DE19855017A1 - Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das eine komplexe Zeigermeßgröße als fehlerbehaftet kennzeichnet - Google Patents
Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das eine komplexe Zeigermeßgröße als fehlerbehaftet kennzeichnetInfo
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Abstract
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals anzugeben, das eine gemessene komplexe Zeigermeßgröße im Falle eines Meßfehlers als fehlerbehaftet kennzeichnet. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals (S1, S2), das eine komplexe Zeigermeßgröße (Z) als fehlerbehaftet kennzeichnet, bei dem ein elektrisches Meßsignal (Y(t)) abgetastet und unter Bildung von Abtastwerten (Y¶k¶) digital gewandelt wird, aus den Abtastwerten (Y¶k¶) in digitalen Filtern (10, 15, 20) Amplituden von in dem Meßsignal enthaltenen Meßwertanteilen gefiltert werden, die Zeigermeßgröße (Z) hinsichtlich Betrag und Phase mit den Meßwertanteilen (A, B, C) gebildet wird, mit den Amplituden (A, B, C) der drei Meßwertanteile Kontrollwerte (Y'¶k¶) ermittelt werden, die den Abtastwerten (Y¶k¶) jeweils zeitlich zugeordnet werden, und das Fehlersignal (S2) erzeugt wird, wenn ein aus der Differenz zwischen den Kontrollwerten (Y'¶k¶) und den jeweils zugeordneten Abtastwerten (Y¶k¶) gewonnener Varianzwert (V) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Description
Es ist bekannt (Sachdev, Nagpal, IEEE Transactions on Power
Delivery, Vol. 6, NO. 3 July 1991, "A recursive least error
squares algorithm for power system relaying and measurement
applications"), aus Abtastwerten eines elektrischen Meßsi
gnals gezielt Signalanteile herauszufiltern, die in dem
Meßsignal enthalten sind; hierzu können rekursive oder
nichtrekursive Digitalfilter verwendet werden, die unter
Heranziehung eines im Hinblick auf die zu erwartenden
Eigenschaften des Meßsignals zugrunde gelegten Signalmodells
für das Meßsignal entworfen sind. Aus der o. g. Druckschrift
ist beispielsweise ein Signalmodell für ein elektrisches
Meßsignal einer Wechselstrom-Energieübertragungsleitung
bekannt, das mathematisch wie folgt beschrieben ist:
mit
ko Betrag eines in dem Meßsignal i(t) enthaltenen, exponentiell abklingenden Meßsignalanteils
τ Abklingkonstante
ω0 Kreisfrequenz der Grundwelle
k1 Betrag bzw. Amplitude der Grundwelle
θ1 Phasenlage der Grundwelle
km Betrag bzw. Amplitude der m-ten Oberwelle
θm Phasenlage der m-ten Oberwelle
ωm Kreisfrequenz der m-ten Oberwelle
ko Betrag eines in dem Meßsignal i(t) enthaltenen, exponentiell abklingenden Meßsignalanteils
τ Abklingkonstante
ω0 Kreisfrequenz der Grundwelle
k1 Betrag bzw. Amplitude der Grundwelle
θ1 Phasenlage der Grundwelle
km Betrag bzw. Amplitude der m-ten Oberwelle
θm Phasenlage der m-ten Oberwelle
ωm Kreisfrequenz der m-ten Oberwelle
Die Konstante k1 dieses Signalmodells läßt sich als Amplitude
einer komplexen Zeigermeßgröße der Grundschwingung des elek
trischen Meßsignals und θ1 als Phasenlage dieser komplexen
Zeigermeßgröße auffassen. Aus der o. g. Druckschrift läßt
sich damit also ein Verfahren zum Messen einer komplexen
Zeigermeßgröße eines elektrischen Meßsignals entnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Erzeugen eines Fehlersignals anzugeben, das eine gemessene
komplexe Zeigermeßgröße im Falle eines Meßfehlers als fehler
behaftet kennzeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren
zum Erzeugen eines Fehlersignals, das einen beim Messen einer
komplexen Zeigermeßgröße aufgetretenen Meßfehler kennzeich
net, bei dem ein elektrisches Meßsignal abgetastet und unter
Bildung von Abtastwerten digital gewandelt wird, die Abtast
werte in einem ersten digitalen Filter unter Bildung einer
