RU2178582C2 - Устройство для сравнения двух сигналов, устройство и способ формирования нестационарных сигналов - Google Patents

Устройство для сравнения двух сигналов, устройство и способ формирования нестационарных сигналов Download PDF

Info

Publication number
RU2178582C2
RU2178582C2 RU99122161/09A RU99122161A RU2178582C2 RU 2178582 C2 RU2178582 C2 RU 2178582C2 RU 99122161/09 A RU99122161/09 A RU 99122161/09A RU 99122161 A RU99122161 A RU 99122161A RU 2178582 C2 RU2178582 C2 RU 2178582C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
current
samples
components
values
Prior art date
Application number
RU99122161/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU99122161A (ru
Inventor
Фернандо КАЛЕРО (US)
Фернандо Калеро
Original Assignee
ЭйБиБи Пауэр Ти энд Ди Компани Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ЭйБиБи Пауэр Ти энд Ди Компани Инк. filed Critical ЭйБиБи Пауэр Ти энд Ди Компани Инк.
Publication of RU99122161A publication Critical patent/RU99122161A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2178582C2 publication Critical patent/RU2178582C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0038—Circuits for comparing several input signals and for indicating the result of this comparison, e.g. equal, different, greater, smaller (comparing pulses or pulse trains according to amplitude)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/38—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current
    • H02H3/382—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current involving phase comparison between current and voltage or between values derived from current and voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/38—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current
    • H02H3/385—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current using at least one homopolar quantity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R21/00—Arrangements for measuring electric power or power factor
    • G01R21/133—Arrangements for measuring electric power or power factor by using digital technique
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/003—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to reversal of power transmission direction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/38—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to both voltage and current; responsive to phase angle between voltage and current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/40—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to ratio of voltage and current
    • H02H3/402—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to ratio of voltage and current using homopolar quantities

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройствам для сравнения двух комплексных векторных величин в реальном времени и может быть использовано для формирования нестационарных сигналов. Техническим результатом является ускорение сравнения двух сигналов. Изобретение использует цифровые методы, основанные на свойствах цилиндрического устройства для сравнения комплексных векторных величин в реальном времени, в одном случае используется сигнал вращательного момента, генерируемый цифровым компаратором, для обнаружения наличия сбоя в передающей линии, в другом случае используется выходной сигнал для определения направления потока мощности в передающей линии, в третьем случае, чтобы определить, превосходят или нет напряжение или ток заданный пороговый уровень. 3 с. и 20 з. п. ф-лы, 10 ил.

