MX2008004202A - Una tecnica de filtrado de voltaje auto-ajustable que compensa los errores dinamicos de transformadores de voltaje capacitivo. - Google Patents

Abstract

Un método para corregir en forma digital el voltaje (605) de salida no procesado desde un transformador de voltaje capacitivo (CVT) con el procesado desde un transformador de voltaje capacitivo (CVT) con el propósito de retirar los componentes transientes que impactan en la precisión del transiente de la función de protección. Un CVT típico se representa con el uso de tres parámetros en el modelo CVT lineal. Un filtro (608) digital se describe con base en los tres parámetros e incorpora un mecanismo dedicado para asegurar la estabilidad numérica del anterior. Un método de auto-ajuste del filtro se basa en los eventos del sistema y se lleva a cabo después de que el método ha sido desplegado en el campo y suministrado desde CVT específico.

Description

UNA TÉCNICA DE FILTRADO DE VOLTAJE AUTO-AJUSTABLE QUE COMPENSA LOS ERRORES DINÁMICOS DE TRANSFORMADORES DE VOLTAJE CAPACITIVO Campo de la Invención La presente invención se relaciona en general con la medición digital de señales de voltaje para propósitos de relé protector en situaciones en donde el voltaje se deriva de un transformador de voltaje capacitivo (CVT), y el particular a mejorar la exactitud dinámica de las funciones de protección que dependen de la medición de voltaje.

Antecedentes de la Invención Los relés protectores son dispositivos que están diseñados para identificar y aislar fallas en un sistema de energía. Una falla con frecuencia adopta la forma de una ruptura de aislamiento (falla) que resulta en un cambio en el voltaje y/o corriente del sistema. Típicamente, dentro de un sistema de energía, los relés protectores se configuran para detectar fallas dentro de una porción específica del sistema de energía, estas porciones específicas del sistema de energía comúnmente son referidas como zona. Un relé protector protege contra cortos circuitos que nunca responden a eventos diferentes a fallas dentro de su zona particular. Además, entre más prolongada sea la falla en un sistema de energía, mayor será la probabilidad de que la estabilidad del sistema completo de energía se vea comprometida. Por lo tanto, un relé protector diseñarse y configurarse para identificar fallas correctamente que han ocurrido dentro de su zona en el período de tiempo mínimo. En forma convencional, los dispositivos de protección con base de microprocesador para sistemas de energía operan al muestrear las corrientes de entrada y/o voltajes a intervalos de tiempo regulares, al extraer en forma digital las propiedades seleccionadas de esas señales (por ejemplo, magnitudes, ángulos, derivadas de tiempo, armónicos, etc.) y comparar las propiedades de la señal con referencia a otra o con referencia a un umbral. Los transformadores de instrumento se utilizan para aislar un relé protector del sistema de energía y para reducir una señal a un nivel, en donde la señal se puede procesar por la circuitería electrónica del relé. En sistemas de energía de alto voltaje y de extra alto voltaje, los CVT se utilizan con frecuencia para reducir un voltaje de un intervalo de cientos de miles de voltios (un nivel primario de voltaje) a decenas de voltios (un nivel secundario de voltaje) antes de suministrar las señales de voltaje a un relé protector. Típicamente, los CVT son más baratos que los transformadores de voltaje magnéticos pero crean problemas para los relés protectores ya que tienen la tendencia de añadir transientes específicos a las señales de voltaje conforme se transforman al nivel secundario. Los transientes generados por CVT tienden a tener magnitudes relativamente importantes y largas duraciones. Este aspecto es particularmente importante para proteger las líneas de transmisión en donde la relación de fuente de ¡mpedancia (SIR - la relación entre la impedancia equivalente del sistema y la impedancia de alcance del relé) es grande. El voltaje primario durante una falla de línea es muy bajo bajo una gran SIR. La señal de voltaje es crucial para la operación apropiada del relé de distancia pero se distorsiona mucho por los componentes del tiempo que no están presentes en el sistema de energía, pero que se generan por el CVT. Por lo general, el transiente CVT tendrá un componente DC en decadencia pero también puede tener un componente oscilatorio en decadencia. Cuando el algoritmo Fourier bien conocido se aplica en la medición de voltaje (que es típica en relés con base de microprocesador), la magnitud puede subestimarse mucho debido al transiente CVT. Esto impactará la ejecución de identificación de falla del relé. Típicamente, los relés protectores incorporan un mecanismo que puede tratar con los transientes CVT hasta cierto punto. Los métodos conocidos incluyen la introducción de un retraso adaptable o la reducción dinámica de la zona de detección de falla del relé. Otro método para tratar con el transiente CVT es insertar un filtro dentro de la trayectoria de señal de voltaje que es una representación invertida de la función de transferencia del CVT. Esto remueve la distorsión generada por el CVT, lo cual resulta en una señal que es una reproducción exacta del voltaje del sistema de energía. Este método se ejecuta en forma óptima cuando los coeficientes del filtro reflejan los parámetros del CVT particular que está conectado con el relé. En la actualidad, existe la necesidad de un mecanismo de auto-sintonización que permita la aplicación del filtro de corrección CVT sin un conocimiento previo de los parámetros del CVT corregido, y que también permita el ajuste constante de las propiedades del filtro con el fin de permitir cambios en el CVT.

