RU2479085C2 - Method to produce values of orthogonal projections of one vector to direction of another vector of two single-frequency electric signals - Google Patents
Method to produce values of orthogonal projections of one vector to direction of another vector of two single-frequency electric signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2479085C2 RU2479085C2 RU2010151360/07A RU2010151360A RU2479085C2 RU 2479085 C2 RU2479085 C2 RU 2479085C2 RU 2010151360/07 A RU2010151360/07 A RU 2010151360/07A RU 2010151360 A RU2010151360 A RU 2010151360A RU 2479085 C2 RU2479085 C2 RU 2479085C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- harmonic
- vector
- sinusoidal
- additional
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам и устройствам на их основе, которые в установившемся режиме функционирования системы трехфазного электроснабжения промышленной частоты f идентифицируют значения ортогональных проекций комплексного вектора одного из двух одночастотных гармонических электрических сигналов, на направление комплексного вектора другого гармонического электрического сигнала, который рассматривают как опорный, и посредством которого задают направление для ортогональных проекций, причем каждый из двух одночастотных гармонических электрических сигналов в общем случае в качестве гармоник могут входить в состав спектра гармоник соответствующих своих несинусоидальных периодических электрических сигналов, а именно первого и второго , например, напряжения f1(t)=u(t) и тока f2(t)=i(t). При этом получение ортогональных проекций выполняет входящий в структуру устройства релейной защиты, противоаварийной автоматики и измерения (УРЗАИ) вычислительно-логический модуль (ВЛМ), который на своем выходе в виде цифрового или аналогового сигнала формирует информацию о значениях ортогональных проекций. Эту информацию используют в логике принятия УРЗАИ действия, вытекающего из конкретно возникшей ситуации в системе электроснабжения промышленной частоты f.The invention relates to electrical engineering, and in particular to methods and devices based on them, which, in the steady state operating mode of a three-phase power supply system of industrial frequency f, identify the values of the orthogonal projections of the complex vector of one of two single-frequency harmonic electrical signals, to the direction of the complex vector of another harmonic electrical signal, which considered as a reference, and by which the direction for orthogonal projections is set, each of two single-frequency harmonic electric signals generally as harmonics may be part of the spectrum of harmonics corresponding to their non-sinusoidal periodic electrical signals, namely the first and second , for example, the voltage f 1 (t) = u (t) and the current f 2 (t) = i (t). At the same time, the production of orthogonal projections is performed by the computational logic module (VLM), which is included in the structure of the relay protection, emergency automation and measurement device (URIAI), which generates information about the values of the orthogonal projections at its output in the form of a digital or analog signal. This information is used in the logic of the adoption of the URZAI action arising from the specific situation in the power supply system of industrial frequency f.
Например, один из методов определения удаленности вероятного места короткого замыкания на высоковольтной линии электропередачи трехфазной системы электроснабжения использует информацию о величине проекции вектора напряжения петли короткого замыкания на направление вектора тока короткого замыкания, протекающего в этой петле [Дьяков А.Ф. Микропроцессорная автоматика и релейная защита электроэнергетических систем: учеб. пособие для вузов / А.Ф.Дьяков, Н.И.Овчаренко. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008, с.259-261]; для обеспечения функционирования автоматической системы регулирования возбуждения синхронного генератора необходима информация о реактивной Iг.р и активной Iг.а составляющих вектора тока Iг генератора, при этом токи Iг.р и Iг.а определяются проекциями вектора тока Iг соответственно на перпендикулярное и совпадающее направление, задаваемое соответствующим опорным вектором напряжения Uг генератора [Овчаренко Н.И. Автоматика энергосистем: учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. Н.И.Овчаренко: под ред. чл.-кор. РАН, док. техн. наук, проф. А.Ф. Дьяков. -Издательский дом МЭИ, 2007. С.154-156, 164-166]. Предлагаемый способ также может быть использован в устройствах определения составляющих полной мощности, которая потребляется элементом системы электроснабжения на частоте одночастотных электрических сигналов.For example, one of the methods for determining the distance of a probable short circuit location on a high-voltage power line of a three-phase power supply system uses information about the magnitude of the projection of the voltage vector of the short circuit loop on the direction of the vector of the short circuit current flowing in this loop [Dyakov A.F. Microprocessor automation and relay protection of electric power systems: textbook. manual for universities / A.F. Dyakov, N.I. Ovcharenko. - M .: Publishing house MPEI, 2008, p.259-261]; to ensure that the automatic adjustment system for synchronous generator requires information about I gr reactive and active components of the vector I GA current generator I d, the currents I gr and I GA determined projections current vector I g respectively perpendicular and coincident direction specified by the corresponding reference voltage vector U g of the generator [Ovcharenko NI Automation of energy systems: a textbook for universities. - 2nd ed., Revised. and add. N.I. Ovcharenko: under the editorship of Corr. RAS, doc. tech. sciences, prof. A.F. Dyakov. Publishing House MPEI, 2007. S.154-156, 164-166]. The proposed method can also be used in devices for determining the components of the total power that is consumed by an element of the power supply system at the frequency of single-frequency electrical signals.
