RU2216812C1

RU2216812C1 - Frequency difference relay

Info

Publication number: RU2216812C1
Application number: RU2002112795/09A
Authority: RU
Inventors: В.В. Березов
Original assignee: Березов Владимир Владимирович
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: frequency difference relay is used to adjust synchronized signal to input signal. Technical result of invention consists in expansion of functional potential as relay responds to relative mismatch of frequencies of input and synchronized signals and in increased accuracy since effect of short-time frequency errors of generator and high-frequency interference to its operation is eliminated. Frequency difference relay includes frequency meter of input signal, multiplier, two comparators, two final-control elements, meter of synchronized signal, algebraic adder, inverter, two AND gates, two pulse formers of leading edge. EFFECT: expanded functional potential. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле разности частот сети и генератора. The invention relates to electrical engineering and can be used in relay protection devices as a relay of the frequency difference between the network and the generator.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1]. A device is known that contains a series-connected clock generator, a binary counter, a decoder, a pulse shaper and an actuator made in the form of a transistor [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле разности частот. The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality that does not allow to use it as a relay of the frequency difference.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый и второй выпрямительные блоки, выполненные в виде диодов, катод и анод которых являются соответственно клеммой напряжения генератора и клеммой напряжения сети, алгебраический сумматор, первый и второй входы которого соединены соответственно с анодом первого и с катодом второго диодов, первый и второй операционные усилители, являющиеся соответственно инвертором и компаратором, входы которых соединены с выходом алгебраического сумматора, третий и четвертый диоды, аноды которых соединены с выходами первого и второго операционных усилителей соответственно умножитель, входы которых соединены с катодами третьего и четвертого диодов, первый и второй инверторы, входы которых соединены соответственно с катодами третьего и четвертого диодов, и первый и второй исполнительные элементы, входы которых соединены соответственно с выходом первого и второго операционных усилителей [2]. The closest in technical essence to the proposed device is a device containing the first and second rectifier blocks made in the form of diodes, the cathode and anode of which are respectively the voltage terminal of the generator and the voltage terminal of the network, an algebraic adder, the first and second inputs of which are connected respectively to the anode of the first and with the cathode of the second diode, the first and second operational amplifiers, which are the inverter and comparator, respectively, whose inputs are connected to the output of the algebraic adder, t and the fourth diodes, the anodes of which are connected to the outputs of the first and second operational amplifiers, respectively, the multiplier, the inputs of which are connected to the cathodes of the third and fourth diodes, the first and second inverters, the inputs of which are connected respectively to the cathodes of the third and fourth diodes, and the first and second actuators the inputs of which are connected respectively to the output of the first and second operational amplifiers [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно вырабатывает сигнал примерного равенства амплитуды напряжений сети и генератора, что указывает на временной интервал возможной подстройки частоты генератора к частоте сети, но не вырабатывает сигналов недопустимого рассогласования частот входного и синхронизируемого сигналов при заданной относительной допустимой величине их рассогласования. Кроме того, известное техническое решение обладает относительно низкой точностью в условиях кратковременных сбоев частоты генератора или высокочастотных помех. The disadvantage of the closest technical solution is the relatively narrow functionality, since it generates a signal of approximate equality of the amplitude of the voltage of the network and the generator, which indicates the time interval of a possible adjustment of the frequency of the generator to the frequency of the network, but does not produce signals of unacceptable mismatch of the frequencies of the input and synchronized signals for a given relative the permissible value of their mismatch. In addition, the known technical solution has relatively low accuracy in the conditions of short-term malfunctions of the generator frequency or high-frequency interference.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности. The technical result of the invention is the expansion of functionality and increased accuracy.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее алгебраический сумматор, умножитель на постоянный коэффициент, инвертор, первый компаратор и первый и второй исполнительные элементы, введены измеритель частоты входного сигнала, выход которого соединен с входом умножителя на постоянный коэффициент и с первым входом алгебраического сумматора, измеритель частоты синхронизируемого сигнала, выход которого соединен со вторым вычитающим входом алгебраического сумматора, а также второй компаратор, первый вход которого соединен с первым входом первого компаратора и с выходом алгебраического сумматора, второй вход второго компаратора соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом первого компаратора и с выходом умножителя на постоянный коэффициент, выход "меньше" второго компаратора соединен с входом второго формирователя импульса и с прямым входом второго элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом второго формирователя импульса, а выход второго элемента И соединен с входом второго исполнительного элемента, выход "больше" первого компаратора соединен с входом первого формирователя импульса и с прямым входом первого элемента И, инверсный вход которого соединен с выходом первого формирователя импульса, а выход первого элемента И соединен со входом первого исполнительного элемента, при этом измерители частоты входного и синхронизируемых сигналов преобразуют входной и синхронизируемый сигналы в соответствии с математическими выражениями:
U₀=A₀/f₀; U₁₌A₁/f₁,
где U₀ - сигнал на выходе измерителя частоты входного сигнала,
U₁ - сигнал на выходе измерителя частоты синхронизируемого сигнала,
f₀ - частот входного сигнала,
f₁ - частота синхронизируемого сигнала,
А₀, А₁ - масштабные коэффициенты.This technical result is achieved by the fact that a frequency meter of the input signal, the output of which is connected to the input of the multiplier by a constant coefficient and with the first input of the algebraic, is introduced into the device containing the algebraic adder, constant factor multiplier, inverter, first comparator and first and second actuators. an adder, a frequency meter of the synchronized signal, the output of which is connected to the second subtracting input of the algebraic adder, as well as a second comparator, the first input of which connected to the first input of the first comparator and to the output of the algebraic adder, the second input of the second comparator is connected to the output of the inverter, the input of which is connected to the second input of the first comparator and to the output of the multiplier by a constant coefficient, the output “less” of the second comparator is connected to the input of the second pulse shaper and with a direct input of the second element And, the inverse input of which is connected to the output of the second pulse former, and the output of the second element And is connected to the input of the second actuator, the output “more” of the first comparator is connected to the input of the first pulse shaper and to the direct input of the first element And, the inverse input of which is connected to the output of the first pulse shaper, and the output of the first element And is connected to the input of the first actuating element, while the frequency meters of the input and synchronized signals convert input and synchronized signals in accordance with mathematical expressions:
U ₀ = A ₀ / f ₀ ; U _{1 =} A ₁ / f ₁ ,
where U ₀ is the signal at the output of the frequency meter of the input signal,
U ₁ - signal at the output of the frequency meter of the synchronized signal,
f ₀ - input signal frequencies,
f ₁ - the frequency of the synchronized signal,
A ₀ , A ₁ - scale factors.

