DE2446706C3

DE2446706C3 - Einrichtung zur Überwachung wenigstens einer im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße

Info

Publication number: DE2446706C3
Application number: DE2446706A
Authority: DE
Inventors: Mituhiro Furuse; Takeshi Hayashi; Tomoyoshi Ochiai
Original assignee: Meidensha Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Meidensha Corp; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1974-09-30
Publication date: 1979-01-18
Also published as: CH588177A5; GB1467080A; US4006348A; CA1009306A; DE2446706B2; FR2246878B1; DE2446706A1; FR2246878A1

Description

Λ = B,

a-1, ao, a\ jeweils gleich b-1, bo, b\,
θ = 0
und wobei

f\ = —2 cos 2 Φ zur Erzeugung eines Ausgangssignals 1 A² sin² Φ,

/i = 4 sin² Φ zur Erzeugung eines Ausgangssignals 4 A¹ sin³ Φ,

f\ = -I, /2 = 0 zur Erzeugung eines Ausgangssignals V> A² und f\ = 1, /3 = —2 zur Erzeugung eines Ausgangssignals AK

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung wenigstens einer im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße von vorbestimmter Periode in einem elektrischen Strumversorgungssystem, mit einer auf Prüfimpulse mit vorbestimmter Periode ansprechenden Prüfeinrichtung zur Abtastung der elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße und zur Erzeugung von die Abtastwerte derselben repräsentierenden diskreten Signajen an individuellen, durch die Prüfimpulse festgelegten Abtastpunkten, und mit einer Recheneinheit zur arithmetischen Verarbeitung der diskreten Signale in ein Ar^angssignal, das zur Ermittlung von Fehlern in dem Sftomversorgungssystem dessen Betriebszustand repräsentiert Ein Überwachungssteuersystem für ein elektrisches Netzsystem muß mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, da Neizsysteme immer größer und umfangreicher und komplizierter im Aufbau werden und die übertragenen Spannungen immer höher werden. Auf der anderen Seite ist es bereits bekannt, daß die Digitaltechnik üei der Überwachung von Wechselstroragrößen in einem solchen Überwachungssteuersystem vorzuziehen ist. Die Gründe dafür sind in der DE-OS 23 44 921 beschrieben. Für einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit ist es erwünscht, ein Steuersignal von einem Überwachungssteuersystem von einer kleinen Anzahl von Analog- oder Digitalabtastwerten von den elektrischen Größen herzuleiten. Zusätzlich ist es bisher erforderlich, die Abtastimpulse an verschiedenen Punkten eines Überwachungssteuersystems zu rynchronisieren.

Aus der DE-OS 21 55470 ist eine Einrichtung der eiiigangs beschriebenen Art bekannt, bei der zwei sinusförmige Signale an zwei aufeinanderfolgenden Stellen abgetastet werden und die so gewonnenen Abtastwerte zweier aufeinanderfolgender Stellen in einem Rechner miteinander multipliziert werden, um die ungefähre Nullstelle des Signals zu ermitteln. Ferner wird die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen bestimmt und unter Verwendung des ermittelten Wertes der Phasendifferenz die Leistung berechnet. Bei dem in dieser bekannten Einrichtung verwirklichten Verfahren wird der Verlauf der Sinuskurve in der Nähe der Nullstellen durch Geraden approximiert. Hierdurch erg'bt sich ein unvermeidlicher Fehler in der Bestimmung sämtlicher kritischer Werte. Außerdem beansprucht die Bes;v>nmung des ungefähren Nullpunktes eine Zeitspanne, die bis zur Hälfte einer Periode des Sinussignals betragen kann. Ein in dem überwachten Netzsystem auftretender Fehler wird daher erst nach einer relativ langen Zeitspanne ermittelt, die für moderne umfangreiche Systeme mit höchsten Spannungen unzulässig ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Überwachung elektrischer Wechselstromgrößen unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Abtastwerten der jeweiligen Größen zu schaffen, bei der weder die Ausgangssignale mit einem wesentlichen Fehler behaftet sind, noch eine unzulässige Verzögerung bei der

Ermittlung von Abnormalitiilen im Netzsystem auftritt. Dabei soll es in bestimmten Fällen nicht erforderlich sein, die elektrische Größenabtastung synchron auszuführen.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der ί eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Recheneinheit Einrichtungen zur arithmetischen Verarbeitung von an drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten abgeleiteten diskreten Signalen nach der Vorschrift to

