DE2155470A1

DE2155470A1 - Verfahren zur Digitalverarbeitung von Sinus-Wechselstromsignalen

Info

Publication number: DE2155470A1
Application number: DE19712155470
Authority: DE
Inventors: Haruo; Makino Junichi; Hitachi Nohara (Japan). P
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1970-11-09
Filing date: 1971-11-08
Publication date: 1972-06-22
Also published as: US3758763A; DE2155470B2; JPS4942713B1

Description

81-17.782P 8. 11. 1971

HITACHI Ltd.. Tokio (Japan)

Verfahren zur Digitalverarbeitung von Sinus-Wechselstromsignalen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Digitalverarbeitung von Sinus-Wechselstromsignalen«,

In elektrischen Starkstromnetzen treten verschiedenste Betriebsstörungen oder Fehler auf„ Eine dieser Störungen ist z. B. ein Kurzschluß zwischen Starkstromleitungen untereinander oder Starkstromleitungen und Erde infolge eines Blitzschlags. Vor derartigen Störungen müssen die Starkstromnetze geschützt werden. Zu diesem Zweck sind die verschiedensten Arten von Schutzrelais entwickelt worden,, und in jedem Starkstromnetz wird ein Schutzrelaissystem'verwendet, das jeweils am geeignetsten für das betreffende Starkstromnetz ist.

81-(POS 268O3)-Hd-r (7)

209826/0579

Die üblichen Schutzrelais zum· Erfassen z. B. einer Unterspannung infolge einer Störung, des Abstands oder der Richtung der Störung werden durch geeignete Analogschal tungen gebildet j die für die entsprechenden Funktionen eingerichtet sind. Infolgedessen ist in der Praxis eine große Anzahl derartiger Relais notwendig. Gewöhnlich sind nicht nur die Fertigungskosten derartiger Relais hoch, sondern es treten bei deren Überprüfung und Wartung auch gewisse Schwierigkeiten auf, die äußerst nachteilig sind.

Aufgrund der Entwicklung von Digitalrechnern ist be- Ik, reits versucht worden, die Schutzrelais durch Universal-Digitalrechner zu ersetzen» Da die Zuverlässigkeit im Betrieb die wichtigste Eigenschaft von Schutzrelais ist, wird hinsichtlich der Zuverlässigkeit viel von einem Digitalrechner erwartet, der die verschiedensten Funktionen ausführen kann, obwohl auch da gewisse Probleme auftreten können. Es sind bereits viele Versuche durchgeführt worden, von denen einige in der US-Zeitschrift "IEEE" berichtet worden sind. Auf dem IEEE Summer Power Meeting vom 23. bis 28. Juni 1968 legte G. D₀ Rockfeiler eine Arbeit vor mit dem Titel "Fault Protection with a Digital Computer" (Paper No. 68 TP 625-PWR); außerdem wurde auf dem IEEE Summer Meeting and International Symposium on High Power Testing " vom 18. bis 23. Juli 1970 von G. D. Rockfeller und 1. A„ Vdren eine Arbeit vorgelegt mit dem Titel "High-speed Distance Relaying Using a Digital Computer" (Paper No. 71 TP 567-PWR). Diese Arbeiten zeigen, daß für den Ersatz von derartigen Schutzrelais durch einen Digitalrechner ein starkes Bedürfnis besteht»

Die Erfindung geht aus von der Überlegung, daß eine

209826/0579

Entscheidung, die äquivalent einer mit Analogschaltungen ausgeführten Entscheidung über den Betrieb von Schutzrelais ist, vollkommen durch Digitalberechnung erzielt werden kann, wenn die Nullstelle oder der Nulldurchgang (d. h* der Punkt, an dem sich das Vorzeichen ändert) einer eingegebenen Wechselstromgröße und der Betrag der Wechselstromgröße in einem gegebenen Zeitpunkt erhalten werden. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Digitalverarbeitung einer Wechselstromgröße geschaffen, damit ein Digitalrechner wirksam die Bestimmung der Nullstelle und der Eingabe-WechselstromgrÖße ebenso wie digitale Berechnungen vornehmen kann.

Erfindungsgemäß wird jede Eingabe-Wechselstromgröße in vorbestimmten Intervallen abgetastet, werden die Abtastwerte an jedem Abtastpunkt multipliziert mit dem Abtastwert des unmittelbar vorhergehenden Abtastputtkts, und, wenn das Produkt negativ ist, wird die Erfassung der Nullstelle vorgenommen, wird die so gewonnene Nullstelle dann als die Basis für verschiedene Digitalberochmmgen und Entscheidungen benutzt, und eine Eingabegröße an irgendeinem Abtastpunkt wird ebenfalls für weitere verschiedene Zwecke verwendet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigent

Fig. 1 ein Signaldiagramm zur Erläuterung des grundlegenden Erfindungsgedankens;

Fig. 2 ein Signaldiagramm zur Erläuterung, wie die

209826/0579

Erfindung insbesondere zur Erfassung der Fre- quenzen τοπ SinusSignalen benutzt wird;

Fig. 3 ein Signaldiagramm zur Erläuterung, wie die Erfindung insbesondere zur Erfassung einer Phasendifferenz zwischen Sinussignalen benutzt wird;

Fig, 4 a - k k Signaldiagramme zur Erläuterung der

möglichen Diskriminierung oder Unterscheidung
von Signalverlaufen, die zwischen Sinussignalen im Fall von Phasendifferenzerfassung wie in
Fig. 3 auftreten;

Fig. 5 das grundlegende Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Fig. .6 ein Impedanzdiagramm zur Erläuterung der .Leitwertkennlinie eines Schutzrelais;

Fig. 7 einen Programmabiaufplan für die Erfassung der Nullstellen von Wechselstromsignalen;

Fig. 8 einen Programmabiaufplan für die Erfassung von Phasendifferenzen zwischen Sinus—Vechselstromsignalen;

Fig.. 9 einen Programmabi auf plan, der die Funktion eines Frequenzrelais darstellt;

Fig. 10 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Spitzenwerterfassungsrelais darstellt;

2 09826/0579

Flg. 11 einen Programmabiaufpian, der die Funktion eines Leistungserfassungsrelais darstellt;

Fig. 12 einen Programmablaufplan, der die Funktion eines Impedanzrelais darstellt} und

Fig. 13 den Aufbau der Diskriminator- oder Entscheiderstufe im Blockschaltbild in Fig. 5» und zwar mit Einheiten, die jeweils eine einzige Funktion ausführen und den Programmablaufplan in Fig. 8 realisieren.

