RU100860U1 - Устройство цифровой дистанционной защиты - Google Patents
Устройство цифровой дистанционной защиты Download PDFInfo
- Publication number
- RU100860U1 RU100860U1 RU2010135567/07U RU2010135567U RU100860U1 RU 100860 U1 RU100860 U1 RU 100860U1 RU 2010135567/07 U RU2010135567/07 U RU 2010135567/07U RU 2010135567 U RU2010135567 U RU 2010135567U RU 100860 U1 RU100860 U1 RU 100860U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- digital
- unit
- inputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Устройство цифровой дистанционной защиты, содержащее формирователь аналоговых сигналов, блок аналого-цифрового преобразования, генератор тактовых импульсов, блок общей памяти, микроЭВМ верхнего уровня, устройство связи, блок ввода, блок вывода, пульт управления и блок отображения информации, причем на входы формирователя аналоговых сигналов подаются фазные напряжения и токи, а также ток и напряжение нулевой последовательности, выход формирователя аналоговых сигналов через блок аналого-цифрового преобразования подключен к блоку общей памяти и через генератор тактовых импульсов ко второму входу блока аналого-цифрового преобразования, устройство связи своими первым, вторым и третьим входами/выходами соединено соответственно с микроЭВМ верхнего уровня, блоком общей памяти и шиной обмена, к которой подключены входами/выходами блоки ввода и вывода, входными и выходными сигналами которых являются соответственно входные управляющие и выходные управляющие сигналы цифровой дистанционной защиты, а выход пульта управления и вход блока отображения информации также подключены к шине обмена, отличающееся тем, что введены каналы обработки информации, каждый из которых содержит цифровой коррелятор (фильтр), квадратор, накапливающий сумматор и блок деления, причем первый и второй входы цифрового коррелятора являются входами канала обработки информации, второй вход цифрового коррелятора (фильтра) соединен со входом квадратора, выход которого через накапливающий сумматор соединен с первым входом блока деления, выход которого является выходом канала обработки информации, а второй вход соединен с выходом цифров�
Description
Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к устройствам релейной защиты магистральных и распределительных электрических сетей, может применяться для защиты линий электропередачи, в качестве резервных защит шин, трансформаторов и др.
Известно устройство дистанционной защиты, основанное на применении реле сопротивления [Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем: Учеб. пособие для техникумов. - М: Энергоатомиздат 1998, стр.365-369].
Устройство содержит измерительную часть, логическую часть, исполнительный орган и вспомогательное блокирующее устройство.
Недостатком известного устройства является низкая устойчивость функционирования.
Известно устройство цифровой дистанционной защиты [Шнеерсон Э.М. Дистанционные защиты. - М.: Энергоатомиздат, 1986, стр.248-252 (рис.6.39)], содержащее формирователь аналоговых сигналов, блок аналого-цифрового преобразования, генератор тактовых импульсов, микро-ЭВМ нижнего уровня, первое устройство связи, блок общей памяти, микро-ЭВМ верхнего уровня, второе устройство связи, блок ввода, пульт управления и блок отображения информации.
Недостатком известного устройства цифровой дистанционной защиты является низкая устойчивость функционирования.
В релейной защите под устойчивостью функционирования [Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Энергоатомиздат, 2007, стр.31-32] понимается способность устройств релейной защиты сохранять стабильность измерения и обеспечивать точность измерения, характеристики, параметры и уставки при условиях установившихся режимов и переходных процессов.
Установившиеся режимы характеризуются статистической устойчивостью, а режимы, связанные с переходными процессами, динамической устойчивостью.
Для обоснования преимуществ предлагаемого устройства цифровой дистанционной защиты из общего числа факторов, влияющих на устойчивость релейной защиты [Шнеерсон Э.М. Динамика сложных измерительных органов релейной защиты. - М.: Энергоиздат, 1981.], выберем, например:
- отклонения частоты электроэнергетической системы (ГОСТ 13109-97);
- апериодическую составляющую аварийного режима;
- наличие гармонических составляющих частот, отличных от f=50 Гц (ГОСТ 13109-97).