Breve Descripción de la Invención La presente invención se relaciona con un método para compensar un transformador de voltaje capacitivo (CVT) para errores de transiente, el método comprende representar un voltaje de salida sin procesar de un CVT por una serie de muestras codificadas en forma digital, y construir un filtro digital, en donde el diseño para el filtro digital se basa en un diagrama de circuito equivalente del CVT. El método también comprende filtrar el voltaje de salida sin procesar, en donde el voltaje de salida sin procesar se filtra con el uso del filtro digital, determinar los parámetros no conocidos del diagrama de circuito equivalente del CVT y determinar los coeficientes de filtro, los coeficientes de filtro se determinan en respuesta a las perturbaciones del sistema monitoreadas. También se describen y reclaman un artículo de fabricación y un producto de programa de computadora correspondiente a los métodos antes descritos. Las características y ventajas adicionales se alcanzan con las técnicas de la presente invención. Otras modalidades y aspectos de la invención se describen con detalle aquí y se consideran parte de la invención reclamada. Para una mejor comprensión de la invención, con sus ventajas y características, se debe referir a la descripción detallada y a los dibujos.

Breve Descripción de los Dibujos La materia en cuestión se considera como la invención y se señala con particularidad y en forma distintiva en las reivindicaciones en la conclusión de esta especificación. Los anteriores y otros objetivos, ventajas y características de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada junto con los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 presenta los componentes principales de un transformador de voltaje capacitivo típico. La Figura 2 muestra un diagrama de circuito equivalente detallado de un CVT de construcción típica. La Figura 3 muestra un diagrama lógico equivalente, simplificado con componentes que impactan la mayoría de la respuesta del transiente de un CVT. Lan Figura 4 ilustra el impacto de los transientes CVT en la precisión del transiente de la medición de voltaje, la falla de línea ocurrida en el pico de la forma de onda de voltaje. La Figura 5 ilustra el impacto de los transientes CVT en la precisión del transiente de la medición de voltaje, la falla de línea ocurrida en el cruzamiento cero de la forma de onda de voltaje. La Figura 6 presenta un diagrama general del filtro de voltaje. La Figura 7 presenta una porción IIR del filtro de voltaje. La Figura 8 presenta la porción de estabilidad numérica del filtro de voltaje. La Figura 9 ¡lustra la efectividad del filtrado de voltaje, la falla de línea ocurrida en el pico de la forma de onda del voltaje. La Figura 10 ilustra la efectividad del filtrado de voltaje, la falla de línea ocurrida en el cruzamiento cero de la forma de onda del voltaje. La Figura 11 presenta la selección de ventana de datos para la porción de auto-sintonización del filtro. La Figura 12 presenta un diagrama general de la porción de auto-sintonización del filtro. La descripción detallada explica las modalidades preferidas de la invención, junto con las ventajas y características, a manera de ejemplo con referencia a los dibujos.

Descripción Detallada de la Invención Una o más modalidades ejemplificativas de la invención se describen con detalle a continuación. Las modalidades de la invención tienen el propósito de ser ilustrativas ya que muchas modificaciones y variaciones en la misma serán evidentes para las personas experimentadas en la técnica. Los aspectos de la presente invención utilizan un diseño común y los principios de operación de un CVT típico para simplificar el diagrama de circuito equivalente del CVT en un modelo de tres parámetros. Esto significa que el comportamiento dinámico del CVT, incluyendo los componentes de transiente importantes durante las condiciones de falla afectan la respuesta de los relés protectores, según se caracteriza por el modelo de tres parámetros. Además, los tres parámetros se expresan como una constante de tiempo. Dentro de los aspectos de la presente invención, se diseña un filtro de respuesta de impulso infinito (IIR) para procesar la salida no procesada del CVT con el propósito de recrear la mejor réplica posible de la señal real de voltaje medida por el CVT. El filtro CVT se diseña con base en los tres parámetros del modelo CVT. El filtro IIR se implementa en una forma que proporciona el rechazo de los errores mayores de transiente introducidos por el CVT, y el filtrado de paso bajo que de otra forma, son benéficos para las funciones de protección que utiliza la señal de voltaje filtrada. Además, el filtro IIR incorpora mecanismos que asegurarán la estabilidad numérica del filtro. Otros aspectos de la presente invención abarcan un mecanismo para auto-sintonizar los tres parámetros del CVT durante fallas del sistema, después el relé que incorpora el método se instala en el campo. Cada cambio mayor en la señal de voltaje genera los transientes asociados con la característica dinámica CVT. Como tal, estos transientes permiten el cálculo de los parámetros CVT. Se propone una técnica de auto-ajuste para modificar constantemente los tres parámetros que caracterizan un CVT determinado para seguir cualquier cambio en el CVT, al hacer esto, se ajustan los coeficientes del filtro IIR con el fin de proporcionar una corrección óptima del voltaje de salida del CVT.