Fig. 1 zeigt in einem cartesischen Koordinatensystem ein Sinus-Wechselstromsignal A(t), im folgenden kurz Wechselstrom-Signal genannt, dessen Amplitude mit der Zeit variiert, wobei die Abszisse und die Ordinate die Zeit bzw. die Amplitude angeben. Fig. 1 gibt an, wie die Nullstellen des Wechselstromsignals A(t) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfaßt werden„

Es sei zunächst angenommen, daß die Amplitude des Wechselströmsfgnals A(t) zu einem Zeitpunkt t.. A(t.) beträgt, während sie zu einem anderen Zeitpunkt t„ den Wert A(t_) hat, wie ohne weiteres aus Fig. 1 ersichtlich ist» Wenn die folgende Ungleichung gilts

ACt₁) . A(t₂)■■£ 0 (1),

muß eine Nullstelle des Wechselstromsignals A(t) zwischen den beiden Zeitpunkten t₁ und t₂ liegen, d. h„ A(t) wird gleich Null für einen Zeitpunkt t, der der Gleichung ge-

209826/0579

nügt 5 t, <C t <!, t_. Dies ist immer richtig, wenn das In-

i = = ti.

tervall A. t zwischen t.. und t„ kii
des Wechselstromsignals A(t) ist.

tervall Λ t zwischen t.. und t„ kurzer als die Periode T

Unter der Annahme, daß die Nullstelle des Wechselstromsignals A(t) zwischen t. und t₂ liegt, sei jetzt betrachtet die Beziehung zwischen einerseits einem Zeitpunkt t^ (der Null sein soll) auf der Abszisse, wo eine Gerade durch den Punkt, der A(t^) darstellt, und dem Punkt, der A(t₂) darstellt, die Abszisse schneidet, und andererseits einem Zeit= punkt t₁₂ (tatsächlich Null) auf der Abszisse, wo A(t) Null wird, d. h. A(t₁₂) = O. Es ist bekannt, daß, wenn die Punkte t und t₂ geeignet gewählt werden, die Punkte t^ und t₁₂ zusammenfallen können. Bei einer beliebigen Wahl von t₁ und t_ unterscheiden sie sich jedoch gewöhnlich voneinander. Das Zeitintervall Δ t₁₁ von t₁ bis t^ und das Zeitintervall A t₁2 von t_t1 bis t₂ sind durch folgende Ausdrücke gegeben:

At (2)>

Ia(OI

U(t₂)|

^₁)I + I A(t₂)|

(3)

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 folgt daraus, daß t₁₁ = t. + A^₁₁ ist. Daher kann die angenommene Nullstelle A(^₁) des Wechselstromsignals A(t) erhalten werden. Es

209 826/0 57 9 -

sei jetzt die Differenz zwischen den Punkten t₁₁ und t_1? untersucht, d. -h. die Abweichung At in dem Fall, daß die Abszisse t„, die den tatsächlichen Nullwert A(t₁₂) ergibt, ungefähr durch Verwendung der Abszisse t... gewonnen wird, die den angenommenen Nullwert A(t .) ergibt, und der Ausdrücke (2) und (3) von oben«, Es folgt aus Näherungsoder rekursiven Rechnungen, wenn viele willkürliche Werte, die kleiner als die Hälfte der Periode T des WechselStroms A(t) sind, für At eingesetzt werden, daß die Abweichung /\ t höchstens gleich etwa I/36 Ti Radian (= 5°) in Tennen der Phasenwinkel ist, die dem Wechselstromsignal A.(t) zugeordnet sind, wenn At Werte kleiner T/k annimmt.

Entsprechend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Berechnung der Nullstelle des Wechselstromsignals A(t) über die oben angeführten Ausdrücke (1), (2) und (3)» wobei «in Abtastsignal verwendet wird, das eine Abtastperiode At hat, die kürzer als ein Viertel der Periode T des Wechselstromsignals A(t) ist. Durch die Erfindung wird auch ein Verfahren zur digitalen Verarbeitung von Wechselstrom auf der Grundlage von derartigen Nullstellen angegeben, wie sie auf dem vorher erläuterten Wege erhalten werden, wobei durch dieses Verfahren dasselbe Ergebnis erzielt werden kann, wie mit einem gegenwärtig in Gebrauch befindlichen S'chutzrelaissystern.

2 ist ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Gewinnung der Nullstellenabweichung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist, speziell für die Frequenzerfassung des Wechselstromsignals A-(t)„ Das Wechselstromsignal A(t) wird zu Zeitpunkten t₁ , t₂, t„ .... t ^ ... abgetastet, wobei die Abtastperiode At so gewählt ist,

209826/0579

daß Δ t ίί -j- T gilt, wenn T die Periode des Wechselstromsignals A(t) ist. Wie aus der vorangegangenen Erläuterung in Bezugnahme auf Fig. 1 hervorgeht, sind die Produkte A(t^) * A(t₂), A(t ) · A(tg) und A(t₁₃) · M*^) sämtlich negativ; wobei A(^₁), A(t~) und A(t₁_) die Momentanwerte des Wechselstromsignals A(t) sind, das in den Zeitpunkten t₁, t_ und t-., abgetastet ist, und ferner A(t₂), A(tg) und A(t.^) die Momentanwerte von A(t), abgetastet in den Zeitpunkten t_, to und t^, die nach einer Abtastperiode At auf die Zeitpunkte t.., t_ bzw. t.„ folgern Es ist ferner ersichtlich, daß bei t₂, tn und t... Nullstellen zwischen t.. und t_, t~ und to sowie t.._ und t.j, auftreten. Infolgedessen können die. Zeiten At₁₁, At₁₂, A*¹·,·,» Ä*'^» A^₁₁ ^bzw· At" von t₁ bis zur ersten Nullstelle, von t„ bis zur ersten Nullstelle, von t_ bis zur zweiten Nullstelle, von

t_o bis zur zweiten Nullstelle bzw. von t.„ bis zur dritten ö 13

Nullstelle und von t..· bis zur dritten Nullstelle (vgl.

Fig. 1) über das in Fig. 1 erklärte Verfahren gewonnen

T werden. Die Periode T und deren Halbperiode -z sind dann durch die folgenden Gleichungen gegeben?

I = 5 At + At₁₂ +Af₁₁ (k)

τ = 11 At + At₁₂ + Af₁₁ (5).

Entsprechend kann durch Berechnung des Kehrwerts von T aus der obigen Formel (h) oder (5) die Frequenz des Wechselstromsignals A(t) bestimmt werden. Der MuItiplikations-

209826/057 9

faktor, d. h. der Zahlenkoeffizient, von Δ. t in der Gleichung (4) ist gleich der Anzahl k der Abtastimpulse, die nicht zur Herleitung der Nullstellen des Wechselstromsignals A(t) gehören, während der Multiplikationsfaktor von At in der Gleichung (5) gleich k + 1 ist„ Obwohl die Periode T des Wechselstromsignals A(t) aus beiden Formeln (h) und (5) gewonnen werden kann, sollte die Formel (5) benutzt werden, wenn der Wechselstrom A(t) eine transiente Gleichstromkomponente enthält.

Es sei jetzt Fig. 3 betrachtet, mit deren Hilfe die Erfassung der Phasendifferenz zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) durch gleichzeitige Abtastung mit einer vorbestimmten Abtastperiode Δ t beschrieben werden soll. Gemäß Fig. 2 sind die Wechselströme A(t) und B(t) gleichzeitig Abtastungen bei t₁ , t₂ '. . _β t..,., t.^ . . « ausgesetzt, um die entsprechenden Momentanwerte A(t₁), B(t\.), A(t₂), B(t₂) ... A(t₁₃), B(t₁₃), A(t_i4), B(t_i4) ... zu erzeugen. Für den Wechselstrom A(t) ist die Bestimmung der Nullstellen zu den Zeitpunkten t₂ und to möglich, während für das Wechselstromsignal B(t) die Nullstellen bei t_ und t₁₁ erfaßt werden können. Wenn also die Zeiten At₁₁, At₁₂, Af₁₁, Af₁₂, Af₁₁ und At"₁₂ usw. aus den entsprechenden Abtastpunkten zu den zugehörigen Nullstellen gewonnen werden können, betragen die Phasendifferenzen ψ zwischen den Wechselstromsignalen A(t) bzw. B(t) für die Zeitpunkte t_ und t_gs

«p = At₁₂ + 2 Δ t + Af₁₁ (6),

f = Il - (A f ₁₂ + 2Δ t +Δ t"_n) (7).

