной составляющей (в данном случае постоянная составляющая ХП=2 единицы измерения сигнала), а все апериодические изменения связаны только с изменением амплитудного значения гармонического сигнала. Значения параметров аналогичны фиг. 1 и имеют следующие значения: Ам=5 единиц измерения сигнала, τм=0,01 с, ХП=2 единицы измерения сигнала.In the graph of the multiplicative aperiodic process shown in FIG. 2, it can be seen that the axis of the curve of the harmonic signal (sinusoid) either coincides with the abscissa axis when there is no constant component, or moves parallel to the abscissa axis up or down depending on the sign and value of the constant component (in this case, the constant component X П = 2 units signal measurement), and all aperiodic changes are associated only with a change in the amplitude value of the harmonic signal. The parameter values are similar to FIG. 1 and have the following meanings: A m = 5 units of signal measurement, τ m = 0.01 s, X P = 2 units of signal measurement.
При мультипликативном воздействии апериодической составляющей, согласно выражению (2), амплитудное значение гармонического сигнала следует за начальным значением апериодической составляющей и в каждый момент времени равно ему, как это видно на фиг. 2.Under the multiplicative action of the aperiodic component, according to expression (2), the amplitude value of the harmonic signal follows the initial value of the aperiodic component and is equal to it at each moment of time, as can be seen in FIG. 2.
Ускорить процесс определения параметров апериодической составляющей сигнала позволяют следующие обстоятельства.The following circumstances allow to accelerate the process of determining the parameters of the aperiodic component of the signal.
Постоянная составляющая, которая перемещает электрический сигнал параллельно оси абсцисс вверх или вниз в зависимости от знака и величины ХП, обусловлена или преобразованием переменного электрического сигнала, например его выпрямлением, или несимметричной пофазной нагрузкой. Значение постоянной составляющей постоянно уточняется разными способами и алгоритмами в процессе работы энергосистемы. Например, по способу прототипа или по нулевой последовательности при разложении сигнала, наконец, по прямому измерению сигналов и последующему вычислению (Бессонов Л.А.). Поэтому значение постоянной составляющей определено заранее и может быть использовано как известная величина для вычисления параметров искажения гармонических сигналов, то есть начального значения и постоянной времени затухания аддитивной апериодической составляющей.The constant component, which moves the electric signal parallel to the abscissa axis up or down depending on the sign and value of X P , is caused either by the conversion of an alternating electric signal, for example, by its rectification, or by an asymmetric phase load. The value of the constant component is constantly updated in various ways and algorithms during the operation of the power system. For example, by the method of the prototype or by the zero sequence during the decomposition of the signal, finally, by direct measurement of the signals and the subsequent calculation (Bessonov L.A.). Therefore, the value of the constant component is predetermined and can be used as a known value for calculating the distortion parameters of harmonic signals, that is, the initial value and the decay time constant of the additive aperiodic component.
При аддитивном воздействии апериодической составляющей полагается, что амплитудное значение гармонического сигнала в процессе быстро протекающего переходного процесса не изменяется. Это потому, что, во-первых, все изменения, связанные с переходным процессом, заключены в слагаемое, описывающее апериодическую составляющую сигнала. Во-вторых, измерение и расчет параметров апериодической составляющей сигнала, которая входит в виде слагаемого выражения (1), осуществляется в течение первого полупериода, когда релейная защита еще не сработала и параметры нагрузки остались неизменными, в том числе и амплитудное значение гармонического сигнала. Нормативные документы релейной защиты предписывают время ее срабатывания равным половине периода, то есть 0,01 с. With the additive action of the aperiodic component, it is assumed that the amplitude value of the harmonic signal does not change during the rapidly proceeding transient process. This is because, firstly, all changes associated with the transient are enclosed in a term describing the aperiodic component of the signal. Secondly, the measurement and calculation of the parameters of the aperiodic component of the signal, which comes in the form of the term expression (1), is carried out during the first half period when the relay protection has not yet worked and the load parameters have remained unchanged, including the amplitude value of the harmonic signal. Normative documents of relay protection prescribe the time of its operation equal to half the period, that is, 0.01 s.
Амплитудное значение гармонического сигнала Xm может быть определено из действующего значения Х∂, которая всегда измеряется и контролируется диспетчерскими службами, по известному выражениюThe amplitude value of the harmonic signal X m can be determined from the actual value X ∂ , which is always measured and controlled by dispatch services, according to the well-known expression
. .
Поэтому амплитудное значение гармонического сигнала при аддитивном воздействии апериодической составляющей может быть использовано как известная величина для вычисления параметров искажения гармонических сигналов.Therefore, the amplitude value of the harmonic signal under the additive action of the aperiodic component can be used as a known quantity for calculating the distortion parameters of harmonic signals.
