RU1783452C - Способ определени угла сдвига фаз между напр жени ми в двух узловых точках электрической сети - Google Patents

Abstract

Использование: в области электроизмерений , в частности, дл  телеуправлени  путем фазовых измзрений в эпектроэнергетических сет х. Сущность изобретени : дл  повышени  точности и быстродействи  при измерении угла сдвига фаз между напр жени ми в двух точках электрической сети, удаленных друг от друга на дес тки километров , используют сформированные в удаленной узловой точке и распростран ющиес  по электрической сети кратковременные посадки синусоидального напр жени . Синхронные с частотой сети импульсные посадки выдел ютс  в близлежащей узловой точке и их временное по- ложение сравниваетс  с опорными импульсами, сформированными из синусоидального напр жени  сети в близлежащей точке. Сравнение производ т дважды за период и определ ют по временному сдвигу импульсов фазовый сдвиг в электрической сети 2 ил. СП С

Description

Изобретение с гноситс  к области электротехнических и мерений, в частности к телеизмерени м и телеконтролю с помощью нетрадиционных средств телеуправлени  объектами электроэнергетических систем.

Известны способы определени  сдвига фаз между двум  гармоническими колебани ми одинаковой частоты, среди которых близкими  вл ютс  предложенные в работе 2,3. Однако дл  их использовани  при измерении фазы треОуетс  передача информации о временном либо фазовом сдвиге синусоиды напр жени  на противоположном относительно базового источника гармонического напр жени  (тока)

Известные способы кодировани  и передачи сообщений, вводимых в электрическую сеть или использующих выделенные проводные каналы св зи с различными генераторами сигналов не нашли широкого применени  при решении поставленной задачи либо из-за малого радиуса действи  (5-10 км), либо из-за большой погрешности дистанционного измерени  фазы 1 (10- 15)%.

В насто щее врем  контроль и регулирование устойчивости энергосистемы осуществл етс  чаще без информации о значени х угла между векторами напр жений начала (Ui) и конца (Ua) линии электропередачи . Это св зано с трудност ми возникающими npvt передаче значении фаХГ 00

со

4

с 

ю

зы напр жени  Ог с противоположного конца линии к питающему центру или началу линии. Дл  этих целей по данным 1 используютс  два способа:

фантомный - основанный на принципе прибавлени  падени  напр жени  в модели линии к напр жению передающего конца

(Ui);

второй - основанный на телепередаче значений фазы напр жени  приемного конца (U2) электросети высокочастотными сигналами .

Погрешность таких измерений составл ет: ±25%.

В обоих способах измерение сдвига фазы между напр жени ми в двух точках энергосистемы выполнено на основе датчика разности фаз ДРФ, к первому входу которого подводитс  либо напр жение от вспомогательного генератора, сид щего на валу одного силового генератора первой части энергоситсемы, либо напр жение Ch + MZ, где ток И - нагрузка электропередачи с обоих шин этой же ..энергосистемы При этом сопротивление Z моделирует внутреннее сопротивление генераторов и элементов первой части энергосистемы. А фаза входного/ напр жени  соответствует фазе напр жению Ui на общих шинах первой части энергосистемы. На второй вход ДРВ подаетс  либо напр жение Ui + hZi, либо напр жение U2 Другой части энергосистемы с помощью высокочастотной аппаратуры: передатчик - усилитель - в том числе канал - приемник, причем передатчик управл етс  по фазе отражающих соответственно фазе напр жени  Gz усредненные значени  которого формируетс  специальным смесителем, подключенным к шинам 02.

На выходе ДРФ подключено реле угла 5i,2 -сдвига фаз между 1Н и U2, осуществл ющее измерение в соответствии с уравнени ми:

6i-dz(5i., где k - коэффициент инерции энергосистемы в предшествующем режиме к , в переходном режиме k;

Фс - предельное значение угла 61,2 , соответствующее устойчивому режиму энергосистемы,

Используемый в системе способ телепередачи на высоких частотах информации о значении величины угла дг и рассматриваетс  в качестве прототипа. Недостатком такого способа  вл етс  то, что с его помощью передаетс , не значени  величины фазового угла 5i.2 5i , между напр жени ми двух точек электросети, а высокочастотные сигналы, способные только отражать информацию о величине угла 62 с погрешностью , достигающей более 25%. Кроме того, сложность исполнени  самой

высокочастотной аппаратуры (передатчик; приемник, усилители, подключаемые к высоковольтной ЛЭП) и устройства преобразовани  сигнала в тракте приема, а также необходимость установки дополнительного

0 генератора на валу силового генератора основной частоты электросети, от стабильной работы элементов которой зависит точность измерений, ставит под вопрос возможность эксплуатации самой системы.

5 Следует отметить, что на практике значени  относительного угла 5i,2 как правило меньше его суммарного значени  5fci , что требует высокой точности измерений.