Amplitude eines ersten mit der Grundfrequenz des Meßsignals
schwingenden Meßwertanteils gefiltert werden, die Abtastwerte
in einem zweiten digitalen Filter unter Bildung einer Ampli
tude eines zweiten Meßwertanteils gefiltert werden, der einen
in dem Meßsignal enthaltenen exponentiell abklingenden Meß
signalanteil berücksichtigt, die Abtastwerte in einem dritten
digitalen Filter unter Bildung einer Amplitude eines mit der
Grundfrequenz des Meßsignals schwingenden dritten Meßwert
anteils gefiltert werden, wobei der dritte Meßwertanteil zu
dem ersten Meßwertanteil orthogonal ist, die Zeigermeßgröße
hinsichtlich Betrag und Phase mit den drei Meßwertanteilen
gebildet wird, mit den Amplituden der drei Meßwertanteile
Kontrollwerte ermittelt werden, die den Abtastwerten jeweils
zeitlich zugeordnet werden, und das Fehlersignal erzeugt
wird, wenn ein aus der Differenz zwischen den Kontrollwerten
und den jeweils zugeordneten Abtastwerten gewonnener Va
rianzwert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be
steht darin, daß mit diesem eine aus Abtastwerten gebildete
Zeigermeßgröße in sehr einfacher Weise auf einen Meßfehler
hin überwacht werden kann; konkret wird nämlich ein Fehlersi
gnal erzeugt, wenn die gemessene Zeigermeßgröße fehlerbehaf
tet ist. Hierzu werden gemäß der Erfindung anschaulich
beschrieben mit den drei Meßwertanteilen Abtastwerte in Form
der Kontrollwerte zurückgerechnet, und es werden diese mit
den tatsächlichen Abtastwerten verglichen. Ist die Abweichung
zwischen den gemessenen Abtastwerten und den zu
rückgerechneten Abtastwerten bzw. Kontrollwerten zu groß, so
wird das Fehlersignal erzeugt.
Besonders zuverlässig läßt sich das Fehlersignal bestimmen,
wenn zum Ermitteln der Zeigermeßgröße ein Signalmodell für
das elektrische Signal herangezogen wird gemäß
wobei TA die Abtastperiodendauer, mit der das elektrische
Meßsignal abgetastet wird, τ eine Abklingkonstante, ωO die
Grundkreisfrequenz des Meßsignals, k die Laufvariable für den
Abtastzeitpunkt, ein Koeffizient A die Amplitude des ersten
Meßwertanteils, ein Koeffizient B die Amplitude des zweiten
Meßwertanteils, ein Koeffizient C die Amplitude des dritten
Meßwertanteils und Yk die Abtastwerte bezeichnet, indem als
das erste Filter ein Filter verwendet wird, das den
Koeffizienten A ausgibt, als das zweite Filter ein Filter
verwendet wird, das den Koeffizienten B ausgibt und als das
dritte Filter ein Filter verwendet wird, das den
Koeffizienten C ausgibt. Bei dieser Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens wird hinsichtlich des
Signalmodells davon ausgegangen, daß der exponentiell ab
klingende Meßsignalanteil mit dem "Cosinus-Anteil" der Grund
schwingung des Meßsignals verknüpft ist, wodurch eine beson
ders große Genauigkeit bei der Bestimmung des exponentiell
abklingenden Meßsignalanteiles im Rahmen der digitalen Filte
rung in dem zweiten digitalen Filter erreicht wird.
Noch genauer läßt sich eine fehlerbehaftete Zeigermeßgröße
erkennen, wenn ein zweites Fehlersignal erzeugt wird, wenn
die Amplitude des zweiten Meßwertanteils ein vorgegebenes
Vielfaches des Betrages des Zeigermeßgröße oder ein vor
gegebenes Vielfaches des Realteiles der Zeigermeßgröße
überschreitet; das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dieser
Weiterbildung nutzt die Erkenntnis, daß ein bei einem Sprung
des elektrischen Meßsignals auftretender, exponentiell
abklingender Meßsignalanteil betragsmäßig den Meßsignalanteil
der Grundschwingung des Meßsignals i. a. nicht wesentlich
übersteigt; dieser Sachverhalt läßt sich mathematisch anhand
der bekannten, die elektrische Signalübertragung auf
Leitungen beschreibenden Leitungsgleichungen nachweisen,
worauf hier nicht näher eingegangen werden soll.