209 826/0579

Hier sind also die Koeffizienten von At in den obigen Gleichungen (6) und (7)" gleich der Anzahl der Abtastimpulse, die nicht für die NullStellengewinnung des Wechselstromsignals einschlägig sind, wie die vorhergehende Erläuterung mit Hilfe von Fig. 2 gezeigt hat.

Infolgedessen nehmen die Ausdrücke für die Berechnung der Phasendifferenz zwischen A(t) und B(t) die beiden Formen (6) und (7) an, die von den Nullstellen der Nullstellenberechnung abhängt, obwohl die Korrelation zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) invariant bleibt. Das ist der Fall, weil erfindungsgemäß, wie aus der Erklärung von Fig. 1 ersichtlich ist, die Ermittlung der Nullstellen unabhängig davon durchgeführt wird, ob die Amplitude des Wechselstromsignals A(t) von einem negativen zu einem positiven Wert variiert oder umgekehrt. Daher ist es notwendig, die Beziehung zwischen A(t) und B(t) zu berücksichtigen, wenn eine der Formeln (4) und (5) verwendet werden soll.

Welche dieser Formeln zu wählen ist, kann leicht bestimmt werden, indem die in Fig. 4 a bis 4k gezeigten Signalverlaufe untersucht werden.

Fig. 4 a bis 4 d zeigen Signalverläufe, bei denen die Phasendifferenz ^ zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) gleich oder kleiner %/2 ist, wobei die Signalverlaufe in Fig. 4 a und 4 b dem Fall ^J)>A.t( A t ist die Abtastperiode mit — >· At /* θ) und die Signal verlauf e in Fig. 4 c und 4 d dem Fall At > ^y-O entsprechen. Fig. 4 e und 4 f geben die Signalverläufe an, bei denen die Phasendifferenz ψ gleich Null ist, während Fig. 4 g den

2098 2 6/0 5 79

Fall g = -χ erfaßt. In den Signalverlaufen von Fig. 4 h bis 4 k gilt ^< ψ < ft . Genauer gesagt, |< f ^ {% - At) für Fig. 4 h und 4 i, und weiter (IT- At) < ψ ^ % für Fig. 4 j und 4 k. Zusammenfassend ist also zu sagen, daß die SignalVerläufe in Fig. 4 a bis 4 d den Fällen entsprechen, wo das Wechselstromsignal A(t) in Phase gegenüber dem Wechselstromsignal B(t) verzögert ist, in Fig. 4 g A(t) in Gegenphase zu B(t) liegt, und in Fig. 4 a bis 4 k A(t) in der Phase B(t) voreilt. Die Bedingungen oder Zustände a, b und c, die in Fig. 4 a - 4 k jedem Signalverlauf sdiagramm zugeordnet sind, geben eine quantitative Basis für die Diskriminierung oder Unterscheidung in der Phasenrelation zwischen A(t) und B(t)_o Selbst wenn die Phasenbeziehungen zwischen A(t) und B(t), wie in Fig. 4 a bis 4 k gezeigt ist, umgekehrt werden, ist die Phasendiskriminierung möglich durch bloßes Vertauschen der Rollen von A(t) und B(t) in den Zuständen a und b. Infolgedessen sollte, wie aus Fig. 3 und den Formeln (5) und (7) ersichtlich ist, die Phasendifferenz γ über die Formel (6) errechnet werden, wenn einer der Signalverlaufe von Fig. 4 a bis 4 d vorliegt, oder mittels der Formel (7) zu einem der Signalverlaufe von Fig. 4 h bis 4k.

Es sei jetzt erörtert, wie die Signalverlaufe von Fig. 4 a bis 4 k zu interpretieren sind» Die Abtastpunkte t₁ und t„ entsprechen t^ und t-, t_ und to oder tv^ und t.... in Fig. 3. Die Abtastperiode ist At. Die Punkte t_Q und t_QL sind die Punkte, bei denen das Wechselstromsignal B(t) bzw;- A(t) vom. .negativen Pegel auf positiven Pegel oder vom positiven'Pegel auf negativen Pegel kommt. Die.Wechselstromsignale -B(t-) und A(t).werden nämlich bei t_ot bzw. ,t_O2 Null.:- In Fig. 4 >a bis 4-k sind t_Q1 und t tatsächliche .- -

209826/0579

2185470

oder wirkliche Nullstellen von B(t) und A(t), sie können Jedoch als die vermuteten oder angenommenen Nullstellen angesehen werden, wie sie entsprechend dem Vorgehen von Fig» 1 erhalten werden, d. h. t.^ in Fig..T. Die Zeitintervalle At. und Δ. t_o1 werden von t,w Ms t„ bzw» von t^g bis t„ gemessen»

Es sei Jetzt die Phasendifferenz zwischen den Wechselstroms ignal en A(t") und B'(. t) berechnet _r nachdem im Zeitpunkt t„ die Nullsteile von A(t) als zwischen t+ und t^ liegend ermittelt worden ist« Wenn in diesem Fall gleiche zeitig die folgenden Bedingungen erfüllt sirids

a) A(t_f>> &, A(T₂) < O, b> B(t_t) ä O. B(t^)< &,

wird die relative Lage von A(t) und B(t) im Signäldiägrämm von Fig. h d dargestellt. Die Formel (6) wird dann für die Berechnung der Phasendifferenz benutzt. Andere Signaldiagramme werden für andere Zustände genommen.

Fig. 5 ist das Blockschaltbild eines grundiegen<3en Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei dieses Ausführungsbeispiel die Frequenz des Wechselstromsignals und die Phasendifferenz zwischen verschiedenen Wechselstromsignalen erfassen kann. Die Anordnung in Fig. 5 hat zwei Eingänge für Wechselstromsignale A(t) und B(t), jedoch braucht nur eines der beiden Signale A(t) und B(t) verwendet zu werden» Ein Taktimpulsgenerator 11 erzeugt eine Folge von Taktimpulsen mit einer vorbestimmten Abtastperiode /Si. Abtast-

209828/0579

speicher 13 und 15 speichern bei Empfang der Taktimpulse vom Taktimpulsgenerator 11 die Momentanwerte der Eingangssignale A(t) und B(t) entsprechend den Taktimpulsen, die empfangen werden, bis der Be trieb^; eiiies Analog-Digital-Umsetzers, der noch zu beschreiben ist, beendet ist. Eine Steuerschaltung 17 liefert an verschiedene Stufen, die noch erläutert werden, vorbestimmte Steuersignale, die in einer vorbestimmten zeitlichen Lage zu den Taktimpulsen vom Generator 11 sich befinden« Eine Abtast- oder Abfrageschaltung 19 gibt die Ausgangssignale von den Abtast-' speichern 13 und 15 abwechselnd in Abhängigkeit von einem Signal S von der Steuerschaltung 17 weiter. Ein Analog-Digital-Umsetzer 21 setzt in Abhängigkeit von einem Signal S_ von der Steuerschaltung 17 die Ausgangssignale der Abtastspeicher I3 und 15 um, wobei die Ausgangssignale der Abtastspeicher I3 und 15» die über die Abfrageschaltung 19 übertragen sind, in entsprechende Digitalsignale umgesetzt werden. Ein Pufferspeicher 23 speichert die Ausgangssignale, des Analog-Digital-Umsetzers 21 in Abhängigkeit von einem Signal S_ von der Steuerschaltung 17· Eine Diskriminator- oder Entscheiderstufe 25 liest die Daten, die die Wechselstromsignale A(t) und B(t) betreffen, aus dem Pufferspeicher 23 in Abhängigkeit von einem Signal S. von der Steuerschaltung 17 aus und führt dann eine vorbestimmte arithmetische und eine diskriminierende oder unterscheidende Operation durch.