В некоторых случаях напряжения u(t) и токи i(t) в системе электроснабжения переменного тока могут изменяться по периодическим несинусоидальным законам с периодом повторения Т=1/f. Это может обусловить некорректную работу УРЗАИ. В этих условиях соответствующими техническими и программными решениями информацию о режиме функционирования контролируемого устройством элемента системы электроснабжения получают с использованием параметров поврежденного элемента системы электроснабжения для основных гармоник напряжения u(t) и тока i(t) с частотой f, которые входят в состав периодических несинусоидальных соответственно напряжения и тока.In some cases, the voltages u (t) and currents i (t) in the AC power supply system can vary according to periodic non-sinusoidal laws with a repetition period T = 1 / f. This may cause incorrect operation of the URZAI. Under these conditions, information on the operating mode of the power supply system component controlled by the device is obtained by appropriate technical and software solutions using the parameters of the damaged power supply system element for the main harmonics of voltage u (t) and current i (t) with frequency f, which are part of periodic non-sinusoidal, respectively voltage and current.
Наиболее близким по решаемой конечной задаче, но не имеющим общих признаков с предлагаемым изобретением, однако принятым за близкий прототип является изобретение по [Заявка №2009110871 (RU) МПК Н03В 28/00 (2006.01). Способ получения аналогового электрического сигнала модуля ортогональной составляющей вектора одного из двух одночастотных гармонических электрических сигналов [Текст] / Мамаев В.A. (RU): заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» (RU). - опубл. 27.09.2010. Бюл. №27].Closest to the final task to be solved, but not having common features with the invention, however, the invention according to [Application No. 2009110871 (RU) IPC Н03В 28/00 (2006.01) is accepted as a close prototype. A method of obtaining an analog electrical signal of a module of the orthogonal component of a vector of one of two single-frequency harmonic electrical signals [Text] / Mamaev V.A. (RU): applicant and patent holder of the State Educational Institution of Higher Professional Education “North Caucasus State Technical University” (RU). - publ. 09/27/2010. Bull. No. 27].
Способ по принятому прототипу может быть использован для двух одночастотных гармонических электрических сигналов в условиях незначительных искажений синусоидальной формы двух периодических электрических сигналов с одинаковым периодом повторения Т=1/f, например напряжения и тока, причем разность моментов времени, когда их мгновенные значения равны нулю, практически определяется разностью моментов прохождения через нулевое значение входящих в первый электрический сигнал и во второй электрический сигнал их основных гармоник с частотой f. Кроме того, в определении ортогональной составляющей используют действующее значение соответствующего мгновенного электрического сигнала, на значении которого сказываются присутствующие в электрическом сигнале гармоники, кратные частоте f. Отмеченные особенности принятого за прототип способа ограничивают область его применения в основном только для гармонических одночастотных электрических сигналов.The method according to the adopted prototype can be used for two single-frequency harmonic electrical signals under conditions of slight sinusoidal distortion of two periodic electrical signals with the same repetition period T = 1 / f, for example voltage and current, and the difference in time when their instantaneous values are zero, it is practically determined by the difference in the moments of passage through the zero value of their main harmonics entering the first electric signal and the second electric signal with a frequency th f. In addition, in determining the orthogonal component, the effective value of the corresponding instantaneous electrical signal is used, the value of which is affected by the harmonics present in the electrical signal that are multiples of the frequency f. The noted features of the method adopted as a prototype limit the scope of its application mainly only for harmonic single-frequency electrical signals.
Предлагаемый по изобретению способ получения значений ортогональных проекций одного вектора на направление другого вектора двух одночастотных электрических сигналов заключается в возможности получить параметры ортогональных проекций одного вектора, например, комплексной амплитуды гармоники, в частности гармоники основной частоты f, которая входит в спектр гармоник, например, первого периодического несинусоидального электрического сигнала f1(t), на направление, определяемое вектором комплексной амплитуды другой гармоники основной частоты f, но входящей в структуру второго периодического несинусоидального электрического сигнала f2(t), имеющие одинаковый период повторения Т, при этом вектор комплексной амплитуды гармоники, который определяет ортогональные направления, считают опорным.The method of obtaining the values of the orthogonal projections of one vector on the direction of the other vector of two single-frequency electrical signals according to the invention consists in the ability to obtain the parameters of the orthogonal projections of one vector, for example, the complex harmonic amplitude, in particular the harmonic of the fundamental frequency f, which is included in the harmonic spectrum, for example, periodic non-sinusoidal electric signal f 1 (t), in the direction determined by the vector of the complex amplitude of the other harmonic of the main frequency f, but included in the structure of the second periodic non-sinusoidal electric signal f 2 (t) having the same repetition period T, while the vector of the complex harmonic amplitude, which determines the orthogonal directions, is considered to be reference.