Кроме того, первый и второй формирователи импульсов предназначены для формирования импульсов с уровнем логической единицы и с длительностью, соответствующей допустимому временному интервалу, в пределах которого допускается рассогласование частот (f₀-f₁) выше допустимой величины при перепаде уровней сигналов на их входах.In addition, the first and second pulse shapers are designed to generate pulses with a level of a logical unit and with a duration corresponding to an allowable time interval within which a frequency mismatch (f ₀ -f ₁ ) is allowed above the allowable value when the signal levels at the inputs are different.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема реле разности частот, а на фиг.2 - то же, измерителя частоты. Figure 1 presents the electrical block diagram of the relay of the difference of the frequencies, and figure 2 is the same, the frequency meter.

Реле разности частот содержит последовательно соединенные измеритель 1 частоты входного сигнала и умножитель 2, выход которого соединен со вторым входом первого компаратора 3, первый исполнительный элемент 4, измеритель 5 синхронизируемого сигнала, выход которого соединен со входом вычитания алгебраического сумматора 6, первый суммирующий вход которого соединен с выходом измерителя 1 частоты входного сигнала, а также последовательно соединенные инвертор 7, вход которого соединен с выходом умножителя 2 и с вторым входом первого компаратора 3, и второй компаратор 8, первый вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора 6 и с первым входом первого компаратора 3, второй исполнительный элемент 9, первый 10 и второй 11 формирователи импульсов и первый 12 и второй 13 элементы И, при этом вход первого формирователя импульсов 10 соединен с выходом "больше" первого компаратора 3 и с прямым входом первого элемента И 12, инверсный вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов 10, а выход соединен с входом первого исполнительного элемента 4, а вход второго формирователя импульсов 11 соединен с выходом "меньше" второго компаратора 8 и с прямым входом второго элемента И 13, инверсный вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов 11, а выход соединен с входом второго исполнительного элемента 9. The frequency difference relay contains a series-connected frequency meter 1 of the input signal and a multiplier 2, the output of which is connected to the second input of the first comparator 3, the first actuator 4, the meter 5 of the synchronized signal, the output of which is connected to the subtraction input of the algebraic adder 6, the first summing input of which is connected with the output of the frequency meter 1 of the input signal, as well as a series-connected inverter 7, the input of which is connected to the output of the multiplier 2 and to the second input of the first comparator and 3, and the second comparator 8, the first input of which is connected to the output of the algebraic adder 6 and the first input of the first comparator 3, the second actuator 9, the first 10 and second 11 pulse shapers and the first 12 and second 13 elements And, while the input of the first pulse shaper 10 is connected to the output "greater" of the first comparator 3 and with a direct input of the first element And 12, the inverse input of which is connected to the output of the first pulse shaper 10, and the output is connected to the input of the first actuating element 4, and the input of the second The pulse pulse 11 is connected to the output “less” of the second comparator 8 and to the direct input of the second element And 13, the inverse input of which is connected to the output of the second pulse shaper 11, and the output is connected to the input of the second actuator 9.