Die von der Steuerschaltung 17 abgegebenen Signale S' , S„, S und S. sind nicht von derselben Art, sondern verschieden, so daß die Diskriminatorstufe 25 die gewünschten Diskriminationsoperationen durchführen kann, wie noch beschrieben werden wird. Die Erläuterung des Blockschaltbilds

209826/0'5 79

- i4 -

in Fig. 5 und der Signalverlaufe in Fig. 1 bis 4 wird zeigen, wie die Nullstellen, die Periode des Wechselstromsignals A(t) und die Phasendifferenz zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) zu bestimmen sind» Operationen zur Bestimmung von Größen wie der Periode und der Phasendifferenz allein erfüllen jedoch nicht die Funktion eines Schutzrelais, wie es gegenwärtig verwendet wird«, Es wird daher nun beschrieben, wie die aus der Schaltung mit dem obigen Aufbau gewonnenen Daten zu verwenden sind, um die Funktionen von verschiedenen Schutzrelais zu erfüllen«

1, Phasendifferenzerfassungs-Relais

Die Diskriminatorstufe 25 ist so ausgelegt, daß sie ein Ausgangs signal nur dann erzeugt, wenn die Phasendifferenz j> , die entsprechend dem Vorgehen von Fig. 3 und Fig« 4 a bis 4 k erhalten wird, größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert ^? ο ist»

2. Frequenzerfassungs-Relais

Die Diskriminatorstufe 25 ist so ausgelegt, daß sie ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Periode T oder — T, die entsprechend dem Vorgehen von Fig. 2 erhalten wird, größer oder kleiner als ein gegebenes Zeitintervail T₀₁ oder -| T_Q1 (oder T_Q2 oder ^ T_Q2) ist_o

3. Spitzenwerterfassungs-Relais

Die Erregung oder Aberregung eines Heiais wie eines

209826/0579

Überspannungsrelais, eines Überstromrelais oder eines unter Spannungsrelais, das bei einer Erfassung eines Spitzenwerts in einem Wechselstromsignal A(t) betätigt wird, wird folgendermaßen bestimmt %

Wie aus dem Signaldiagramm von Fig. 2 hervorgeht, kann die Zeit At_t? vom Zeitpunkt t~ bis zur Ntillstelle des Wechselstromsignals A(t) entsprechend dem in Fig. t beschriebenen Vorgehen abgeleitet werden, nachdem das Wechselstromsignal A(t) bei t~ abgetastet worcfeß ist. Der Momentanwert oder Abtastwert A(t„) des Wechsel strom,* signals A(t) zum Zeitpunkt t„ ist gegeben durch die chung:

A(t₂) = A_n^_x si« { At₁₂)

wobei A der Amplittideilspitzenwert 'des Weehselstromsignals A(t) ist. Daher ist der Spitzenwert Ä. . durch den Ausdruck gegeben?

U(t₂)l

(9)r

max

der mittels allein der Daten ausgedrückt werden kann, die zur Zeit t« verfügbar sind. Auch die Äbtastwerte A(t„). und A(tr) des Wechselstromsignals A(t) zu den Zeiten t„ und tv werden entsprechend durch die Formel, berechnets

^{= A}max ^sin

^{sin (2Δ} * ⁺ ^t₁₂)- (8»)*

20 9 8 26/05 79

Entsprechend kann der Spitzenwert durch die folgen
den Formeln gewonnen werdeng

|A(t₃)

A
max

lsin(A t +At₁

I sin(2 Δ t + Δ t₁₂) I

Für andere Abtastpunkte t_, tg .·. werden ähnliche
Formeln über ähnliche Untersuchungen bestimmte

Der Spitzenwert kann also für jeden Abtastpunkt erhalten werden, so daß eine Schutzeinrichtung, die auf den Spitzenwert des Eingangs- oder Eingabesignals anspricht, durch ein derartiges Vorgehen realisiert werden kann. In diesem Fall könnte eine zuverlässigere Diskriminierung
erwartet werden, wenn vor dem Betrieb der Schutzeinrichtung sichergestellt wird, daß alle berechneten Ergebnisse für einige aufeinanderfolgende Abtastpunkte einer vorge-™ gebenen Bedingung genügen, oder wenn der Spitzenwert für k At + At₁₂ in nächster Nähe von -χ als Diskriminationskriterium der Anomalität verwendet wird, wobei k die Anzahl der Abtastimpulse ist, die nichts mit der Ableitung der Nullstellen des Signals zu tun haben.

209826/057 9

4. Leistungserfassungs-Relais

Die Erregung oder Aberregung eines derartigen Relais als Leistungsrichtungsrelais oder als Leis fcungsaustauschiiberwachungsrelais, das durch Erfassen einer Größe entsprechend dem Produkt von Spannung und Strom dient, wird folgendermaßen bestimmt?

Es sei angenommen, daß die Wechselstromsignale A(t) und B(t) in Fig. 3 die Spannung V sin co t bzw» der Strom I sin ( co t -<p) sind; in diesem Fall kann die Phasendifferenz \0 zwischen der Spannung und dem Strom entsprechend dem Vorgehen von Fig« 3 und h gewonnen werden«, Aus der obigen Erläuterung des Spitzenwerterfassungs-Relais ist auch ersichtlich, daß der Spitzenwert der Spannung oder des Stroms für jeden Abtastpunkt ermittelt werden kann.

Andererseits ist die Leistung P als das Produkt von Spannung und Strom durch den Ausdruck gegeben?

P = VI cos φ (10)o

Daher kann die Leistung P aus getrennt erhaltenen Größen V, I und $> gewonnen werden, indem zunächst cos γ aus >p und zweitens ein Produkt von V, I und cos *p gebildet wird. Die so berechnete Leistung wird dann als Diskriminationskriterium für die Störung benutzte In diesem Fall kann ein besonderer Wert von cos γ aus einem der vorher gespeicherten Daten von cos <p abgeleitet werden, der einem besonderen Wert von <f entspricht, um die Berechnung von cos j? zu vereinfachen.