Другим недостатком способа прототипа

0  вл етс  низкое быстродействие. Врем  измерени  и суммирование аналоговых значе- ний: 0, + i,Z , поступающих на соответствующие датчики от трансформатора напр жени  и трансформатора тока,

5 составл ет: (80-90) мс. Сумматор, установленный на передающей стороне системы, производит операцию сложени  за врем : (1500-1600) мс. Врем  передачи - приема в высокочастотном канале составл ет: (0,50 1,0) с, поскольку требуетс  врем  на коммутацию и выбор конкретной частоты либо полосы частот дл  телеизмерени . Общее врем  отработки сигнала телеизмеренм  на приемной части системы, с помощью ДРФ

5 и реле угла составл ет (600-900) мс, а полное врем  цикла телеизмерени  при данном способе составл ет: (3,7-2,6) с. При таком низком быстродействии практически невозможно использовать данный способ

0 определени  фазового сдвига между напр жени ми Ui и U2 дл  оперативного управлени  электрической системой в текущих и переходных режимах.

Целью изобретени   вл етс  повыше5 ние точности и быстродействи  при телеизмерени х величины угла фазового сдвига между напр жени ми Ui и Ua двух узловых точек электрической сети.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что

0 в конце линии электропередачи, в момент ti, соответствующий заданному углу а , относительно нул  синусоиды, в каждый полупериод напр жени  U2, формируют информационные импульсы сигнала, в виде

5

кратковременных посадок напр жени  сети Д U, которые вы вл ют из спектра вторичного напр жени  сети Ui, в начале этой линии, в виде импульсов сигнала AU., создают опорные импульсы A U0, сдвигают их

относительно нулей синусоиды напр жени  Ui, на заданную величину угла AUj , с помощью импульсов Л и,. временной сдвиг между которыми равен - г, формируют суммарно-разностные вспомога- тельные импульсы с длительностью;

Т1 -+гиг2 2--т.

определ ют значение временного сдвига между напр жени ми Ui и Ua:

7i - Г2

г 2.

а искомый фазовый сдвиг eh.a определ ют по формуле:

2тг

5i,2 гйъ -г-,

где Т - период сетевого напр жени .

Сущность изобретени  состоит в том, что в электрической сети формируют кратковременные (импульсные) посадки сииусо- иды напр жени , что обеспечивает таким импульсным сигналам синхронизацию с основной частотой ее напр жени  и, соответственно , возможность передачи временных параметров распространени  этого напр жени .

В случае формировани  таких импульсных сигналов в отдаленной точке электрической сети, со-стороны нагрузки, последние по линии электропередачи поступают в ее начало, где производ т определение временного положени  импульсов относительно полупериодов синусоиды напр жени , в которых они переданы,

По временному сдвигу- т, в положении этих импульсов, относительно их прежнего, фиксированного углом а, положени  на синусоиде напр жени  производ т непосредственное определение величины фазового угла 5i,a , между напр жени ми Ui и U2, в контролируемых узловых точках электрической сети, соответствующих противоположным сторона,м линии электропередачи .

Определение угла 61.2 фазового сдвига, по фиксированному значению временного сдвига- т, между положением мгновенных значений синусоиды напр жени  Ui и Ua, обеспечивает более высокие показатели точности измерений и скорости передачи данных по сравнению с прототипом, что дает новый положительный эффект.

Способ позвол ет производить определение фазового сдвига с точностью: (0,б°- 0,9°), относительно периода синусоиды напр жени  электрической сети, при быстродействии системы, реализующей данный способ - 0,2 С,

0

5

0

5

5

0

5

0

На фиг,1 представлены диаграммы, по сн ющие вывод формулы,

Дл  достижени  поставленной цели, например , в конце одной из линий электросети , начина  с момента времени ti. соответствующего угла fit, на каждом полупериоде синусоиды напр жени  U2 формируют информационные импульсы сигнапа в виде кратковременных посадок синусоиды напр жени  Ли, синхронизированных частотой 50 Гц (фмг, 1а). Эти импульса распростран  сь по всей электрической сети поступают и в начало линии, где их вы вл ют из спектра вторичного напр жени  в виде импульса Ди(фиг,1б,д). Одновременно а начале линии, в момент Т/2, Т, 3/2Т, 2Т и т.д., т.е. при переходе синусоиды напр жени  Ui, через нулевое значение формируют опорные импульсы Ди0 (фиг,1в), сдвигают их на временной интервал соответствующий углу d - а , и получают соответственно импульсы U-(фиг. 1 г).

С помощью импульсов AUyH AU,i, временной сдвиг между которыми составл ет г формируют суммарно-разностные вспомогательные импульсы И; 2 с длительностью

вт+г.Лшт.