Zur Erläuterung der Erfindung zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Durchfüh
ren des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für ein erstes digitales Fil
ter für die Anordnung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für ein zweites digitales
Filter für die Anordnung gemäß Fig. 1 und
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für ein drittes digitales
Filter für die Anordnung gemäß Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Abtasteinheit 5, mit der ein eingangssei
tig anliegendes elektrisches Meßsignal Y(t) abgetastet und in
Abtastwerte Yk digital gewandelt wird. Diese Abtastwerte Yk
werden an einem Ausgang A5 von der Abtasteinheit abgegeben;
der Abtasteinheit 5 sind an ihrem Ausgang A5 ein Eingang E10
eines ersten digitalen FIR-Filters 10, ein Eingang E15 eines
zweiten digitalen FIR-Filters 15, ein Eingang E20 eines drit
ten digitalen FIR-Filters 20 sowie ein Eingang E25 eines Va
rianzbildners 25 nachgeschaltet.
Dem ersten digitalen FIR-Filter 10 ist an seinem Ausgang A10
ein Eingang E30 einer Kontrolleinrichtung 30 nachgeordnet,
der an einem weiteren Eingang E30B ein Ausgang A15 des zwei
ten Digitalfilters 15 und an einem zusätzlichen Eingang E30C
ein Ausgang A20 des dritten digitalen FIR-Filters 20 vorge
ordnet ist. Der Kontrolleinrichtung 30 ist an einem Ausgang
A30A der Varianzbildner 25 mit einem weiteren Eingang E25B
nachgeordnet. Dem Varianzbildner 25 ist ausgangsseitig eine
Schwellenwertvergleichseinrichtung 35 nachgeschaltet, die
einen Ausgang A35 aufweist.
Die in der Abtasteinheit 5 aus dem elektrischen Meßsignal
Y(t) gebildeten Abtastwerte Yk gelangen zu dem ersten digita
len FIR-Filter 10, in dem aus den Abtastwerten Yk eine
Amplitude A eines ersten mit der Grundfrequenz ω0 des
Meßsignals Y(t) schwingenden Meßwertanteils A.sin(ω0kTA)
herausgefiltert wird; dieser erste Meßwertanteil ist also ein
sinusförmig schwingender Meßwertanteil.
Die Abtastwerte Yk gelangen außerdem zu dem zweiten digitalen
FIR-Filter 15, in dem aus den Abtastwerten Yk eine Amplitude
B eines zweiten Meßwertanteiles B(cos(ω0kTA)-e-t/ τ) herausge
filtert wird, der einen in dem Meßsignal Y(t) enthaltenen ex
ponentiell abklingenden Meßsignalanteil B.e-t/ τ berücksich
tigt.
Zusätzlich werden die Abtastwerte Yk zu dem dritten digitalen
FIR-Filter 20 übertragen, in dem eine Amplitude eines mit der
Grundfrequenz ω0 des Meßsignals Y(t) schwingender dritter
Meßwertanteil C.cos(ω0kTA) herausgefiltert wird, der
cosinusförmig schwingt und somit zu dem ersten Meßwertanteil
orthogonal ist.
Zusammengefaßt werden aus den Abtastwerten Yk also drei in
dem elektrischen Meßsignal Y(t) enthaltene Meßwertanteile er
mittelt; dabei wird für die Abtastwerte Yk also folgendes Si
gnalmodell herangezogen:
wobei TA die Abtastperiodendauer, mit der das elektrische
Meßsignal abgetastet wird, z eine Abklingkonstante, ω0 die
Grundkreisfrequenz des Meßsignals, k die Laufvariable für den
Abtastzeitpunkt, ein Koeffizient A die Amplitude des ersten
Meßwertanteils, ein Koeffizient B die Amplitude des zweiten
Meßwertanteils und ein Koeffizient C die Amplitude des
dritten Meßwertanteils bezeichnet.