Предлагаемый в изобретении способ целесообразно использовать в цифровых УРЗАИ. В этом случае входящий в структуру УРЗАИ модуль ВЛМ функционирует на основе методов и средств линейного (ЛП) и нелинейного (НП) преобразования электрических сигналов [Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. - М.: Энергоатомиздат. 2007. С.39-43], при этом ЛП преобразует поступающие на входа ВЛМ аналоговые несинусоидальные периодические электрические сигналы в их цифровые изображения, причем по предписанным согласно предлагаемым в изобретении последовательностям обработки поступающей от ЛП информации на вход НП, последний на своих выходах генерирует в цифровой или аналоговой формах конечную информацию о значениях ортогональных проекций одного вектора на направление другого вектора двух одночастотных электрических сигналов, при этом, в общем случае, ВЛМ состоит из двух субмодулей, а именно субмодуля СМВФ вычисления фаз одночастотных гармоник и субмодуля СМВП вычисления проекций вектора, в основе функционирования субмодуля СМВП используют способ по предлагаемому изобретению, при этом на выходе субмодуля СМВП формируются сигналы, которые функционально связаны с модулями синусной и косинусной составляющих проекций вектора комплексной амплитуды первого одночастотного гармонического электрического сигнала, на направление опорного вектора комплексной амплитуды второго одночастотного с первым гармонического электрического сигнала, например, в качестве указанных векторов могут быть комплексный вектор основной гармоники напряжения, входящей в состав гармоник периодического несинусоидального напряжения , и комплексный опорный вектор основной гармоники тока, входящей в состав гармоник периодического несинусоидального тока , причем k и n - номера гармоник.Proposed in the invention method, it is advisable to use in digital URASA. In this case, the VLM module included in the structure of the URZAI operates on the basis of methods and means of linear (LP) and nonlinear (NP) conversion of electrical signals [Shneerson E.M. Digital relay protection. - M .: Energoatomizdat. 2007. P.39-43], while the LP converts the analog non-sinusoidal periodic electrical signals arriving at the VLM input into their digital images, moreover, according to the processing sequences of the information received from the LP according to the information proposed at the input, the latter generates at its outputs digital or analog forms of the final information about the values of the orthogonal projections of one vector on the direction of the other vector of two single-frequency electrical signals, while, in the General case, VLM consists of d of submodules, namely, the SMVF submodule for calculating the phases of single-frequency harmonics and the SMVP submodule for calculating vector projections, the method of the invention is used as the basis for the functioning of the SMVP submodule, while signals are generated at the output of the SMVP submodule that are functionally connected with the modules of the sine and cosine components of the projections of the complex vector the amplitude of the first single-frequency harmonic electrical signal, in the direction of the reference vector of the complex amplitude of the second single-frequency with the first monic electric signal, for example, as these vectors can be a complex vector fundamental harmonics voltage, which is part of the harmonics of the periodic non-sinusoidal voltage , and complex reference vector fundamental harmonics current, which is part of the harmonics of a periodic non-sinusoidal current , and k and n are harmonic numbers.
В сравнении с прототипом достигаемый конечный технический результат при использовании способа по предлагаемому изобретению в модуле ВЛМ соответствующего технического устройства состоит в повышении точности и быстродействия получаемой информации о значениях ортогональных проекций одного вектора на направление другого вектора двух одночастотных электрических сигналов, например, в случае, когда каждый из этих одночастотных электрических сигналов в качестве гармоники входит в структуру подводимых к ВЛМ УРЗАИ соответствующего несинусоидального периодического электрического сигнала, например напряжения u(t) и тока i(t), что, в конечном итоге, повышает метрологические и другие эксплуатационные характеристики технического устройства, например УРЗАИ, в задачу которого входит контроль за состоянием элемента системы электроснабжения, в частности, на основной частоте f.In comparison with the prototype, the achieved technical result when using the method according to the invention in the VLM module of the corresponding technical device consists in increasing the accuracy and speed of the obtained information about the values of the orthogonal projections of one vector on the direction of the other vector of two single-frequency electrical signals, for example, in the case when each of these single-frequency electrical signals, as a harmonic, is included in the structure of the corresponding nesin a periodic periodic electrical signal, for example, voltage u (t) and current i (t), which, ultimately, increases the metrological and other operational characteristics of a technical device, for example, URESA, whose task is to monitor the state of an element of the power supply system, in particular at the fundamental frequency f.