0

Т1

Г2

2 -, Ј - (фиг. 1е, ж), вычитают вспомогательные импульсы и наход т: т , а искомый сдвиг фаз di,2 определ ют по формуле:

5i,2 ,,

где Т - период сетевого напр жени ,

На фиг.2 представлена система дл  реализации предположенного способа. Она состоит из двух полукомплексов: передатчика (П) и приемного устройства (ПУ), в качестве канала св зи используетс  непосредственно участок, линии электропередачи . Обработанна  ВЧ-заградител ми лини  может также использоватьс  в качестве канала св зи, при этом учитываетс  несколько большее затухание сигнала при прохождении от передатчика к приемному устройству .

Итак, система реализующа  предлагаемый способ содержит передающее устройство (П), установленное в конце линии электропередачи, состо щее из двух проти- вовключеиных управл емых вентилей - 1, подключенный к напр жению Ua с помощью сопротивлени  -2, а также из формировател  5 импульсов управлени  и нуль-органа - 4, подключенных к вторичной обмотке трансформатора 3 напр жени , выход нуль- органа 4 подключен к второму входу формировател  5, выходы которого подключены к

цеп м управлени  тиристоров 1 передающего устройства, а на приемной стороне (ПУ) в начале линии электропередачи к напр жению Ui подключен трансформатор напр жени  - З1, к вторичной обмотке которого подключен вход (второго) формировател  импульсов - 51 и нуль-органа - 4, а также входы селектора импульсов сигналов - б1 устройства приема, выход нуль-органа - 41, подключен к управл ющему входу формировател  импульсов - З1, выход которого вместе с выходами селектора импульсов - б1, через распределитель - 7 , подключены к входам триггеров - 81, 811, выходы которых соединены с входами измерител  интервалов - 91 устройства.

Система работает следующим образом. Передающее устройство 1 формирует в электрической сети импульсные сигналы при подаче управл ющих сигналов с блока 5 на вентили 1 (фиг.2). Вентили отпираютс  с заданными углами , в которые и формируютс  импульсные сигналы в виде кратковременных посадок напр жени  сети . Аналогичным образом импульсные сигналы управлени  формируют и на приемной стороне системы, на выходе формировател  5 (фиг.2), которые затем подают на первый вход распределител  -7. При этом, поступающие из электрической сети сигналы от передающего устройства вы вл ют с помощью импульсного селектора - 6 и подают на второй вход распределител  - , с помощью которого на выходах триггеров - 81 и б формируютс  импульсы суммарной и разностной длительности - (фиг.1е и ж), по которым в блоке измерител  интервалов - 9 , реализуетс  функци  определени  величины искомого угла 5i,2 , в соответствии с выражением

5l,2

п - г2

Ш0 Г

2л:

2

На основе метода симметричных составл ющих мощности сигнала формированного вентильным передатчиком (П) - фиг.2, на шинах Ua определ етс  в соответствии с 2 формулами: W Uf2 Yfc,

Umc 2CkUJf(LT-LB)

i7ie(Jf ; -- --напр жение

RB 2 + (Li + LB)2 oj§

сигнала, Yfc Yfc + Yfc + Yfc - результирующа  проводимость электросети пр мой, обратной, нулевой последовательностей, LB; RB - токоограничивающее сопротивление передатчика (вентилей); U - индуктивность сетевых трансформаторов, Ск удельный коэффициент гармоники в спектре сигнала, оь; wr- кругова  частота напр жени  сети и гармоники сигнала, соответственно .

Каждое значение Ск зависит от угла

отпирани  вентилей (аг, 02) Так как наибольшее практическое значение Uf определ етс  первым дес тком гармоник в расчетах принимались значени  к от 1 до 10 и в 3 получены адекватные упрощенные

формулы расчета уровн  сигнала пр мой последовательности с учетом эквивалентных сопротивлений сети Zc и передатчика Znep.:

Uf Ли Umc - . sin a,

Јnep + Јc

где а-угол включени  вентилей передатчика .

Полученный сигнал распростран етс  по электросет м вправо к шинам Ui и влево к шинам из от точки несимметрии (шины U2) с затуханием, определ ющимс  коэффициентами распределени 

з

v i - Кр Zc

Zc -rZc3

и KDJ

, т.е./ -А

Zc +Zc

соотношени ми сопротивлений левой и правой части электрической сети относительно шин U2. В соответствии с данными 2 затухание напр жени  сигнала составл ет (25-50)% и может быть вы влено прием- никами с чуствительностью

AU л 2 Дл 

электросети напр жением 110 кВ, мощностью (250-1000) мВА такие уровни сигналов можно обеспечить передатчиком при RB 1000 Ом; LB + U 0,006 Гн. Быстродействие tn силовой схемы передатчика (фиг,2) определитс  из выражени ;

t )0,02c. шг

Быстродействие ty блоков управлени  (3,4) на основе цифрового фазоимпульсного устройства также составл ет (0,02-0,04) с, поэтому врем  срабатывани  передатчика не превысит 0,06 с, что значительно меньше

времени срабатывани  передатчика ПРОТОТИПА (2,3-2,5) с.

