DE19855018C1 - Error signal generation method for indicating erroneously measured complex phasor value - Google Patents

Error signal generation method for indicating erroneously measured complex phasor value

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DE19855018C1 DE1998155018 DE19855018A DE19855018C1 DE 19855018 C1 DE19855018 C1 DE 19855018C1 DE 1998155018 DE1998155018 DE 1998155018 DE 19855018 A DE19855018 A DE 19855018A DE 19855018 C1 DE19855018 C1 DE 19855018C1
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    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging

Abstract

An error signal (S1,S2) generation method involves initially sensing an electric measurement signal (Y(t)) with digital conversion into sampled values (Yk) followed by filtering (10) to give an amplitude (A) of a first measurement component (A.sin(WoKTA)) oscillating at the fundamental frequency (Wo) of the measurement signal (Y(t)). The sampled values (YK) are filtered in a second digital filter (15) to yield an amplitude (B) of a second measurement component (B.cos(WokTA)-e power- t/Tau). The sampled values (Yk) are filtered in a third filter (20) to yield an amplitude (C) of a third component (C.cos(WoTA)) orthogonal to the first component (A.sin(WoKTA)). The phasor measurement value (Z) is then formed, in respect of modulus and phase, from the three measurement components (A,B,C) and an error signal (S1) is generated when the amplitude (B) of the second measurement component B.cos(WokTA)-e power-t/Tau), exceeds a given multiple (N1) of modulus of the phasor measured value ((A2)+(B+C)2) or a given multiple (N2) of the real part (B+C) of the phasor measured value (Z).

Description

Es ist bekannt (Sachdev, Nagpal, IEEE Transactions an 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; It is known (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"), gnals selectively filter out signal components from samples of an electrical Meßsi that are included in the measurement signal; 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. this recursive or non-recursive digital filter can be used that are designed by reference to an underlying with regard to the expected characteristics of the measurement signal signal model for the measurement signal. Aus der og Druckschrift ist beispielsweise ein Signalmodell für ein elektrisches Meßsignal einer Wechselstrom-Energieübertragungsleitung bekannt, das mathematisch wie folgt beschrieben ist: From the above-mentioned document, a signal model for an electrical measurement signal of an AC power transmission line is known for example, which is mathematically described as follows:

mit With
k o Betrag eines in dem Meßsignal i(t) enthaltenen, exponentiell abklingenden Meßsignalanteils Meßsignalanteils k o in amount of the measurement signal i (t) contained, exponentially decaying
τ Abklingkonstante τ decay
ω o Kreisfrequenz der Grundwelle ω o angular frequency of the fundamental wave
k 1 Betrag bzw. Amplitude der Grundwelle k 1 amount or amplitude of the fundamental wave
θ 1 Phasenlage der Grundwelle θ 1 phase angle of the fundamental wave
k m Betrag bzw. Amplitude der m-ten Oberwelle k m amount or amplitude of the m-th harmonic
θ m Phasenlage der m-ten Oberwelle θ m phase of the m-th harmonic
ω m Kreisfrequenz der m-ten Oberwelle ω m angular frequency of the m-th harmonic

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. The constant k1 this signal model can be represented as a complex amplitude Zeigermeßgröße the fundamental oscillation of the elec tric measurement signal and θ1 regarded as the phase position of this complex Zeigermeßgröße. Aus der og Druckschrift läßt sich damit also ein Verfahren zum Messen einer komplexen Zeigermeßgröße eines elektrischen Meßsignals entnehmen. From the above-mentioned publication relates to a process for measuring a complex Zeigermeßgröße an electric measurement signal can thus be seen.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 196 40 340 A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen eines einen Erdkurzschluß kennzeich nenden Erdkurzschluß-Kennzeichnungssignals bekannt, bei dem Phasenströme und Phasenspannungen unter Bildung von Zeiger meßgrößen gemessen werden. From German Offenlegungsschrift No. 196 40 340 A1 discloses a method for producing a a ground fault characterizing nenden ground fault indicating signal is known to be measured at the phase currents and phase voltages with the formation of pointer variables. Wenn eine daraus abgeleitete Erdstromzeiger-Meßgröße einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird ein Steuersignal erzeugt, das zur Bildung des Erdkurzschluß-Kennzeichnungssignals herangezogen wird. If a derived therefrom Erdstromzeiger-measured quantity exceeds a predetermined threshold, a control signal is generated which is used to form the ground fault indicating signal.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 196 33 527 A1 ist ein Verfahren zum Erzeugen eines einen Lichtbogenfehler kenn zeichnenden Lichtbogen-Kennzeichungssignals bekannt, bei dem Spannungsabtastwerte und Stromabtastwerte zur Bildung einer Impedanzmeßgröße herangezogen werden. From German Offenlegungsschrift No. 196 33 527 A1 a method for generating an arc fault characterizing arc Kennzeichungssignals is known to be used in the voltage samples and current samples to form a Impedanzmeßgröße. Wenn der Realteil der Impedanzmeßgröße größer als eine von einer gebildeten Lei tungsimpedanzmeßgröße abhängige Widerstandsmeßgröße ist, wird ein Steuersignal erzeugt, das zur Bildung des Lichtbogen- Kennzeichnungssignals herangezogen wird. If the real part of Impedanzmeßgröße is greater than a tungsimpedanzmeßgröße of a formed Lei dependent Widerstandsmeßgröße, a control signal is generated which is used to form the arc identification signal.