209826/0579

5. Impedanzerfassungs-Relais

Die Erregung oder Aberregung von einem derartigen Relais als einem Impedanzrelais, um als Entfernungsrelais oder als Leitwertrelais, als Richtungsentfernungsrelais zu dienen, das eine Größe entsprechend dem Verhältnis von Spannung zu Strom erfaßt, wird folgendermaßen bestimmt %

Es ist allgemein bekannt, daß, wenn die Spannung und der Strom, gemessen in einem bestimmten Wechselstromkreis, angegeben werden durch V sin uj t bzw. I sin ωt - f die Impedanz Z, die Reaktanz X und der Widerstandwert R des Stromkreises durch folgende Formeln bestimmt sind?

VV V

Z = ·=, Χ = γ sin f , R = — sin $

Daher braucht nur das Verhältnis von Spannung zu Strom für das Impedanzrelais berechnet zu werden» Für das Reaktanzrelais oder das Widerstandswertrelais ist es ebenfalls nur notwendig, sin Φ oder cos j? aus <0 zu ermitteln und das

VV
Produkt — sin φ oder r= cos f zu berechnen» In diesem Fall

wird beim Leistungserfassungs-Relais ein besonderer Wert ™ von sin γ oder cos f aus einem der Daten von sin j? oder cos ϋ erhalten, die vorher für verschiedene Werte von J? gespeichert worden sind, das einem besonderen Wert von $ entspricht.

Fig. 6 zeigt ein Impedanzdiagramm eines Leitwert-Relais, wobei der Widerstand auf der Abszisse und die Reaktanz auf der Ordinate aufgetragen ist. Aus Fig» 6 ist er-

209 826/0579

sichtlich, daß das Leitwert-Relais einem Impedanzrelais (mit einer Einstellimpedanz Z ) entspricht, das parallel aus dem Koordinatenursprung in-einen Punkt verschoben worden ist, dessen Abszisse und Ordinate gleich einem Einstellwiderstand R bzw. einer Einstellreaktanz X_Q sind. Daher wird durch Verwendung von Z, X und R, erhalten aus den Gleichungen (11), die folgende Beziehung gewonnen?

(X₀-X)² + (R₀-R)²^Z₀ ² (12).

Um die Funktion eines Leitwert-Relais auszuüben, ist die Diskriminatorstufe 25 so ausgelegt, daß sie ein Ausgangssignal nur dann abgibt, wenn die Bedingung gemäß der Gleichung (12) erreicht wirdo

Es ist also ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung (gemäß Fig. 5) die Funktionen von verschiedenen Arten von Schutzrelais erfüllen kann, indem geeignet die Diskriminatorstufe ausgelegt wird. Im folgenden soll beschrieben werden, wie tatsächlich die verschiedenen Größen berechnet werden, die erhalten werden müssen, um die Funktionen der Schutzrelais zu analysieren»

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, die das Blockschaltbild eines grundlegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, wird das Wechselstromsignal mit einer konstanten Periode abgetastet, um die entsprechende Digitalinformation zu liefern, die dann in die Diskriminatorstufe eingespeist wird, die aufgrund der erhaltenen Digitalinformation entscheidet, ob eine vorbestimmte Bedingung erfüllt wird oder nicht, wobei der Gesamtbetrieb der einzelnen Stufen durch die Steuerschaltung gesteuert wird.

209826/0579

Die weiter unten angegebenen Programmlaufpläne entsprechen den Diskriminations- oder Entscheidungsoperationen, die hauptsächlich der Diskriminatorstufe zugeordnet sind.

1. Programmabiaufplan zur Nullstellenerfassung

Fig. 7 zeigt einen Programmabiaufplan für die Erfassung der Nullstellen eines Wechselstromsignals. Durch eine Operation 101 wird ein Beginn wie durch eine Unterbrechung ausgelöst. Eine derartige Unterbrechung kann einer der Abtastimpulse t , t_p „.„ sein, die anhand von Fig. 1 bis 4 beschrieben worden sind und die dazu dienen, diesen Programmablauf für die Nullstellenerfassung auszulösen, es kann sich aber auch um andere Signale handeln, durch die der Rechner anderen Zwecken angepaßt wird»

Durch eine Verzweigung 103 wird eine Entscheidung darüber getroffen, ob die Unterbrechung für den Beginn des Nullstellenerfassungs-Programmabiaufs ist oder nicht« Der Programmablauf folgt der Ablauflinie JA₉ wenn die Unterbrechung für den Beginn des Nullstellen-Erfassungsablaufs.... vorgesehen ist, ansonsten der anderen Ablauflinie NEIN₀ Wenn der Programmablauf entlang der AbIauflinie NEIN fortfe schreitet, und zwar infolge der durch die Verzweigung 103 getroffenen Entscheidung, beendet der Rechner den Entscheidungsbetrieb und wendet sich einem anderen Auftrag oder Job durch die Operation 104 zu. Wenn das Ergebnis der Entscheidung durch die Verzweigung 103 JA ist, wird der Momentanwert eines Wechselstromsignals A(t) im Zeitpunkt t , d. h. A(t ), durch eine Operation 105 gelesen. Durch eine Operation 107 wird das Produkt A(t - 1) « A(t )

209826/0579

des Momentanwerts A(t ) an einem Abtastpunkt t unmittelbar vor dem Abtastpunkt t mit dem Wert a(. ) gebildet. An einer Verzweigung 109 wird entschieden, ob der Wert des durch, die Operation 107 berechneten Produkts gleich oder kleiner Null oder größer als Null ist. Wenn das Produkt gleich oder kleiner als Null ist, d. tu A(t ) · A(t ) <1 0, dann folgt der Programmablauf der JA-Ablauflinie .und gelangt zu einer Operation 111. Wenn das Produkt größer als Null ist, d. h_o A(t ) =» A(t ) ;?- 0,

IX"" I AL

folgt der Programmablauf der NEIN-AbIauf1inie, um zu einer Operation 110 zu gelangen, wo der Rechner diesen Auftrag beendet und einen anderen Auftrag aufnimmt. Wenn das Ergebnis der Entscheidung in der Verzweigung 109 JA ist, werden durch die Operation 111 At,. und A^₁O ^en*^sP^re~ chend dem Verfahren von Fig. 1 berechnet. Die Nullstelle des Wechselstromsignals A(t) kann also aus den Daten in bezug auf den Abtastpunkt t ₁ oder t berechnet werden. Dann beendet der Rechner diesen Auftrag und nimmt einen anderen Auftrag durch eine Operation 113 auf.