Die drei Amplituden A, B und C werden zu der Kontrolleinrich
tung 30 übertragen, in der eine Zeigermeßgröße Z für das
elektrische Meßsignal Y(t) hinsichtlich Betrag und Phase mit
den drei Amplituden A, B und C der drei Meßwertanteile
gebildet wird:
In der Kontrolleinrichtung 30 wird darüber hinaus ein Fehler
signal S1 erzeugt, wenn die Amplitude B des zweiten Meßwert
anteils ein vorgegebenes Vielfaches N1 des Betrages |Z| der
Zeigermeßgröße Z oder ein vorgegebenes Vielfaches N2 des
Realteiles (B + C) der Zeigermeßgröße Z überschreitet; es
wird also das Fehlersignal S1 erzeugt, wenn gilt:
oder
B < N2.(B + C)
Das vorgegebene Vielfache N1 kann beispielsweise 1,25 und das
Vielfache N2 0,33 betragen.
Falls das Fehlersignal S1 erzeugt wird, so wird es an einem
weiteren Ausgang A30B der Kontrolleinrichtung 30 abgegeben.
In der Kontrolleinrichtung 30 werden aus den drei Amplituden
A, B und C außerdem Kontrollwerte Y'k erzeugt gemäß der Glei
chung:
Die Kontrollwerte Yk' können also als rückgerechnete Ab
tastwerte aufgefaßt werden.
Die Kontrollwerte Y'k werden zu dem Varianzbildner 25 über
tragen und dort den Abtastwerten Yk jeweils zeitlich zugeord
net. Anschließend wird ein Varianzwert V errechnet gemäß
wobei n die Anzahl der herangezogenen Abtast- bzw. Kontroll
werte bezeichnet (n = 5 . . . 15) und F die Größe einer Quanti
sierungsstufe beim Abtasten des Meßsignals Y(t) angibt; im
Falle eines Spannungssignals ist bei 100 Quantisierungsstufen
pro 1 V die Größe der Quantisierungsstufe beispielsweise
10 mV.
Dieser Varianzwert V wird zu der Schwellenwertvergleichsein
richtung 35 übertragen, die an ihrem Ausgang 35 ein
Fehlersignal S2 erzeugt, wenn der Varianzwert V einen vorge
gebenen Schwellenwert überschreitet. Der vorgegebene Schwel
lenwert kann bei Stromsignalen beispielsweise zwischen 0,06
und 0,8 und Spannungssignalen zwischen 0,01 und 5 liegen.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen Ausführungsbeispiele für das erste
digitale Filter 10, das zweite digitale Filter 15 sowie das
dritte digitale Filter 20 in Form von Amplituden und Phasen
gängen. Die drei Filter 10, 15 und 20 sind als fünfstufige
FIR-Filter ausgeführt; die Filterkoeffizienten lassen sich
der nachstehenden Tabelle entnehmen:
Die drei FIR-Filter 10, 15 und 20 bilden die Amplituden A, B
und C der Meßwertanteile also gemäß folgenden Gleichungen:
Man erkennt, daß die drei Amplituden A, B und C also
zeitabhängige Größen sind; dies wird in den Gleichungen durch
die Laufvariable k berücksichtigt.