Aus der deutschen Patentschrift 44 02 762 C1 ist ein Verfahren zum Erfassen eines Stromes in einem Leiter eines Wechselstrom-Energieübertragungsnetzes bekannt, bei dem in der Ausführung gemäß Fig. 1 durch vier FIR-Filter zwei Paare zueinander orthogonaler Meßhilfsgrößen gebildet werden. From German Patent 44 02 762 C1 a method for detecting a current in a conductor of an AC power transmission network is known to be formed in which to each other in the embodiment of FIG. 1 by four FIR filters, two pairs of orthogonal measured auxiliary variables. Aus diesen Meßhilfsgrößen werden ein der Amplitude des Stromes entsprechendes Betragssignal und ein einem Differenzwinkel entsprechendes Winkelsignal erzeugt. From these measured auxiliary variables of an amplitude of the current signal and a corresponding amount corresponding to a difference angle angle signal is generated. Aus dem Betragssignal und dem Winkelsignal wird ein Ausgangssignal erzeugt, wenn diese Signale vorgegebene Schwellenwerte überschreiten. an output signal is generated from the sum signal and the angle signal when these signals exceed predetermined thresholds.

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. The object underlying the invention is to provide a method for generating an error signal indicative of a measured subject Zeigermeßgröße complex in the case of a measurement error as an error.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals, das eine komplexe Zeiger meßgröße als fehlerbehaftet kennzeichnet, bei dem ein elek trisches Meßsignal abgetastet und unter Bildung von Abtast werten digital gewandelt wird, die Abtastwerte 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 Amplitude eines zweiten Meßwertanteils gefiltert werden, der einen in dem Meßsignal enthaltenen exponentiell abklingenden Meßsignal anteil 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 This object is inventively achieved by a method for generating an error signal, the process variable, a complex pointer identifies as having errors, wherein an elec tric measurement signal sampled and cheap to produce sample is digitally converted, the samples in a first digital filter to form an amplitude a first oscillating with the fundamental frequency of the measurement signal Meßwertanteils be filtered, the samples are filtered in a second digital filter to form an amplitude of a second Meßwertanteils which takes account of an exponentially decaying measurement signal contained in the measured signal portion the samples in a third digital filter to form an amplitude of an oscillating with the fundamental frequency of the measurement signal the third measured value component is filtered, the third to the first Meßwertanteil Meßwertanteil is orthogonal, the Zeigermeßgröße regards magnitude and phase with the drei Meßwertanteilen gebildet wird und das Fehlersignal erzeugt wird, wenn die Amplitude des zweiten Meßwertanteils ein vorgegebenes Viel faches des Betrages des Zeigermeßgröße oder ein vorgegebenes Vielfaches des Realteiles der Zeigermeßgröße überschreitet. three Meßwertanteilen is formed, and the error signal is generated when the amplitude of the second Meßwertanteils exceeds a predetermined multiple of the amount of Zeigermeßgröße or a predetermined multiple of the real part of the Zeigermeßgröße.

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; An essential advantage of the method according to the invention be available that can be monitored at a measurement error out with this a Zeigermeßgröße formed from samples in a very simple manner; konkret wird nämlich ein Fehlersi gnal erzeugt, wenn die gemessene Zeigermeßgröße fehlerbehaf tet ist. concretely Fehlersi Namely gnal generated when the measured Zeigermeßgröße fehlerbehaf is tet. Dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Erkenntnis genutzt, daß ein bei einem Sprung des elektrischen Meßsignals auftretender, exponentiell abklingender Meßsi gnalanteil betragsmäßig den Meßsignalanteil der Grundschwin gung des Meßsignals ia nicht wesentlich übersteigt; For this purpose, the knowledge is used in the inventive method that an occurring at a jump of the electrical measurement signal, an exponentially decaying Meßsi gnalanteil magnitude of the Meßsignalanteil Grundschwin supply of the measurement signal ia does not significantly exceed; dieser Sachverhalt läßt sich mathematisch anhand der bekannten, die elektrische Signalübertragung auf Leitungen beschreibenden Leitungsgleichungen nachweisen, worauf hier nicht näher eingegangen werden soll. This state of affairs can be described mathematically based on the known, to prove the electrical signal transmission lines describing conduction equations, what will not be discussed further here.