2. Programmablaufplan für die Phasendifferenzerfassung

Fig. 8 zeigt einen Programmabiaufplan für die Erfassung der Phasendifferenz zwischen den beiden Wechselstromsignalen A(t) und B(t)o In diesem Programmablaufplan sind die Operationen 101 bis 111 ähnlich den mit den gleichen Bezugszahlen im Programmablauf von Fig. 7 bezeichneten,, Ein größerer Unterschied besteht nur darin, daß zwei Wechselstromsignale A(t) und B(t) eingegeben werden. Ferner wird, nachdem At und At₁₂ durch die Operation 111 berechnet worden sind, die Operation der Verringerung des Koeffizienten k von A* ^auf Null vorgenommen wird, wie

209826/0579

noch später beschrieben wird, und zwar durch eine Operation 112; selbst wenn das Ergebnis der Entscheidung durch die Operation 109 NEIN ist, nimmt der Rechner nicht sofort einen anderen Auftrag auf, sondern eine Operation wird erreicht, um das Produkt B(t ) ° B(t ) zu berechnen. Durch eine Operation 117 wird entschieden, ob das Produkt gleich oder kleiner Null oder größer Null ist, ähnlich wie durch die Operation 109. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 117 JA ist, d. h. B(t ..) ° B(t ) ^ 0, werden A, f.. und At' ~ durch eine Operation 119 berechnet, um die Nullstellen des Wechselstroms!- gnals B(t) zu gewinnen. Durch eine Operation 120, die später genauer erläutert werden wird, wird die Verringerung des Koeffizienten k von At auf Null vorgenonunen. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 117 NEIN ist, was dem Punkt t„ in Fig. 3 entspricht, wird der Koeffizient k von Δι in k + 1 geändert, indem Eins durch eine Operation 121 dazuaddiert wird, wobei k der Faktor von At ist, der bei der Phasendifferenzberechnung auftritt. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 119 und der Operation 117 JA ist, werden nicht nur.Ät.. und At₂ oder At' und At' durch die Operation 111 bzw. 119 berechnet, sondern es wird auch die Operation 133 erreicht, wo die Phasenvoreilung oder -verzögerung zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) erfaßt wird. Diese Erfassung wird entsprechend dem Verfahren von Fig. 4a bis 4 k durchgeführt. Durch eine Operation 125 wird das Produkt k · At der Anzahl k der Abtastimpulse, die nicht für die Gewinnung der Nullstelle einschlägig sind, und der Abtastperiode At berechnet. Durch eine Operation 127 wird die Phasendifferenz *p auf der Grundlage der Formeln (6) und (7) berechnete An der Operation

2 0 9826/057 9

121 oder 127 kann diese Phasendifferenzberechnung enden, jedoch ist zur genauen Simulation der Funktion eines Relais, das ein Ausgangssignal nur dann erzeugt, wenn die Beziehung zwischen der Phasendifferenz φ und einem vorgegebenen Wert ^p so ist, daß φ >; s> oder ^p < ^? ist, eine andere Operation 129 vorgesehen, um diese Beziehung zu prüfen. Entsprechend den Ergebnissen der vorhergehenden Prüfung werden die entsprechenden Ausgangssignale abgegeben oder kann eine Operation 131 für einen anderen Auftrag erreicht werden.

3. Programmablaufplan für die Frequenzerfassung

Fig. 9 zeigt einen Programmablaufplan für die Frequenz· erfassung eines Wechselstromsignals A(t)_o In diesem Programmabi auf plan haben die Operationen 101 bis 109 und die Operation 111 die gleiche wie die entsprechenden Operationen 101 bis 109 sowie 111 im Programmablaufplan für die Nullstellenerfassungo Wenn A(t .) ° A(t ) >· 0 ist, folgt der Programmablauf der NEIN-AbIauf1inie, um die Operation 121 zu erreichen, wo eine Eins zu der gespeicherten Zahl k der Abtastimpulse addiert wird, die nicht für die Gewinnung der Nullstelle einschlägig sind, um k + 1 zu bilden. Der Rechner nimmt dann einen anderen Auftrag durch die Operation I30 auf. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 109 JA ist, wird die Operation 111 erreicht, um At₁₁ und Δι „ zu erzeugen. Dann wird eine Operation 133 erreicht, um eine Periode T zu berechnen, die z. B₀ aus der Formel (5) errechnet wird. Der Faktor von At an einem bestimmten, speziellen Abtastpunkt ist der Wert am speziellen Abtastpunkt der Zahl k, gespeichert im Rechner bei der Operation 121» Durch

209826/0579

- Zk -

eine Operation 135 wird die Differenz zwischen der Periode T, erhalten durch die Operation 133» und einem vorgegebenen Wert T₀₁ gewonnen. Es wird dann entschieden durch eine Operation 137, ob T - T ^ 0 ist oder nicht. Wenn das Entscheidungsergebnis JA ist, folgt der Programmablauf der Ablauflinie JA, um ein Ausgangssignal 1 abzugeben, das anzeigt, daß die Frequenz unter einen bestimmten Pegel gefallen ist,, Wenn die Bedingung T - T_Q1 ^ O nicht erfüllt wird, läuft das Programm entlang der NEIN-AbIauflinie, um zu einer Operation 139 zu gelangen» Durch die Operation 139 wird T - T_n1 aus der Periode T und dem vorgegebenen Wert T_n berechnet und durch eine Operation 141 wird entschieden, ob das berechnete Ergebnis der Bedingung T - T_n ^S O genügt» Wenn diese Bedingung erfüllt wird, läuft das Programm entlang der JA-AbIauflinie _f um ein Ausgangssignal 2 abzugeben, das anzeigt, daß die Frequenz über einen bestimmten Pegel hinaus angestiegen isto Andererseits, wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, läuft das Programm entlang der NEIN-Ablauflinie, um die Operation 130 zu erreichen. Durch die Operation 130 nimmt der Rechner einen anderen Auftrag oder Job auf.

k. Programmablaufplan für die Spitzenwerterfassung

Fig. 10 zeigt einen Programmablaufplan für die Simulation der Funktion eines Spitzenwerterfassungsrelais_β Auch in diesem Fall haben die Operationen 101 bis 109 sowie 111 dieselbe Bedeutung wie die entsprechenden Operationen im Programmablaufplan für die Nullstellenerfassung. Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 109 NEIN ist, wird die Operation 129 erreicht, um k + 1 zu speichern, wel-

209826/0579

eher Wert gewonnen worden ist, indem eine Eins zur Anzahl k der Abtastimpulse addiert worden ist, die für die Gewinnung der Nullstelle nicht einschlägig sind» Wenn das Entscheidungsergebnis der Operation 109 JA ist und daher A. t und At._? durch die Operation 111 berechnet werden, wird die gespeicherte Anzahl k durch eine Operation 1^9 auf Null gelöscht. Durch eine Operation 151 wird At₁₂ + k · berechnet, durch eine Operation 153 sin( Δ t.« + k Schließlich wird ein Spitzenwert A über die Formeln (9)» (9^f) und (9") durch die Operation 155 berechnet« Da erfindungsgemäß der Zeitpunkt, zu dem die Folge von Rechnungen begonnen wird, jedesmal erneuert wird, wenn das Wechselstromsignal Null wird, wird der Absolutwert von A durch eine Operation 157 berechnet. Durch eine Operation 159 wird

die Differenz JA I- A_, zwischen A und einem vorgef max|O1 max

gebenen Wert A_n1 berechnet. Durch eine Operation 161 wird entschieden, ob der Zustand JA I - A ^O erfüllt ist

I max ι υ ι

oder nicht. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, wird ein Ausgangssignal 1 abgegeben. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird eine Operation 163 erreicht, um IA _e_|- A_n

zu berechnen, wobei A_n_ ein anderer Einstellwert ist_o Es wird dann durch eine Operation 165 entschieden, ob die Bedingung IA /- A„_o 2r0 erfüllt ist oder nicht. Wenn die I max I Od —

Bedingung erfüllt ist, wird ein Ausgangssignal 2 abgegeben, während sonst eine Operation 167 erreicht wird, so daß der Rechner einen anderen Auftrag aufnimmt. Da also das Ausgangssignal 1 erhalten wird, wenn I A I- Α_Λ1 <C O

ι max ι yj ι ss&

ist, tritt das Ausgangssignal 1 für (A J ^ A_n auf. Das Ausgangssignal 1 ist äquivalent dem Ausgangssignal von einem Relais wie einem Unterspannungsrelais. Ähnlich wird das Ausgangs signal 2 abgegeben, wenn |A j - A_n.. "2^0 gilt, d. h. IA |>-A , daher entspricht das Ausgangssi-

209826/0579

gnal 2 dem Ausgangssignal von einem Relais wie einem Überspannungsrelais oder einem Überstromrelais.