Теоретической основой достижения указанного результата является то, что согласно предлагаемому способу получения значений ортогональных проекций одного вектора на направление другого вектора двух одночастотных электрических сигналов, причем каждый из одночастотных гармонических электрических сигналов, в общем случае является гармоникой, входящей в спектр гармоник своего периодического несинусоидального электрического сигнала f1(t) или f2(t) с одинаковым периодом повторения Т=1/f, формируют новый несинусоидальный электрический сигнал, для чего перемножают три электрических сигнала, причем в зависимости от конкретно решаемой задачи в качестве одного из сомножителей используют либо первый f1(t), либо второй f2(t) несинусоидальный периодический электрический сигнал, а в качестве двух других сомножителей согласно предлагаемому изобретению используют два электрических сигнала, которые формируют в виде двух дополнительных синусоидально изменяющихся электрических сигналов, выделяют постоянную составляющую из сформированного нового несинусоидального сигнала и эту постоянную составляющую используют для идентификации значений ортогональных проекций вектора комплексной амплитуды одночастотной гармоники, входящей в состав гармоник, например, первого несинусоидального периодического электрического сигнала f1(t) на направление, задаваемое опорным вектором комплексной амплитуды одночастотной гармоники, которая входит в спектр гармоник второго несинусоидального периодического электрического сигнала f2(t).The theoretical basis for achieving this result is that according to the proposed method for obtaining the values of the orthogonal projections of one vector on the direction of the other vector of two single-frequency electrical signals, each of the single-frequency harmonic electrical signals, in the general case, is a harmonic included in the harmonic spectrum of its periodic non-sinusoidal electrical signal f 1 (t) and f 2 (t) with the same repetition period t = 1 / f, form a new non-sinusoidal electrical Sig l, which are multiplied three electrical signal, depending upon the particular problem being solved as one of the factors are used either the first f 1 (t), or the second f 2 (t) a non-sinusoidal periodic electrical signal, and as the other two factors according to the present The invention uses two electrical signals, which form in the form of two additional sinusoidally varying electrical signals, isolate the constant component from the generated new non-sinusoidal signal and this the constant component is used to identify the values of the orthogonal projections of the vector of the complex amplitude of the single-frequency harmonic that is part of the harmonics, for example, the first non-sinusoidal periodic electric signal f 1 (t) in the direction specified by the reference vector of the complex amplitude of the single-frequency harmonic, which is included in the spectrum of harmonics of the second non-sinusoidal periodic electrical signal f 2 (t).
Теоретическим обоснованием предлагаемого способа по изобретению является следующее. В общем случае первый периодический несинусоидальный электрический сигнал является суммой изменяющихся по синусоидальному закону k гармоник и имеет структуруThe theoretical rationale for the proposed method according to the invention is as follows. In the general case, the first periodic non-sinusoidal electrical signal is the sum of k harmonics varying according to the sinusoidal law and has a structure
где - амплитуда входящей в структуру первого электрического периодического несинусоидального сигнала f1(t) k-той гармоники; ω=2π/Т=2πf - угловая частота колебаний основной гармоники электрического сигнала ; - начальная фаза колебаний k-той гармоники, при этом математическое выражение мгновенного значения основной гармоники (k=1) с частотой f следующееWhere - the amplitude of the structure of the first electric periodic non-sinusoidal signal f 1 (t) of the k-th harmonic; ω = 2π / Т = 2πf is the angular frequency of oscillations of the fundamental electrical signal ; is the initial phase of oscillations of the k-th harmonic, and the mathematical expression of the instantaneous value of the fundamental harmonic (k = 1) with a frequency f is as follows
Мгновенному значению гармоники по (2) соответствует комплексная амплитуда The instantaneous harmonic value according to (2) corresponds to the complex amplitude
В общем случае второй периодический несинусоидальный электрический сигнал f2(t) (4) является суммой из n гармоник и имеет структуруIn the general case, the second periodic non-sinusoidal electric signal f 2 (t) (4) is the sum of n harmonics and has a structure
где и - соответственно амплитуда n-той гармоники и ее начальная фаза колебаний; при этом основная гармоника (n=1) с частотой f, входящая в структуру периодического несинусоидального электрического сигнала , имеет следующее математическое выражениеWhere and - accordingly, the amplitude of the nth harmonic and its initial phase of oscillation; the fundamental harmonic (n = 1) with a frequency f, which is part of the structure of a periodic non-sinusoidal electric signal has the following mathematical expression
Мгновенному значению гармоники по (5) соответствует комплексная амплитуда The instantaneous harmonic value according to (5) corresponds to the complex amplitude
Сущность предлагаемого способа показана на примере алгоритма его применения к двум одночастотным, основным гармоникам и , т.е. имеющим частоту f, входящих соответственно в первый периодический несинусоидальный электрический сигнал и во второй периодический несинусоидальный электрический сигнал . Для получения значений ортогональных проекций одного вектора, например вектора на направление другого вектора , который в данном случае считают опорным, формируют третий несинусоидальный электрический сигнал f3(t), причем применительно к рассматриваемому случаю этот электрический сигнал определяют через произведение трех электрических сигналов f1(t), fдоп.1(t) и fдоп.2(t):The essence of the proposed method is shown by the example of an algorithm for its application to two single-frequency, fundamental harmonics and , i.e. having a frequency f included respectively in the first periodic non-sinusoidal electrical signal and in the second periodic non-sinusoidal electrical signal . To obtain the values of the orthogonal projections of a single vector, for example a vector to the direction of another vector , which in this case is considered to be reference, form the third non-sinusoidal electrical signal f 3 (t), and in relation to the case under consideration, this electrical signal is determined through the product of three electrical signals f 1 (t), f add. 1 (t) and f add. 2 (t):
при этом третий несинусоидальный электрический сигнал в своей структуре содержит постоянную составляющую.the third non-sinusoidal electrical signal in its structure contains a constant component.