Для токов и напряжений, содержащих переходную (апериодическую) составляющую, справедливы одни и те же соотношения, описывающие их форму [Например, Фабрикант В.Л. Основы теории построения измерительных органов релейной защиты и автоматики. - М.: Высшая школа, 1968, стр.183-184.]. Очевидно, что в случаях отклонения частоты и наличии гармонических составляющих частот, отличных от f=50 Гц, похожесть токов и напряжений также сохраняется. Мерой оценки степени похожести сигналов (в том числе несинусоидальной формы) выступает их взаимная корреляция [Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь, 1981]. Именно это обстоятельство используется для выделения (цифровой фильтрации) синусоидальных составляющих частоты f=50 Гц в цифровых измерительных органах релейной защиты посредством дискретного преобразования Фурье (ДПФ) [Например, Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Энергоатомиздат, 2007, стр.108-128.; Куликов А.Л. Мисриханов М.Ш. Введение в методы цифровой релейной защиты высоковольтных ЛЭП: Учеб. пособие. - М.: Энергоатомиздат, 2007, стр.101-121]. При этом в качестве коэффициентов импульсной характеристики цифрового фильтра (синусного и косинусного) выступают нормированные отсчеты синусоидального сигнала. Сам цифровой фильтр реализует операцию цифровой свертки (корреляции) отсчетов входного сигнала с коэффициентами импульсной характеристики фильтра. Например, при отклонениях частоты входного сигнала от f=50 Гц, из-за разрушения «похожести» отсчетов сигнала и коэффициентов импульсной характеристики возникают ошибки, которые могут достигать - 2,3÷1,8% при отклонениях частоты Δf=±2 Гц. [Аржанников Е.А., Лукоянов В.Ю., Мисриханов М.Ш. Определение места короткого замыкания на высоковольтных линиях электропередачи / Под ред. В.А. Шуина. - М.: Энергоатомиздат, 2003, стр.89].
Если при цифровой фильтрации (корреляции) использовать в качестве отсчетов входного сигнала - отсчеты напряжения, а в качестве коэффициентов импульсной характеристики - отсчеты тока (или наоборот), то обеспечится:
- вычисление дискретной мощности (энергии, передаваемой от места установки защиты к потребителям, рассчитанной за интервал временного анализа релейной защиты) на выходе цифрового фильтра (коррелятора);
- адаптация к отклонениям частоты электроэнергетической системы, поскольку эти отклонения частоты одинаково влияют как на токи, так и на напряжения;
- учет апериодической составляющей и гармонических составляющих частот, отличных от f=50 Гц в результирующем расчете дискретной мощности.
Отметим, что учет апериодической составляющей и гармоник частот fi=50 Гц (i=1,2, …) в конечных вычислениях дискретной мощности нужен и важен, так как дистанционный принцип справедлив не только для частоты f=50 Гц, но и для других частот и их сумм. Это объясняется распространением закона Ома на всевозможные виды сигналов. С этой точки зрения, доказательна и корреляционная связь между током I и напряжением U (в том числе и мгновенных значений), определяемая прямопропорциональной зависимостью
U=Z·I,
где Z - комплексное сопротивление.
Как известно, линейносвязанные величины имеют модуль коэффициента корреляции равным единице [Например, Венцель Е.С. Теория вероятностей. - М.: Наука, 1964].
Для получения аналога традиционных цифровых дистанционных расчетов необходимо отнормировать корреляцию совокупностей мгновенных значений токов и напряжений (дискретную мощность).
При этом, если дискретную мощность, рассчитанную в интервале анализа релейной защиты, разделить на нормирующий коэффициент (величину), представляющий сумму квадратов мгновенных значений (рассчитанных в том же интервале):
- токов, то получим аналог сопротивления;
- напряжений, то получим аналог проводимости.