Измерители 1 и 5 частоты могут быть выполнены в виде усилителя 14, в выходной цепи которого включен резонансный контур 15, настроенный таким образом, чтобы номинальные значения входных частот приходили на середину линейной части ветви (спада) его частотной характеристики. В этом случае выходное напряжение измерителя будет обратно пропорционально частоте его входного сигнала. Frequency meters 1 and 5 can be made in the form of an amplifier 14, in the output circuit of which a resonant circuit 15 is included, configured so that the nominal values of the input frequencies come in the middle of the linear part of the branch (decay) of its frequency response. In this case, the output voltage of the meter will be inversely proportional to the frequency of its input signal.

Первый 4 и второй 5 исполнительные элементы могут быть выполнены в виде обмотки реле с соответствующими контактами, которая непосредственно или через усилитель соединена с выходом соответствующего элемента И 12, 13. Первый 10 и второй 11 формирователи формируют импульсы заданной длительности с уровнем логической единицы по переднему фронту импульса с выхода соответствующего компаратора 3 или 8. Остальные блоки являются стандартными блоками электротехники. Цепи питания элементов на чертеже не показаны как несущественные в рамках данной заявки. The first 4 and second 5 actuating elements can be made in the form of a relay coil with corresponding contacts, which is directly or through an amplifier connected to the output of the corresponding element And 12, 13. The first 10 and second 11 shapers form pulses of a given duration with a level of a logical unit on the leading edge pulse from the output of the corresponding comparator 3 or 8. The remaining blocks are standard blocks of electrical engineering. The power circuits of the elements in the drawing are not shown as non-essential in the framework of this application.

Работает реле разности частот следующим образом. The relay operates as a difference of frequencies as follows.

При включении реле на выходе измерителя 1 формируется сигнал U₀=A₀/f₀, величина которого обратно пропорциональна частоте входного сигнала 1/f₀, а на выходе измерителя 5 - сигнал U₁=А₁/f₁, обратно пропорциональный частоте синхронизируемого сигнала f₁. В этом случае на выходе алгебраического сумматора 6 формируется относительная величина разности частот 1/f₀-1/f₁= (f₁-f₀)/f₀•f₁= (f₁-f₀)/f₀ ². Кроме того, сигнал с выхода измерителя 1 умножается в множителе 2 на малый коэффициент К, определяющий допустимое отклонение частоты синхронизируемого сигнала от входного. Примем А₀=А₁=1. Тогда в первом компараторе 3 сравниваются величины (f₁-f₀)/f₀ ² и К/f₀, а во втором компараторе 8 сравниваются величины (f₁-f₀)/f₀ ² и - К/f₀, поскольку на его вход поступает инвертированное инвертором 7 значение сигнала с выхода умножителя 2.When the relay is turned on, the signal U ₀ = A ₀ / f ₀ is formed at the output of meter 1, the value of which is inversely proportional to the frequency of the input signal 1 / f ₀ , and at the output of meter 5, the signal U ₁ = A ₁ / f ₁ is inversely proportional to the frequency of the synchronized signal f ₁ . In this case, the relative magnitude of the frequency difference 1 / f ₀ -1 / f ₁ = (f ₁ -f ₀ ) / f ₀ • f ₁ = (f ₁ -f ₀ ) / f ₀ ² is formed at the output of the algebraic adder 6. In addition, the signal from the output of the meter 1 is multiplied in the factor 2 by a small coefficient K, which determines the permissible deviation of the frequency of the synchronized signal from the input. Take A ₀ = A ₁ = 1. Then, in the first comparator 3, the quantities (f ₁ -f ₀ ) / f ₀ ² and K / f _{0 are} compared, and in the second comparator 8, the values (f ₁ -f ₀ ) / f ₀ ² and - K / f _{0 are} compared, since its input receives the signal inverted by inverter 7 from the output of the multiplier 2.