Description

Область изобретения
Настоящая заявка является выделенной из заявки N 97108360, которая в свою очередь подана на основе международной заявки PCT/US95/12739.
Настоящее изобретение относится к устройствам для сравнения двух комплексных векторных величин в реальном времени и формированию нестационарных сигналов.
Релейная защита обычно подразумевает выполнение одной или нескольких из следующих функций по отношению к защищенным системам питания или подачи энергии: (а) мониторинг системы для установления того, находится ли система в нормальном состоянии или нет; (b) измерения, которые включают измерение некоторых электрических величин; (c) защита, которая обычно включает размыкание выключателя схемы при обнаружении короткого замыкания; и (d) сигнализация, которая обеспечивает предупреждение о некоторых затруднительных обстоятельствах. При выполнении этих и других дополнительных функций, таких как обнаружение сбоев, определение направления потока мощности, обнаружение максимального тока и других, системы релейной защиты должны сравнивать две комплексные векторные величины (напряжения и токи). Обычно, чем быстрее такое сравнение может быть выполнено, тем лучше.
2 До настоящего изобретения защитные реле, как правило, сравнивали комплексные векторные величины с использованием методов частотной области, например такого, как метод фурье-преобразования.
В качестве ближайших аналогов по отношению к заявленному изобретению в части устройства для сравнения двух сигналов можно указать на устройство по патенту США N 5151866, опубликованному 29.09.92 G 06 F 15/20, нац. кл. 364/483, содержащее, так же как и заявленное устройство, средство для вычисления разности фаз. Однако это устройство не позволяет определять фазовую зависимость между двумя сигналами в реальном времени.
В части способа и устройства формирования нестационарных сигналов положительных и отрицательных симметричных последовательностей компонент токов системы электропитания можно указать на способ формирования нестационарных сигналов симметричных последовательностей компонент, включающий операцию получения цифровых значений симметричных компонент в реальном времени, описанный в системе цифровой записи по патенту США N 3740491, опубликованному 19.06.73, нац. кл. 360/27, и на цифровой компаратор, предназначенный для формирования нестационарных сигналов, включающий средство дискретизации для получения отсчетов, средства для перемножения и суммирующие средства, описанный в патенте США N 3500322, опубликованном 10.03.70, нац. кл. 340/146.2.
Эти два технических решения не позволяют формировать нестационарные сигналы, которые могут быть использованы в заявленном устройстве для сравнения в реальном времени двух сигналов.
Главной целью настоящего изобретения является разработка способов и устройства для сравнения комплексных векторных величин в реальном времени.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение использует цифровые методы, основанные на сравнении комплексных векторных величин в реальном времени. Нестационарные процедуры, приведенные в этом описании, сравнивают комплексные векторные величины быстрее, чем любой ранее известный способ.
Заявляется устройство для сравнения в реальном времени двух сигналов, а также способ и устройство формирования нестационарных сигналов положительных и отрицательных последовательностей компонент напряжений и токов в системе электропитания.
Устройство для сравнения в реальном времени двух сигналов (S1(t), S2(t)), каждый из которых представлен величиной и фазой, содержит средство дискретизации для получения набора отсчетов каждого из двух сигналов, представляющего величины каждого из двух сигналов по крайней мере в два различных момента времени, и вычислительное средство для вычисления момента Мk+1, соответствующего разности фаз двух сигналов на основе отсчетов. Средство дискретизации выделяет отсчет (S1k), представляющий величину первого из указанных сигналов в первый момент времени, выделяет отсчет (S2k), представляющий величину второго из указанных сигналов в тот же первый момент времени; выделяет отсчет (S1k+1), представляющий величину первого из указанных сигналов во второй момент времени, и выделяет отсчет (S2k+1), представляющий величину второго из указанных сигналов в тот же второй момент времени, а вычислительное средство включает средство для получения производных величин B1k, B2k, B1k+1 и B2k+1 по отсчетам S1k, S2k, S2k+1, средство перемножения для умножения величин B1k на B2k+1 и умножения величин B2k на B1k+1 для получения первого произведения B1kB2k+1 и второго произведения B2kB1k+1; и суммирующее средство для сложения первого и второго произведений для получения результата вычислений (Мk+1), соответствующего разности фаз между указанными первой и второй комплексными векторными величинами, причем величины B1k и B2k находятся с помощью следующих соотношений:
B1k= FK2[S1k + S1k-1FK1B1k-1] ,
B2k= FK2[S2k + S2k-1FK1B2k-1] ,
в которых FK1 и FK2 являются константами и определяются следующими соотношениями:
Figure 00000002
,
Figure 00000003
,
где RB и LB являются константами.
Отсчеты S1k и S2k получаются дискретизацией напряжения или тока в передающей линии, а сигналы S1(t) и S2(t) представляют собой напряжения или токи, изменяющиеся по синусоидальному закону, или комбинацию напряжений и токов.
Предусмотрено, что устройство содержит также средство для использования полученного результата вычислений Мk+1 для определения наличия повреждения в указанной передающей линии для обнаружения межфазного сбоя в системе трехфазной линии передач, где отсчеты S1(t) и S2(t) получаются из межфазных напряжений и комплексных токов, для обнаружения сбоя фаза-земля в системе трехфазной линии передач; a S1(t) и S2(t) получаются из напряжений фаза-земля и комплексных токов и для определения направления потока мощности в передающей линии.
Предусмотрено, что выходные последовательности компонент фильтра симметричных компонент являются входными сигналами устройства для сравнения.
Предпочтительно, чтобы устройство для сравнения дополнительно содержало средство для вычитания заданной константы (МС) из полученного результата вычислений Mk+1 и использования разности Мk+1 - МС для получения сигнала (qk+1), определяющего энергию, содержащуюся в разностном сигнале S1(t) - S2(t);
средство для использования полученного результата вычислений Мk+1 для того, чтобы определить, превосходит или нет напряжение или ток в передающей линии заданный пороговый уровень;
и средство масштабирования для преобразования полученного результата вычислений (Мk+1), которое умножает полученный результат на заданный множитель, пропорциональный периоду дискретизации.
Способ формирования нестационарных сигналов положительных симметричных последовательностей компонент (I1) и отрицательных симметричных последовательностей компонент (I2) токов системы электропитания, включает получение отсчетов указанных токов системы электропитания и использование цифровых логических схем для получения цифровых значений симметричных компонент (I1, I2) в реальном времени, которые включают системы элементов задержки, усилительные элементы и суммирующие элементы, соединенные в рабочем состоянии для формирования цифровых симметричных компонент в реальном времени, причем цифровые логические схемы формируют симметричные компоненты, пропорциональные Ilk и I2k, а I1 представляет собой ток положительной последовательности, I2 представляет собой ток отрицательной последовательности, нижний индекс k относится к цифровым отсчетам соответствующих компонент.
Цифровые логические схемы формируют компоненты Кларка
Iα = 3I1+3I2 = 2Ia-Ib-Ic,
Figure 00000004
,
причем указанная система электропитания включает первую фазу (фазу-a), вторую фазу (фазу-b) и третью фазу (фазу-c), где Ia представляет собой ток в фазе-а, 1b представляет собой ток в фазе-b и Ic представляет собой ток в фазе-с.
Цифровые логические схемы получают отсчеты Iа, Ib и Ic; формируют величины Iak, Iak-1, Ibk и Ibk-1; и затем составляют комбинации величин Iak, Iak-1, Ibk и Ibk-1 для получения значений I1k, I1k-1, I1k-2, I2k I2k-1 и I2k-2.
Предусмотрено, что система электропитания включает первую фазу (фазу-а), вторую фазу (фазу-b) и третью фазу (фазу-c), причем цифровые логические схемы получают отсчеты Ia, Ib и Ic; формируют величины Iak, Iak-1, Ibk, Ick-1 и Ick-1 и затем составляют комбинации величин Iak, Iak-1, Ibk, Ibk-1, Ick и Ick-1 для получения значений I1k и I2k; где Ia представляет собой ток в фазе-а, Ib представляет собой ток в фазе-b и Ic представляет собой ток в фазе-с.