ι f f\ ■ ii„t\) - f> ■ α \b ι - (\ ■ ii\b \

;iiöi + ;) ,b

aufweist, wobei

;/ ι, .7,1, :i\ diskrete Signale an drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten einer ersten, im wesentli- '' chen sinusförmigen elektrischen Strom- oder .Spannungsgröße,

b i. bu. b\ diskrete Signale an drei aufeinanderfolgenden Punkten einer zweiten im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- oder Spannungsgröße,

f\ = I cos Φ. f; = 0, Λ = 0 zur Erzeugung eines Ausgangssignals 2 A B cos Θ sin² Φ,
mit A und SaIs Amplituden Her zwei elektrischen j> Strom- oder Spannungsgrößen, θ als Phasenunterschied zwischen diesen und Φ als Phasendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastpunklen.

/Ί = 4sin-'^f/', 6 = 1. Λ = t zur Erzeugung eines «> Ausgangssignals 4 AB cos Θ sin-' Φ,

A = — 1. /"> = 0. l\ = 0 /ur Erzeugung eines Ausgangssignals '/: /\3cos Θ
und wobei

f\ = 1, Λ = I, Λ = 1 zur Erzeugung eines Ausgangssignals ΛScos Θ.

Die Erfindung ist auf elektrische Wechselstromgrößen anwendbar. Es werden insbesondere sinusförmige elektrische Größen gemeinsamer Periode als Paare behandelt. Mit der Erfindung wird es möglich, von nur drei aufeinanderfolgenden Abtastungen von jedem Paar von im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Größen einer gemeinsamen Periode eine Variable abzuleiten, die als Gleichstrom-Abtastwert oder als effektiver Abtastwert bezeichnet werden kann, wobei das Wort »effektiv« hier verwendet wird wie beim »Effektivwert« eines elektrischen Wechselstroms oder einer elektrischen Wechselspannung. Die Variable kann allein durch die Scheitel- oder Rffektivwerte der jeweiligen elektrischen Größen, die Phasendifferenz zwischen den elektrischen Größen und die Abtastperiode bestimmt werden. Es ist daher mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung möglich, einen der Scheitelwerte und die Phasendifferenz zu messen, wenn die beiden anderen bekannt sind. In diesem Zusammenhang sei gesagt, daß der Begriff »Überwachung« hier in einer weitgehenden Bedeutung zu verstehen ist. Wenn die ersten und zweiten Perioden differieren, dann zeigi das erste resultierende Signal diese Tatsache an. Der Ausdruck »annähernd bzw. normalerweise im wesentlichen gleich« im vorhergehenden Absatz wird deshalb verwendet, um zum Ausdruck zu bringen, daß die Einrichtung zur Überwachung jeder Differenz zwischen der ersten und der zweiten Periode verwendbar ist. Sind zwei elektrische Wechselstromgrößen einer gemeinsamen Grundfrequenz nicht sinusförmig, sondern haben höhere Harmonische oder Gleichstromkomponente^ dann kann ein Filter verwendet werden, um ein Paar von im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Grollen abzuleiten, wodurch die ursprünglichen elektrischen Wcchselstromgrößen mit ausreichender Genauigkeit überwacht werden können. Die Verwendung eines Filters oder anderer Frequenzwandlereinrichtungen ist auf zwei elektrische Wechsclstromgrößen mit zu Grundfrequcnz.cn gehörigen Harmonischen anwendbar. Im Fall von mehr als zwei elektrischen Wechselstromgrößen kann eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Einrichtungen verwendet werden.

Wpitrrr Merkmale und ZnCLKniäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigi

Fig. I ein Diagramm mit zwei sinusförmigen elektrischen Größen einer gemeinsamen Periode und Abtastwerten davon zur Beschreibung des Grundprinzips, auf dem die Erfindung basiert,

Fi g. 2 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsformder Frfindung,

Fig.3 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 4 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 werden die Grundsätze, auf denen die Erfindung basiert, zuerst an einfachen Beispielen beschrieben. Zwei sinusförmige elektrische Größen a und b gemeinsamer Frequenz f werden dargestellt durch:

\ a — /4 sin OJi

I b = ßsin(o)/ + θ).