Точность (погрешность) отработки углов включени  а вентильного передатчика определ етс  стабильностью работы фазоимпульсного узла 3; 3 . В случае использовани  генератора пилообразного напр жени  (ГПН)угол включени  определ етс  выражением фазы выходного импульса блока 3;

„„iPr vIn Ui - Uo lo Г

a - а) к х in -----н

Un f Uy - U3x - lo r

ДЦ,

TF1

где RC - врем задаюша  цепочка;

+ arcsin

Un. Uy - напр жение питани , управлени ;

Uo; to - напр жение, ток нуль-органа;

1)эк напр жение транзисторного ключа синхронизации;

Ucl AUC напр жение синхронизации 50 Гц (его отклонение).

Нестабильность уставки Да определитс  с помощью частных производных и формулы:

uy-(RCd«y+o CdR +

и/

U

+ wRdC)lnun+u/

Прин в средние значени  отклонений параметров дл  общепромышленных элементов и узлов при температуре среды 20°С

AUy

ЧХ

AR

0,5 %

0,2%

AUJ ft АС

0,25 %;

0,4%, относительную поR ° С получим суммарную грешность:

2 0,005 + 0,0025 + 0,002 +

+ 0,,0135 0,02, что на пор док лучше погрешности рассмотренного прототипа, составл ющего ±(20- 25)%.

Врем  tc прохождени  импульсов AU сигнала по участкам И и г линии 110 кВ практически не превышает трех периодов частоты 50 Гц. Переходные процессы, при включении передатчика П, протекают на питающих центрах сравнительно быстро и заканчиваютс  через 2-3 периода частоты 50 Гц. Таким образом полное врем  формировани  и передачи информативного сигнала tw в данном способе определитс  суммойт.и tn + tc 0,02с + 0,06с 0,08с, что значительно меньше времени прохождени  сигналов в ВЧ канале прототипа (0,5 - 1) с,

Врем  приема и отработки информационного канала в точке 1 складываетс  из суммы времен срабатывани  функциональных элементов .приемника: 5-4-6-7-8-9- 10. Наибольшее из которых у 5 и 4, а также у измерител  интервалов 10, составл ющее 0,02 с и 0,04 с. Остальные элементы имеют быстродействие 2-3 мкс, т.е.

tnp 0,02 + 0,02 + 0,04 + 3 (2-3) 10 с,

гб

с 0,1

Таким образом врем  полного цикла Т ц., с работы устройств предложенного способа значительно меньше нежели у прототипа Тци

Тцс ти + tnp 0,08 с + 0,1 с

0,18 с Тци (2,7-3,6) с. Таким образом доказано преимущество нового способа над известным (прототипом) и по точности и быстродействию.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  угла сдвига фаз между напр жени ми в двух узловых точках электрической сети, основанный на формировании первичного (опорного) сигнала из

   напр жени  сети в близлежащей узловой точке, телеметрической передаче в эту точку угла сдвига фаз вторичного сигнала, сформированного в удаленной узловой точке электрической сети, измерении искомого

   сдвига фаз в близлежащей узловой точке между первичным и вторичным сигналами, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи , вторичный сигнал формируют путем кратковременных посадок напр жени  сети в удаленной узловой точке дважды за период напр жени  сети в моменты, когда угол сдвига фаз по отношению к переходу вторичного напр жени  через нуль принимает

   заданные значени  «и  + а , выдел ют в распростран ющемс  по данной электрической сети сигнале упом нутые посадки напр жени  в близлежащей узловой точке в виде вторичных импульсных сигналов, первичные импульсные сигналы формируют со сдвигом по фазе относительно перехода напр жени  сети в близлежащей точке через нуль, равным заданным выше значени м + а , с помощью упом нутых первичного и вторичного импульсных сигналов формируют два импульса длительностью

   ri -+гиТ2+ - -т в течение одного периода напр жени  сети, периодТи длитель- ности т- и Т2 измер ют, а искомый фазовый сдвиг определ ют по формуле

   5(n-Ti)2,

   где Т - период сетевого напр жени ;

   т - временной сдвиг, пропорциональный искомому сдвигу фаз.

   п .

   ffOfg

   Ы

   , Cnocaff TtMusMtptHus.

   ПСп

   35 кв

   еькзЖиJjp

   (ЕЬКЗ

   у

   ИИ-m

   Tp

   0ц I

   -« me

   Щ

   П

   (ft

   , Cnocaff TtMusMtptHus.

   ПСп

   35 кв

   jp

   ft

   5|

   t r

   --. Ли

   оц/У

   (Я)

   &

   .I