Устройство для формирования нестационарных сигналов положительных симметричных последовательностей компонент и отрицательных симметричных последовательностей компонент напряжений и токов системы электропитания включает средство дискретизации для получения отсчетов указанных токов системы электропитания и цифровые логические схемы для формирования положительных симметричных последовательностей компонент (I1) и отрицательных симметричных последовательностей компонент (I2) токов системы электропитания, включающие системы элементов задержки, усилительных элементов и суммирующих элементов, соединенных в рабочем состоянии для формирования цифровых симметричных компонент в реальном времени, отличающиеся тем, что цифровые логические схемы формируют симметричные компоненты, пропорциональные I1k и I2k, причем I1 представляет собой ток положительной последовательности, а I2 представляет собой ток отрицательной последовательности, нижний индекс k относится к цифровым отсчетам соответствующих компонент.
Предусмотрено, что система электропитания включает первую фазу (фазу-а), вторую фазу (фазу-b) и третью фазу (фазу-c), причем цифровые логические схемы формируют компоненты Кларка
Iα = 3I1+3I2 = 2Ia-Ib-Ic,
Figure 00000005
,
где Ia представляет собой ток в фазе-а, Ib представляет собой ток в фазе-b и Ic представляет собой ток в фазе-c.
Цифровые логические схемы включают первый входной терминал для получения отсчетов тока Iа в фазе-а, второй входной терминал для получения отсчетов тока Ib в фазе-b и третий входной терминал для получения отсчетов тока Ic в фазе-c; средство для формирования величин Iak, Iak-1, Ibk и Ibk-1; и средство для составления комбинаций величин Iak, Iak-1, Ibk и Ibk-1 и получения значений I1k, I1k-1, I1k-2, I2k, I2k-1 и I2k-2.
Предусмотрено также, что система электропитания включает первую фазу (фазу-а), вторую фазу (фазу-b) и третью фазу (фазу-c), причем цифровые логические схемы включают первый входной терминал для получения отсчетов тока Ia в фазе-а, второй входной терминал для получения отсчетов тока Ib в фазе-b и третий входной терминал для получения отсчетов тока Ic в фазе-c; средство для формирования величин Iak, Iak-1, Ibk, Ibk-1, Ick и Ick-1 и средство для составления комбинаций величин Iak, Iak-1, Ibk, Ibk-1, Ick и Ick-1 для получения значений I1k и I2k, где Ia представляет собой ток в фазе-а, Ib представляет собой ток в фазе-b и Iс представляет собой ток в фазе-с.
Необходимо отметить, что данное изобретение обеспечивает релейной защите средство сравнения фазового соотношения S1 и S2, а также энергетического содержания двух суммарных сигналов. Ни один другой известный цифровой метод, используемый в промышленных исследованиях, не обладает способностью изменять свою работу в зависимости от энергетического содержания входных сигналов S1 и S2. Эта характеристика необходима в применениях релейной защиты, в которых рабочий интервал обратно пропорционален энергетическому содержанию. Другие методы, как например метод фурье-фильтрации, широко используемый в промышленных исследованиях, не обеспечивают такую обратную зависимость. Скорость обработки совершенно не зависит от энергетического содержания входных сигналов.
Таким образом, входные сигналы S1 и S2 цифрового компаратора определяют характеристики создаваемого устройства. Многочисленные применения цифрового компаратора, приведенные ниже, включают релейную защиту, обсуждавшуюся выше, и другие.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 схематически показывает входы системы электропитания для применения релейной защиты и/или применения цифрового компаратора.
Фиг. 2A схематически показывает цилиндрическое устройство с входными сигналами S1 и S2.
Фиг. 2B показывает ожидаемые зависимости вращательного момента от угла между фазами (между S1 и S2) цилиндрического устройства.
Фиг. 3A представляет собой блок-диаграмму цифрового компаратора в соответствии с данным изобретением. В этом варианте данного изобретения вычисляется Mk+1 в реальном времени, причем Mk+1 соответствует вращательному моменту цилиндрического устройства.
Фиг. 3B показывает комплексные векторные характеристики цифрового компаратора, приведенного на фиг. 3A. Фиг. 3B показывает комплексные векторные характеристики цилиндрического устройства, приведенного на фиг. 2A, которые аналогичны комплексным векторным характеристикам цифрового компаратора и его выходному сигналу М.
Фиг. 4A показывает схему, которая моделирует уравнения, определяющие входные сигналы межфазного устройства определения дальности на базе цифрового компаратора в соответствии с данным изобретением.
Фиг. 4B представляет собой блок-диаграмму одного из вариантов межфазного устройства определения дальности с оператором задержки "d".
Фиг. 4C показывает схему, которая моделирует уравнения, определяющие входные сигналы устройства определения дальности по величинам фаза-земля на базе цифрового компаратора в соответствии с данным изобретением.
Фиг. 4D представляет собой блок-диаграмму одного из вариантов устройства определения дальности по величинам фаза-земля в соответствии с данным изобретением.
Фиг. 5A показывает требуемую характеристику направленного устройства в R-X плоскости. Направленные устройства, приведенные в этом описании, обладают этой характеристикой.
Фиг. 5B иллюстрирует идеализированное цилиндрическое устройство и соотношение между M (вращательным моментом) и θ (углом).
Фиг. 5C - 5F показывают обработку, выполняемую направленными устройствами с цифровым компаратором в соответствии с данным изобретением.
Фиг. 6A показывает компоненты аналогового симметричного фильтра.
Фиг. 6B и 6C схематически показывают варианты фильтров с симметричными компонентами в соответствии с данным изобретением.
Фиг. 6B показывает фильтр с симметричными компонентами Кларка.
Фиг. 6C показывает фильтр с симметричными компонентами и прямым фазовым сдвигом.
Фиг. 7 схематически показывает один вариант устройства максимального тока (на вход которого можно подавать как сигналы напряжения, так и сигналы тока) и его реализацию с помощью разделительного компаратора в соответствии с данным изобретением. (Отметим, что многие устройства на базе цифрового компаратора используют разделительный компаратор, который является принимающим решение процессором).
Фиг. 8A показывает механическую систему, аналогичную разделительному компаратору.
Фиг. 8B схематически показывает один вариант цифрового разделительного компаратора в соответствии с данным изобретением.
Фиг. 9 схематически показывает функциональную характеристику разделительного компаратора.
Фиг. 10 представляет собой иллюстративный график выходного сигнала разделительного компаратора.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
А. КРАТКИЙ ОБЗОР
Релейная защита представляет собой способ защиты электрического оборудования, получающего напряжение или ток от системы электропитания. Система релейной защиты требует определенных входных сигналов от передающей линии 10, которая состоит из трех фазовых проводов A, B, C. Фиг. 1 показывает стандартный способ получения требуемых входных сигналов. Видно, что входные сигналы напряжения VA, VB, VC получаются с помощью трансформатора напряжений 12, а входные сигналы тока IA, IB, IC получаются с помощью трансформатора тока 14. Величины для устройства релейной защиты 16 представляют собой комплексные напряжения VA, VB, VC; напряжение нулевой последовательности - 3V0 = VA+VB+VC; комплексные токи IA, IB, IC; и ток нулевой последовательности - 3I0 = IA + IB + IC.
B. ФАЗОВЫЙ КОМПАРАТОР РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ, МОДЕЛИРУЕМЫЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ УСТРОЙСТВОМ
Компаратор представляет собой устройство, используемое в защитных реле, для сравнения двух комплексных векторных величин по фазе и/или по величине. Цилиндрическое устройство 18, схематически представленное на фиг. 2A, представляет собой хорошо известный тип компаратора, применяемый в электромеханических реле. Двумя отличительными характеристиками этого цилиндрического устройства являются его нечувствительность к смещению по постоянному току и высокое быстродействие.
Когда два сигнала напряжения S1 и S2 подаются на цилиндрическое устройство 18, то возникают плотности потоков B1 и B2. Эти плотности потоков характеризуются векторным распределением по поверхности вращающегося цилиндра. Если B1 и B2 нестационарны, то в цилиндре возбуждаются токи, и эти токи пропорциональны скорости изменения B1 и B2, представленных величинами dB1/dt и dB2/dt, и углу тета (θ), который представляет собой разность фаз между сигналами S1 и S2. Эти токи цилиндра направлены вдоль положительного направления оси Z (т. е. перпендикулярно плоскости Фиг. 1). Используя уравнение векторных сил (см. ниже), может быть найдено поле векторных сил на поверхности цилиндра
Figure 00000006
.
Интересующей величиной является момент вращения относительно оси Z. Этот момент вращения может быть вычислен суммированием компонент момента вращения.
Figure 00000007