worin ω = 2 π(. A und B die Scheitelwerte oder Amplituden der jeweiligen elektrischen Größen und ι und Θ die Zeit und die Phasendifferenz zwischen den elektrischen Größen darstellen. Es wird jetzt angenommen, daß die elektrischen Größen zur Verwendung einer einzigen Abtast- oder Taktpulsfolge einer Abtastperiode oder eines Intervalls Φ/ω zu einer wahlweisen Bezugszeit T und an individuellen Abtastoder Taktpunkten T+ /θ/ω (i = .... -1, 0, 1, ...) abgetastet werden. An drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten erhaltene Teilgrößen werden '"mn dargestellt als:

f a~\ = As\n((oT — Φ) \ 6-1 = ßsin(wr+ θ - Φ), j a₀ = A sin ω Τ \ bo = Bsin(£t)r+ θ),
f a, = Λ sin (ω Γ+ Φ) \ bt = Ssin(tur+ θ + Φ),

worin a, und b, ein Teilgrößenpaar von dem Abtastpunkt ι 7"+ /Φ/ω darstellen. Produkte der einzelnen Abtastpaare sind:

a_, b-i = K [cos (9 - cos (2«, T + ft)cos 1Φ - sin (2<i T + Θ) sin 2Φ] . O₀ fo₀ = K [cos θ - cos (2r.> T + «)] .
a, Zj₁ = K [cos ft - cos (2m T + ft) cos 2Φ + sin (2... T + ft) sin 2Φ]

(D (2) (3)

7
worin K = AB/2 ist. Aus den Gleichungen (I) bis (3) folgt:

«_, h^, + rt, /), - 2(i₀ /j_n cos 2f/> = 2AB cos « sin²'/» Aus den Gleichungen (I) und (3) ergibt sich:

ti _ ι — </i = —2/4 sin'/» cos ι» T,

(4)

{a ! (ii) [h. , - />,) = 4 K sin²'/» [cos (-) + cos(2i-i 7' + (-))]

■ nler Verwendung der Gleichungen (2) und (?) ergibt sich:

Ui ] <'|)(/» ι - M + 4 </„/),, sin²'/' = 4/4 ß cos W sin²«/»

(5)

(6)

I.s im ersichtlich, dall die rechten Seiten der üicichun- ^i :i (4) und (6) unabhängig von der Zeit ι sind und daß die GleThupprcn (4) und (6) für jede Gruppe von drei aufeinanderfolgenden Austastpaaren gelten. Aus der physikalischen Betrachtung der oben erhaltenen Gleichungen ist erkennbar, dall es bei Verwendung eines Paares von Austastgrößen, wie ;i2 und b ■> und entsprechend ui - as. und b ! — bn, die an verschiedenen Abtastpunkten erhalten werden, anstelle eines Paares von jedem Abtastpunkt, und bei Verwendung von verschiedenen Abtastimpulsfolgen ohne PhasenreliUioii /wischen ihnen aber mit einer gemeinsamen Abtjstperiodc, d. h. Abtastimpulsen, die Abtastpunkic T. + /Φ/ω und T, +■ ίφ/ω definieren, wobei T₁ und Th wahlweise Bezugszeiten darstellen, auch möglich ist. einen Punktfrequcnzabtastwert oder effektiven Abtastwert zu erhalten, obwohl der Abtastwert oder die Variable jetzt ferner von den Phasendifferenzen zwischen den Abtastpunkten und den Abtastimpulsfolgen abhängt. Auf jeden Fall wird die Variable gemäß den linken Seiten der Gleichungen (4) und (6) durch algebraisches Summieren von höchstens fünf Termen gebildet. Darüber hinaus wird einer der fünf Terme durch ein Produkt von drei Faktoren aus zwei Teilgrößen und einer Konstanten bestimmt, während jeder der übrigen Terme durch ein Produkt von zwei Teilgrößen gegeben ist. Die Konstante kann 1 sein.