Besonders zuverlässig läßt sich das Fehlersignal bestimmen, wenn zum Ermitteln der Zeigermeßgröße ein Signalmodell für das elektrische Signal herangezogen wird gemäß Particularly reliable, the error signal can be determined when a signal model is used for the electrical signal to determine the Zeigermeßgröße according

wobei T A die Abtastperiodendauer, mit der das elektrische Meßsignal abgetastet wird, τ eine Abklingkonstante, ω 0 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 Y k die Abtastwerte bezeichnet, indem als das erste Filter ein Filter verwendet wird, das den Koef fizienten 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 Koeffi zienten C ausgibt. wherein T A is the sampling period with which the electrical measuring signal is sampled, τ a decay constant, ω 0 is the fundamental angular frequency of the measurement signal, k is the running variable for the sampling, a coefficient A is the amplitude of the first Meßwertanteils, a coefficient B, the amplitude of the second Meßwertanteils, a coefficient C, the amplitude of the third Meßwertanteils and Y k denotes the samples by a filter is used as the first filter coefficients to coef a outputs, as the second filter is used a filter that outputs the coefficient B and the third as the filter, a filter is used, the coefficients of the outputs Koeffi C. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungs gemäßen Verfahrens wird hinsichtlich des Signalmodells davon ausgegangen, daß der exponentiell abklingende Meßsignalanteil mit dem "Cosinus-Anteil" der Grundschwingung des Meßsignals verknüpft ist, wodurch eine besonders große Genauigkeit bei der Bestimmung des exponentiell abklingenden Meßsignalanteiles im Rahmen der digitalen Filterung in dem zweiten digitalen Filter erreicht wird. In this embodiment of the method according invention, it is assumed that the exponentially decaying Meßsignalanteil is linked to the "cosine component" of the fundamental oscillation of the measurement signal, with respect to the signal model whereby a particularly high accuracy in the determination of the exponentially decaying Meßsignalanteiles as part of the digital filtering is achieved in the second digital filter.

Noch genauer läßt sich eine fehlerbehaftete Zeigermeßgröße erkennen, wenn mit den Amplituden der drei Meßwertanteile Kontrollwerte ermittelt werden, die den Abtastwerten jeweils zeitlich zugeordnet werden, und ein zweites Fehlersignal erzeugt wird, wenn ein aus der Differenz zwischen den Kon trollwerten und den jeweils zugeordneten Abtastwerten ge wonnener Varianzwert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet; More particularly, an erroneous Zeigermeßgröße reveals when determined with the amplitudes of the three measured-value control values ​​that are assigned to each time the samples, and a second error signal is generated when a troll evaluate the difference between the Kon and the respectively associated sample values ​​ge such recovered variance value exceeds a predetermined threshold value; anschaulich beschrieben werden gemäß dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den drei Meßwertanteilen Abtastwerte in Form der Kontrollwerte zu rückgerechnet, und es werden diese mit den tatsächlichen Abtastwerten verglichen. be clearly described according to this embodiment of the method according to the invention with the three Meßwertanteilen samples in the form of control values ​​to calculate back, and these are compared with the actual samples. Ist die Abweichung zwischen den gemessenen Abtastwerten und den zurückgerechneten Abtast werten bzw. Kontrollwerten zu groß, so wird ein zweites Fehlersignal erzeugt, das die Zeigermeßgröße als fehlerhaft kennzeichnet. If the deviation between the measured samples and the back-calculated scanning values ​​or control values ​​is too large, a second error signal is generated which identifies the Zeigermeßgröße as faulty.

Zur Erläuterung der Erfindung zeigt shows to illustrate the invention

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Durchfüh ren des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 shows an embodiment of an arrangement for imple ren of the inventive method,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für ein erstes digitales Fil ter für die Anordnung gemäß Fig. 1, Fig. 2 shows an embodiment for a first digital fil ter for the arrangement according to Fig. 1,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für ein zweites digitales Filter für die Anordnung gemäß Fig. 1 und Fig. 3 shows an embodiment for a second digital filter for the arrangement of FIG. 1 and

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für ein drittes digitales Filter für die Anordnung gemäß Fig. 1. Fig. 4 shows an embodiment of a third digital filter for the arrangement of FIG. 1.