Момент вращения следующим образом выражается через плотности потоков B1 и B2:
Figure 00000008

или
Figure 00000009
,
где σ - удельная электрическая проводимость (См/м);
π = 3,1415;
r = радиус цилиндра;
l = длина цилиндра;
T = толщина цилиндра.
Если два зависящих от времени сигнала напряжения S1(f) и S2(t) подаются на цилиндрическое устройство 18, то возбуждается изменяющаяся во времени плотность потока B(f). Эта плотность потока B(t) имеет компоненты B1(f) и B2(f), связанные с S1(f) и S2(t) следующими соотношениями:
Figure 00000010
,
Figure 00000011
,
Figure 00000012
,
Figure 00000013
,
где N1 и N2 число витков входных обмоток подачи сигналов S1 и S2.
Необходимо отметить, что эти уравнения не содержат никакого механизма потерь. Следующие соотношения включают потери и могут быть использованы для определения S (входных сигналов) через величины B.
Figure 00000014
,
Figure 00000015
,
где LB и RB константы, определяемые так, чтобы сделать модель более эффективной.
Если сигналы S1(f) и S2(f) представляют собой синусоидальные волны так, что
S1(t) = Sin(ωt),
S2(t) = Sin(ωt+δ),
то вращающий момент (выраженный в долях единицы) будет равен
М = 0, когда δ = 0°;
М = -1, когда δ = 90°;
М = 0, когда δ = 180°;
М = 1, когда δ = 270°
как показано на фиг. 2B.
При применении вышеприведенных уравнений к защитным реле на базе микропроцессоров и/или микроконтроллеров они могут быть преобразованы в дискретную форму с использованием трапецеидального правила
Figure 00000016

и
Figure 00000017
,
B1k = FK2[S1k + S1k-1 - FK1B1k-1] ,
B2k = FK2[S2k + S2k-1 - FK1B2k-1] ,
в которых
Figure 00000018
,
Figure 00000019