В выражении (7) использованы следующие обозначения:In the expression (7) the following notation is used:
f1(t) - первый периодический несинусоидальный электрический сигнал (1);f 1 (t) is the first periodic non-sinusoidal electrical signal (1);
fдоп.1(t) и fдоп.2(t) - вводимые согласно предлагаемому изобретению первый и второй дополнительные гармонические электрические сигналы.f add 1 (t) and f add 2 (t) - introduced according to the invention, the first and second additional harmonic electrical signals.
Первый дополнительный гармонический электрический сигнал fдоп.1(t) в (7) имеет единичную амплитуду, изменяется, в частности, по синусоидальному закону, при этом аргумент тригонометрической функции состоит их двух слагаемых, при этом первое слагаемое определяется произведением основной угловой частоты ω=2πf на время t, второе слагаемое вводится согласно изобретению и определяет начальный угол колебаний α гармонического электрического сигнала, при этом значение угла колебаний α зависит от того, какой вектор комплексной амплитуды основной гармоники принят за опорный:The first additional harmonic electric signal f add. 1 (t) in (7) has a unit amplitude, changes, in particular, according to a sinusoidal law, while the argument of the trigonometric function consists of two terms, and the first term is determined by the product of the fundamental angular frequency ω = 2πf at time t, the second term is introduced according to the invention and determines the initial angle of oscillations α of the harmonic electric signal, while the value of the angle of oscillations α depends on which vector of the complex amplitude of the main harmonics adopted for reference:
Например, при использовании предлагаемого способа для определения значений ортогональных проекций комплексного вектора (3) основной гармоники (2) начальная фаза колебаний α в (8) должна быть равна начальной фазе колебания основной гармоники (5), входящей в структуру второго периодического несинусоидального электрического сигнала (4), т.е. выражение (8) в этом случае имеет структуруFor example, when using the proposed method for determining the values of the orthogonal projections of the complex vector (3) of the fundamental harmonic (2), the initial phase of oscillations α in (8) should be equal to the initial phase of the oscillation fundamental harmonic (5), which is part of the structure of the second periodic non-sinusoidal electric signal (4), i.e. expression (8) in this case has the structure
Вводимый согласно предлагаемому изобретению второй дополнительный гармонический электрический сигнал fдоп.2(t) в (7) имеет единичную амплитуду, изменяется по синусоидальному закону, при этом аргумент тригонометрической функции синуса в два раза больше аргумента тригонометрической функции первого дополнительного гармонического сигнала , т.е. вводимый второй дополнительный гармонический сигнал изменяется по законуThe second additional harmonic electric signal f additional 2 (t) introduced in accordance with the invention, in (7) has a unit amplitude, varies according to a sinusoidal law, while the argument of the trigonometric sine function is twice as large as the argument of the trigonometric function of the first additional harmonic signal , i.e. the introduced second additional harmonic signal changes according to the law
из которого следует, что вводимый второй дополнительный гармонический сигнал имеет частоту и начальный фазовый угол колебания, в два раза больше частоты и начального фазового угла колебания первого вводимого дополнительного сигнала (8).from which it follows that the introduced second additional harmonic signal has a frequency and an initial phase angle of oscillation, twice the frequency and the initial phase angle of oscillation of the first input additional signal (8).
Согласно предлагаемому способу из сформированного третьего несинусоидального электрического сигнала , содержащего постоянную составляющую, например, с использованием операции интегрирования на интервале времени от t0 до t0+T, где t0 момент подачи команды на выполнение операции интегрирования, выделяют эту постоянную составляющую в виде напряжения U0 постоянного тока, которую согласно изобретению считают четвертым электрическим сигналом f4, т.е.According to the proposed method from the generated third non-sinusoidal electrical signal containing a constant component, for example, using an integration operation on a time interval from t 0 to t 0 + T, where t 0 is the moment a command is issued to perform an integration operation, this constant component is isolated in the form of a DC voltage U 0 , which is considered according to the invention the fourth electrical signal f 4 , i.e.