Fig. 1 zeigt eine Abtasteinheit 5 , mit der ein eingangssei tig anliegendes elektrisches Meßsignal Y(t) abgetastet und in Abtastwerte Y k digital gewandelt wird. Fig. 1 shows a scanning unit 5, with the sampled a eingangssei tig applied electric measurement signal Y (t), and digitally converted into samples Y k. Diese Abtastwerte Y k werden an einem Ausgang A5 von der Abtasteinheit abgegeben; These samples Y k are output to an output A5 of the scanning unit; 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. the scanning unit 5 are connected at their output A5, an input E10 of a first FIR digital filter 10, an input E15 of a second digital FIR filter 15, an input E20 of a drit th digital FIR filter 20 and an input E25 of a Va rianzbildners 25 downstream ,

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. The first FIR digital filter 10, an input E30 of a control device 30 is arranged downstream at its output A10, which at a further input E30b an output A15 of the two-th digital filter 15 and to an additional input E30C an output A20 of the third FIR digital filter 20 is arranged upstream. Der Kontrolleinrichtung 30 ist an einem Ausgang A30A der Varianzbildner 25 mit einem weiteren Eingang E25B nachgeordnet. The control device 30 is arranged downstream from an output of the A30a Varianzbildner 25 to a further input E25B. Dem Varianzbildner 25 ist ausgangsseitig eine Schwellenwertvergleichseinrichtung 35 nachgeschaltet, die einen Ausgang A35 aufweist. The Varianzbildner 25 is the output side, a threshold value comparison means 35 downstream, which has an output A35.

Die in der Abtasteinheit 5 aus dem elektrischen Meßsignal Y(t) gebildeten Abtastwerte Y k gelangen zu dem ersten digita len FIR-Filter 10 , in dem aus den Abtastwerten Y k eine Ampli tude A eines ersten mit der Grundfrequenz ω o des Meßsignals Y(t) schwingenden Meßwertanteils A . In the scanning unit 5 of the electric measurement signal Y (t) formed samples Y k reach the first digita len FIR filter 10, in which from the sample values Y k a Ampli tude A of a first at the fundamental frequency ω o of the measurement signal Y ( t) oscillating Meßwertanteils A. sin(ω o kT A ) herausgefiltert wird; sin (ω o kT A) is filtered out; dieser erste Meßwertanteil ist also ein sinusförmig schwingender Meßwertanteil. This first Meßwertanteil is thus a sinusoidal oscillating Meßwertanteil.

Die Abtastwerte Y k gelangen außerdem zu dem zweiten digitalen FIR-Filter 15 , in dem aus den Abtastwerten Y k eine Amplitude B eines zweiten Meßwertanteiles B(cos(ω o kT A ) - e -t/τ ) herausge filtert wird, der einen in dem Meßsignal Y(t) enthaltenen ex ponentiell abklingenden Meßsignalanteil B . The sample values Y k also arrive at the second FIR digital filter 15, in which an amplitude of a second Meßwertanteiles B (cos (ω o kT A) - e -t / τ) from the sample values Y k B herausge is filtered out of a contained in the measurement signal Y (t) ex ponentiell evanescent Meßsignalanteil B. e -t/τ berücksich tigt. e -t / τ Untitled into account.

Zusätzlich werden die Abtastwerte Y k zu dem dritten digitalen FIR-Filter 20 übertragen, in dem eine Amplitude eines mit der Grundfrequenz ω o des Meßsignals Y(t) schwingender dritter Meßwertanteil C . In addition, the samples Y k to the third FIR digital filter 20 are transmitted, in which an amplitude of a fundamental frequency ω o with the measurement signal Y (t) oscillating third Meßwertanteil C. cos(ω o kT A ) herausgefiltert wird, der cosi nusförmig schwingt und somit zu dem ersten Meßwertanteil orthogonal ist. cos (ω o kT A) is filtered out, swinging cosi nusförmig and is thus orthogonal to the first Meßwertanteil.

Zusammengefaßt werden aus den Abtastwerten Y k also drei in dem elektrischen Meßsignal Y(t) enthaltene Meßwertanteile er mittelt; In summary, be from the sample values Y k thus three Y in the electrical measurement signal measured-value (t) given by it averages; dabei wird für die Abtastwerte Y k also folgendes Si gnalmodell herangezogen: discovered the following Si is thus gnalmodell used for the samples Y k:

wobei T A die Abtastperiodendauer, mit der das elektrische Meßsignal abgetastet wird, τ eine Abklingkonstante, ω o 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. wherein T A is the sampling period with which the electrical measuring signal is sampled, τ a decay constant, o the control variable for the sampling, a coefficient A ω fundamental angular frequency of the measurement signal, k is the amplitude of the first Meßwertanteils, a coefficient B, the amplitude of the second Meßwertanteils and a coefficient C denotes the amplitude of the third Meßwertanteils.

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: The three amplitude A, B and C are transmitted 30 in which a Zeigermeßgröße Z for the electrical measurement signal Y (t) with respect to magnitude and phase with the three amplitudes A, B, and C of the three measured-value processing is formed to the Kontrolleinrich:

Z = (B + C) + jA, mit j = √ Z = (B + C) + jA, where j = √ -1 -1

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| In the control device 30, an error signal is generated S1 moreover, when the amplitude B of the second measurement portion a predetermined multiple of the sum N1 | Z | der Zeigermeßgröße Z oder ein vorgegebenes Vielfaches N2 des Realteiles (B + C) der Zeigermeßgröße Z überschreitet; the Zeigermeßgröße Z or a predetermined multiple of N2 of the real part (B + C) of Z exceeds Zeigermeßgröße; es wird also das Fehlersignal S1 erzeugt, wenn gilt: the error signal S1 is therefore generated if:

B < N1. B <N1. A² + (B + C)² A² + (B + C) ² oder or

B < N2 . B <N2. (B + C) (B + C)

Das vorgegebene Vielfache N1 kann beispielsweise 1,25 und das Vielfache N2 0,33 betragen. The predetermined multiple N1, for example, 1.25 and amount to a multiple of N2 0.33.