и вращающий момент может быть выражен в следующем виде:
Мk = B2k B1k-1 - B1k B2k-1,
где k+1 = текущий отсчет,
k = предыдущий отсчет,
Δt = период дискретизации.
Фиг. 3A представляет собой блок-диаграмму схемы цифрового компаратора или системы 20 для вычисления Мk. В этой системе на фиг. 3A "d" обозначает устройство задержки; ≪∑≫ означает суммирующее устройство; "П" обозначает умножитель, и "FK1" и "FK2" обозначают усилители. Выходной сигнал Мk системы 20 представляет собой вращающий момент Mk в реальном времени компаратора, имеющего комплексные векторные характеристики, приведенные на фиг. 3B, и иллюстрирующие рабочие характеристики цифрового компаратора 20. Принимая сигнал S1 за опорный уровень, разность фаз от 0o до -180o соответствует рабочему диапазону устройства. Разность фаз от 0o до +180o соответствует нерабочему или ограничительному диапазону устройства.
Эта процедура может быть использована в реле дальности, контрольных реле, направленных реле, реле максимального тока, реле максимального или минимального напряжения и т. д. , в которых желательно сравнение в реальном времени двух комплексных векторных величин. В специальных применениях данного изобретения механические влияния, такие как сила ограничивающей пружины, сила трения и/или сила смещения могут быть при необходимости учтены в модели.
C. УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ СБОЕВ
Процедура реализации устройства определения дальности с использованием цифрового компаратора приведена ниже.
Релейная защита связана с обнаружением сбоев в устройствах электропитания. В релейной защите передающей линии используется реле дальности для обнаружения нескольких типов сбоев линии передачи. Эти устройства обнаруживают сбои в передающих линиях до определенной протяженности или дальности. В общем случае эти приборы измеряют импеданс, который пропорционален расстоянию от местоположения реле до места сбоя (отсюда название "устройство определения дальности"). Цифровые устройства определения дальности в соответствии с этой процедурой обнаруживают сбои быстрее известных детекторов сбоев, а во всех других отношениях имеют характеристики, аналогичные электромеханическим устройствам определения дальности. Цифровые способы, изложенные ниже, менее подвержены переходным процессам и шумам, чем другие способы временной области. Это объясняется сходством с цилиндрическим устройством, которое имеет хорошие рабочие характеристики при наличии переходных процессов.
1. МЕЖФАЗНОЕ УСТРОЙСТВО
При обнаружении межфазных сбоев входные сигналы цифрового компаратора имеют вид
S1 = VA - VB - (IA - IB),
S2 = VC - VB - (IC - IB).
Схема, приведенная на фиг. 4A, моделирует эти уравнения. Поэтому S1(f) и S2(f) могут быть получены из межфазных напряжений и токов следующим образом:
Figure 00000020
,
Figure 00000021
.
Если преобразовать эти уравнения в дискретную форму и применить их к модели цилиндрического устройства, обсуждавшейся выше, то получим
Figure 00000022
,
Figure 00000023
,
которые являются входными сигналами цифрового компаратора (называемого также "генератором вращательного момента"), выведенными ранее. S1k и S2k используются затем для получения B1k и B2k, как указано выше.
Вышеприведенные уравнения представляют собой дискретные реализации межфазового устройства определения дальности, которое обнаруживает все типы сбоев по двум фазам, а также некоторые сбои фаза-фаза-земля.
Фиг. 4B представляет блок-схему одной из реализаций вышеприведенных уравнений в случае межфазового устройства определения дальности. Отметим, что дельта-токи Iab и Icb дискретизируются, задерживаются и комбинируются с задержанными отсчетами дельта-напряжений Vab и Vcb. Каждая комбинация является входным сигналом цифрового компаратора 20а, который подобен цифровому компаратору 20, приведенному выше. Выходной сигнал цифрового компаратора подается на ограничительное устройство, обозначенное через "ММ" и входящее в состав разделительного компаратора 30 (см. описание ниже). Уравнения для B1 и B2 решаются и перекрестные произведения B1k на B2k+1 и B1k+1 на B2k используются для получения члена Mk. Усилители обозначены через "A00", "B00", "CC", "EE", "FF", "FK1", "FK2" в соответствии с их коэффициентами усиления, приведенными в следующем списке:
A00 = Rc+Lc/Δt,
B00 = Lc/Δt,
CC = Δt2/I,
EE = I/(I+Δt2KC/I+ΔtKD/I),
FF = 2+ΔtKD/I,
FK1 = (2LB-ΔtRB)/Δt,
FK2 = Δt/(ΔRB+2LB).
(Отметим, что CC, ЕЕ и FF относятся к разделительному компаратору).
2. УСТРОЙСТВО, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ВЕЛИЧИНЫ ФАЗА-ЗЕМЛЯ
Входные сигналы хорошо известного устройства для обнаружения сбоев фаза-земля имеют вид
S1 = VA - (IA - K0I0)Zc,
S2 = VC - VB,
где
Figure 00000024
,
Zc = Rc+jXc = Rc+j2πfLc,
Figure 00000025
.
На фиг. 4C представлена упрощенная схема, моделирующая вышеприведенные уравнения. Если эти уравнения преобразовать в дискретную форму и применить к уравнениям цифрового компаратора, то получим
Figure 00000026
,
S2k = VCk - Vbk,
которые являются входными сигналами цифрового компаратора, выведенными выше.
Фиг. 4D представляет собой блок-диаграмму одного варианта устройства, использующего величины фаза-земля, в соответствии с данным изобретением. Показанные токи и напряжения дискретизируются и комбинируются в сумматорах, как показано, и затем подаются на входы цифрового компаратора 20b. Члены B1 и B2 затем перекрестно перемножаются, получается величина Мk и она подается на разделительный компаратор 30 (см. описание ниже). Усилители обозначены через. "A01", "B01", "C01", "E01", "CC", "EE", "FF" в соответствии с их коэффициентами усиления, приведенными в следующем списке:
A01 = Rc+Lc/Δt,
B01 = Lc/Δt,
C01 = (KrRc-KIXc)/3+(KrXc+KIRC)/3ωΔt,
E01 = (KrXc+KIRC)/3ωΔt,
CC = I/(I+Δt2KC/I+ΔtKD/I),
EE = Δt2/I,
FF = 2+ΔtKD/I.
Таким образом, приведена общая процедура реализации устройства измерения импеданса (устройства определения дальности). Данные устройства обладают высоким быстродействием, т. к. требуются только три периода дискретизации (k-1, k, k+1) для получения критерия разделения независимо от частоты дискретизации. Более того, другие устройства определения дальности могут быть реализованы в соответствии с изложенной здесь процедурой. Рассмотренные выше устройства определения дальности - межфазовое устройство определения дальности и заземленное устройство определения дальности (называемое также заземленным устройством определения дальности с квадратурным смещением), являются всего лишь двумя примерами различных принципов, используемых в релейной защите для создания устройства определения дальности. Вышеописанная процедура позволяет получить любой тип устройства определения дальности, используемый в настоящее время в промышленных исследованиях, для сравнения двух комплексных векторных величин.
D. НАПРАВЛЕННОЕ УСТРОЙСТВО
Направленные устройства являются приборами, используемыми в релейной защите для определения направления потока мощности. Заземленные направленные устройства на базе цифрового компаратора, приведенного выше, являются быстродействующими, что делает их идеальными устройствами для применения в релейной защите и для совместной работы с устройствами определения дальности на базе цифрового компаратора.
Фиг. 5A иллюстрирует характеристики таких направленных устройств в R-X плоскости. В данном примере прямое направление соответствует потоку мощности в передающую линию. Обратное направление соответствует потоку мощности из передающей линии.
Направленные устройства разделяются на две категории: фазовые направленные устройства и заземленные направленные устройства. Фазовые направленные устройства работают в любых условиях. Заземленные направленные устройства работают только тогда, когда система электропитания не уравновешена. Разработаны следующие направленные устройства:
1. НАПРАВЛЕННОЕ УСТРОЙСТВО СО СМЕЩЕНИЕМ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ
Используя выходные сигналы цифрового фильтра с симметричными компонентами, следующие уравнения могут быть использованы для реализации направленного устройства со смещением отрицательной последовательностью:
B1k = FK2(V2k + 2V2k-1 + V2k-2 - FK1B1k-1),
B2k = FK2(I2k + 2I2k-1 + I2k-2 - FK1B2k-1),
Mk = B2kB1k-1 - B1kB2k-1.
В приведенных уравнениях V2 и I2 являются выходными сигналами цифрового фильтра с симметричными компонентами. Этот пример рассмотрен ниже.
2. НАПРАВЛЕННОЕ УСТРОЙСТВО СО СМЕЩЕНИЕМ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬЮ
Следующие уравнения могут быть использованы для реализации направленного устройства со смещением нулевой последовательностью:
B1k = FR2(3V0k + 2•3V0k-1 + 3V0k-2 - FK1B1k-1),
B2k = FK2(AA3I0k + AB3I0k-1 + BB3I0k-2 - FK1B2k-1),
Mk = B2kB1k-1 - B1kB2k-1,
где
Figure 00000027
,
Figure 00000028
,
AB = AA + BB.
В приведенных уравнениях 3V0 = VA+VB+VC и 3I0 = IA+IB+IC.
3. ЗАЗЕМЛЕННОЕ НАПРАВЛЕННОЕ УСТРОЙСТВО С ТОКОВЫМ СМЕЩЕНИЕМ
Если Ipol(t) является входным сигналом от точки заземления системы электропитания, то заземленное направленное устройство может быть создано для реализации следующих уравнений:
Figure 00000029
,
B2k = FK2(Ipolk + 2Ipolk-1 + Ipolk-2 - FK1B2k-1),
Mk = B1k-1B2k - B2k-1B1k.
4. ФАЗОВОЕ НАПРАВЛЕННОЕ УСТРОЙСТВО
Фазовое направленное устройство может быть создано для реализации следующих уравнений:
B1k = FK2(-VCBk - 2VCBk-1 - VCBk-2 - FK1B1k-1),
B2k = FK2(AAIAk + ABIAk-1 + BBIAk-2 - FK1B2k-1),
Mk = B1k-1B2k - B2k-1B1k,
где
Figure 00000030
,
Figure 00000031
,
AB = AA + BB
и VCB есть дельта-напряжение (VC - VB).
Другие направленные устройства могут быть реализованы на базе цифрового компаратора, приведенного выше. Ранее приведенные уравнения определяют "вращательный момент" данного устройства, которое может быть объединено с цифровым разделительным компаратором.
Фиг. 5C - 5F показывают обработку, выполняемую в направленных устройствах.
Фиг. 5C иллюстрирует поток данных в заземленном направленном устройстве со смещением отрицательной последовательностью, которое включает цифровой компаратор 20с и разделительный компаратор 30. Входные сигналы V2 и I2 цифрового компаратора 20с снимаются с фильтра с симметричными компонентами. Решение уравнений заземленного направленного устройства со смещением отрицательной последовательностью включает объединение отсчетов V2 и I2 для образования членов B1 и B2 и затем перекрестного перемножения для получения члена Мk, который подается на разделительный компаратор 30. Усилители, обозначенные через "CC", "EE", "FF", "FK1" и "FK2", имеют следующие коэффициенты усиления:
CC = I/(I+Δt2KC/I+ΔtKD/I),
EE = Δt2/I,
FF = 2+ΔtKD/I,
FK1 = (2LB-ΔtRB)/Δt,
FK2 = Δt/(ΔtRB+2LB).
Фиг. 5D иллюстрирует поток данных в заземленном направленном устройстве со смещением нулевой последовательностью. Члены 3V0 и 3I0 получаются из реальных отсчетов величин системы электропитания (3V0 = VA+VB+VC и 3I0= IA+IB+IC). Решение уравнений заземленного направленного устройства со смещением нулевой последовательностью включает объединение отсчетов 3V0 и 3I0 для образования членов B1 и B2, которые являются входными сигналами цифрового компаратора 20d, и перекрестного перемножения для получения члена Мk, который подается на разделительный компаратор 30. Усилители, обозначенные через "AA55", "BB55" и "AB55", имеют следующие коэффициенты усиления:
Figure 00000032
,
Figure 00000033
,
AB55 = AA55 + BB55.
Фиг. 5E иллюстрирует поток данных в заземленном направленном устройстве с токовым смещением, которое включает цифровой компаратор 20е и разделительный компаратор 30. Входной сигнал 3I0 цифрового компаратора получается из реальных отсчетов величин системы электропитания (3I0 = IA+IB+IC) и отсчетов Ipol, являющихся реальными отсчетами тока, полученными от соответствующей точки заземления системы электропитания. Решение уравнений заземленного направленного устройства с токовым смещением включает объединение отсчетов 3I0 и Ipol для образования членов B1 и B2 и перекрестного перемножения для получения члена Мk, который подается на разделительный компаратор.
Фиг. 5F иллюстрирует поток данных в фазовом направленном устройстве (фаза A), которое включает цифровой компаратор 20f и разделительный компаратор 30. Входной сигнал VCB цифрового компаратора равен VC - VB, где VC и VB представляют собой реальные отсчеты напряжения фаз C и B. IA является комплексным током фазы A. Решение уравнений фазового направленного устройства включает объединение отсчетов VCB и IA для образования членов B1 и B2 и перекрестного перемножения для получения члена Мk, который подается на разделительный компаратор. Усилители, обозначенные через "AA52", "BB52" и "AB52", имеют следующие коэффициенты усиления:
Figure 00000034
,
Figure 00000035
,
AB52 = AA52 + BB 52.
Вышеописанные процедуры представляют собой типичные процедуры для направленных устройств. Специалисты в данной области понимают, что и другие направленные устройства могут быть реализованы на базе предложенного изобретения.
Е. ФИЛЬТР СИММЕТРИЧНЫХ КОМПОНЕНТ
Величины симметричных компонент требуются для быстрой и надежной релейной защиты различных частей системы электропитания. Процедуры, приводимые ниже, обеспечивают симметричные компоненты в нестационарной форме. Эти процедуры используются в быстродействующих направленных устройствах и/или устройствах определения дальности. Три такие процедуры приведены ниже.
1. МОДЕЛИРОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕГО АНАЛОГОВОГО ФИЛЬТРА
Фиг. 6A показывает аналоговый фильтр. Компоненты положительной и отрицательной последовательностей в дискретной форме задаются следующими уравнениями:
Figure 00000036
,
где
Figure 00000037