При отсутствии в первом периодическом несинусоидальном электрическом сигнале третьей гармоники, при условии, что в (8) и (10) угол , величина напряжения F0 постоянного тока по (11), однозначно идентифицирует значение проекции вектора комплексной амплитуды основной гармоники (2) первого несинусоидального периодического сигнала (1) на направление, перпендикулярное направлению, задаваемому опорным вектором комплексной амплитуды основной гармоники (5) второго несинусоидального периодического электрического сигнала (4), т.е. применительно к основным гармоникам, входящим в несинусоидальные сигналы и , четвертый электрический сигнал определяется выражениемIn the absence in the first periodic non-sinusoidal electrical signal third harmonic, provided that in (8) and (10) the angle , the DC voltage value F 0 according to (11) uniquely identifies the projection value of the complex amplitude vector fundamental harmonic (2) of the first non-sinusoidal periodic signal (1) in the direction perpendicular to the direction specified by the reference vector of complex amplitude fundamental harmonic (5) of the second non-sinusoidal periodic electrical signal (4), i.e. as applied to the fundamental harmonics included in non-sinusoidal signals and fourth electrical signal defined by the expression
Для определения значения ортогональной проекции комплексного вектора (3), совпадающей с направлением опорного комплексного вектора (6), при формировании или только первого дополнительного электрического сигнала , или только второго дополнительного электрического сигнала в аргумент функции синуса дополнительно вводят угол, соответственно равный либо +π/2, либо -π/2, т.е., например, в этом случае только первый дополнительный электрический сигнал fдоп.1(f) должен иметь структуруTo determine the value of the orthogonal projection of the complex vector (3), which coincides with the direction of the reference complex vector (6), when generating or only the first additional electrical signal , or only the second additional electrical signal in the argument of the sine function, an angle is additionally introduced, respectively, equal to either + π / 2 or -π / 2, i.e., for example, in this case, only the first additional electrical signal f additional 1 (f) should have the structure
т.е. в этом случае первый дополнительный электрический сигнал формируют изменяющимся по закону косинуса.those. in this case, the first additional electrical signal is formed varying according to the law of cosine.
Тогда четвертый электрический сигнал определяется выражениемThen the fourth electrical signal defined by the expression
Учитывая, что разность начальных фаз колебаний основных гармоник (2) и (5) определяет угол сдвига по фазе между этими гармониками, то выражения (12) и (14) имеют структуру:Given that the difference between the initial phases of the oscillations fundamental harmonics (2) and (5) determines the phase angle between these harmonics, then expressions (12) and (14) have the structure:
и and
при этом конечный результат по выражению (15) определяет значение проекции вектора комплексной амплитуды (3) на перпендикулярное направление, задаваемое опорным вектором комплексной амплитуды (6), а конечный результат по выражению (16) определяет значение проекции вектора комплексной амплитуды (3) на направление, совпадающее с направлением, задаваемым опорным вектором комплексной амплитуды (6).in this case, the final result by expression (15) determines the value the projection of the vector of complex amplitude (3) on the perpendicular direction defined by the reference vector of complex amplitude (6), and the final result from expression (16) determines the value the projection of the complex amplitude vector (3) on the direction coinciding with the direction specified by the complex amplitude reference vector (6).
Конечный результат, аналогичный вычисляемому по выражению (16), можно получить, если только в аргумент функции синуса второго дополнительного электрического сигнала дополнительно ввести угол, равный -π/2, т.е. в этом случае только второй дополнительный электрический сигнал fдоп,2(t) должен иметь структуруThe final result, similar to that calculated by expression (16), can be obtained if only in the argument of the sine function of the second additional electric signal additionally enter an angle equal to -π / 2, i.e. in this case, only the second additional electric signal f add, 2 (t) must have the structure
т.е. в этом случае второй дополнительный электрический сигнал формируют изменяющимся по закону, инверсному изменению косинуса.those. in this case, the second additional electrical signal is generated changing according to the law, an inverse change in the cosine.
Таким образом, предлагаемый способ по изобретению обеспечивает получение электрических сигналов, которые у двух одночастотных гармоник, каждая входящая в свой несинусоидальный электрический сигнал, идентифицирует модули ортогональных проекций первого вектора комплексной амплитуды (3) основной гармоники первого несинусоидального электрического сигнала (1) на направление, определяемое вторым вектором комплексной амплитуды (6) основной гармоники второго несинусоидального электрического сигнала (4), причем частоты гармоник равны.Thus, the proposed method according to the invention provides for the production of electrical signals, which for two single-frequency harmonics, each included in its own non-sinusoidal electrical signal, identifies the modules of the orthogonal projections of the first complex amplitude vector (3) of the main harmonic of the first non-sinusoidal electric signal (1) in the direction determined the second vector of the complex amplitude (6) of the fundamental harmonic of the second non-sinusoidal electrical signal (4), and the harmonics frequencies are equal.
Если в выражениях (15) и (16) напряжения постоянного тока F0,s и F0,c связаны со значениями проекций вектора комплексной амплитуды напряжения основной гармоники несинусоидального периодического напряжения на соответственно перпендикулярное и совпадающее направления, задаваемое направлением опорного вектора комплексной амплитуды тока основной гармоники несинусоидального периодического тока , напряжение идентифицирует значение синусной составляющей, а напряжение идентифицирует значение косинусной составляющей вектора комплексной амплитуды напряжения основной гармоники напряжения .If in expressions (15) and (16) the DC voltages F 0, s and F 0, c are associated with the values of the projections of the complex amplitude vector harmonic voltage of non-sinusoidal periodic voltage perpendicular and coincident directions, respectively, defined by the direction of the reference vector of complex amplitude harmonic current of a non-sinusoidal periodic current voltage identifies the value of the sine component, and the voltage identifies the value of the cosine component of the complex amplitude vector fundamental voltage voltage .