Falls das Fehlersignal S1 erzeugt wird, so wird es an einem weiteren Ausgang A30B der Kontrolleinrichtung 30 abgegeben. If the error signal is generated S1, it is delivered to another output A30B of the control device 30th

In der Kontrolleinrichtung 30 werden aus den drei Amplituden A, B und C außerdem Kontrollwerte Y' k erzeugt gemäß der Glei chung: In the control means 30 also control values Y 'k are obtained from the three amplitudes A, B, and C produced in accordance with the sliding chung:

Die Kontrollwerte Y k ' können also als rückgerechnete Ab tastwerte aufgefaßt werden. The control values Y k 'can therefore be considered as back-calculated from sample values.

Die Kontrollwerte Y' k werden zu dem Varianzbildner 25 über tragen und dort den Abtastwerten Y k jeweils zeitlich zugeord net. The control values Y 'k will contribute to the Varianzbildner 25 over and in each zugeord net time the sample values Y k. Anschließend wird ein Varianzwert V errechnet gemäß Subsequently, a variance value V is calculated according to

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; where n is the number of scanning or relied control values ​​designated (n = 5 ... 15) and F is the size of a quantization sierungsstufe during scanning of the measurement signal Y (t) indicates; im Falle eines Spannungssignals ist bei 100 Quantisierungsstufen pro 1 V die Größe der Quantisierungsstufe beispielsweise 10 mV. in the case of a voltage signal at 100 quantization levels per 1 V, the size of the quantization step is for example 10 mV.

Dieser Varianzwert V wird zu der Schwellenwertvergleichsein richtung 35 übertragen, die an ihrem Ausgang 35 ein zweites Fehlersignal S2 erzeugt, wenn der Varianzwert V einen vorge gebenen Schwellenwert überschreitet. This variance value V is transmitted to the Schwellenwertvergleichsein direction 35, which produces a second error signal S2 at its output 35 when the variance value V exceeds a pre-given threshold. Der vorgegebene Schwel lenwert kann bei Stromsignalen beispielsweise zwischen 0,06 und 0,8 und Spannungssignalen zwischen 0,01 und 5 liegen. The predetermined smoldering lenwert may be at current signals, for example, 0.06 to 0.8 and voltage signals between 0.01 and 5.

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. Figs. 2 to 4 show exemplary embodiments for the first digital filter 10, the second digital filter 15 as well as the third digital filter 20 in the form of amplitude and phase transitions. Die drei Filter 10 , 15 und 20 sind als fünfstufige FIR-Filter ausgeführt; The three filters 10, 15 and 20 are designed as five-stage FIR filter; die Filterkoeffizienten lassen sich der nachstehenden Tabelle entnehmen: the filter coefficients can be taken from the following table:

Die drei FIR-Filter 10 , 15 und 20 bilden die Amplituden A, B und C der Meßwertanteile also gemäß folgenden Gleichungen: The three FIR filters 10, 15 and 20 form the amplitudes of A, B and C of the measured-value So according to the following equations:

Man erkennt, daß die drei Amplituden A, B und C also zeitabhängige Größen sind; It can be seen therefore that the three amplitudes A, B, and C are time-based parameters; dies wird in den Gleichungen durch die Laufvariable k berücksichtigt. this is reflected in the equations by the running variable k.

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®- Quelldateien erzeugt: The filter coefficients a0, a1, a2, a3 and a4 were performed using the program package known Matlab® produced with the following Matlab® source files (The Math Works Inc, Natick, Mass, USA.):

% Berechnung des Schätzers % Calculation of the estimator
N = 5; N = 5; % Fensterlänge % Window length
TA = 1e-3; TA = 1e-3; % Abtastperiodendauer in s % Sampling period in s
T = 20e-3; T = 20e-3; % Dauer einer Netzperiode in s % Duration of a line period in s
Tau = 60e-3; Tau = 60e-3; % Zeitkonstante der aperiodischen Komponente % Time constant of the aperiodic component