Возможны и другие варианты, например, когда в качестве нормирующей величины (коэффициента) выступает корень квадратный из суммы квадратов мгновенных значений токов (напряжений). В этом случае итоговая расчетная величина имеет аналог напряжения (тока).
Таким образом, с помощью предложенных операций цифровой обработки при реализации дистанционной защиты достигается:
- совпадение результатов при строго гармонических токах и напряжениях с традиционными дистанционными цифровыми измерениями;
- повышение устойчивости цифровой дистанционной защиты при соответсвующих отклонениях токов и напряжений от синусоидальной формы.
Задача полезной модели - повышение устойчивости функционирования устройства цифровой дистанционной защиты.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство цифровой дистанционной защиты, содержащее формирователь аналоговых сигналов, блок аналого-цифрового преобразования, генератор тактовых импульсов, блок общей памяти, микро-ЭВМ верхнего уровня, устройство связи, блок ввода, блок вывода, пульт управления и блок отображения информации, причем на входы формирователя аналоговых сигналов подаются фазные напряжения и токи, а также ток и напряжение нулевой последовательности, выход формирователя аналоговых сигналов через блок аналого-цифрового преобразования подключен к блоку общей памяти и через генератор тактовых импульсов ко второму входу блока аналого-цифрового преобразования, устройство связи своими первым, вторым и третьим входом/выходом соединено соответственно с микро-ЭВМ верхнего уровня, блоком общей памяти и шиной обмена, к которой подключены входами/выходами блоки ввода и вывода, входными и выходными сигналами которых являются соответственно входные управляющие и выходные управляющие сигналы цифровой дистанционной защиты, а выход пульта управления и вход блока отображения информации также подключены к шине обмена, согласно предложения, введены каналы обработки информации, каждый из которых содержит цифровой коррелятор (фильтр), квадратор, накапливающий сумматор и блок деления, причем первый и второй входы цифрового коррелятора являются входами канала обработки информации, второй вход цифрового коррелятора (фильтра) соединен со входом квадратора, выход которого через накаливающий сумматор соединен с первым входом блока деления, выход которого является выходом канала обработки информации, а второй вход соединен с выходом цифрового коррелятора (фильтра), выходы каналов обработки информации объединены и соединены со входом устройства связи, а входы каналов обработки информации подключены к блоку общей памяти.
На фиг.1. представлена структурная схема устройства цифровой дистанционной защиты.
Устройство цифровой дистанционной защиты (фиг.1.) содержит: формирователь аналоговых сигналов 1, блок аналого-цифрового преобразования 2, генератор тактовых импульсов 3, блок общей памяти 4, каналы обработки информации 5 (содержащие цифровые корреляторы (фильтры) 6, квадраторы 7, накаливающие сумматоры 8, блоки деления 9), устройства связи 10, микро-ЭВМ верхнего уровня 11, блок ввода 12, блок вывода 13, пульт управления 14, блок отображения информации 15.
Элементы устройства цифровой дистанционной защиты соединены следующим образом. На входы формирователя аналоговых сигналов 1 подаются фазные напряжения и токи, а также ток и напряжение нулевой последовательности, выход формирователя аналоговых сигналов 1 через блок аналого-цифрового преобразователя 2 подключен к блоку общей памяти 4 и через генератор тактовых импульсов ко второму входу блока аналого-цифрового преобразования 2. Устройство связи 10 своими первым, вторым и третьим входами/выходами соединено соответственно с микро-ЭВМ 11 верхнего уровня, блоком общей памяти 4 шиной обмена, к которой подключены входами/выходами блоки ввода 12 и вывода 13, входными и выходными сигналами которых являются соответственно входные управляющие и выходные управляющие сигналы цифровой дистанционной защиты. Выход пульта управления 14 и вход блока отображения информации 15 также подключены к шине обмена. В каналах обработки информации 5 первый и второй входы цифрового коррелятора 6 являются входами канала обработки информации 5, второй вход цифрового коррелятора (фильтра) 6 соединен со входом квадратора 7, выход которого через накапливающий сумматор 8 соединен с первым входом блока деления 9. Выход блока деления 9 является выходом канала обработки информации 5, а второй вход соединен с выходом цифрового коррелятора (фильтра) 6. Выходы каналов обработки объединены и соединены со входом устройства связи 10, а входы каналов обработки информации 5 подключены к блоку общей памяти 4.