При определении значений ортогональных проекций вектора комплексной амплитуды в качестве опорного вектора, с направлением которого связывают направления ортогональных проекций, принимают вектор при этом в качестве угла α в выражениях (8) и (10) используют угол начальной фазы колебаний основной гармоники , входящей в состав первого периодического несинусоидального электрического сигнала , а для формирования третьего несинусоидального электрического сигнала f3(t) используют выражениеWhen determining the values of orthogonal projections of the vector of complex amplitude as a reference vector, with the direction of which the directions of the orthogonal projections are associated, take the vector in this case, as the angle α in the expressions (8) and (10) use the angle initial phase of fundamental harmonic oscillations included in the first periodic non-sinusoidal electrical signal , and for the formation of the third non-sinusoidal electric signal f 3 (t) use the expression
Необходимые для реализации способа получения значений ортогональных проекций одного вектора на направление другого вектора двух одночастотных электрических сигналов начальные фазы колебаний, а именно, или основной гармоники , входящих в структуру первого периодического несинусоидального электрического сигнала , или основной гармоники , входящих в структуру второго периодического несинусоидального электрического сигнала , по одному из известных методов предварительно определяют начальную фазу колебаний k-той гармоники, например, на основе применения последовательности действий, используемых при вычислении начальных фаз колебаний гармоник ряда Фурье [Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник. - 10-е изд. - М.: Гардарник, 2001. С.205-206].The initial phases of the oscillations necessary for implementing the method of obtaining the values of the orthogonal projections of one vector on the direction of the other vector of two single-frequency electrical signals, namely, or fundamental harmonics included in the structure of the first periodic non-sinusoidal electric signal , or fundamental harmonics included in the structure of the second periodic non-sinusoidal electric signal , according to one of the known methods, the initial phase of oscillations of the k-th harmonic is preliminarily determined, for example, based on the application of the sequence of actions used in calculating the initial phases of the oscillations of harmonics of the Fourier series [L. Bessonov Theoretical foundations of electrical engineering. Electric Circuits: A Textbook. - 10th ed. - M .: Gardarnik, 2001. S.205-206].
При наличии третьей гармоники с циклической частотой 3ω в соответствующем периодическом несинусоидальном электрическом сигнале и неприемлемом ее влиянии на результат определения значений ортогональных проекций основной гармоники, из исходного электрического сигнала одним из известных методов предварительно формируют электрический сигнал без третьей гармоники с циклической частотой 3ω и таким образом сформированный электрический сигнал используют в способе по предлагаемому изобретению.In the presence of a third harmonic with a cyclic frequency of 3ω in the corresponding periodic non-sinusoidal electric signal and its unacceptable influence on the result of determining the values of the orthogonal projections of the fundamental harmonic, one of the known methods preliminarily generates an electric signal without a third harmonic with a cyclic frequency of 3ω and thus formed an electrical signal is used in the method of the invention.
В общем случае предложенный способ применим к двум одночастотным гармоникам и , т.е. у которых равны номера гармоник n=k, следовательно, равны угловые частоты колебаний kω=nω, где ω=2π/Т=2πf является частотой основной гармоники (n=k=1) и определяется только периодом повторения Т как первого , так и второго периодических несинусоидальных электрических сигналов, при этом первая гармоника входит в состав первого периодического несинусоидального электрического сигнала f1(t), а вторая гармоника , одночастотная с первой гармоникой, входит в состав второго периодического несинусоидального электрического сигнала f2(t), и отличается способом получения электрических сигналов, идентифицирующих у одной из двух одночастотных гармоник с комплексной амплитудой или с комплексной амплитудой значений ортогональных проекций его вектора комплексной амплитуды на направление, определяемое опорным вектором комплексной амплитуды другой гармоники, и в зависимости от конкретно решаемой задачи по определению значений ортогональных проекций вектора конкретной одночастотной гармоники используют или начальную фазу колебаний k-ой гармоники первого периодического несинусоидального электрического сигнала f1(t) или начальную фазу колебаний n-ой гармоники , у которой n=k, второго периодического несинусоидального электрического сигнала f2(t).In general, the proposed method is applicable to two single-frequency harmonics and , i.e. for which the harmonic numbers n = k are equal, therefore, the angular oscillation frequencies kω = nω are equal, where ω = 2π / Т = 2πf is the fundamental frequency (n = k = 1) and is determined only by the repetition period T as the first and second periodic non-sinusoidal electrical signals, with the first harmonic is part of the first periodic non-sinusoidal electric signal f 1 (t), and the second harmonic , single-frequency with the first harmonic, is part of the second periodic non-sinusoidal electric signal f 2 (t), and differs in the method of obtaining electrical signals identifying one of the two single-frequency harmonics with complex amplitude or with complex amplitude the values of the orthogonal projections of its vector of complex amplitude in the direction determined by the reference vector of the complex amplitude of the other harmonic, and depending on the specific task to determine the values of the orthogonal projections of the vector of a specific single-frequency harmonic, use either the initial phase of the oscillations kth harmonic the first periodic non-sinusoidal electric signal f 1 (t) or the initial phase of the oscillations n-th harmonic , for which n = k, of the second periodic non-sinusoidal electric signal f 2 (t).