DIAGRAMA DE CIRCUITO EQUIVALENTE Con referencia a la Figura 1, se ilustra un CVT 100 típico, en donde el CVT 100 comprende un divisor 105 de voltaje capacitivo construido en una pila de capacitores representados aquí por d y C2, un reactor en serie sintonizado con la capacitancia total del divisor capacitivo a la frecuencia 110 nominal del sistema, y un transformador 115 escalonado hacia abajo para reducir el voltaje intermedio más hacia abajo que incorpora un protector 120 magnético. El CVT 100 también comprende un circuito 125 de supresión de ferroresonancia, un obturador, un hueco de protección de sobre-voltaje y un interruptor 130 a tierra, un obturador de drenaje, un hueco protector y un hueco asociado con el equipo 135 portador de línea de energía, y un reactor sobre el hueco 140 protector de voltaje. La Figura 2 muestra un equivalente 200 eléctrico detallado del CVT 100. El divisor 105 capacitivo está representado por la capacitancia d y C2, la resistencia (R) y la inductancia (L) representan el reactor 210 en serie, los arrollamientos primario y secundario del transformador 215 escalonado descendente, se representan por resistencias e inductancias (LTi, RTI, LT2 y LT2)- Además, el núcleo 220 magnético del transformador está representado por la inductancia magnética (Lm) y las pérdidas magnetizantes de modelado de resistencia ( F6) y CT2 representan la capacitancia 225 natural del arrollamiento del transformador. El circuito 230 de supresión de ferroresonancia está representado por un resistor (RF) en serie con una conexión paralela del capacitor (Cf y RC) y el inductor (LF y RL). Además, R0 y L0 representan una carga 235 que incluyen un resistor de carga interna utilizado cuando los relés con base de microprocesador se suministran por el CVT, lo que crea una carga muy pequeña, comparada con la carga nominal asumida por los diseñadores del CVT. Los parámetros en el modelo de la Figura 2 se calculan con una base de voltaje común, típicamente que toma el voltaje intermedio v¡, (voltaje primario del transformador) como una base y reescala el voltaje (v-,) primario 240 y el voltaje (v2) secundario 245, de conformidad con ello.

DIAGRAMA DE CIRCUITO CVT SIMPLIFICADO Muchos parámetros en el modelo detallado de la Figura 2 tienen muy poco impacto en la respuesta dinámica del CVT 100. Se pueden realizar muchas suposiciones sin disminuir el valor del diagrama 300 equivalente como se muestra en la Figura 3. En el diagrama 300 equivalente, la capacitancia (C) 305 representa la suma de las pilas de capacitor d y C2, la inductancia (L) 310 representa tanto el reactor de sintonización como la inductancia de fuga del transformador escalonado descendente. La resistencia del reactor y de los arrollamientos del transformador, la capacitancia del transformador, la magnetización del núcleo y las pérdidas; las resistencias del capacitor en el circuito de ferroresonancia y la inductancia se pueden omitir, dejando solamente Rf, Cf y Lt 315 para representarlos. Además la inductancia en la carga se puede omitir, al menos para aplicaciones con relés modernos, dejando solamente la resistencia (R0) de carga equivalente 330. En el modelo del diagrama 300 equivalente de la Figura 3, la entrada es el voltaje primario escalado al nivel (v¡) 320 intermedio y la salida es el voltaje secundario escalado al nivel (v2) 325 intermedio. La simulación estudia la forma que las simplificaciones de la Figura 3, comparadas con el modelo más detallado de la Figura 2, retienen las correcciones de ejecución principales del CVT desde el punto de vista del relé protector. El diagrama 300 de circuito del CVT 100 simplificado de la Figura 3 incorpora seis desconocidos, lo que significa que se necesitan seis parámetros para pronosticar el funcionamiento de cualquier CVT específico y para corregir cualquier error que pueda ocurrir con el funcionamiento del dispositivo CVT. Esto reduce el número de grados de libertad en el modelo de la Figura 3 y simplifica el modelo del diagrama 300 equivalente aún más. Primero, la sintonización del reactor se ajusta para compensar el desplazamiento de fase introducido por el divisor capacitivo. Esto se logra al sintonizar el valor de L para resonar con C a la frecuencia (^) fundamental del sistema. Por lo tanto, L y C no son independientes pero satisfacen la siguiente ecuación límite: L- C w21 = 1 (Ecuación 1) En donde la frecuencia radian del sistema se define como: ¿y, = 2 · p ¦ f (Ecuación 2) De manera similar, el circuito de supresión de ferroresonancia se sintoniza para acoplar el resistor Rf en serie solamente a frecuencias diferentes que la frecuencia fundamental. Por lo tanto, la conexión paralela de Lf y Cf es un circuito abierto a la frecuencia fundamental, lo que produce la segunda ecuación límite: (Ecuación 3) Una función de transferencia se puede encontrar para el circuito 300 de la Figura 3. Esta función de transferencia se simplifica más cuando se utilizan las Ecuaciones 1 y 3. r __v .- í cm¡) ~vu ~ , i l + Tx - T< s' +aK 1_ s~ + — S + COi (Ecuación 4) En donde "s" es el operador Laplace, y los tres parámetros del modelo se definen como sigue: ? +Rf) (Ecuación 5) T2 -Cf (Ecuación 6) (Ecuación 7) Las ecuaciones 5 a la 7 explican que el funcionamiento del CVT 300 de la Figura 3 no es controlado por cada parámetro en forma individual, pero ciertos productos de los parámetros diferentes controlan el funcionamiento del CVT 300. Como resultado de las condiciones límite (Ecuación 1) y (Ecuación 3) y de las relaciones de las Ecuaciones 5 a la 7, un CVT típico se puede representar por tres parámetros. Además, estos tres parámetros se pueden rastrear en forma regresiva a la construcción del CVT como por las Ecuaciones 5 a la 7. Dentro de los aspectos de la presente invención, estos parámetros se recuperan en forma automática a partir del voltaje secundario observado en el proceso de auto-sintonización.