5· Programmablaufplan für die Leistungserfassung

Fig. 11 zeigt einen Programmablaufplan für die Simulation der Funktion des oben beschriebenen Leistungserfassungs-Relais. Wie bereits im Zusammenhang der Erläuterung eines Leistungserfassungs-Relais ausgeführt worden ist, sind die Spitzenwerte der Spannung und des Stroms zusammen mit der Phasendifferenz >p dazwischen erforderlich, um die Leistung zu berechnen. Daher wird die Berechnung der Leistung selbst nach denjenigen Operationen durchgeführt, durch die der Spannungsspitzenwert, der Stromspitzenwert und die Phasen-Differenz erhalten werden» In dem Programmabiaufplan von Fig. 11 tritt zunächst eine Operation zur Gewinnung der Phasendifferenz \g auf, zweitens eine Operation zur Gewinnung von Spitzenwerten und schließlich eine Operation zur Leistungsberechnungo Entsprechend sind die Operationen vor einer Operation 171» wo sin At₁₂ + k ° A t + \p berechnet wird, äquivalent bis auf eine zusätzliche Operation 12k den entsprechenden Operationen im Programmablauf in Figo 8. Die Beschreibung der Operation 12k soll weiter unten erfolgen. Durch die Operationen 171 bis 177 werden die Spitzenwerte von Spannung und Strom gewonnen, jedoch ist die Gewinnung der Spitzenwerte die gleiche wie in dem Fall, daß zwei Eingangssignale den Operationen 153 und 157 im Programmablauf von Fig. 10 zugeführt werden«, Die Ursache dafür, daß die Berechnung durch die Operation 171 verknüpft ist mit einem Winkel ( A *'₁₂ ^{+ k} ° A* + i> ) ^und jede Operation 175 mit einem Winkel (A t"₁₂ + k . A t + φ)

209826/0579

wird weiter unten erläutert'werden» Es soll jetzt der Fall betrachtet werden, daß die Berechnung unter Bezugnahme auf den Abtastpunkt t, durchgeführt wird« Bezüglich B(t) ist der Spitzenwert B durch die folgende Formel gegeben?

|B(t₆)|

B
max

sin (Δ t· ₁₂ + At) I

während der Spitzenwert von A(t), d. h. A berechnet

πιει χ

werden solltes

A
max

sin (Δ t«₁₂ +

Die Formen dieser Formeln werden bei der Berechnung im Abtastpunkt t_q vertauscht, d, h„ die Phasendifferenz <p wird bei der Berechnung von B berücksichtigt« Durch die Operation 124 wird bestimmt, welcher der Operationen 171 und 175 die Phasendifferenz j5 zugeführt werden sollte,, Das heißt, für jeden Abtastpunkt nach der Nullstelle von A(t) wird die Phasendifferenz der Operation 175 zugeführt, wo die Berechnung von B vorbereitet wird, während für

max

jeden Abtastpunkt nach der Nullstelle von B(t) die Phasendifferenz der Operation 171 zugeführt wird, wo die Berechnung von A vorbereitet wird. A(.t) und B(t) bedeuten entsprechend Spannung und Strom bzw. Strom und Span-, nung. Durch eine Operation 179 wird P = Vl cos j3 berechnet. In diesem Fall kann ein spezieller Wert von cos $> von

209826/05 7 9

21S5470

einem der cos -^-Werte erhalten werden, die vorher gespeichert worden sind, und zwar entsprechend einem speziellen Wert von &. Durch eine Operation 181 wird die Differenz zwischen der so erhaltenen Leistung P und einem vorgegebenen Wert P_ni erfaßt, anschließend wird entschieden, ob die Differenz Null oder negativ ist, und zwar durch eine Operation 183. Wenn die Differenz Null oder positiv ist, wird ein Ausgangssignal abgegeben, anstonsten wird eine Operation 185 erreicht, so daß der Rechner einen anderen Auftrag aufnimmt.

6. Programmabiaufplan für Impedanzerfassung

Fig. 12 zeigt einen Programmabiauf plan für die Simulation der Funktion des oben beschriebenen Impedanzrelais« Aus der Formel (11) ist ersichtlich, daß das Impedanzrelais auch simuliert werden kann durch Gewinnung von V_s I und cos j? , so daß die Operationen 101 bis 177 in Fig, 12 vollständig durch die entsprechenden Operationen im Programmablaufplan von Fig., 1 1 ersetzt werden können» Durch Operationen 191» 193 und 195 werden Z₉ X bzw. R berechnete Durch eine Operation 197 wird entschieden, ob die Leitwert-Kennlinie von Fig. 6 erfüllt wxrd oder nicht, eine weitere Entscheidung erfolgt durch eine Operation 199» Wenn das Entscheidungsergebnis JA ist, wird ein Ausgangssignal abgegeben, ansonsten wird eine Operation 201 erreicht, und der Rechner nimmt einen anderen Auftrag auf,.

Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Diskriminatorstufe 25» die aus einigen Einheiten besteht, welche jeweils eine einzelne Funktion aufweisen), und die für die Phasendifferenzerfassung, die anhand von Fig. 8 beschrie-

2 09826/0579

215547Ö

ben wurde, ausgelegt ist. Normalerweise wird das Rechenwerk eines Digitalrechners als die Diskriminatorstufe verwendet. Zur besseren Erläuterung ist jedoch die Stufe als Zusammenschaltung von Einfunktionseinheiten dargestellte In Fig. 13 sind, soweit möglich, dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 5 verwendet. Ein U_nterbrechungsfaktoranalysator J liefert z. B. in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Generators 11 ein Ausgangssignal J., das die Steuerschaltung 17 ansteuert. Entsprechend sendet die Steuerschaltung 17 an einen Speicher K einen Befehl E₁, daß der Speicher K Digitaldaten speichern soll, die über die Eingabeschaltung in Fig. 5 erhalten werden,, Die Steuerschaltung 17 sendet nach Empfang eines Signals K1 darüber, daß die Speicherung durch den Speicher K beendet worden ist, an einen Multiplizierer L einen Befehl E₃, daß das Produkt A(t ) · A(t J zu bilden ist (im Fall von B(t) das Produkt B(t_n) . B(^₁)*

Wie bereits beschrieben worden ist, ist ersichtlich, daß für A(t ) . A(t ) < 0 die Nullstelle des Wechselstromsignals A(t) zwischen t und t ₁ liegt* Ein Vorzeichendiskriminator M unterscheidet das Vorzeichen des Produkts A(t ) · A(t ₁) auf der Grundlage der vom Multiplizierer L erhaltenen Daten. Wenn das Produkt positiv ist, wird ein Ausgangssignal M₁ abgegeben, während bei negativem Vorzeichen ein Ausgangssignal M_p auftritto Die Vorzeichenentscheidung kann z. B. durchgeführt werden, indem das positive und negative Vorzeichenbit, das bei der Umsetzung der Analogdaten in die entsprechenden Digitaldaten durch den Analog-Digital-Umsetzer 21 gebildet wird, verglichen werden. Die eben beschriebenen Operationen können auch im Fall des Wechselstromsignals ß(t) verwendet