Устройство цифровой дистанционной защиты работает следующим образом.
Следует отметить, что в предлагаемом устройстве цифровой дистанционной защиты (фиг.1.) вычислительные операции над мгновенными значениями токов и напряжений могут производиться в действительной арифметике (без применения комплексных значений токов и напряжений), что существенно отличает структуру и функционирование предлагаемого устройства от прототипа.
Устройство (фиг.1) реализует комплекс функций трехступенчатой многофазной цифровой дистанционной защиты, обеспечивая за интервал дискретизации выполнение следующих основных операций:
- преобразование в цифровую форму восьми дискретных сигналов uA(nT), uB(nT), uC(nT), uO(nT), iA(nT), iB(nT), iC(nT), iO(nT), с использованием формирователя аналоговых сигналов (ФАС) 1, блока аналого-цифрового преобразования 2, генератора тактовых импульсов 3;
- хранение и выборку мгновенных значений токов и напряжений блоком общей памяти 4;
- расчеты нормированной взаимной корреляции совокупностей мгновенных значений токов и напряжений в каналах обработки информации 5;
- сравнение значений нормированных взаимных корреляций совокупностей мгновенных значений токов и напряжений с уставками зон в микро-ЭВМ 11 верхнего уровня (три ступени по три фазы);
- блокировку при качаниях.
Микро-ЭВМ 11 верхнего уровня обеспечивает выполнение основных алгоритмов дистанционной защиты на основе расчетов нормированных значений корреляций мгновенных значений совокупностей токов и напряжений, хранимых в блоке общей памяти 4. Размеры совокупностей зависят от выбранного временного интервала анализа дистанционной защиты. Как правило, временной интервал выбирается равным периоду промышленной частоты (f=50 Гц) и соответствует T=20 мс. В течение этого интервала осуществляется выборка мгновенных значений тока и напряжения, количество которых (N) определяется отношением интервала Ta к интервалу дискретизации T
Устройство 10 организует связь микро-ЭВМ 11 с блоком общей памяти 4 и внешними устройствами (12, 13, 14, 15).
Блок ввода 12 обеспечивает поступление сигналов x1, …, xк от внешних объектов, появление которых вызывает изменение программы выполнения логической части защиты (сигналы ускорения, АПВ и т.д.) в микро-ЭВМ 11 верхнего уровня.
Блок вывода 13 реализует передачу управляющих сигналов y1, …, yq от защиты к другим устройствам (выключатели, регистраторы аварийных событий, сторонние комплекты релейных защит и др.). Указанные устройства на структурной схеме (фиг.1) не показаны. Пульт управления 14 служит для ввода у ставок и опробирования защиты.
Блок отображения информации 15 участвует при опробовании защиты, контроле уставок, индикации повреждений.
В связи с необходимостью реализации трех быстродействующих цифровых измерительных органов с большим числом операций умножения и сложения в предлагаемом устройстве цифровой дистанционной защиты введены специальные каналы обработки информации 5. Операции сложения и умножения являются основой цифровой обработки мгновенных значений токов и напряжений, выполняемой с использованием цифровых корреляторов (фильтров) 6, а также квадраторов 7, накапливающих сумматоров 8. С помощью указанных элементов 6, 7, 8 и блока деления 9 реализуется вычисление нормированной взаимной корреляции совокупностей мгновенных значений токов и напряжений, соответсвующих каналам обработки 5. При этом выборочный массив мгновенных значений напряжений из блока общей памяти 4 подается на первый вход цифрового коррелятора (фильтра) 6, а выборочный массив мгновенных значений тока - на второй вход цифрового коррелятора (фильтра) 6. В случае использования цифрового фильтра (вместо коррелятора) в каналах обработки информации 5, выборочные массивы мгновенных значений тока подаются на выходы импульсной характеристики цифрового фильтра.