Wird eine einzige, im wesentlichen sinusförmige elektrische Größe a betrachtet, dann werden die Gleichungen (4) und (6) zu

ItJ₁ + (ή - 2ij^cos2'/' = 2 A¹ sin²'/' (7)

(α., - a,)² + 4fl^ sin²'/» = 4 A² sin²«/» (8)

+ O₀^o = AB cos θ (10)

gungskapazilät eines Gliedes /.wiSCiici'i c'mcni ι UPiKt, an dem jede Teilgröße erzeugt wird, und einem Ort, an dem Teilgrößen verarbeitet werden, besonders zweckmäßig. Wenn die elektrischen Größen in 15°-Abtastintervallen ausgetastet werden, was bei einer Überwachungssteuerung eines elektrischen Netzsystems nicht selten ist. dann kann jeder andere 15° -Intervallteilwert verwendet werden, wie sie als die Teilwerte in den Gleichungen (9) und (10) verwendet werden. Die Gleichungen (7) und (8) werden einfach:

weil « = 0 ist. Auf der anderen Seite werden die Gleichungen (4) und (6) einfacher, nämlich

i₀ = {AB cos B)Il (9)

bO

fl-l P-, + O₁ fc, -

wenn die Abtastperiode 30° in Termen des Phasenwinkels der elektrischen Größen ist, d. h. V12 der Periode U₁ der elektrischen Größen. Zur Überwachung von elektrischen Wechselstromgrößen und bei der Steuerung eines elektrischen Netzsystems zum Schutz desselben und für andere Zwecke ist eine 30° -Abtastperiode in bezug auf die Genauigkeit und die Übertraft + (i² -U = A^z/2
(«_, - ii,)² + «t², = A²

(II)
(12)

wenn die einzelne elektrische Größe a in 30°-Austastintervallen ausgetastet wird. Praktische Anwendungen von Gleichungen (7), (8),(II) und (12) werden später im Zusammenhang mit einer Anordnung gemäß einer zweiten in Fig.3 beschriebenen Ausführungsform beschrieben.

Im folgenden wird insbesondere auf Fig. 2 Bezug genommen. In dieser Figur ist eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zum Unterscheiden der Richtungen oder Polaritäten eines elektrischen Wechselstroms, der durch eine Übertragungsleitung 10 fließt, in bezug auf eine elektrische Wechselspannung auf der Leitung 10 gezeigt, die einen Stromwandler 11, welcher auf den elektrischen Strom zum Ableiten eines im wesentlichen sinusförmigen Stromsignals a einer Frequenz gleich der Grundfrequenz des Stroms anspricht, eine Spannungsteilereinrichtung 12, die auf die Spannung zum Ableiten eines im wesentlichen sinusförmigen Spannungssignals b der obengenannten Frequenz anspricht, und Analog-Digital-Wandlerschaltungen 13 und 14, die auf Abtastimpulse einer vorbestimmten Periode Φ von einer Abtastimpulsquelle (nicht gezeigt) zum Abtasten von Strom- und Spannungssignalen ansprechen und die Strom- und Spannungs-Analog-Abtastwerte in Strom- und Spannungs-Digital-Abtastwerte a, und b, umwandeln, aufweist. Die Anordnung weist ferner ein Multiplizierglied 16 zum Errechnen eines ersten Produktes a,b, eines Paares von Strom- und Spannungs-Digital-Teilgrößen als Antwort auf jeden Abtastimpuls und zum Multiplizieren jedes ersten Produktes mit einem erhaltenbleibenden Faktor 2 cos 2 Φ zum Erzeugen eines zweiten Pfoduktes 2 a,fe, cos 2 Φ, ein Addier-Subtrahierglied 17, welches auf die Abtastimpulse zum Halten der ersten

und zweiten Produkte und zum Berechnen an jedem Abtastpunkt von der algebraischen Summe

a_i/»-i + a\b\ — 2 3o6ocos2 Φ

auf der linken Seite der Gleichung (4) anspricht, und einen Diskriminator oder ein Entscheidungsglied 18, welches auf das Vorzeichen jeder algebraischen Summe zum Liefern eines Diskriminator- oder Entscheidungssignals an eine Ausgangsklemme 19 anspricht, auf. Durch das Diskriminierungssignal wird es möglich, die Stromrichtung zu überwachen. Wenn es erwünscht ist, einen nicht gezeigten Leistungsschalter in Betriebsstellung zu schaiten, wenn der Strom eine gegenüber der Spannung entgegengesetzte Polarität besitzt, dann kann das Diskriminierungssignal eines bestimmten Pegels über die Ausgangsklemme 19 einer nicht gezeigten Betätigungsschaltung für den Leistungsschalter zum Ausschalten desselben zugeführt werden. Der Diskrimi-PiäiOi ιο kann CiüCn "CiCrCnZpCgC! 2 /Λ ίί COS ÖD Si". '" !Π bezug auf die Scheitel- oder Effektivwerte von Strom und Spannung und einen vorbestimmten Wert θο der Phasendifferenz θ zwischen diesen zur Erzeugung eines Diskriminatorsignals eines bestimmten Pegels für den Fall, wenn die Phasendifferenz den vorbestimmten Wert übersteigt, beibehalten.