Наконец, последнее обстоятельство касается вычисления значений гармонической функции sin(ωti). Международный Стандарт IEEE Std С37.111-1999 «Общий формат обмена данными переходного процесса в энергетических системах (COMTRADE)», с учетом требований которого построены все цифровые измерительные приборы, точно предписывает N - количество измерений мгновенных значений сигнала в течение периода. В стандарте приведен ряд значений N, которые можно использовать. Количество измерений определяет точность прибора, чем больше измерений, тем точнее прибор. Таким образом, угловые значения ωti, i=1, 2, …, N, для каждого прибора фиксированы, так как ti=Δt⋅i, i=1, 2, …, N, где Δt=T/N - шаг дискретизации сигнала x(ti) по времени, Т - период гармонического сигнала. А это значит, что для каждого конкретного прибора значения гармонической функции sin(ωti) фиксированы и могут быть подсчитаны заранее.Finally, the last circumstance concerns the calculation of the values of the harmonic function sin (ωt i ). The International Standard IEEE Std С37.111-1999 “General Transitional Data Exchange Format in Power Systems (COMTRADE)”, taking into account the requirements of which all digital measuring instruments are built, precisely prescribes N - the number of measurements of the instantaneous signal values over a period. The standard contains a number of N values that can be used. The number of measurements determines the accuracy of the device, the more measurements, the more accurate the device. Thus, the angular values of ωt i , i = 1, 2, ..., N, for each device are fixed, since t i = Δt⋅i, i = 1, 2, ..., N, where Δt = T / N is the step discretization of the signal x (t i ) in time, T is the period of the harmonic signal. And this means that for each particular device the values of the harmonic function sin (ωt i ) are fixed and can be calculated in advance.
С учетом перечисленных обстоятельств математические выражения (1) и (2) могут быть записаны в следующем виде:Given these circumstances, mathematical expressions (1) and (2) can be written in the following form:
где слева от знака равенства выражений (3) и (4) собраны результаты измерения и известные величины, а справа от знака равенства - неизвестные параметры апериодической составляющей. Используя результаты предыдущего измерения в момент времени ti-1, получим выражения, аналогичные (3) и (4), поделив которые друг на друга, соответственно для идентичного типа искажения гармонических сигналов, получим математические выражения:where the measurement results and known quantities are collected to the left of the equal sign of expressions (3) and (4), and unknown parameters of the aperiodic component are to the right of the equal sign. Using the results of the previous measurement at time t i-1 , we obtain expressions similar to (3) and (4), dividing them into each other, respectively, for the identical type of distortion of harmonic signals, we obtain the mathematical expressions:
, ,
, ,
в которых отсутствует один неизвестный параметр - начальное значение апериодической составляющей. Прологарифмировав полученные выражения и решив их относительно другого неизвестного параметра, найдем его, то есть постоянную времени апериодической составляющей. Именно эти выражения приведены в двух независимых пунктах формулы изобретения соответственно для аддитивной и мультипликативной апериодической составляющей.in which there is no one unknown parameter - the initial value of the aperiodic component. Having logarithm the obtained expressions and solving them with respect to another unknown parameter, we find it, that is, the time constant of the aperiodic component. It is these expressions that are given in two independent claims, respectively, for the additive and multiplicative aperiodic component.
Подставляя полученное значение постоянной времени апериодической составляющей в выражения (3) и (4), найдем математические выражения для определения начального значения апериодической составляющей, которые и приведены в двух независимых пунктах формулы изобретения соответственно для аддитивной и мультипликативной апериодической составляющей искажения гармонических сигналов.Substituting the obtained value of the time constant of the aperiodic component in expressions (3) and (4), we find mathematical expressions for determining the initial value of the aperiodic component, which are given in two independent claims, respectively, for the additive and multiplicative aperiodic component of distortion of harmonic signals.
На точность вычисления параметров апериодической составляющей электрического сигнала оказывает влияние еще одна компонента - это стохастическая компонента, обусловленная случайным характером моментов включения и отключения нагрузки. Использование двух рядом расположенных мгновенных значений сигнала x(ti) и x(ti-1) для определения параметров апериодической составляющей сигнала позволяет до N/2 раз увеличить число измерений в течение одного полупериода, пока по установленным правилам релейная защита еще не сработала. Это позволяет существенно повысить точность вычислений, так как усреднение вычисленного значения некоторого параметра Sj, j=1, …, n, по выражениюAnother component influences the accuracy of calculating the parameters of the aperiodic component of the electric signal - this is the stochastic component due to the random nature of the moments of switching on and off the load. The use of two adjacent instantaneous signal values x (t i ) and x (t i-1 ) to determine the parameters of the aperiodic component of the signal allows to increase the number of measurements up to N / 2 times during one half period, while according to the established rules the relay protection has not yet worked. This allows you to significantly improve the accuracy of calculations, since the averaging of the calculated value of some parameter S j , j = 1, ..., n, by the expression
где суммирование ведется по j=1, …, n,where the summation is over j = 1, ..., n,
S - среднее значение некоторого параметра, например, постоянной времени затухания,S is the average value of some parameter, for example, the decay time constant,
n - количество вычислений этого параметра, по которым производится усреднение, а в нашем случае n=N/2,n is the number of calculations of this parameter over which averaging is performed, and in our case n = N / 2,
позволяет увеличить точность результатов вычисления всех параметров, уменьшая дисперсию (разброс) значений каждого параметра в N/2 раз.allows you to increase the accuracy of the calculation results of all parameters, reducing the variance (scatter) of the values of each parameter in N / 2 times.