FILTRO DIGITAL QUE CORRIGE LOS TRANSIENTES DEL CVT La Figura 4 ilustra una respuesta muestra de un CVT bajo condiciones de falla. Una falla que provoca una caída repentina del voltaje ocurre cuando la forma de onda de alto voltaje está en el valor pico. La línea punteada representa un valor verdadero de la señal, mientras la línea sólida representa la salida de un CVT. Los errores importantes del transiente ocurren en los primeros 2-3 ciclos de frecuencia de energía, hasta el punto que incluso la polaridad de la señal de salida del CVT se invierte, comparada con la señal de voltaje real. La Figura 5 presenta un caso similar, pero la falla ocurre cuando la forma de onda del voltaje cruza en cero. En este caso, ocurren errores mayores. Por ejemplo, aproximadamente 0.2 ciclos dentro de la falla, el voltaje real es de aproximadamente -5V o aproximado, mientras el voltaje de salida del CVT es casi -60V. Tales diferencias en decenas que duran por aproximadamente 1-2 ciclos de energía crean serios problemas para los relés protectores. Se debe notar que la naturaleza de los errores de transiente difiere entre las Figuras 4 y 5. Esto se debe a que la dinámica del circuito de las Figuras 2 ó 3 es diferente, según el momento de falla. Sin embargo, la función de transiente de la Ecuación 4 contiene la información general con respecto a la naturaleza de los transientes dadas las condiciones antes de la falla y el colapso del voltaje. Por lo tanto, esta función de transferencia se puede utilizar para "invertir" el proceso de transiente y corregir todos los patrones de error posibles. Esta corrección se puede lograr como una corrección multiplicativa o aditiva. Esta última procesa el voltaje de salida del CVT con el uso de un filtro lineal cuya salida es el voltaje primario corregido de interés. Este último procesa el voltaje de salida del CVT con el uso de un filtro de recubrimiento diferente cuya salida se añade a la salida no procesada del CVT para obtener el voltaje primario corregido de interés. Con referencia a la Figura 6, el método de esta invención produce un voltaje VAf filtrado (corregido para los transientes CVT) con base en la salida no procesada del CVT, etiquetada aquí como VA 605. El índice A se refiere a la primera fase en un sistema de tres fases (ABC). Se utiliza un procesamiento idéntico en las dos fases B y C restantes. El voltaje corregido se obtiene como una suma del voltaje no procesado y el valor de corrección dinámico: crr /r_ .. n (Ecuación 8) Esta corrección es cero durante las condiciones de estado estable, y supone los valores que contrarrestan los errores CVT durante las condiciones de transiente. La señal de corrección VA_CVT se calcula como una salida de un filtro que tiene la función de transferencia como sigue: s~ + — s + co¡ r -t T> s~ + ^'" s + — s + ?: t - (Ecuación 9) La función de transferencia de la Ecuación 9 se alimenta con la salida no procesada del CVT aumentada con una señal adicional introducida para asegurar la estabilidad numérica de la implementación: (Ecuación 10) La preocupación de la estabilidad numérica surge de la naturaleza del filtro primario determinado por la Ecuación 9, este filtro es solamente estable asintomáticamente - que tiene un polo de cero (0). En otras palabras, la corrección de un CVT que utiliza el filtro de la Ecuación 9 requiere la integración. Los integradores, numérico o análogo tienen la tendencia de volverse inestables debido a la exactitud finita de los cálculos o la circuitería involucrada. Una implementación práctica debe asegurar que nunca ocurran problemas de estabilidad numérica. Dentro de los aspectos de la presente invención, la señal adicional sustraída de la entrada del filtro por la Ecuación 10 se produce por un controlador Proporcional-lntegral (Pl) que toma en cuenta el hecho de que (bajo condiciones estables) la señal de corrección debe ser cero. El bucle 610 de control Pl de la Figura 6 asegura que la salida 615 del filtro del CVT se fuerce a mantenerse en cero en promedio, sin considerar la exactitud numérica u otros problemas potenciales. Otro problema que se debe resolver es el hecho de que la función de transferencia de corrección (Ecuación 9) tiene su numerador del cuarto orden y su denominador del tercer orden. Esto se puede comprender dado el objetivo principal de diseño de reproducir la señal de entrada de un CVT de la salida de un CVT, pero amplificará los componentes de alta frecuencia inyectados dentro de la señal CVT de salida (por ejemplo, por medio de acoplamiento, ruido numérico, etc.). Este resultado no es conveniente. Dentro de los aspectos de la presente invención, la función de transferencia de corrección ideal (Ecuación 9) se modifica al añadir un filtro de paso bajo. El filtro de paso bajo en una implementación particular es un filtro Butterworth de segundo orden: s" H — s + co T, s~ + a>; " "c Í J (Ecuación 11) En donde la frecuencia de corte del filtro de paso bajo fc, se ajusta dependiendo de la aplicación para el voltaje corregido, típicamente en el orden de cientos de Hz. La frecuencia de corte radian en la Ecuación 11: a>c = 2·p· fc Otro paso se toma para evitar problemas de estabilidad. Sin un impacto importante en el funcionamiento, el polo cero de la función de transferencia (Ecuaciones 9 y 11) se mueve desde cero (0) hacia una posición estable, con el uso de un parámetro a, lo que produce la función de transferencia del filtro CVT para las implementaciones de la Figura 6: 1 7] s- + cor 1 ~Tx ' , i , ' v + a V ^ (Ecuación 12) En el filtro de la Ecuación 12, la frecuencia (?,) nominal del sistema y los parámetros de diseño (a y CDc) son conocidos, mientras la característica del CVT definida por tres grados de libertad del modelo (Tx, i y T2) se tratan como desconocidos. Se utiliza un método de auto-sintonización para recuperar los tres desconocidos para cualquier CVT particular con el fin de permitir que el filtro igualado de la familia de posibles filtros tenga el formato general de la Ecuación 12. Inicialmente, para permitir la implementación en un aparato digital, la solución del dominio de tiempo continuo (Ecuación 12) se debe convertir en la implementación numérica. Las personas experimentadas en la técnica del procesamiento de señal digital pueden realizar este paso con facilidad. Una implementación particular utiliza las siguientes ecuaciones de implementación. La señal 615 de salida del filtro IIR en el tiempo k muestra digital se calcula como: 5 V V -?¿vv. (Ecuación 13) Los coeficientes del filtro son: Parte Recursiva a - — (- 1 + A, - J + h3 - h4 ) PD (Ecuación 14aa) a2 = (5 - 3/?, + ?, + h3 - 3/z4 ) (Ecuación 14b) PD (Ecuación 14c) a4 = — (5 + ?, - ?, - h3 + ?4) (Ecuación 14d) -(-5-3?, -?, +?3 +3?4) (Ecuación 14e) ¦n donde: Po =^h] +h2 +J + h, (Ecuación 15a) (Ecuación 15b) (Ecuación 15c) (Ecuación 15d) (Ecuación 15e) r = tan (Ecuación 15f) 2-n-fc kfc = ?. (Ecuación 15g) Parte no Recursiva (Ecuación 16a) - ¾ + £? + * (ecuación 16b) (Ecuación 16c) ¼ = 2(¾ + £2 -gy -gA +g ) (Ecuación 16d) ¾=5g, +3g2+g3-g4-3g5 (Ecuación 16e) (Ecuación 16f) En donde: = ?a?? r (Ecuación 17a) (Ecuación 17b) g} = 2pQc\ r (Ecuación 17c) (Ecuación 17d) (Ecuación 17e) PD (Ecuación 17f) La Figura 7 ilustra la implementación del filtro 608 IIR por las Ecuaciones 13 a la 17. El operador z" denota el retraso de tiempo por un período de muestra. El controlador 610 Pl completa la implementación. Primero, se calcula un componente de en el voltaje 615 de salida del filtro 608. Esta señal 615 es la entrada para el controlador Pl: (Ecuación 18) En donde es un número de muestras en un ciclo de energía. Durante las condiciones de estado estable, este valor debe estar cerca de cero, ya que no se requiere ninguna corrección aditiva o se produce por el filtro CVT. Incluso bajo pequeños errores, el valor de la Ecuación (18) estará cerca de cero, ya que todas las señales son formas de onda cíclicas y se promediarán en una suma de un ciclo.