Es wird weiter auf Fig. 2 Bezug genommen. Es ist erkennbar, daß das Addier-Subtrahierglied 17 durch Zeit- oder Taktimpulse betreibbar ist, die unabhängig von den Abtastimpulsen sind, die in den Analog-Digital-Wandlerschaltungen 13 und 14 verwendet werden. Die Multiplizier- und Addier-Subtrahier-Glieder 16 und 17 können eine arithmetische Einheit eines elektronischen Digitalcomputers sein. Ferner kann der Diskriminator 18 Teil eines Computers sein. Die Glieder 16 bis 18 können ein elektronischer Analogcomputer sein, wenn anstelle von Digitalaustastwerten Analogabtastwerte verarbeitet werden. Das Diskriminatorsignal eines bestimmten Pegels kann in Übereinstimmung mit seiner Verwendung als Steuer- oder Alarmsignal bezeichnet werden. Wird der obengenannte Referenzpegel auf 2 AB sin² Φ eingestellt, dann ist es möglich, ein die Phasendifferenz θ repräsentierendes Signal zu erzeugen, indem die algebraische Summe durch den Referenzpegel dividiert und der arc cos des Quotienten im Diskriminator oder in der Entscheidungsschaltung 18 wie hierin genannt errechnet wird. Es ist leicht erkennbar, daß in dieser Ausführungsform nur die Analog-Digital-Umwandlung ausgeführt ist, weil das in vielen Fällen vorzuziehen ist. Zusätzlich ist zu erwähnen, daß die die Abtastwerte repräsentierenden Signale, die Produkte, die algebraische Summe usw. zur Abkürzung der Beschreibung nur durch die dadurch repräsentierten Werte bezeichnet sind.

In Fig.3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung zum Feststellen eines fehlerhaften Problems in einer Übertragungsleitung 10 durch Überwachen eines hindurchfließenden elektrischen Wechselstromes an Punkten neben den beiden Enden der Leitung 10 gezeigt. Die Anordnung weist einen ersten Stromwandler 11, welcher auf den Strom in der Nähe des einen Endes der Leitung 10 zum Herleiten eines im wesentlichen sinusförmigen Signals a<'> einer Periode gleich der Grundperiode des Stromes anspricht, einen zweiten Stromwandler 21, welcher auf den Strom in der Nähe des anderen Leitungsendes zum Herleiten eine« zweiten im wesentlichen sinusförmigen Signals a<²> derselben Periode anspricht, Analog-Digitalwandler 13 und 14 der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Art zum Erzeugen erster und zweiter Strom-Digital-Abtastwerte a/> > und a/²> und ein Subtrahierglied 26 zum Errechnen einer Differenz zwischen den ersten und zweiten Abtastwer-

') ten von jedem Abtastpunkt zur Erzeugung eines Stromdifferenz-Digitalabtastwertes a, auf. Das Subtrahierglied kann in einem elektronischen Digital- oder auch Analogcomputer enthalten sein. Es ist hier zu sagen, daß die Stromdifferenz-Digitalabtastwerte eine

in einzelne elektrische Größe an den entsprechenden Abtastpunkten repräsentieren und daß die einzelne elektrische Größe im wesentlichen sinusförmig ist. Die einzelne elektrische Größe kann als ein Differenzstrom bezeichnet werden. Es folgt jetzt, daß die Gleichung (7),

r> (8), (11) oder (12) auf die Stromdifferenz-Abtastwerte anwendbar ist. Folglich weist die Anordnung gemäß ler zweiten Ausführungsform ferner ein Multipliüiergüed 16 ähnlich dem im Zusammenhang mit der ersten Aüsführungsform hp'chriphpnen 7iir Bildung der Ona-