Die Filterkoeffizienten a0, a1, a2, a3 und a4 wurden unter
Verwendung des bekannten Programmpakets Matlab® (THE MATH
WORKS Inc. Natick, Mass., USA) mit folgender Matlab®-
Quelldatei erzeugt:
% Berechnung des Schätzers
N = 5; % Fensterlänge
TA = 1e-3; % Abtastperiodendauer in s
T = 20e-3; % Dauer einer Netzperiode in s
Tau = 60e-3; % Zeitkonstante der aperiodischen Komponente
% Berechnung der FIR-Filter:
t = 0 : TA : (N-1)*TA;
g = [sin(2*pi/T*t); cos(2*pi/T*t)-exp(-t/Tau); cos(2*pi/T*t)];
gamma = g';
S = inv (g*g');
a = S(1,1)*g(1,:)+S(1,2)*g(2,:)+S(1,3)*g(3,:);
b = S(2,1)*g(1,:)+S(2,2)*g(2,:)+5(2,3)*g(3,:);
c = S(3,1)*g(1,:)+S(3,2)*g(2,:)+5(3,3)*g(3,:);
a = fliplr(a);
b = fliplr(b);
c = fliplr(c);
d = b + c; % cos-Filter (Realteil) bilden
% In a, b, c und d stehen nun die Filterkoeffizienten der FIR-Filter
% Frequenzgänge berechnen:
[A,f] = freqz(a,1,512,1000);
[B,f] = freqz(b,1,512,1000);
[C,f] = freqz(c,1,512,1000);
[D,f] = freqz(d,1,512,1000);
% Ausgabe der Frequenzgänge der FIR-Filter
% Berechnung des Schätzers
N = 5; % Fensterlänge
TA = 1e-3; % Abtastperiodendauer in s
T = 20e-3; % Dauer einer Netzperiode in s
Tau = 60e-3; % Zeitkonstante der aperiodischen Komponente
% Berechnung der FIR-Filter:
t = 0 : TA : (N-1)*TA;
g = [sin(2*pi/T*t); cos(2*pi/T*t)-exp(-t/Tau); cos(2*pi/T*t)];
gamma = g';
S = inv (g*g');
a = S(1,1)*g(1,:)+S(1,2)*g(2,:)+S(1,3)*g(3,:);
b = S(2,1)*g(1,:)+S(2,2)*g(2,:)+5(2,3)*g(3,:);
c = S(3,1)*g(1,:)+S(3,2)*g(2,:)+5(3,3)*g(3,:);
a = fliplr(a);
b = fliplr(b);
c = fliplr(c);
d = b + c; % cos-Filter (Realteil) bilden
% In a, b, c und d stehen nun die Filterkoeffizienten der FIR-Filter
% Frequenzgänge berechnen:
[A,f] = freqz(a,1,512,1000);
[B,f] = freqz(b,1,512,1000);
[C,f] = freqz(c,1,512,1000);
[D,f] = freqz(d,1,512,1000);
% Ausgabe der Frequenzgänge der FIR-Filter
figure (1)
subplot(2,1,1)
plot(f,abs(A),"black")
title("Frequenzgang SIN-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(A)")
grid
subplot(2,1,2)
plot(f,angle(A)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(A)/Grad")
grid
subplot(2,1,1)
plot(f,abs(A),"black")
title("Frequenzgang SIN-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(A)")
grid
subplot(2,1,2)
plot(f,angle(A)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(A)/Grad")
grid
figure (2)
subplot(2,1,1)
plot(f,abs(B),"black")
title("Frequenzgang EXP-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(C)")
grid
subplot(2,1,2)
plot(f,angle(B)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(C)/Grad")
grid
subplot(2,1,1)
plot(f,abs(B),"black")
title("Frequenzgang EXP-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(C)")
grid
subplot(2,1,2)
plot(f,angle(B)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(C)/Grad")
grid
figure (3)
subplot(2,1,1)
plot(f,abs(C),"black")
title("Frequenzgang Term COS")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(D)")gridsubplot(2,1,2)
plot(f,angle(C)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(D)/Grad")
grid
subplot(2,1,1)
plot(f,abs(C),"black")
title("Frequenzgang Term COS")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(D)")gridsubplot(2,1,2)
plot(f,angle(C)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(D)/Grad")
grid
figure (4)
subplot(2,1,1)
plot(f,abs(D),"black")
title("Frequenzgang COS-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(B)")
grid
subplot(2,1,2)
plot(f,angle(D)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(B)/Grad")
grid
% Ausgabe der Frequenzgänge im logarithmischen Maßstab:
subplot(2,1,1)
plot(f,abs(D),"black")
title("Frequenzgang COS-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(B)")
grid
subplot(2,1,2)
plot(f,angle(D)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(B)/Grad")
grid
% Ausgabe der Frequenzgänge im logarithmischen Maßstab:
figure (5)
subplot(2,1,1)
semilogx(f,20*log(abs(A)),"black")