Suponiendo que el bucle de control de estabilidad se corre cada NP| ciclos de energía, la señal de corrección VA_PI se calcula como sigue: _dc{j) + PPI (Ecuación 19a) En donde j es un índice para el proceso de muestreo del controladcr (j es un puntero para los momentos de tiempo separados NP, ciclos de energía) y: Pp,_o =8¡ +gp (Ecuación 19b) En una implementación particular, las ganancias se seleccionan como sigue: (Ecuación 19d) (Ecuación 19e) La Figura 8 ilustra el proceso de calcular la salida 604 del controlador 610 Pl. Las Figuras 9 y 10 presentan gráficas que detallan el impacto del corrector CVT para fallas al máximo y en el cruzamiento cero, respectivamente. Las líneas sólidas designan los voltajes de salida del CVT no procesados (905, 1005), las líneas punteadas son los voltajes ideales que representan las fallas (910, 1010) y las líneas de puntos son voltajes CVT corregidos (915, 1015). Se puede observar que las líneas punteadas representan las salidas (915, 1015) se igualan con las líneas punteadas que representan la señal (910, 1010) ideal por un orden de magnitud mejor comparado con la salida (905, 1005) del CVT no procesada. En particular, la polaridad y los cruzamientos cero se representan mejor, lo que permite aplicaciones mejoradas de la señal de voltaje para aplicaciones de protección rápida. Como se mencionó antes, con el fin de lograr la corrección CVT se necesita utilizar los valores de corrección de los tres parámetros en el modelo (Tx, T, y T2), estos parámetros son auto-ajustables como se explica a continuación.