_>i> drate a? und der Produkte 2 a,- cos 2 Φ, ein Addier-Subtrahierglied 17 der bereits beschriebenen Art zum Berechnen der algebraischen Summe

ii-r + är — 2 ao-'cos 2 Φ

r> an jedem Austastpunkt und einen Diskriminator oder eine Entscheidungsschaltung 18 der beschriebenen Art zum Liefern eines Alarmsignals an eine Ausgangsklemme 19, für den Fall, daß die algebraische Summe nicht null ist, auf. Im Zusammenhang mit den rechten Seiten

ιο der Gleichungen (7), (8), (11) und (12) ist jetzt zu verstehen, daß A den Scheitelwert des Differenzstromes repräsentiert, der dann gleich null sein soll, wenn kein Fehler auf der Übertragungsleitung 10 auftritt. Es ist ferner zu verstehen, daß bei Verwendung von

π Abtastwerten, die an verschiedenen Abtastpunkten von einer einzelnen elektrischen Größe abgeleitet werden, an Stelle der in den Gleichungen (7), (8), (11) und (12) verwendeten Abtastwerte eine Amplitude A erhalten wird, die zweimal so groß ist wie die der originalen elektrischen Größe, wenn die Differenz zwischen den an 180"-Intervallen abgeleiteten Abtastwerten berechnet wird.

In Fig. 4 ist eine Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zum Diskriminieren

r. zwischen den Richtungen eines elektrischen Wechselstromes a. der durch eine Übertragungsleitung 10 fließt, in bezug auf eine elektrische Wechselspannung 6 der Leitung 10 gezeigt. Diese weist einen Stromwandler 11, eine Spannungsteilereinrichtung 12 und Analog-Digital-

Wandler 13 und 14 auf, die alle im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben worden sind. Die Anordnung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung weist ferner ein erstes auf die Abtastimpulse ansprechendes Subtrahierglied 31 zum Halten der

S5 Strom-Digital-Abtastwerte a, und zum Ableiten einer Stromdifferenz a-i-ai an jedem Abtastpunk', ein zweites Subtrahierglied 32 für ein entsprechendes Ableiten einer Spannungsdifferenz 6_,-6i. ein Multiplizierglied 33 zum Erzeugen eines ersten Produktes

bo (a-\-a\) (b-\-b\) an jedem Abtastpunkt, ein auf die Abtastimpulse ansprechendes Multiplizierglied 34 zum Halten der Strom- und Spannungs-Digital-Abtastwerte für eine Abtastperiode Φ, das ferner auf einen dadurch festgehaltenen Faktor 4 sin² Φ anspricht, um ein zweites

Produkt 4 aobo sin² Φ jedesmal bei der Erzeugung des ersten Produktes (a-\-a\) (6-161) zu erzeugen, ein Addierglied 35 zur Erzeugung einer Summe (a-\—a\) (b-\ — b])+4 aobo sin² Φ entsprechend der linken Seite

der Gleichung (6) und einen Diskriminator oder eine Entscheidungsschaltung 18 der im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschriebenen Art zum Liefern von beispielsweise einem Steuersignal an eine Ausgangsklemme 19, wenn die Summe kleiner ist als ein Bezugspegel 4 ABcos θο sin² Φ, der hierbei festgehalten wird, auf. Wie beschrieben, können die Glieder 31 bis 35 und 18 entweder ein elektronischer Digitalcomputer oder, falls an Stelle von Digitalaustastwerten Analogaustastwerte verarbeitet werden, ein elektronischer

Analogcomputer sein.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die in dem Multiplizierglied 16 verwendeten Faktoren in Übereinstimmung mit der verwendeten Abtastperiode angepaßt werden können. Dem Diskriminator- oder Entscheidungsglied 18 kann ein einstellbarer Referenzpegel eingegeben werden. Es kann auch ein Paar von Abtastimpulsquellen ohne Synchronisation zwischen denselben für die jeweiligen Analog-Digital-Wandler Π und 14 verwendet werden.