В качестве примера в таблице приведен фрагмент переходного процесса, содержащий 0,001 секунды от его начала. Всего 8 первых измерений из N=128 за период. Этого времени достаточно для определения восемь раз всех параметров аддитивной апериодической составляющей и семь раз для мультипликативной апериодической составляющей, так как деление на ноль - запрещенная операция.As an example, the table shows a fragment of a transient process containing 0.001 seconds from its beginning. Only 8 first measurements from N = 128 per period. This time is enough to determine eight times all the parameters of the additive aperiodic component and seven times for the multiplicative aperiodic component, since division by zero is a forbidden operation.
Для N=128 получим: шаг дискретизации Δt=T/N=0,02/128=0,00015625.For N = 128 we get: the sampling step Δt = T / N = 0.02 / 128 = 0.00015625.
Данные в таблице приведены для аддитивной, согласно выражению (1), и для мультипликативной, согласно выражению (2), апериодических составляющих искажения гармонических сигналов при наличии постоянной составляющей. Данные получены при следующих значениях параметров (в условных единицах измерения сигнала):The data in the table are given for the additive, according to expression (1), and for the multiplicative, according to expression (2), aperiodic components of the distortion of harmonic signals in the presence of a constant component. Data was obtained with the following parameter values (in arbitrary units of signal measurement):
постоянная составляющая ХП=2,constant component X P = 2,
начальное значение апериодической составляющей А=5,the initial value of the aperiodic component A = 5,
значение постоянной времени затухания апериодической составляющей τ=0,01 с,the value of the decay time constant of the aperiodic component τ = 0.01 s,
амплитудное значение гармонического сигнала Xm=3 для аддитивной модели, согласно выражению (1).the amplitude value of the harmonic signal X m = 3 for the additive model, according to expression (1).
Подставляя данные из таблицы в выражения для определения параметров искажения гармонических сигналов при аддитивной апериодической составляющей, например для третьего и второго измерений, то есть при i=3, получимSubstituting the data from the table into the expressions for determining the distortion parameters of harmonic signals with the additive aperiodic component, for example, for the third and second dimensions, that is, for i = 3, we obtain
, ,
. .
Аналогично можно подсчитать значение параметров искажения для возрастающей мультипликативной апериодической составляющей, то есть для последней колонки таблицы. Выполнив расчеты по математическим выражениям, приведенные в п. 2 формулы изобретения,Similarly, we can calculate the value of the distortion parameters for the increasing multiplicative aperiodic component, that is, for the last column of the table. Having performed the calculations using mathematical expressions given in
, ,
, ,
получим следующие результаты: τм=0,01, Ам=5.we obtain the following results: τ m = 0.01, A m = 5.
Вычисленные значения параметров как аддитивной, так и мультипликативной апериодической составляющих искажения гармонического сигнала по математическим выражениям, приведенным в двух независимых пунктах формулы изобретения предлагаемого способа, дают абсолютно точный результат. Причина этого - отсутствие стохастической компоненты, обусловленной случайным характером моментов включения и отключения нагрузки. Однако, учитывая факт огромного количества потребителей электрической энергии, можно считать, что стохастическая компонента имеет характер «белого шума», то есть ее математическое ожидание равно нулю. И, при большом числе n вычисления значений параметров, результаты вычислений будут стремиться к точному значению. Использование выражения (5) позволяет увеличить точность результатов вычисления всех параметров, уменьшая дисперсию (разброс) значений каждого параметра в n раз.The calculated values of the parameters of both the additive and multiplicative aperiodic components of the harmonic signal distortion according to the mathematical expressions given in two independent claims of the proposed method give an absolutely accurate result. The reason for this is the absence of a stochastic component due to the random nature of the moments of switching on and off the load. However, given the fact of a huge number of consumers of electric energy, it can be considered that the stochastic component has the character of “white noise”, that is, its mathematical expectation is zero. And, with a large number n of calculating the parameter values, the calculation results will tend to the exact value. Using expression (5) allows to increase the accuracy of the calculation results of all parameters, reducing the variance (scatter) of the values of each parameter n times.