Наряду с цифровым коррелятором мгновенные значения тока подаются на квадратор 7 и в последующем на накапливающий сумматор 8. В результате вычислительных операций, выполняемых блоками 7 и 8, формируется нормирующий коэффициент, представляющий из себя сумму квадраторов мгновенных значений токов.
В последующем осуществляется деление блоком 9 результатов взаимной корреляции мгновенных значений токов и напряжений с выхода цифрового коррелятора 6 на нормирующий коэффициент с выхода накаливающего сумматора 8. Нормированные значения взаимной корреляции являются результатом вычислительных операций каналов обработки информации и через устройство связи 10 поступают в микро-ЭВМ 11 верхнего уровня.
В процессе работы устройства цифровой дистанционной защиты микроЭВМ 11 верхнего уровня реализует следующие основные функции:
- получение информации через блок ввода 12 о наличии внешних приоритетных сигналов и соответствующая перестройка логической части защиты;
- реализация алгоритма блокировки при качаниях;
- формирование характеристик срабатывания отдельных ступеней защиты на основе информации, поступающей с пульта управления 14 и сигналов x1, …, xк;
- ввод через устройство связи 10 нормированных значений взаимных корреляций совокупностей мгновенных значений токов и напряжений, поступающих с выходов каналов обработки информации 5 (соответствующих сопротивлениям традиционной многообразной цифровой дистанционной защиты);
- сопоставление с характеристиками срабатывания вычисленных значений нормированных взаимных корреляций совокупностей мгновенных значений токов и напряжений с уставочными значениями характеристик срабатывания;
- выполнение необходимых логических операций в зависимости от входных дискретных сигналов x1, …, xк, блока ввода 12; необходимости блокировки при качаниях; а также результатов сравнения нормированных значений взаимных корреляций совокупностей мгновенных значений токов и напряжений с характеристиками срабатывания (уставками зон);
- вывод сигналов y1, …, yq, обеспечивающих отключение защищаемого объекта, а также и другие защиты.
Таким образом, на основе текущей информации о входных сигналах напряжения и тока, входных сигналов x1, …, xк, микро-ЭВМ 11 верхнего уровня вырабатывает необходимые решения, характеризуемые сигналами y1, …, yq. Процесс цифровой обработки сигналов устройством цифровой дистанционной защиты повторяется периодически с темпом, определяемым интервалом дискретизации (T).
Следует отметить, что предлагаемое устройство цифровой дистанционной защиты обеспечивает (как указывалось ранее) большую устойчивость функционирования при воздействии различного рода факторов.