ilicr/u I HUiti ZcichmiiiiziMi

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Überwachung wenigstens einer im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße von vorbestimmter Periode in einem elektrischen Stromversorgungssystem, mit einer auf Prüfimpulse mit vorbestimmter Periode ansprechenden Prüfeinrichtung zur Abtastung der elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße und zur Erzeugung von die Abtastwerte derselben repräsentierenden diskreten Signalen an individuellen, durch die Prüfimpulse festgelegten Abtastpunkten, und mit einer Recheneinheit zur arithmetischen Verarbeitung der diskreten Signale in ein Ausgangssignal, das 1; zur Ermittlung von Fehlern in dem Stromversorgungssystem dessen Betriebszustand repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (16, 17; 31, 32, 33,34,35) Einrichtungen zur arithmetischen Verarbeitung von an drei aufeinandcrfolgenden Abtastpunkten abgeleiteten diskreten Signalen nach der Vorschrift

n-\b-

— k - a~\b\ — h · a\b-\

35

45

aufweist, wobei

a_i, ao, a\ diskrete Signale an drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten einer ersten, im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- oder Spannungsgröße, b- u bo, fci diskrete Signale an drei aufeinander- ^J0 folgehden Punkten einer zweiten, im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- oder Spannungsgröße,

f\ = 2 cos 2 Φ, fr = 0, j = 0 zur Erzeugung eines Ausgangssignals 2 Aß cos θ sin² Φ,

mit A und B als Amplituden der zwei elektrischen Strom- oder Spannungsgrößen, θ als Phasenunterschied zwischen diesen und Φ als Phasendifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Abtastpunkten,

/i = 4 sin² Φ, /j = I₁ /3 = 1 zur Erzeugung eines

Ausgangssignals 4 A B cos θ sin² Φ,

f\ = —1₁ /2 = 0, h = 0 zur Erzeugung eines Ausgangssignals '/2 AB cos θ

und wobei

f\ = I₁ h = 1, h = 1 zur Erzeugung eines Ausgangssignals /ti? cos Θ.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an die Prüfeinrichtung (13) angekoppelte Multipliziereinrichtung (16) zum Speichern einer Konstanten (2 cos 2 Φ), die durch die zu überwachende Größe und die Periode der Prüfimpulse (ω, Φ/ω) vorbestimmt ist, und zur Berechnung eines ersten Produktes C^a-'²> ad¹, a\²) des an jedem Abtastpunkt ermittelten Abtastsignals zur Erzeugung eines ersten Produktsignals, welches das erste Produkt repräsentiert, und eines zweiten Produktes (2 ao² cos 2 Φ), das aus dem ersten Produkt und der Konstanten gebildet ist, zur Erzeugung eines zweiten Produktsignals, welches das zweite Produkt darstellt, und durch eine Additions-Subtraktions-Einrichtung (17), die an die Multipliziereinrichtung (16) angekoppelt ist, zur Speicherung des ersten und des zweiten Produktsignals und zur Durchführung einer algebraischen Addition aus dem ersten und dem zweiten Produkt in Abhängigkeit von den Prüfimpulsen für die Abtastsignale an den drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten (—Φ/ω, ο, Φ/ω), zur Erzeugung eines Ausgangssignals (2 A² sin³ Φ), das einen zeitunabhängigen Wert der elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße darstellt

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Periode der Prüfimpulse gleich V12 der Periode der elektrischen Strom- bzw. Spanwungsgröße ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Additions-Subtraktions-Einrichtung (17) die algebraische Addition

a-1² + a>²- 2ao²cos2"5

ausführt, zur Erzeugung eines zeitunabhängigen Ausgangssignals 2 A² sin² Φ.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar ?rüfeinrichtungen (13, 14) vorgesehen ist, welche auf die Prüfimpulse und auf einen ersten und einen zweiten Wert (&\ aPi) einer einzelnen elektrischen Strombzw. Spannungsgröße ansprechen, zur Erzeugung eines ersten und eines zweiten diskreten Signals an den zugehörigen Abtastpunkten, wobei diese diskreten Signale die Abtastwerte (aP\ api) des ersten bzw. zweiten Wertes (d^l\ a<²') darstellen, und daß eine Subtrakftonseinrichtung (26) an die Prüfeinrichtungen (13, 14) angekoppelt ist zur Berechnung der Differenz zwischen einem Paar der an jedem Abtastpunkt erzeugten Abtastwerte, wodurch das diskrete Signal erzeugt wird, welches der Multipiiziereinrichtung (16) zugeführt wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Prüfeinrichtung (13, 14), die ansprechen auf die Prüfimpulse und jeweils eine im wesentlichen sinusförmige elektrische Stromgröße mit der vorbestimmten Periode bzw. auf eine im wesentlichen sinusförmige elektrische Spac.nungsgröße mit einer Signalperiode, die nominell gleich der vorbestimmten Periode der elektrischen Stromgröße ist, zur Erzeugung von Strom- bzw. Spannungssignalen an den Abtastpunkten, welche Strom- und Spannungsabtastwerte (a„ bi) darstellen, und durch eine Multipliziereinrichtung (16), die auf die an jedem Abtastpunkt erzeugten Strom- und Spannungsabtastwerte anspricht zur Berechnung von Produkten der Strom- und Spannungsabtastwerte (a-\b-\, b