PARÁMETROS AUTO-AJUSTABLES El concepto general de los parámetros auto-ajustables se basa en eventos del sistema para generar los transiente CVT. En una teoría de identificación general del sistema, se necesita la entrada y la salida de un sistema determinado con el fin de identificar la función de transferencia, los parámetros y otra descripción del sistema equivalente. En el caso de un voltaje de entrada (primario) no se puede medir para los propósitos de identificación del CVT. Sin embargo, este voltaje puede aproximarse razonablemente bien para varios tipos de evento. Estos eventos son: La energización de una línea de transmisión con los CVT instalados en el lado de la línea del interruptor de circuito. En este caso el voltaje de pre-evento es cero, y el voltaje de post-evento puede aproximarse desde el voltaje de salida de estado estable del CVT proyectado otra vez en tiempo para el momento de conmutación en línea. La des-energización de una línea de transmisión con los CVT instalados en el lado de línea del interruptor de circuito. En este caso, el voltaje de pre-evento es el voltaje de salida del CVT de estado estable medido directamente, y el voltaje de post-evento es cero, por lo menos en términos del componente de frecuencia fundamental. En líneas largas con reactores de derivación, esta categoría no se puede utilizar fácilmente para la identificación del CVT debido a los transientes largos y duraderos en el alto voltaje provocados por la descarga de las capacitancia de línea y los reactores de derivación. Las fallas de cierre deprimen el alto voltaje en valores bajos y estables. Esta categoría de eventos se puede utilizar después de un análisis cuidadoso del voltaje post-evento para asegurar que las suposiciones sobre el voltaje CVT primario sean verdaderas. En cualquier caso, un voltaje de salida del CVT ideal se puede encontrar en un número de transientes que suceden después de que se instala el dispositivo que implementa nuestro método. Se pueden aplicar varias condiciones de seguridad con el fin de asegurar que el caso seleccionado sea lo suficientemente seguro para utilizarse, esto es, la suposición de que la salida ideal es verdadera con razonable certeza. La Figura 11 presenta un transiente de muestra que se puede utilizar para auto-ajustar el algoritmo. Un período de dos ciclos de energía entre 0.5 de ciclo y 2.5 de ciclo se selecciona para sintonizar el filtro. Los primeros 0.5 del ciclo se rechaza por tener transientes adicionales asociados con el voltaje primario. La ventana se cierra en 2.5 ciclos suponiendo que se pueda aclarar una falla del sistema después de generar nuevos transientes relacionados con la aclaración de falla. Durante dos ciclos intermedios, el voltaje CVT verdadero es conocido con una precisión razonable. Este voltaje se puede aproximar bien con el uso de una transformación Fourier con la ventana de 2 ciclos. El algoritmo Fourier bien conocido permite calcular el componente de frecuencia fundamental en el voltaje CVT verdadero, lo que rechaza otros componentes de alta frecuencia en esta señal. Esto es suficiente, o incluso benéfico, cuando se iguala la respuesta de nuestro filtro CVT ya que éste último funciona como un filtro de paso por la Ecuación 12. Después de obtener un cálculo Fourier del voltaje CVT secundario, este cálculo se utiliza como una representación de la señal CVT verdadera, una onda sinusoidal pura se genera con base en la información de magnitud y ángulo del calculador Fourier. Después, se calcula una señal de diferencia entre la salida CVT corregida y la salida CVT ideal. Cuando se utilizan los tres parámetros CVT para diseñar el corrector CVT es perfecto, la igualdad es muy buena. Cuando los parámetros utilizados no reflejan la dinámica del CVT específico, existe una desigualdad entre las señales CVT ideal y corregida. La Figura 12 presenta un diagrama en bloque simplificado del algoritmo 1200 de auto-ajuste. Primero, el CVT 1210 responde a su voltaje VAi primario (de entrada) 1205 que genera el voltaje 1215 de salida VA. Esta última señal se digitaliza a través de un convertidor análogo a digital (A/D). Después, un algoritmo 1230 de corrección (descrito a continuación) se ejecuta, lo que produce la salida VAf corregida 1235. Esta señal ahora se procesa con el uso de una transformación 1240 Fourier de dos ciclos. Con base en el fasor estimado, se genera una forma de onda de voltaje ideal, V Aideai 1245. Después, al restar el voltaje CVT corregido y el voltaje 1250 CVT ideal, produce una señal de error. El error es una función de los parámetros CVT utilizados en diseñar el corrector CVT (Tx, T-i y T2) 1265. La señal de error es una entrada para la rutina de optimización (1255, 1260) que ajusta los tres parámetros para reducir al mínimo el error. El juego de tres parámetros reducen al mínimo el error para un evento determinado del sistema es la solución buscada (sometido a otras verificaciones y post-procesamiento como se describe más tarde).

Una solución para el problema de optimización se describe a continuación. Se desea calcular los tres parámetros desconocidos del modelo: T = T, (Ecuación 20) Una medida es simplificar la búsqueda del espacio del parámetro tridimensional para un mejor ajuste entre el modelo y las formas de onda observadas durante los eventos del sistema. Se debe señalar que: tk es la duración para el evento k del sistema (tal como 2 ciclos) yk(t)= la salida CVT ideal para el caso k calculado con el uso de la transformación Fourier.