и
Figure 00000038
,
где
Figure 00000039
.
Константы C1, R1, C2 и R2 могут быть тщательно подобраны для получения следующих оптимизированных уравнений. Существует набор констант R1, C1, R2, и C2, обеспечивающих минимальную ошибку и правильный фазовый сдвиг.
2. ПРЯМОЙ ФАЗОВЫЙ СДВИГ
Уравнения симметричных компонент имеют вид
Figure 00000040
,
Figure 00000041
.
Эти уравнения могут быть реализованы с помощью фазосдвигающих тождеств
Figure 00000042
,
Figure 00000043
.
Поэтому в дискретной форме получаем
Figure 00000044
,
Figure 00000045
.
3. ВЫВОД КОМПОНЕНТ КЛАРКА
По определению компоненты Кларка равны
Iα = 3I1+3I2 = 2Ia-Ib-Ic,
Figure 00000046
.
Отсюда следует, что
Figure 00000047
,
Figure 00000048
.
Используя оператор
Figure 00000049

получаем
Figure 00000050
,
Figure 00000051
.
Преобразуя уравнения в дискретную форму, имеем
Figure 00000052
,
Figure 00000053
.
Эта реализация является простейшей. Однако последующая операция по согласованию времени по отношению к производным должна быть выполнена, чтобы уменьшить погрешности и повысить точность способа
Figure 00000054
,
Figure 00000055
.
Фиг. 6B и 6C схематически показывают иллюстративные варианты фильтров симметричных компонент в соответствии с процедурой 3 (компоненты Кларка) и 2 (прямой фазовый сдвиг) соответственно.
Фиг. 6B показывает объединение отсчетов IA, IB и IC для получения компонент Iα, Iβ и последующей манипуляции с ними в соответствии с приведенными выше уравнениями для получения I1 (положительной) и I2 (отрицательной) компонент токов. Такой же процесс может быть выполнен для напряжений для получения положительной и отрицательной последовательностей компонент напряжений. Усилители, обозначенные через "A" и "B", имеют следующие коэффициенты
A = 1/4,
B = 1/(4πfΔt).
Фиг. 6C показывает объединение отсчетов IA, IB и IC с использованием эквивалента прямого фазового сдвига (A и B - константы) для получения компонент I1 и I2 токов. Аналогичная процедура может быть использована для получения положительной и отрицательной последовательностей компонент напряжений. В этом варианте усилители "A" и "B" имеют следующие коэффициенты усиления:
A = -1/2,
Figure 00000056
.
F. УСТРОЙСТВО МАКСИМАЛЬНОГО ТОКА
Устройство максимального тока, приведенное ниже, использует цифровой алгоритм, который является быстродействующим и не ухудшается при смещениях постоянным током. Оно может быть использовано в качестве детектора уровня для напряжения или тока.
Для реализации одновходного устройства максимального тока один из входных сигналов цифрового компаратора должен быть смещенным по фазе. Используя этот критерий, следующие уравнения могут быть применены для реализации устройства максимального тока, не подверженного эффектам смещения постоянным током. Это устройство является сверхбыстродействующим.
B1k = FK2(IAk + IAk-1 - FK1B1k-1),
B2k = FK2(IAk + 2IAk-1 + IAk-2 - FK1B2k-1),
Mk = B1k-1B2k - B2k-1B1k.
Этот выходной сигнал "вращательного момента" (Мk) может быть подан на цифровой разделительный компаратор и противоположная константа вращательного момента может быть использована для регулировки уровня разделения. В приведенных выше уравнениях IA может быть током, напряжением или любой другой величиной системы электропитания (такой, как например, симметричная компонента).
Фиг. 7 схематически показывает вариант устройства максимального тока 20g и его реализацию в соответствии с данным изобретением. Входные сигналы цифрового компаратора в этом варианте получаются, как показано, из единственной величины IA. Отсчеты комбинируются для получения величин B1 и B2 в соответствии с вышеприведенными уравнениями. Выходной сигнал Мk может подаваться на цифровой разделительный компаратор 30, описанный ниже. Усилители "FK1" и "FK2" имеют следующие коэффициенты усиления:
FK1 = (2LB-ΔtRB)/Δt,
FK2 = Δt/(ΔtRB+2LB),
RB = 1,0,
LB = 0,001.
G. РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПАРАТОР
Процедура, приводимая ниже, может быть использована для реализации цифрового устройства разделительного компаратора с задержкой. Цифровой разделительный компаратор входит в состав всех вариантов выполнения изобретения, приведенных выше. Разделительный компаратор ответственен за принятие решений о разделении. Другими словами, он решает, когда осуществлять индикацию работы устройства, к которому он подсоединен.
Цифровая модель перемещения контакта электромеханического цилиндрического устройства должна имитировать электромеханические характеристики цилиндрического устройства. Цифровой компаратор, приведенный на фиг. 3A, был использован для разработки цифрового разделительного компаратора (см. описание ниже).
На фиг. 8A
θ = угол вращения,
θТ = угол разделения,
М = электромеханический вращательный момент,
MS = противоположный пружинный (силовой) вращательный момент,
МС = постоянный противоположный вращательный момент,
I = момент инерции цилиндра.
Электромеханическое уравнение для этой модели имеет вид
Figure 00000057
.
Преобразуя уравнение в дискретную форму для θk получаем
Figure 00000058
,
где
Figure 00000059
,
Figure 00000060
,
Figure 00000061
.
B случае цифрового разделительного компаратора накладываются следующие условия:
Если (Mk - МC) < 0, то следующее θk равно нулю.
Если θk> θТ, то следующее θk приравнивается к θТ, и используется разделение.
Фиг. 8B схематически показывает один вариант цифрового разделительного компаратора 30 в соответствии с данным изобретением. Входным сигналом разделительного компаратора служит вращательный момент Mk (генерируемый любым из вышеописанных устройств) и, как показано на фиг. 8B, ограниченный двойным неравенством -ММ<Мk<+MM, а затем противоположный вращательный момент смещения MC вычитается из Mk. Остальные схемы реализуют вышеприведенные уравнения. Выходной сигнал θk затем сравнивается с θТ для разделения, как отмечено в условии 2. Коэффициенты усиления усилителей "CC", "EE" и "FF" определены выше.
Фиг. 9 и 10 иллюстрируют работу разделительного компаратора. Это устройство формирует сигнал логического "0" (ложно), если устройство в нерабочем состоянии, и формирует сигнал логической "1" (истинно), если устройство в рабочем состоянии. Переменная "0" представляет собой входной сигнал для блока и сравнивается с верхним и нижним пределами. Необходимо отметить, что фиг. 10, показывает типичные пределы, однако могут быть выбраны другие предельные значения.
Если мгновенное значение переменной "0" больше, чем 0,6, то в этом случае формируется сигнал логической "1" (истинно) для логических схем релейной защиты в устройстве с микропроцессорным управлением. Если это значение меньше, чем 0,6, то логический "0" (ложно) формируется для логических схем релейной защиты в устройстве с микропроцессорным управлением. В данном примере пределы изменения переменной составляют от 0 до 1.
Специалисты в данной области понимают, что настоящее изобретение может быть реализовано в устройствах и способах, не точно совпадающими с описанными выше. Цифровой разделительный компаратор используется в релейной защите для выполнения в цифровом коде функции(й) фазового компаратора. Цилиндрическое устройство в электромеханических реле является основным элементом в различных устройствах, используемых в релейной защите, включая устройства определения дальности, направленные устройства, устройства максимального или минимального тока, устройства максимального или минимального напряжения, контрольные устройства и в других специальных применениях. Цифровой компаратор представляет собой фазовый компаратор, который может быть использован для разработки релейных устройств наподобие тех, которые обсуждались выше.
Разработка приведенных выше алгоритмов цифрового компаратора основана на анализе работы цилиндрического устройства, но уравнения были изменены. Они не являются точной моделью цилиндрического устройства. В самом деле, многообразие уравнений, констант, множителей, дальностей и др. , которые входят в уравнения, реализуемые в устройстве с микропроцессорным управлением, позволяет конструктору более гибко приспособить работу этого устройства, чем реального цилиндрического устройства.

Claims (23)

1. Устройство для сравнения в реальном времени двух сигналов (S1(t), S2(t)), каждый из которых представлен величиной и фазой, отличающееся тем, что содержит средство дискретизации для получения набора отсчетов каждого из двух сигналов, по крайней мере, в два различных момента времени, и вычислительное средство для вычисления момента Мк+1, соответствующего разности фаз двух сигналов на основе отсчетов.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство дискретизации выделяет отсчет (S1k), представляющий величину первого из указанных сигналов в первый момент времени, выделяет отсчет (S2k), представляющий величину второго из указанных сигналов в тот же первый момент времени; выделяет отсчет (S1k+1), представляющий величину первого из указанных сигналов во второй момент времени, и выделяет отсчет (S2k-1), представляющий величину второго из указанных сигналов в тот же второй момент времени.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вычислительное средство включает средство для получения производных величин В1k, В2k, B1k+1 и В2k+1 по отсчетам S1к, S2к, S2к+1, средство перемножения для умножения величин В1к на В2к+1, и умножения величин В2к на В1к+1 для получения первого произведения В1кВ2к+1 и второго произведения В2кВ1к+1; и суммирующее средство для сложения первого и второго произведений для получения результата вычислений (Мк+1), соответствующего разности фаз между указанными первой и второй комплексными векторными величинами.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что величины В1к и В2к находятся с помощью следующих соотношений:
B1к= FK2[S1k+S1k-1-FK1B1k-1] ,
B2k= FK2[S2k+S2k-1-FKlB2k-1] ,
в которых FK1 и FK2 являются константами, соответствующими заданным уравнениям.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что константы FK1 и FK2 определяются следующими соотношениями:
Figure 00000062