title("Frequenzgang SIN-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(A)/dB")
grid
subplot(2,1,2)
semilogx(f,angle(A)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(A)/Grad")
grid
subplot(2,1,1)
semilogx(f,20*log(abs(A)),"black")
title("Frequenzgang SIN-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(A)/dB")
grid
subplot(2,1,2)
semilogx(f,angle(A)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(A)/Grad")
grid
figure (6)
subplot(2,1,1)
semilogx(f,20*log(abs(D)),"black")
title("Frequenzgang COS-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(B)/dB")
grid
subplot(2,1,2)
semilogx(f,angle(D)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(B)/Grad")
grid
subplot(2,1,1)
semilogx(f,20*log(abs(D)),"black")
title("Frequenzgang COS-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(B)/dB")
grid
subplot(2,1,2)
semilogx(f,angle(D)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(B)/Grad")
grid
figure (7)
subplot(2,1,1)
semilogx(f,20*log(abs(B)),"black")
title("Frequenzgang EXP-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(C)/dB")
grid
subplot(2,1,2)
semilogx(f,angle(B)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(C)/Grad")
grid
subplot(2,1,1)
semilogx(f,20*log(abs(B)),"black")
title("Frequenzgang EXP-Filter")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(C)/dB")
grid
subplot(2,1,2)
semilogx(f,angle(B)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(C)/Grad")
grid
figure (8)
subplot(2,1,1)
semilogx(f,20*log(abs(C)),"black")
title("Frequenzgang Cos-Term")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(D)/dB")
grid
subplot(2,1,2)
semilogx(f,angle(C)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(D)/Grad")
grid
subplot(2,1,1)
semilogx(f,20*log(abs(C)),"black")
title("Frequenzgang Cos-Term")
xlabel("f/Hz")
ylabel("H(D)/dB")
grid
subplot(2,1,2)
semilogx(f,angle(C)*(180/pi),"black")
xlabel("f/Hz")
ylabel("PHI(D)/Grad")
grid
Wie sich der Datei entnehmen läßt, sind die Filter 10, 15 und
20 als Optimalfilter zur Ausfilterung der jeweiligen
Signalanteile entworfen. Der Entwurf von Optimalfiltern im
allgemeinen läßt sich der einschlägigen Fachliteratur entneh
men (s. beispielsweise Thomas P. Krauss, Loren Shure, John N.
Little, THE MATH WORKS Inc. "Signal Processing Toolbox"; Hel
mut Schwarz, "Optimale Regelung und Filterung", Akademie-Ver
lag Berlin, 1981, Seiten 100 bis 116; Jürgen Wede und Diet
rich Werner, "Echtzeitprozeßmodelle auf der Basis von Parame
terschätzverfahren", VEB Verlag Technik Berlin, 1985, Seiten
30 bis 35; Jürgen Wernstedt, "Experimentelle Prozeßanalyse",
VEB Verlag Technik Berlin, 1989).
Die Anordnung gemäß Fig. 1 kann beispielsweise durch eine
entsprechend programmierte DV-Anlage gebildet sein.
Claims (4)
1. Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals (S1, S2), das
eine komplexe Zeigermeßgröße (Z) als fehlerbehaftet
kennzeichnet, bei dem
- - ein elektrisches Meßsignal (Y(t)) abgetastet und unter Bildung von Abtastwerten (Yk) digital gewandelt wird,
- - die Abtastwerte (Yk) in einem ersten digitalen Filter (10) unter Bildung einer Amplitude (A) eines ersten mit der Grundfrequenz (ω0) des Meßsignals (Y(t)) schwingenden Meß wertanteils (A.sin(ω0kTA)) gefiltert werden,
- - die Abtastwerte (Yk) in einem zweiten digitalen Filter (15) unter Bildung einer Amplitude (B) eines zweiten Meßwertan teils (B.cos(ω0kTA)-e-t/ τ) gefiltert werden, der einen in dem Meßsignal (Y(t)) enthaltenen, exponentiell abklingenden Meßsignalanteil (B.e-t/ τ) berücksichtigt,
- - die Abtastwerte (Yk) in einem dritten digitalen Filter (20) unter Bildung einer Amplitude (C) eines mit der Grundfre quenz % des Meßsignals (Y(t)) schwingenden dritten Meß wertanteils (C.cos(ω0kTA)) gefiltert werden, wobei der dritte Meßwertanteil (C.cos(ω0kTA)) zu dem ersten Meß wertanteil (A.sin(ω0kTA)) orthogonal ist,
- - die Zeigermeßgröße (Z) hinsichtlich Betrag und Phase mit den drei Meßwertanteilen (A, B, C) gebildet wird,