= V) la salida CVT calculada para el caso k con el uso del valor de T para el filtro CVT. Para cada caso y en un juego determinado de parámetros, se puede simular la combinación del CVT y el algoritmo de corrección para llegar a una forma de onda calculada que se aproxima a la ideal. Sería conveniente seleccionar valores para los parámetros desconocidos que reducen al mínimo el cuadrado integrado de la diferencia entre las formas de onda ideal y real. Formalmente, se desea reducir al mínimo el siguiente error cuadrado: (Ecuación 21) La Ecuación 21 se implementa al primero integrar el cuadrado de la diferencia entre las formas de onda ideal y calculada, y después sumar sobre todos los casos disponibles. El resultado es representativo del cuadrado de una desigualdad para un juego particular de parámetros del modelo. Existen varias formas para usar la Ecuación 21 para ubicar el mejor ajuste. Ambas empiezan en la misma forma, al hacer una búsqueda global sobre una retícula tri-dimensional discontinua que distribuye el rango de posibles valores del parámetro, evaluar (Ecuación 21) para cada juego de parámetros y seleccionar el grupo con el menor valor del error cuadrado. Esta retícula será un tanto burda, dentro del orden de 10 (diez) valores para cada parámetro, para un total de 100 puntos a ser evaluados. El resultado de la búsqueda burda será un punto que está razonablemente cerca del óptimo, y se puede utilizar como el punto de inicio para un cálculo más exacto, que se puede realizar con el uso de una retícula refinada o con el uso de cálculos. En la medida de retícula refinada, se forma una sub-retícula al sub-dividir los ocho (8) cubos de la retícula original, adyacentes al punto definido por la primera búsqueda y la búsqueda se repite en esa retícula. La medida de retícula refinada se puede aplicar en forma repetida al amplificarse tanto como sea, deseado. La otra medida es utilizar un cálculo para usar las propiedades de la Ecuación 21 para computar un ajuste en el punto identificado por la búsqueda burda. En el ajuste T0 óptimo, el gradiente del error cuadrado es cero: VERROR2{T0) = dERROR2 dTx dERROR2 V ERROR' dT{ dERROR2 37", (Ecuación 22) Al sustituir la Ecuación 21 en la Ecuación 22 se encuentra una base para una solución: (Ecuación 23) Se empieza a notar que después de la búsqueda burda se tienen cantidades que están cerca de las que aparecen en la Ecuación 23. Se puede utilizar una expansión de Taylor para cerrar el pequeño hueco. Se necesitarán cálculos para las formas de onda y sus gradientes con respecto a los parámetros del modelo, con el uso de lo que se tiene en el punto de retícula cercano: ??'- ,) = voltaje de entrada CVT calculado para el caso k con T.

· T, ) _ gracj¡ente ,-|e| v0|taje de entrada CVT para el caso k con (Ecuación 24) l,m,n = índices de punto de retícula óptimos cercanos.

Se necesita computar una corrección para nuestro punto de retícula cercano a lo óptimo para encontrar el óptimo verdadero: T0 =T= +?? (Ecuación 25) Esto se puede realizar con el uso de una expansión de Taylor alrededor del punto de retícula disponible: V*4(':T0)*Vj;t(/:T.) tí1 : T,))' = transpose of Vvt (/ : T¾) dyAf-T a¾(/:T.) ¿¾.(;:Tj dTx 67] (Ecuación 26) Al sustituir la Ecuación 26 en la Ecuación 23, encontramos que: (Ecuación 27) En donde la matriz H es determinada por: 3.(*:T.) et(f:TJ ¿y. ':T.) d k(r.T t-i o 6G? d?, gpt(/':T.) ¾¾(/:?.) dTy a? (Ecuación 28) La solución para la Ecuación 27 es: (Ecuación 29) Debido a la forma de la ecuación para el error cuadrado, la matriz H se com porta bien y es invertible. La Ecuación 29 produce una solución que está muy cerca del óptimo, de modo que no es necesario iterar. Todo lo que queda para com pletar una im plementación es desarrollar aproximaciones para las tres derivadas parciales de cada cálculo de forma de onda q ue aparecen en las Ecuaciones 28 y 29. Se debe tener en mente que la derivada parcial en sí es una forma de onda: : TJ ~ &(, : : (G?(/) 7¡ (m + l) G, («))) ¦ 7¡ (m + l) - 7;(m) : (G?(/) 7¡ («) G,(p + 1)))· dG2 ~ ^(? + - G,?/?) (Ecuación 30) La solución anterior para el problema de auto-ajuste es solamente ejemplificativa. Otras variantes similares producirán resultados tam bién satisfactorios. En cualquier caso, el auto-ajuste consiste de los siguientes pasos: Seleccionar un grupo de formas de onda para el cual se pueda encontrar una señal CVT verdadera, razonablemente exacta. Calcular la señal CVT corregida con el uso del juego presente de parámetros de filtro, T.

Calcular el error entre las formas de onda ideal y corregida. Iterar el proceso para reducir al mínimo el error entre las formas de onda ideal y corregida. Una búsqueda burda con frecuencia es suficiente. Un método antes descrito permite acelerar el proceso una vez que se realiza la búsqueda burda. El proceso de auto-ajuste puede implementarse en varias formas. En particular, se puede llevar a cabo una provisión para recolectar e inúcleouir automáticamente en la optimización cada nuevo caso de eventos del sistema apropiados para usarse en el proceso de auto-ajuste. También, se puede llevar a cabo un paso para detener el añadido de nuevos casos después de que se alcanza cierto nivel de confidencia para el valor de los parámetros CVT desconocidos. Además, se puede llevar a cabo un paso para utilizar en realizar el filtro con propósitos de protección solamente cuando los eventos previos del sistema presentan una muy buena igualdad entre los valores ideal y corregidos. Aún más, los valores de los parámetros CVT de mejor ajuste se pueden monitorear entre varios eventos del sistema. Los cambios importantes se pueden utilizar para impedir el corrector con propósitos de seguridad, y/o ajustar una alarma que significa que el problema incluyen una falla gradual posible del CVT en sí. La descripción anterior establece en forma más amplia las características más importantes de la presente invención, con el fin de que la descripción detallada que sigue se pueda comprender mejor, y con el fin de que las presentes contribuciones a la técnica se puedan apreciar mejor.