Figure 00000063

где RB и LB являются константами.
6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отсчеты S1k и S2k получаются дискретизацией напряжения или тока в передающей линии.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что сигналы S1(t) и S2(t) представляют собой напряжения или токи, изменяющиеся по синусоидальному закону, или комбинацию напряжений и токов.
8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что содержит также средство для использования полученного результата вычислений Mk+1 для определения наличия повреждения в указанной передающей линии.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что полученный результат вычислений используется для обнаружения межфазного сбоя в системе трехфазной линии передач, а отсчеты S1(t) и S2(t) получаются из межфазных напряжений и комплексных токов.
10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что полученный результат вычислений используется для обнаружения сбоя фаза-земля в системе трехфазной линии передач, a S1(t) и S2(t) получаются из напряжений фаза-земля и комплексных токов.
11. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для использования полученного результата вычислений Мk+1 для определения направления потока мощности в передающей линии.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что совместно с фильтром симметричных компонент выходные последовательности компонент указанного фильтра являются входными сигналами устройства.
13. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для вычитания заданной константы (МС) из полученного результата вычислений Мк+1 и использования разности Mk+1 - МС для получения сигнала (θk+1), определяющего энергию, содержащуюся в разностном сигнале S1(t)-S2(t).
14. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство для использования полученного результата вычислений Мк+1 для того, чтобы определить, превосходит или нет напряжение или ток в передающей линии заданный пороговый уровень.
15. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство масштабирования для преобразования полученного результата вычислений (Мк+1), причем средство масштабирования умножает полученный результат на заданный множитель, пропорциональный периоду дискретизации.
16. Способ формирования нестационарных сигналов положительных симметричных последовательностей компонент (I1) и отрицательных симметричных последовательностей компонент (I2) токов системы электропитания, включающий получение отсчетов указанных токов системы электропитания и использование цифровых логических схем для получения цифровых значений симметричных компонент (I1, I2) в реальном времени, отличающийся тем, что цифровые логические схемы включают системы элементов задержки, усилительные элементы и суммирующие элементы, соединенные в рабочем состоянии для формирования цифровых симметричных компонент в реальном времени, причем цифровые логические схемы формируют симметричные компоненты, пропорциональные Ilk и I2k, a I1 представляет собой ток положительной последовательности, I2 представляет собой ток отрицательной последовательности, нижний индекс k относится к цифровым отсчетам соответствующих компонент.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что цифровые логические схемы формируют компоненты Кларка
Iа= 3I1+3I2= 2Iа-Ib-1с,
Figure 00000064

причем указанная система электропитания включает первую фазу (фазу-а), вторую фазу (фазу-b) и третью фазу (фазу-с), где Iа представляет собой ток в фазе-а, Ib представляет собой ток в фазе-b и Ic представляет собой ток в фазе-с.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что цифровые логические схемы получают отсчеты Iа, Ib и Ic; формируют величины Iαk, Iαk-1, Iβk и Iβk-1; и затем составляют комбинации величин Iαk, Iαk-1, Iβk и Iβk-1 для получения значений Ilk, Ilk-1, Ilk-2, I2k, I2k-1 и I2k-2.
19. Способ по п. 16, отличающийся тем, что система электропитания включает первую фазу (фазу-а), вторую фазу (фазу-b) и третью фазу (фазу-с), причем цифровые логические схемы получают отсчеты Ia, Ib и Iс; формируют величины Iak, Iak-1, Ibk, Ibk-1, Ick и Iсk-1 и затем составляют комбинации величин Iak, Iak-1, Ibk, Ibk-1, Ick и Ick-1 для получения значений I1k и I2k, где Ia представляет собой ток в фазе-а, Ib представляет собой ток в фазе-b и Iс представляет собой ток в фазе-с.
20. Устройство для формирования нестационарных сигналов положительных симметричных последовательностей компонент и отрицательных симметричных последовательностей компонент напряжений и токов системы электропитания, включающее средство дискретизации для получения отсчетов указанных токов системы электропитания и цифровые логические схемы для формирования положительных симметричных последовательностей компонент (I1) и отрицательных симметричных последовательностей компонент (I2) токов системы электропитания, включающие системы элементов задержки, усилительных элементов и суммирующих элементов, соединенных в рабочем состоянии для формирования цифровых симметричных компонент в реальном времени, отличающееся тем, что цифровые логические схемы формируют симметричные компоненты, пропорциональные Ilk и I2k, причем I1 представляет собой ток положительной последовательности, а I2 представляет собой ток отрицательной последовательности, нижний индекс k относится к цифровым отсчетам соответствующих компонент.
21. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что система электропитания включает первую фазу (фазу-а), вторую фазу (фазу-b) и третью фазу (фазу-с), причем цифровые логические схемы формируют компоненты Кларка
Iа= 3I1+3I2= 2Ia-Ib-1с,
Figure 00000065

где Iа представляет собой ток в фазе-а, Ib представляет собой ток в фазе-b и Iс представляет собой ток в фазе-с.
22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что цифровые логические схемы включают первый входной терминал для получения отсчетов тока Iа в фазе-а, второй входной терминал для получения отсчетов тока Ib в фазе-b и третий входной терминал для получения отсчетов тока Iс в фазе-с; средство для формирования величин Iαk, Iαk-1, Iβk и Iβk-1; и средство для составления комбинаций величин Iαk, Iαk-1, Iβk и Iβk-1 и получения значений I1k, Ilk-1, Ilk-2, I2k, I2k-1 и I2k-2.
23. Устройство по п. 20, отличающееся тем, что система электропитания включает первую фазу (фазу-а), вторую фазу (фазу-b) и третью фазу (фазу-с), причем цифровые логические схемы включают первый входной терминал для получения отсчетов тока Iа в фазе-а, второй входной терминал для получения отсчетов тока Ib в фазе-b и третий входной терминал для получения отсчетов тока Iс в фазе-с; средство для формирования величин Iak, Iak-1, Ibk, Ibk-1, Ick и Ick-1 и средство для составления комбинаций величин Iak, Iak-1, Ibk, Ibk-1, Ick и Ick-1 для получения значений Ilk и I2k, где Iа представляет собой ток в фазе-а, Ib представляет собой ток в фазе-b и Iс представляет собой ток в фазе-с.
RU99122161/09A 1994-10-20 1995-10-12 Устройство для сравнения двух сигналов, устройство и способ формирования нестационарных сигналов RU2178582C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/326,720 1994-10-20
US08/326,720 US5576618A (en) 1994-10-20 1994-10-20 Process and apparatus for comparing in real time phase differences between phasors

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97108360/09A Division RU2172011C2 (ru) 1994-10-20 1995-10-12 Цифровой компаратор

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99122161A RU99122161A (ru) 2001-08-27
RU2178582C2 true RU2178582C2 (ru) 2002-01-20

Family

ID=23273402

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99122161/09A RU2178582C2 (ru) 1994-10-20 1995-10-12 Устройство для сравнения двух сигналов, устройство и способ формирования нестационарных сигналов
RU97108360/09A RU2172011C2 (ru) 1994-10-20 1995-10-12 Цифровой компаратор

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97108360/09A RU2172011C2 (ru) 1994-10-20 1995-10-12 Цифровой компаратор

Country Status (6)