При этом при перепаде сигнала на выходах первого 3 и второго 8 компараторов соответствующие им первый 10 и второй 11 формирователи по переднему фронту импульса формируют импульсы с уровнем логической единицы и с длительностью, соответствующей допустимому временному интервалу, в пределах которого разрешается иметь рассогласование частот свыше допустимых пределов. Эти импульсы подаются на инверсные входы первого 12 и второго 13 элементов И, поэтому при срабатывании первого 3 или второго 8 компараторов уровни логической единицы поступят на входы соответствующих первого 4 или второго 9 исполнительных элементов через малую допустимую задержку, что исключает влияние кратковременных сбоев частоты генератора и высокочастотных помех на работу реле. In this case, when the signal drops at the outputs of the first 3 and second 8 comparators, the first 10 and second 11 shapers corresponding to them form pulses along the leading edge of the pulse with a level of a logical unit and with a duration corresponding to an allowable time interval within which it is allowed to have a frequency mismatch beyond the allowable limits . These pulses are fed to the inverse inputs of the first 12 and second 13 elements And, therefore, when the first 3 or second 8 comparators are triggered, the logic unit levels will go to the inputs of the corresponding first 4 or second 9 actuators through a small allowable delay, which eliminates the effect of short-term generator frequency malfunctions and high-frequency interference to the operation of the relay.

Первый исполнительный элемент 4 сработает, когда частота синхронизируемого сигнала f₀ будет меньше частоты входного f₁ на относительную величину, задаваемую коэффициентом К, а второй исполнительный элемент 9, когда частота входного сигнала будет больше ее.The first actuator 4 will work when the frequency of the synchronized signal f ₀ is less than the frequency of the input f ₁ by a relative value specified by the coefficient K, and the second actuator 9, when the frequency of the input signal is greater than it.

Таким образом, предложенное устройство обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно реагирует на недопустимое относительное рассогласование частот входного и синхронизируемого сигналов, а не только на абсолютные величины рассогласований, что необходимо для ряда технологических процессов. Кроме того, повышается точность работы реле, поскольку исключается влияние кратковременных сбоев частоты генератора и высокочастотных помех на работу реле. Thus, the proposed device has wider functional capabilities, since it responds to unacceptable relative mismatch of the frequencies of the input and synchronized signals, and not only to the absolute values of the mismatch, which is necessary for a number of technological processes. In addition, the accuracy of the relay increases, since the influence of short-term generator frequency malfunctions and high-frequency interference on the relay operation is eliminated.

Источники информации
[1] Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис.35.10.Sources of information
[1] Electrical reference book, in 4 volumes, v.2. Electrical products and devices. Under the general editorship of V.G. Gerasimova et al. - Moscow: Publishing House MPEI, 1998, p. 390, Fig. 35.10.

[2] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.355, рис.12.16. [2] Andreev V.A. Relay protection and automation of power supply systems. - M .: Higher school, 1991, p. 355, fig. 12.16.

Claims

1. A frequency difference relay comprising an algebraic adder, a constant factor multiplier, an inverter, a first comparator and first and second actuators, characterized in that a frequency meter of the input signal is introduced, the output of which is connected to the input of the multiplier by a constant coefficient and with the first summing input algebraic adder, a frequency meter of the synchronized signal, the output of which is connected to the second subtracting input of the algebraic adder, as well as a second comparator, the first input of which is single with the first input of the first comparator and with the output of the algebraic adder, the second input of the second comparator is connected to the output of the inverter, the input of which is connected to the second input of the first comparator and with the multiplier output by a constant coefficient, the output “Less” of the second comparator is connected to the input of the second pulse shaper and with a direct input of the second element And, the inverse input of which is connected to the output of the second pulse shaper, and the output of the second element And is connected to the input of the second actuator, the output is "Bol earlier than the first comparator is connected to the input of the first pulse shaper and to the direct input of the first element And, the inverse input of which is connected to the output of the first pulse shaper, and the output of the first element And is connected to the input of the first actuating element, while the frequency meters of the input and synchronized signals convert the input and synchronized signals according to mathematical expressions
U ₀ = A ₀ / f ₀ ; U ₁ = A ₁ / f ₁ ,
where U ₀ is the signal at the output of the frequency meter of the input signal;
U ₁ - signal at the output of the frequency meter of the synchronized signal;
f ₀ is the frequency of the input signal;
f ₁ - the frequency of the synchronized signal;
A ₀ , A ₂ - scale factors.

2. The relay of the frequency difference according to claim 1, characterized in that the first and second pulse shapers are designed to generate along the leading edge of the pulse from the output of the corresponding pulse comparator with a logic unit level and with a duration corresponding to an allowable time interval within which frequency mismatch is allowed (f ₀ - f ₁ ) is higher than the permissible value for the difference in signal levels at their inputs.