- - mit den Amplituden (A, B, C) der drei Meßwertanteile Kontrollwerte (Y'k) ermittelt werden, die den Abtastwerten (Yk) jeweils zeitlich zugeordnet werden, und
- - das Fehlersignal (S2) erzeugt wird, wenn ein aus der Differenz zwischen den Kontrollwerten (Y'k) und den je weils zugeordneten Abtastwerten (Yk) gewonnener Varianzwert (V) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Ermitteln der Zeigermeßgröße (Z) ein Signalmodell für das
elektrische Signal (Y(t)) herangezogen wird gemäß
wobei TA die Abtastperiodendauer, mit der das elektrische Meßsignal (Y(t)) abgetastet wird, τ eine Abklingkonstante, ωO die Kreisfrequenz der Grundwelle des Meßsignals (Y(t)), k die Laufvariable für den Abtastzeitpunkt, ein Koeffizient A die Amplitude des ersten Meßwertanteils, ein Koeffizient B die Amplitude des zweiten Meßwertanteils, ein Koeffizient C die Amplitude des dritten Meßwertanteils und Yk die Abtastwerte bezeichnet, indem
wobei TA die Abtastperiodendauer, mit der das elektrische Meßsignal (Y(t)) abgetastet wird, τ eine Abklingkonstante, ωO die Kreisfrequenz der Grundwelle des Meßsignals (Y(t)), k die Laufvariable für den Abtastzeitpunkt, ein Koeffizient A die Amplitude des ersten Meßwertanteils, ein Koeffizient B die Amplitude des zweiten Meßwertanteils, ein Koeffizient C die Amplitude des dritten Meßwertanteils und Yk die Abtastwerte bezeichnet, indem
- - als das erste Filter (10) ein Filter verwendet wird, das den Koeffizienten A ausgibt,
- - als das zweite Filter (15) ein Filter verwendet wird, das den Koeffizienten B ausgibt und
- - als das dritte Filter (20) ein Filter verwendet wird, das den Koeffizienten C ausgibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
- ein zweites Fehlersignal (S1) erzeugt wird, wenn die
Amplitude (B) des zweiten Meßwertanteils (B.cos(ω0kTA)-
e-t/ τ) ein vorgegebenes Vielfaches (N1) des Betrages des
Zeigermeßgröße (√A² + (B + C)²) oder ein vorgegebenes
Vielfaches (N2) des Realteiles (B + C) der Zeigermeßgröße (Z)
überschreitet.
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---|---|---|---|
DE1998155017 DE19855017B4 (de) | 1998-11-20 | 1998-11-20 | Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das eine komplexe Zeigermeßgröße als fehlerbehaftet kennzeichnet |
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DE1998155017 DE19855017B4 (de) | 1998-11-20 | 1998-11-20 | Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das eine komplexe Zeigermeßgröße als fehlerbehaftet kennzeichnet |
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DE19855017B4 DE19855017B4 (de) | 2006-09-07 |
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003025514A1 (de) * | 2001-09-14 | 2003-03-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zur diagnose eines sensors |
WO2011089421A1 (en) * | 2010-01-22 | 2011-07-28 | The University Of Liverpool | Apparatus and method for measuring a phasor of an electrical power system signal |
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---|---|---|---|---|
DE4402762C1 (de) * | 1994-01-26 | 1995-06-22 | Siemens Ag | Verfahren zum Erfassen des Stromes in einem Leiter eines Wechselstrom-Energieübertragungsnetzes |
-
1998
- 1998-11-20 DE DE1998155017 patent/DE19855017B4/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003025514A1 (de) * | 2001-09-14 | 2003-03-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren und vorrichtung zur diagnose eines sensors |
US7123021B2 (en) | 2001-09-14 | 2006-10-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and device for diagnosis of a sensor |
WO2011089421A1 (en) * | 2010-01-22 | 2011-07-28 | The University Of Liverpool | Apparatus and method for measuring a phasor of an electrical power system signal |
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DE19855017B4 (de) | 2006-09-07 |
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