% Berechnung der FIR-Filter: % Calculate the FIR filter:
t = 0:TA:(N-1) . t = 0: TA: (N-1). TA; TA;
g = [sin(2 . pi/T . t); g = [sin (2 pi / T t..); cos(2 . pi/T . t) - exp(-t/Tau); cos (2 pi / T t..) - exp (-t / Tau); cos(2 . pi/T . t)]; cos (2 pi / T t..)];
gamma = g'; gamma = g ';
S = inv(g . g'); S = inv (. G g ');
a = S(1, 1) . a = S (1, 1). g(1, :) + S(1, 2) . g (1, :) + S (1, 2). g(2, :) + S(1, 3) . g (2, :) + S (1, 3). g(3, :); g (3, :);
b = S(2, 1) . b = S (2, 1). g(1, :) + S(2, 2) . g (1, :) + S (2, 2). g(2, :) + S(2, 3) . g (2, :) + S (2, 3). g(3, :); g (3, :);
c = S(3, 1) . c = S (3, 1). g(1, :) + S(3, 2) . g (1, :) + S (3, 2). g(2, :) + S(3, 3) . g (2, :) + S (3, 3). g(3, :) g (3 :)

a = fliplr (a); a = fliplr (a);
b = fliplr (b); b = fliplr (b);
c = fliplr (c); c = fliplr (c);

d = b + c; d = b + c; % cos-Filter (Realteil) bilden % form cos filter (real part)

% In a, b, c und d stehen nun die Filterkoeffizienten der FIR-Filter % Add a, b, c and d are now the filter coefficients of the FIR filters
% Frequenzgänge berechnen: % calculate frequency responses:
[A, f] = freqz (a, 1, 512, 1000); [A, f] = freqz (a, 1, 512, 1000);
[B, f] = freqz (b, 1, 512, 1000); [B, f] = freqz (b, 1, 512, 1000);
[C, f] = freqz (c, 1, 512, 1000); [C, f] = freqz (c, 1, 512, 1000);
[D, f] = freqz (d, 1, 512, 1000); [D, f] = freqz (d, 1, 512, 1000);

% Ausgabe der Frequenzgänge der FIR-Filter % Output of the frequency responses of the FIR filter
figure (1) figure (1)
subplot (2, 1, 1) subplot (2, 1, 1)
plot (f, abs (A), 'black') plot (f, abs (A), 'black')
title ('Frequenzgang SIN-Filter') title ( 'frequency response of SIN-filter')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('H(A)') ylabel ( 'H (A)')
grid grid
subplot (2, 1, 2) subplot (2, 1, 2)
plot (f, angle (A) . (180/pi), 'black') plot (f, angle (A). (180 / pi), 'black')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('PHI(A)/Grad') ylabel ( 'PHI (A) / degree')
grid grid

figure (2) figure (2)
subplot (2, 1, 1) subplot (2, 1, 1)
plot (f, abs(B), 'black') plot (f, abs (B), 'black')
title ('Frequenzgang EXP-Filter') title ( 'frequency response EXP-filter')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('H(C)') ylabel ( 'H (C)')
grid grid
subplot (2, 1, 2) subplot (2, 1, 2)
plot (f, angle(B) . (180/pi), 'black') plot (f, angle (B) (. 180 / pi), 'black')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('PHI(C)/Grad') ylabel ( 'PHI (C) / degree')
grid grid

figure (3) figure (3)
subplot (2, 1, 1) subplot (2, 1, 1)
plot (f, abs(C), 'black') plot (f, abs (C), 'black')
title ('Frequenzgang Term COS') title ( 'Term frequency response COS')
xlabel('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('H(D)') ylabel ( 'H (D)')
grid grid
subplot (2, 1, 2) subplot (2, 1, 2)
plot (f, angle(C) . (180/pi), 'black') plot (f, angle (C). (180 / pi), 'black')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('PHI(D)/Grad') ylabel ( 'PHI (D) / degree')
grid grid

figure (4) figure (4)
subplot (2, 1, 1) subplot (2, 1, 1)
plot (f, abs(D), 'black') plot (f, abs (D), 'black')
title ('Frequenzgang COS-Filter') title ( 'frequency response COS filter ")
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('H(B)') ylabel ( 'H (B)')
grid grid
subplot (2, 1, 2) subplot (2, 1, 2)
plot (f, angle(D) . (180/pi), 'black') plot (f, angle (D). (180 / pi), 'black')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('PHI(B)/Grad') ylabel ( 'PHI (B) / degree')
grid grid

% Ausgabe der Frequenzgänge im logarithmischen Maßstab: % Output of the frequency responses on a logarithmic scale:
figure (5) figure (5)
subplot (2, 1, 1) subplot (2, 1, 1)
semilogx (f, 20 . log(abs(A)), 'black') semilogx (f, 20. log (abs (A)), 'black')
title ('Frequenzgang SIN-Filter') title ( 'frequency response of SIN-filter')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('H(A)/dB') ylabel ( 'H (A) / dB')
grid grid
subplot (2, 1, 2) subplot (2, 1, 2)
semilogx (f, angle(A) . (180/pi), 'black') semilogx (f, angle (A). (180 / pi), 'black')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('PHI(A)/Grad') ylabel ( 'PHI (A) / degree')
grid grid