Country Link
US (3) US5576618A (ru)
EP (2) EP0854365A3 (ru)
AU (1) AU691679B2 (ru)
CA (1) CA2203166A1 (ru)
RU (2) RU2178582C2 (ru)
WO (1) WO1996012969A1 (ru)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4333259C1 (de) * 1993-09-27 1995-05-24 Siemens Ag Verfahren zum Erzeugen eines die Richtung eines Kurzschlußstromes angebenden Richtungssignals
JP3338159B2 (ja) * 1994-02-10 2002-10-28 三菱電機株式会社 振幅・位相検出装置
US5576618A (en) * 1994-10-20 1996-11-19 Abb Power T&D Company, Inc. Process and apparatus for comparing in real time phase differences between phasors
US5796629A (en) * 1995-12-18 1998-08-18 Abb Power T&D Company, Inc. Protective relaying system comprising numerical comparator-based line differential processing circuitry
US5809045A (en) 1996-09-13 1998-09-15 General Electric Company Digital current differential system
AU754660B2 (en) * 1996-09-13 2002-11-21 General Electric Company Digital current differential system
US5958060A (en) * 1998-01-02 1999-09-28 General Electric Company Method and apparatus for clock control and synchronization
US6148267A (en) * 1998-01-02 2000-11-14 General Electric Company Method and apparatus for transmission line phase angle comparisons
US6141196A (en) * 1998-03-02 2000-10-31 General Electric Company Method and apparatus for compensation of phasor estimations
US6137666A (en) * 1999-01-21 2000-10-24 Abb Power T&D Company Inc. High speed, selective protective relays
JP4028140B2 (ja) * 1999-07-14 2007-12-26 松下電器産業株式会社 不要輻射解析方法
FR2876187B1 (fr) 2004-10-01 2006-12-15 Airbus France Sas Procede et dispositif de detection d'un phenomene d'arc electrique sur au moins un cable electrique
US7525782B1 (en) * 2005-03-31 2009-04-28 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Adaptive protection algorithm and system
CA2585820A1 (fr) * 2007-04-18 2008-10-18 Hydro-Quebec Localisation de defaut sur un reseau electrique par mesures de tension distribuees
US10247767B2 (en) 2014-12-01 2019-04-02 S&C Electric Company Fault detection and direction determination

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2380197A (en) * 1943-12-30 1945-07-10 Westinghouse Electric Corp Double-loop four-pole directional element
US3740491A (en) * 1971-04-23 1973-06-19 Stilwell R Digital magnetic tape recoring system using symmetrical differential pulse width modulation with a triangular reference signal
US4075697A (en) * 1973-10-01 1978-02-21 Tokyo Denryoku Kabushiki Kaisha Apparatus for monitoring two electric quantities by combining three consecutive samples of each quantity
JPS52100149A (en) * 1976-02-18 1977-08-22 Tokyo Electric Power Co Inc:The Digital failure point evaluating unit
US4148087A (en) * 1977-04-20 1979-04-03 Phadke Arun G Distance relay for electric power transmission lines
US4314193A (en) * 1980-05-22 1982-02-02 Motorola, Inc. Field coil fault detector for automotive alternator battery charging systems
US4337435A (en) * 1980-06-10 1982-06-29 Westinghouse Electric Corp. Digital phase sequence detector
US4398232A (en) * 1981-11-13 1983-08-09 Westinghouse Electric Corp. Protective relaying methods and apparatus
SE452822B (sv) * 1984-02-07 1987-12-14 Asea Ab Forfarande for bestemning av atminstone en av plusfoljdstrommarna och/eller en av minusfoljdsstrommarna samt anordning for genomforande av det nemnda forfarandet
GB2195845B (en) * 1986-09-30 1991-03-27 Electricity Council Remote protection of three phase distribution transformers
US4851782A (en) * 1987-01-15 1989-07-25 Jeerings Donald I High impedance fault analyzer in electric power distribution
US4908825A (en) * 1988-04-08 1990-03-13 Northern Telecom Limited Memory organization and output sequencer for a signal processor
US4868704A (en) * 1988-11-14 1989-09-19 General Electric Company Apparatus for providing distance protection and distance measurement for a high voltage transmission line
US4968960A (en) * 1989-12-20 1990-11-06 Abb Power T & D Company Inc. Electromagnet relay with flux biasing
US5151866A (en) * 1990-03-30 1992-09-29 The Dow Chemical Company High speed power analyzer
US5243537A (en) * 1990-12-21 1993-09-07 Analogic Corporation Method and apparatus for rapid measurement of AC waveform parameters
JP2677722B2 (ja) * 1991-07-05 1997-11-17 株式会社東芝 ディジタル保護継電器
US5378979A (en) * 1992-11-25 1995-01-03 Allen-Bradley Company, Inc. Method and apparatus for efficiently computing symmetric sequence signals in a three phase power system
US5451956A (en) * 1993-08-20 1995-09-19 Trw Inc. Instantaneous parameter measuring receiver
JP3338159B2 (ja) * 1994-02-10 2002-10-28 三菱電機株式会社 振幅・位相検出装置
US5438254A (en) * 1994-07-29 1995-08-01 Ho; Edmond Y. Phase difference measuring device
US5576618A (en) * 1994-10-20 1996-11-19 Abb Power T&D Company, Inc. Process and apparatus for comparing in real time phase differences between phasors

Also Published As

Publication number Publication date
AU3763095A (en) 1996-05-15
EP0787304A1 (en) 1997-08-06
EP0854365A3 (en) 1998-08-19
EP0854365A2 (en) 1998-07-22
CA2203166A1 (en) 1996-05-02
WO1996012969A1 (en) 1996-05-02
US5659242A (en) 1997-08-19
AU691679B2 (en) 1998-05-21
US5764044A (en) 1998-06-09
EP0787304A4 (en) 1998-06-17
RU2172011C2 (ru) 2001-08-10
US5576618A (en) 1996-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2178582C2 (ru) Устройство для сравнения двух сигналов, устройство и способ формирования нестационарных сигналов
Aggarwal et al. New concept in fault location for overhead distribution systems using superimposed components
US4731689A (en) Directional detection in connection with faults in a power supply network
US6311307B1 (en) Digital current differential system
Aggarwal et al. A practical approach to accurate fault location on extra high voltage teed feeders
Qingchao et al. Fault location of two-parallel transmission line for nonearth fault using one-terminal data
Aggarwal et al. An interactive approach to fault location on overhead distribution lines with load taps
Chowdhury et al. Power system fault detection and state estimation using Kalman filter with hypothesis testing
Mohammed High-speed differential busbar protection using wavelet-packet transform
CA1312653C (en) Apparatus and method for reducing transient exponential noise in a sinusoidal signal
KR101952063B1 (ko) 누설 전류 검출 장치
Devadasu et al. A novel multiple fault identification with fast fourier transform analysis
Qingchao et al. Transmission line fault location for single-phase-to-earth fault on non-direct-ground neutral system
Hwang et al. Fault current phasor estimation below one cycle using fourier analysis of decaying dc component
Zhang et al. Transmission line fault location for double phase-to-earth fault on non-direct-ground neutral system
Patel et al. Phasor angle based differential protection of power transformer
Eissa A novel wavelet approach to busbar protection during CT saturation and ratio-mismatch
Ortbandt et al. Parameter estimation in electrical power systems using Prony's method
Hope et al. Digital transmission-line protection in real time
Kennedy et al. Variable digital filter response time in a digital distance relay
AU705490B2 (en) Apparatus and process for producing time dependent waveforms of a power systems currents
JPH01170865A (ja) 配電線地絡故障点検出装置
Baral et al. Directional Comparison Bus Protection Using Partial Operating Current Characteristics
Wang et al. New high-speed microprocessor distance relaying for transmission lines
Kazmi et al. Comparison of high-speed transient-based pilot directional protection algorithms for distribution grids

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041013