Por supuesto, existen características adicionales de la invención que serán descritas a continuación y son materia para las reivindicaciones aquí adjuntas. Las capacidades de la presente invención se pueden implementar en software, hardware, fírmware y otra combinación de los mismos. Los diagramas de flujo ilustrados aquí son solamente ejemplificativos. Puede haber variaciones en estos diagramas o en los pasos (u operaciones) aquí descritos sin apartarse del espíritu de la invención. Por ejemplo, los pasos se pueden llevar a cabo en un orden diferente o se pueden agregar pasos, eliminarse o modificarse. Todas estas variaciones se consideran parte de la invención reclamada. Como tal, las personas experimentadas en la técnica podrán apreciar que el concepto, en el cual se basa la presente invención, se puede utilizar como una base para diseñar otras estructuras, métodos y sistemas para llevar a cabo los diferentes propósitos de la presente invención. Por lo tanto, es importante que las reivindicaciones sean consideradas como incluyendo tales construcciones equivalentes, siempre que no se aparten del espíritu y el alcance de la presente invención.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un método para compensar un transformador de voltaje capacitivo (CVT) para errores transientes, el método está caracterizado porque comprende: representar un voltaje 605 de salida no procesado para un CVT (100) por una serie de muestras codificadas en forma digital; crear un filtro (608) digital, en donde el diseño para el filtro digital se basa en un diagrama de circuito equivalente del CVT (100): filtrar el voltaje (605) de salida no procesado, en donde el voltaje (605) de salida no procesado se filtra con el uso del filtro (608) digital: determinar los parámetros desconocidos del diagrama (200) de circuito equivalente del CVT (100), el filtro 608 digital se sintoniza con por lo menos un parámetro del CVT (100); determinar los coeficientes del filtro, los coeficientes del filtro se determinan en respuesta a las perturbaciones monitoreadas del sistema; y auto-ajustar los parámetros desconocidos del filtro (608) digital con base en los eventos monitoreados del sistema, en donde el proceso de auto-ajuste se continúa indefinidamente o se detiene y se reanuda con base en condiciones o comandos programables por el usuario.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos tres parámetros desconocidos representan el CVT (100) en el diagrama (200) de circuito equivalente del CVT (100).

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos un parámetro auto-sintonizado del CVT (100) se almacena en un dispositivo que implementa el método y se despliega para el operador del dispositivo.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos tres parámetros auto-sintonizados del CVT (100) se pueden introducir en forma manual en el dispositivo que implementa el método como parte de transferir los puntos de ajuste desde un dispositivo con falla en un dispositivo de reemplazo o para un CVT (100) de un tipo idéntico identificado por otros dispositivos que implementan el método.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los apartados de los valores (1255) históricos en los parámetros calculados del CVT (100) se utilizan para señalar una posible falla gradual del CVT (100).

6. Un artículo de fabricación que incluyen un medio legible por computadora que se puede utilizar por un procesador, el medio tiene almacenado una secuencia de instrucciones que cuando se ejecutan por el procesador, provocan que el procesador compense un transformador de voltaje capacitivo (CVT) para errores transientes, la compensación de error transiente CVT está caracterizado porque se logra al: representar un voltaje 605 de salida no procesado para un CVT (100) por una serie de muestras codificadas en forma digital; diseñar un filtro (608) digital, en donde el diseño para el filtro digital se basa en un diagrama (200) de circuito equivalente del CVT (100): filtrar el voltaje (605) de salida no procesado, en donde el voltaje (605) de salida no procesado se filtra con el uso del filtro (608) digital: determinar los parámetros desconocidos del diagrama (200) de circuito equivalente del CVT (100); determinar los coeficientes del filtro, los coeficientes del filtro se determinan en respuesta a las perturbaciones monitoreadas del sistema; y auto-ajustar los parámetros desconocidos del filtro (608) digital con base en los eventos monitoreados del sistema, en donde el proceso de auto-ajuste se continúa indefinidamente o se detiene y se reanuda con base en condiciones o comandos programables por el usuario.

7. El artículo de fabricación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque por lo menos tres parámetros desconocidos representan el CVT (100) en el diagrama (200) de circuito equivalente del CVT (100).

8. El artículo de fabricación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el filtro (608) digital se sintoniza con por lo menos un parámetro del CVT (100).

9. El artículo de fabricación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque por lo menos tres parámetros auto-sintonizados del CVT (100) se pueden introducir en forma manual en el dispositivo que implementa el artículo de fabricación como parte de transferir los puntos de ajuste desde un dispositivo con falla en un dispositivo de reemplazo o para un CVT (100) de un tipo idéntico identificado por otros dispositivos que implementan el método.

10. El artículo de fabricación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque los apartados de los valores (1255) históricos en los parámetros calculados del CVT (100) se utilizan para señalar una posible falla gradual del CVT (100).