7. Einrichtung nach Anspruch 2,3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Additions-Subtraktions-Einrichtung(17)eine algebraische Addition ausführt, die definiert ist durch die Beziehung

a-\b-\ + a\b\ - 2ao/»>cos2<P wobei der zeitunabhängige Wert durch 2/locos θ sin² Φ

gegeben ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an die Prüfeinrichtung (13) angekoppelte Subtraktionseinrichtung (31) zur Speicherung der diskreten Signale und zur Berechnung der Differenz Ca_i - ai) derjenigen zwei Abtastwerte, die am ersten und am letzten der drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkte ertastet wurden, zur Erzeugung eines Differenzsignals, das diese Differenz darstellt, durch eine an die Subtraktionseinrichtung (31) angekoppelte erste Multipliziereinrichtung (33) zur Berech-

nung eines ersten Produkts jeder der Differenzen, so daß ein erstes Produktsignal erzeugt wird, welches das erste Produkt darstellt, durch eine an die Prüfeinrichtung (13) angekoppelte zweite Multipliziereinrichtung (34) zur Speicherung einer Konstanten (4 sin² Φ), die von der vorbestimmten Periode der Strom- oder Spannungsgröße und der vorbestimmten Periode der Prüfimpulse vorbestimmt wird, zur Berechnung eines zweiten Produktes aus jedem der Abtastwerte und der Konstanten und Erzeugung eines zweiten Produktsignals in Abhängigkeit von den Prüfimpulsen, welches das zweite Produkt (4 ao² sin² Φ) darstellt, und zwar eine Abtastperiode nach Berechnung jedes der Produkte, und durch eine Additionseinrichtung (35), die an die erste und an die zweite Multipliziereinrichtung (33, 34) angekoppelt ist, zur Berechnung einer Summe aus dem ersten Produkt und dem zweiten Produkt zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches einen zeitunabhängigen Wert darstellt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Periode der Prüfimpulse gleich Vi 2 der vorbestimmten Periode der elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Prüfeinrichtung (13, 14) vorgesehen sind, die auf Prüfimpulse und jeweils auf eine im wesentlichen sinusförmige elektrische Stromgröße mit der vorbestimmten Signalperiode bzw. auf eine im wesentlichen sinusförmige elektrische Spannungsgröße mit einer zweiten Signalperiode, die nominell gleich der vorbestimmten Signalperiode der elektrischen Stromgröße ist, anspricht, zur Erzeugung von Strom- bzw. Spannungssignalen an den Abtastpunkten, welche die Strom- bzw. Spannungsabtastwerte darstellen.'daß eine an die erste Prüfeinrichtung (13) angekoppelte erste Subtraktionseinrichtung (13) zur Speicherung der Stromsignale und zur Berechnung einer Stromdifferenz (a~\ — a\) der Stromabtastwerte für die Erzeugung eines Stromdifferenzsignals, welches die Stromdifferenz darstellt, und eine zweite Subtraktionseinrichtung (32) vorgesehen ist, die an die zweite Prüfeinrichtung (14) angekoppelt ist, zur Speicherung der Spannungssignale und zur Berechnung einer Spannungsdifferenz (b\ — b\) der Spannungsabtastwerte für die Erzeugung eines 5pannungsdifferenzsignals, welches die Spannungsdifferenz darstellt, daß die erste Multiplizieteinrichtung (33) an die erste und zweite Subtraktionseinrichtung (31, 32) angekoppelt ist zur Berechnung eines Produktes aus jeder der Strom- und Spannungsdifferenzen und daß die zweite Multipliziereinrichtung (34) an die erste und an die zweite Prüfeinrichtung (13,14) angekoppelt ist zur Berechnung eines Produktes aus jedem der Strom- und Spannungsabtastwerte und der Konstanten.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überwachung von nur einer im wesentlichen sinusförmigen Strom- bzw. Spannungsgröße