Графики, приведенные на фиг. 1 и фиг. 2, построены на базе данных таблицы, если ее продолжить на полтора периода. Кривая, проведенная сплошной жирной линией, показывает апериодическую составляющую, кривая, проведенная пунктирной линией, показывает гармонический сигнал. Прямая линия, параллельная оси абсцисс и проведенная сплошной тонкой линией, показывает постоянную составляющую.The graphs shown in FIG. 1 and FIG. 2, are built on the database of the table, if it is continued for a half period. The curve drawn by the solid bold line shows the aperiodic component, the curve drawn by the dashed line shows the harmonic signal. A straight line parallel to the abscissa axis and drawn by a solid thin line shows the constant component.
Claims (22)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015143516A RU2608854C1 (en) | 2015-10-12 | 2015-10-12 | Method of harmonic signals distortion parameters determining (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015143516A RU2608854C1 (en) | 2015-10-12 | 2015-10-12 | Method of harmonic signals distortion parameters determining (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2608854C1 true RU2608854C1 (en) | 2017-01-25 |
Family
ID=58456968
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015143516A RU2608854C1 (en) | 2015-10-12 | 2015-10-12 | Method of harmonic signals distortion parameters determining (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2608854C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3582782A (en) * | 1968-04-24 | 1971-06-01 | Bell Telephone Labor Inc | Harmonic sine wave data transmission system |
US5125100A (en) * | 1990-07-02 | 1992-06-23 | Katznelson Ron D | Optimal signal synthesis for distortion cancelling multicarrier systems |
RU2331154C2 (en) * | 2005-08-01 | 2008-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" | Method of electrical signal processing |
RU2379823C2 (en) * | 2008-02-28 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" | Method to identify aperiodic or constant component in electric signal |
-
2015
- 2015-10-12 RU RU2015143516A patent/RU2608854C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3582782A (en) * | 1968-04-24 | 1971-06-01 | Bell Telephone Labor Inc | Harmonic sine wave data transmission system |
US5125100A (en) * | 1990-07-02 | 1992-06-23 | Katznelson Ron D | Optimal signal synthesis for distortion cancelling multicarrier systems |
RU2331154C2 (en) * | 2005-08-01 | 2008-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" | Method of electrical signal processing |
RU2379823C2 (en) * | 2008-02-28 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" | Method to identify aperiodic or constant component in electric signal |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kavaskar et al. | Detection of high impedance fault in distribution networks | |
Ji et al. | Disturbance detection, location and classification in phase space | |
CN110991818B (en) | Load identification method integrating event detection and neural network | |
KR20060045773A (en) | Method of and device for insulation monitoring | |
RU2012105952A (en) | DEVICE AND METHOD FOR GLYCEMIA DATA PROCESSING | |
CN110632372B (en) | Monitoring method for direct current magnetic bias of power transformer | |
CN108828345B (en) | Method and system for identifying silicon controlled load in power line | |
Gokozan et al. | A neural network based approach to estimate of power system harmonics for an induction furnace under the different load conditions | |
Vanfretti et al. | A phasor measurement unit based fast real-time oscillation detection application for monitoring wind-farm-to-grid sub–synchronous dynamics | |
de Apráiz et al. | A real-time method for time–frequency detection of transient disturbances in voltage supply systems | |
RU2567092C2 (en) | Method for identification of harmonic signal distortion and determination of distortion parameters (versions) | |
RU2608854C1 (en) | Method of harmonic signals distortion parameters determining (versions) | |
CN104977514B (en) | A kind of hvdc transmission line discharge inception voltage decision method | |
RU2594361C1 (en) | Method for relay protection of a power facility | |
Javor et al. | Analytical representation of measured lightning currents and its application to electromagnetic field estimation | |
RU2531038C2 (en) | Method for monitoring state of electrical network and power facility and device for its implementation | |
RU2585966C1 (en) | Method for determining value and time of thermal effect of short circuit current | |
KR102342450B1 (en) | Apparatus for detecting nonlinear oscillation in power network and method thereof | |
CN101399444A (en) | Characteristic evaluation method for influence of capacitor switching to dynamic voltage oscillation | |
JP2019095315A (en) | Noise evaluation device, noise evaluation method, and noise evaluation program | |
RU2563556C1 (en) | Method for determining phase shift angle between sine signals (versions) | |
RU2175138C1 (en) | Method and device for measuring power circuit insulation resistance in live electrical equipment of vehicles | |
RU2543934C1 (en) | Method for identification of harmonic signal distortion and determination of distortion parameters at multiplicative effect (versions) | |
RU2711548C1 (en) | Method of determining resistance of a rail line | |
CN109521253A (en) | A kind of bus tracks and identifies method and system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201013 |