Claims (1)
- Устройство цифровой дистанционной защиты, содержащее формирователь аналоговых сигналов, блок аналого-цифрового преобразования, генератор тактовых импульсов, блок общей памяти, микроЭВМ верхнего уровня, устройство связи, блок ввода, блок вывода, пульт управления и блок отображения информации, причем на входы формирователя аналоговых сигналов подаются фазные напряжения и токи, а также ток и напряжение нулевой последовательности, выход формирователя аналоговых сигналов через блок аналого-цифрового преобразования подключен к блоку общей памяти и через генератор тактовых импульсов ко второму входу блока аналого-цифрового преобразования, устройство связи своими первым, вторым и третьим входами/выходами соединено соответственно с микроЭВМ верхнего уровня, блоком общей памяти и шиной обмена, к которой подключены входами/выходами блоки ввода и вывода, входными и выходными сигналами которых являются соответственно входные управляющие и выходные управляющие сигналы цифровой дистанционной защиты, а выход пульта управления и вход блока отображения информации также подключены к шине обмена, отличающееся тем, что введены каналы обработки информации, каждый из которых содержит цифровой коррелятор (фильтр), квадратор, накапливающий сумматор и блок деления, причем первый и второй входы цифрового коррелятора являются входами канала обработки информации, второй вход цифрового коррелятора (фильтра) соединен со входом квадратора, выход которого через накапливающий сумматор соединен с первым входом блока деления, выход которого является выходом канала обработки информации, а второй вход соединен с выходом цифрового коррелятора (фильтра), выходы каналов обработки информации объединены и соединены со входом устройства связи, а выходы каналов обработки информации подключены к блоку общей памяти.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010135567/07U RU100860U1 (ru) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | Устройство цифровой дистанционной защиты |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010135567/07U RU100860U1 (ru) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | Устройство цифровой дистанционной защиты |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU100860U1 true RU100860U1 (ru) | 2010-12-27 |
Family
ID=44056099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010135567/07U RU100860U1 (ru) | 2010-08-24 | 2010-08-24 | Устройство цифровой дистанционной защиты |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU100860U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2591051C1 (ru) * | 2015-11-06 | 2016-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" | Способ определения синусоидальной составляющей тока короткого замыкания |
-
2010
- 2010-08-24 RU RU2010135567/07U patent/RU100860U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2591051C1 (ru) * | 2015-11-06 | 2016-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" | Способ определения синусоидальной составляющей тока короткого замыкания |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Thambirajah et al. | A multivariate approach towards interarea oscillation damping estimation under ambient conditions via independent component analysis and random decrement | |
| Dutta et al. | Load and renewable energy forecasting for a microgrid using persistence technique | |
| Qi et al. | Optimal PMU placement for power system dynamic state estimation by using empirical observability Gramian | |
| CA2838770C (en) | Apparatus and method for alternating current physical signals measurement and data acquisition | |
| Nanda et al. | Phasor estimation and modelling techniques of PMU-a review | |
| CN103941088A (zh) | 一种基于三相信号的电力系统频率快速测量方法 | |
| Arenas et al. | A methodology for power quantities calculation applied to an FPGA-based smart-energy meter | |
| Mokeev | Filter synthesis for PMU | |
| CA2771380A1 (en) | Systems and methods for asynchronous sampling data conversion | |
| Zhou et al. | Capturing dynamics in the power grid: Formulation of dynamic state estimation through data assimilation | |
| Vanfretti et al. | A phasor measurement unit based fast real-time oscillation detection application for monitoring wind-farm-to-grid sub–synchronous dynamics | |
| RU100860U1 (ru) | Устройство цифровой дистанционной защиты | |
| CN102508022A (zh) | 采用最优乘子牛顿算法检测电网频率的方法 | |
| Petrović | Frequency and parameter estimation of multi-sinusoidal signal | |
| Salcic et al. | An improved Taylor method for frequency measurement in power systems | |
| Osipov et al. | Algorithms of packet wavelet transform for power determination under nonsinusoidal modes | |
| RU2474940C2 (ru) | Способ цифровой дистанционной защиты | |
| Sinha et al. | Harmonics measurement using FFT algorithm in digital signal controller for smart micro-grid system | |
| CN115051912A (zh) | 一种停电用户定位方法、装置、设备、介质 | |
| Ponnala et al. | Effective monitoring of power system with phasor measurement unit and effective data storage system | |
| Mokeev | Optimal filter synthesis | |
| Bose | Power Spectrum Estimation of PMU using Digital Signal Processing Techniques | |
| Valtierra-Rodriguez et al. | FPGA-based instantaneous estimation of unbalance/symmetrical components through the Hilbert transform | |
| RU2569939C1 (ru) | Способ определения угла сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами (варианты) | |
| RU2786977C2 (ru) | Интеллектуальный счетчик электрической энергии |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20110825 |