figure (6) figure (6)
subplot (2, 1, 1) subplot (2, 1, 1)
semilogx (f, 20 . log(abs(D)), 'black') semilogx (f, 20. log (abs (D)), 'black')
title ('Frequenzgang COS-Filter') title ( 'frequency response COS filter ")
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('H(B)/dB') ylabel ( 'H (B) / dB')
grid grid
subplot (2, 1, 2) subplot (2, 1, 2)
semilogx (f, angle(D) . (180/pi), 'black') semilogx (f, angle (D). (180 / pi), 'black')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('PHI(B)/Grad') ylabel ( 'PHI (B) / degree')
grid grid

figure (7) figure (7)
subplot (2, 1, 1) subplot (2, 1, 1)
semilogx (f, 20 . log(abs(B)), 'black') semilogx (f, 20. log (abs (B)), 'black')
title ('Frequenzgang EXP-Filter') title ( 'frequency response EXP-filter')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('H(C)/dB') ylabel ( 'H (C) / dB')
grid grid
subplot (2, 1, 2) subplot (2, 1, 2)
semilogx (f, angle(B) . (180/pi), 'black') semilogx (f, angle (B). (180 / pi), 'black')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('PHI(C)/Grad') ylabel ( 'PHI (C) / degree')
grid grid

figure (8) figure (8)
subplot (2, 1, 1) subplot (2, 1, 1)
semilogx (f, 20 . log(abs(C)), 'black') semilogx (f, 20. log (abs (C)), 'black')
title ('Frequenzgang Cos-Term') title ( 'frequency response Cos-Term')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('H(D)/dB') ylabel ( 'H (D) / dB')
grid grid
subplot (2, 1, 2) subplot (2, 1, 2)
semilogx (f, angle(C) . (180/pi), 'black') semilogx (f, angle (C). (180 / pi), 'black')
xlabel ('f/Hz') xlabel ( 'f / Hz')
ylabel ('PHI(D)/Grad') ylabel ( 'PHI (D) / degree')
grid grid

Wie sich der Datei entnehmen läßt, sind die Filter 10 , 15 und 20 als Optimalfilter zur Ausfilterung der jeweiligen Signal anteile entworfen. As can be seen the file, the filters 10, 15 and 20 designed as a matched filter for the respective signal filtering interests are. Der Entwurf von Optimalfiltern im allge meinen läßt sich der einschlägigen Fachliteratur entnehmen (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). The design of optimal filters in general my can be found in the relevant literature (see, for example, Thomas P. Krauss, Loren Shure, John N. Little, THE MATH WORKS Inc. "Signal Processing Toolbox."; Hel mut Black, "Optimal Control and Filtering "Academy Ver was Berlin, 1981, pages 100 to 116; Jürgen Wede and Diet rich Werner," real-time process models on the basis of parame terschätzverfahren ", VEB Verlag Technik Berlin, 1985, pages 30 to 35; Jürgen Wernstedt," Experimental process analysis "VEB Verlag Technik Berlin, 1989).

Die Anordnung gemäß Fig. 1 kann beispielsweise durch eine entsprechend programmierte DV-Anlage gebildet sein. The arrangement of FIG. 1 may be formed for example by an appropriately programmed data processing system.

Claims (3)