209826/0579

21S5470

werden. ¥enn das Ausgangssignal des Vorzeichendiskriminators M negativ oder Null ist, sendet die Steuerschaltung 17 an einen Phasendiskriminator N einen Befehl E„, daß eine Entscheidung über die Phasenlage zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) zu treffen ist« Im Phasendiskriminator N sind Signalverlaufe gespeichert, z_o B, die von Fig. 4 a - k k, und die Phasenbeziehung zwischen A(t) und B(t) kann ermittelt werden, indem diese Signaldiagramme A(t ) und B(t ) oder A(t ) und B(t ) ver«

ZX H 11™° I H^ I

glichen und die Zeiten t_o und t_₂ erhalten werden»

If Vie aus der Beschreibung anhand von Figo k und 8 ersichtlich ist, können die Phasenlage zwischen den Wechselstromsignalen A(t) ^und B(t) und die zugehörigen Formeln zur Berechnung im Phasendiskriminator ermittelt werden durch Bezugnahme auf die Signaldiagramme von Fig» h a bis h k. Ein Zähler 0 zählt die Anzeigeabtastperioden zwischen zwei benachbarten Nullstellen eines Wechselstromsignals, d. h. die Anzahl der Abtastimpulse, die nicht zur Gewinnung der Nullstelle gehören,. Der Zähler 0 überwacht ständig das Ausgangssignal des Vorzeichendiskriminators M, addiert eine Eins zur Anzahl der dort gespeicherten Abtastimpulse, wenn das Ausgangssignal positiv ist, d. h_o fe M₁, und löscht die dort gespeicherte Anzahlinformation, wenn das Ausgangssignal Null oder negativ ist, d. h_o M„. Das Intervall ±₂ - tr in Figo 3, d. h. 2 At in der Formel (6), kann aus der Anzahl der Zählvorgänge des Zählers 0 berechnet werden. Es versteht sich, daß 2 Δι zu berechnen ist, bevor der Zähler 0 gelöscht wird« Dieses 2 .Δt entspricht k .Δ t in der Operation 125 des Programmablaufplans von Fig. 8. Ein Phasendifferenzrechenglied Q berechnet die Phasendifferenz zwischen Wechselstromsignalen A(t) und B(t) aus dem Ausgangssignal des Zählers 0,

209826/0 579

dem Ausgangs signal des Phasendiskriminators N-, A(t) und B(t), A(t ) sowie A(t ) und B(t )„ Der Phasendiskriminator N zeigt nicht nur die Phasenlage zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) an, sondern liefert auch die geeignete Formel zur Berechnung der Phasendifferenz </?»

Entsprechend kann auf der Grundlage der Anzeige durch den Phasendiskriminator N die Phasendifferenz Φ zwischen den Wechselstromsignalen A(t) und B(t) erhalten werden aus den Momentanwerten A( t ), a( t ..), B(t .) und B(t ), die durch den Speicher K gespeichert sind, sowie dem Ausgangssignal des Zählers O₀

209826/0579

Claims

Patentansprüche

1./Verfahren zur Digitalverarbeitung von Sinus-¥echselstromsignalen, dadurch gekennz e i chne t, daß verwendet werden? eine erste Einrichtung (11) zur Erzeugung eines Zeitsignals, um ein oder mehrere Wechselstromsignale (A(t), B(t)) abzutasten; eine zweite Einrichtung (13, 15) zur Abtastung des oder der eingegebenen Wechselstromsignale synchron mit dem Zeitsignal und zur Speicherung der Abtastwerte der Signale für eine vorbestimmte Zeit; eine dritte Einrichtung (17) zur Erzeugung verschiedener Steuersignale (S - Sr) auf der Grundlage des Zeitsignals; eine vierte Einrichtung (19) zum wahlweisen Durchlaß der Ausgangssignale der zweiten Einrichtung, wobei die vierte Einrichtung durch ein erstes Steuersignal (S₁) der Steuersignale von der dritten Einrichtung (17) gesteuert wird; eine fünfte Einrichtung (21) zum Umsetzen des Ausgangssignals der vierten Einrichtung in eine entsprechende Digitalgröße, wobei die fünfte Einrichtung durch ein zweites Steuersignal (S₂) der Steuersignale von der dritten Einrichtung (i?) gesteuert wirdf eine sechste Einrichtung (23) zur Speicherung des Ausgangssignals der fünften Einrichtung, wobei die sechste Einrichtung durch ein drittes Steuersignal (sJ der Steuersignale von der dritten Einrichtung (17) gesteuert wird; eine siebte Einrichtung (25) zum Empfang des Ausgangssignals der sechsten Einrichtung, um zu entscheiden, ob die eingegebenen Wechselstromsignale (A(t), B(t)) einer vorbestimmten Bedingung genügen oder nicht, wobei die siebte Einrichtung von einem vierten Steuersignal (sJ der Steuersignale von der dritten Einrichtung (17) gesteuert wird;

209826/0579

und daß die Signalverarbeitung.dadurch erfolgt, daß ein Ausgangssignal von der siebten Einrichtung (25) abgegeben wird, wenn das Produkt A(t ) · A(t ) Null oder negativ ist, wobei A(t ) und A(t ₁) die Abtastwerte von irgendeinem (A(t)) der Wechselstromsignale an einem bestimmten Abtastpunkt t und an einem anderen Abtastpunkt t sind, der um eine Abtastperiode (Δ t) vor t liegt, und daß die Nullstelle (t ₁ bzw. t·,?) ^des Wechselstromsignals mit Hilfe einer Qeraden durch A(t ) und A(t .) ermittelt wird (Fig. 1, 5)»

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwert des Wechselstromsignals A(t) gewonnen wird aus dem Sinus eines Winkels, der der Zeit von der erhaltenen Nullstelle des Wechselstromsignals bis zum benachbarten Abtastpunkt äquivalent ist, und dem Abtastwert des Wechselstromsignals an dem benachbarten Äbtastpunkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechselstromsignals erfaßt wird, indem die Periode (τ) des Wechselstromsignals aus dem Intervall zwischen den beiden benachbarten Nullstellen des Wechselstromsignals gewonnen wird.

k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz zwischen zwei der Wechselströmsignale ermittelt wird aus der Nullstelle des einen der beiden Wechselstromsignale und den Nullstellen des anderen der beiden Wechselstromsignale»

209826/05 7 9

5· Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die beiden Wechselstromsignale eine Wechselspannung und ein Wechselstrom sind, die Impedanz ermittelt wird durch Berechnung des Verhältnisses der Spannung zum Strom und der erhaltenen Phasendifferenz.

6. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die beiden Wechselstromsignale eine Wechselspannung und ein Wechselstrom sind, die Leistung als das Produkt des Wechselstroms, der Wechselspannung und des Kosinus der erhaltenen Phasendifferenz berechnet wird_o

2 09826/0579

-Leerseite