1. Verfahren zum Erzeugen eines Fehlersignals (S 1 , S 2 ), das eine komplexe Zeigermeßgröße (Z) als fehlerbehaftet kennzeichnet, bei dem 1. A method for generating an error signal (S 1, S 2), featuring a complex Zeigermeßgröße (Z) as having errors, wherein
  • 1. ein elektrisches Meßsignal (Y(t)) abgetastet und unter Bildung von Abtastwerten (Y k ) digital gewandelt wird, 1. an electrical measurement signal (Y (t)) is sampled and form of sample values (Y k) is converted into digital form,
  • 2. die Abtastwerte (Y k ) in einem ersten digitalen Filter ( 10 ) unter Bildung einer Amplitude (A) eines ersten mit der Grundfrequenz (ω o ) des Meßsignals (Y(t)) schwingenden Meß wertanteils (A . sin(ω o kT A )) gefiltert werden, 2. the sample values (Y k) in a first digital filter (10) to form an amplitude (A) of a first at the fundamental frequency (ω o) of the measurement signal ((Y t)) oscillating reading fraction (A. Sin (ω o are filtered kT A)),
  • 3. die Abtastwerte (Y k ) in einem zweiten digitalen Filter ( 15 ) unter Bildung einer Amplitude (B) eines zweiten Meßwertan teils (B . cos(ω o kT A ) - e -t/τ ) gefiltert werden, der einen in dem Meßsignal (Y(t)) enthaltenen, exponentiell abklingenden Meßsignalanteil (B . e -t/τ ) berücksichtigt, 3. the sample values (Y k) in a second digital filter (15) to form an amplitude (B) of a second value Meas part (B cos (ω o kT A) -. E -t / τ) are filtered in a Meßsignalanteil the measurement signal (Y (t)) contained, exponentially decaying (B. e -t / τ) taken into account,
  • 4. die Abtastwerte (Y k ) in einem dritten digitalen Filter ( 20 ) unter Bildung einer Amplitude (C) eines mit der Grundfre quenz ωo des Meßsignals (Y(t)) schwingenden dritten Meß wertanteils (C . cos(ω o kT A )) gefiltert werden, wobei der dritte Meßwertanteil (C . cos(ω o kT A )) zu dem ersten Meß wertanteil (A . sin(ω o kT A )) orthogonal ist, 4. the samples (Y k) in a third digital filter (20) to form an amplitude (C) of the Grundfre frequency ωo of the measurement signal (Y (t)) oscillating third measured value component (C. Cos (ω o kT A )) to be filtered, said third Meßwertanteil (C. cos (ω o kT A)) to the first reading portion (a. sin (ω o kT A)) is orthogonal,
  • 5. die Zeigermeßgröße (Z) hinsichtlich Betrag und Phase mit den drei Meßwertanteilen (A, B, C) gebildet wird und 5. Zeigermeßgröße (Z) with regard to magnitude and phase with the three Meßwertanteilen (A, B, C) is formed and
  • 6. das Fehlersignal (S 1 ) erzeugt wird, wenn die Amplitude (B) des zweiten Meßwertanteils (B . cos(ω o kT A ) - e -t/τ ) ein vorge gebenes Vielfaches (N1) des Betrages der Zeigermeßgröße (√ 6, the error signal (S 1) is generated when the amplitude (B) of the second Meßwertanteils (. B cos (ω o kT A) - e -t / τ) is a pre-specified multiple (N1) of the amount of Zeigermeßgröße (√ A² + (B + C)² A² + (B + C) ² ) oder ein vorgegebenes Vielfaches (N2) des Realteiles (B + C) der Zeigermeßgröße (Z) überschreitet. ) Or a predetermined multiple (N2) of the real part (B + C) of the Zeigermeßgröße (Z) exceeds.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der Zeigermeßgröße (Z) ein Signalmodell für das elektrische Signal (Y(t)) herangezogen wird gemäß 2. The method according to claim 1, characterized in that for determining the Zeigermeßgröße (Z), a signal model for the electrical signal ((Y t)) is used in accordance
wobei T A die Abtastperiodendauer, mit der das elektrische Meßsignal (Y(t)) abgetastet wird, τ eine Abklingkonstante, ω 0 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 Y k die Abtastwerte bezeichnet, indem wherein T A is the sampling period with which the electrical measuring signal (Y (t)) is sampled, τ a decay constant, ω 0 is the angular frequency of the fundamental wave of the measuring signal (Y (t)), k is the running variable for the sampling, a coefficient A the amplitude of the first Meßwertanteils, a coefficient B, the amplitude of the second Meßwertanteils, a coefficient C, the amplitude of the third Meßwertanteils and Y k denotes the samples by
  • 1. als das erste Filter ( 10 ) ein Filter verwendet wird, das den Koeffizienten A ausgibt, 1 as the first filter (10), a filter is used which outputs the coefficients A,
  • 2. als das zweite Filter ( 15 ) ein Filter verwendet wird, das den Koeffizienten B ausgibt und 2. A filter is used as the second filter (15) which outputs the coefficient B and
  • 3. als das dritte Filter ( 20 ) ein Filter verwendet wird, das den Koeffizienten C ausgibt. 3. a filter is used as the third filter (20) which outputs the coefficient C.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 3. The method of claim 1 or 2, characterized in that
  • 1. mit den Amplituden (A, B, C) der drei Meßwertanteile Kontrollwerte (Y' k ) ermittelt werden, die den Abtastwerten (Y k ) jeweils zeitlich zugeordnet werden, und 1 with the amplitudes (A, B, C) of the three measured-value control values (Y 'k) are determined, which are allocated to each time the sample values (Y k), and
  • 2. ein zweites Fehlersignal (S 2 ) erzeugt wird, wenn ein aus der Differenz zwischen den Kontrollwerten (Y' k ) und den je weils zugeordneten Abtastwerten (Y k ) gewonnener Varianzwert (V) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. 2. a second error signal (S 2) is generated when a from the difference between the control values (Y 'k) and depending weils associated sample values (Y k) derived variance value (V) exceeds a predetermined threshold.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4402762C1 (en) * 1994-01-26 1995-06-22 Siemens Ag A method of detecting the current in a conductor of an AC power transmission network
DE19630340A1 (en) * 1995-07-28 1997-01-30 Hyundai Electronics Ind Phone test equipment and method for a television system with optical cable
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Title
SACHDEV, M.S., NAGPAL, M.: "A recursive least erroer squares algorithm for power system relaying and measurement applications" In: IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 6, No. 3, July 1991, S. 1008-1015 *

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