В основе предлагаемого в изобретении способа получения конечного результата в виде значений проекций первого вектора комплексной амплитуды, изменяющейся по закону синуса соответствующей гармоники, на направление, задаваемое опорным вектором второй комплексной амплитуды, изменяющейся по закону синуса другой одночастотной гармоники, причем каждая из одночастотных гармоник входит в спектр гармоник своего периодического несинусоидального электрического сигнала f1(t) и f2(t), является последовательность обработки соответствующих в общем случае несинусоидальных периодических электрических сигналов, при которой согласно изобретению формируют изменяющийся по синусоидальному закону первый дополнительный гармонический электрический сигнал fдоп.1(t) с постоянной амплитудой, с частотой kω=nω одночастотных электрических гармоник и вводимой дополнительной начальной фазой колебания либо α, либо ; формируют изменяющийся по синусоидальному закону второй дополнительный гармонический электрический сигнал fдоп.2(t) с постоянной амплитудой, с удвоенной частотой одночастотных электрических гармоник, т.е. с частотой 2kω=2nω; и вводимой дополнительной начальной фазой колебаний, равной 2α; получают третий несинусоидальный электрический сигнал f3(t), для чего перемножают три электрических сигнала, причем первый сомножитель является либо первым периодическим несинусоидальным электрическим сигналом f1(t), либо вторым периодическим несинусоидальным электрическим сигналом f2(t), второй сомножитель является изменяющимся по закону синуса первым дополнительным гармоническим электрическим сигналом fдоп.1(t), третий сомножитель является изменяющимся по закону синуса вторым дополнительным гармоническим электрическим сигналом fдоп.2(t), при этом выбор из двух периодических несинусоидальных электрических сигналов, т.е. либо f1(t), либо f2(t), определяет ту конечную информацию о значениях проекций того вектора комплексной амплитуды соответствующей гармоники, которую необходимо получить для решения конкретной задачи, причем полученный третий несинусоидальный сигнал f3(t) в своей структуре содержит постоянную составляющую; формируют четвертый электрический сигнал f4(t) посредством выполнения операции определенного интегрирования, при этом четвертый электрический сигнал f4(t) является входящей в состав третьего несинусоидального электрического сигнала f3(t) постоянной составляющей, причем в зависимости от принятого у первого дополнительного синусоидального электрического сигнала f1доп(t) значения начальной фазы колебаний либо α, либо четвертый электрический сигнал f4(t) однозначно идентифицирует либо синусную, либо косинусную проекцию, т.е. значение одной из проекций вектора комплексной амплитуды электрического сигнала одного из одночастотных гармоник на соответствующее направление опорного вектора комплексной амплитуды электрического сигнала другой одночастотной гармоники, при этом, при определении значения проекции вектора комплексной амплитуды гармоники на направление, перпендикулярное направлению, задаваемому опорным вектором комплексной амплитуды гармоники при формировании третьего несинусоидального сигнала f3(t) в качестве первого сомножителя используют первый периодический несинусоидальный электрический сигнал f1(t), а во втором fдоп.1(t) и в третьем fдоп.2(t) изменяющихся по закону синуса сомножителях дополнительных гармонических электрических сигналов, в качестве вводимой дополнительной начальной фазы α колебаний используют начальную фазу колебаний n-ой гармоники второго периодического несинусоидального электрического сигнала f2(t), при этом при определении значения проекции вектора комплексной амплитуды гармоники на направление, совпадающее с направлением, задаваемым опорным вектором комплексной амплитуды гармоники , во втором сомножителе fдоп.1(t) в качестве начальной фазы колебании используют сумму углов ; при этом при определении значения проекции вектора комплексной амплитуды гармоники на направление, перпендикулярное направлению, задаваемому опорным вектором комплексной амплитуды гармоники , при формировании третьего несинусоидального электрического сигнала f3(t) в качестве первого сомножителя используют второй периодический несинусоидальный электрический сигнал f2(t), а во втором fдоп.1(t) и в третьем fдоп.2(t) изменяющихся по закону синуса сомножителях, задаваемых дополнительными гармоническими электрическими сигналами fдоп.1(t) и fдоп.2(t), в качестве вводимой в тригонометрическую функцию дополнительной начальной фазы α колебаний используют начальную фазу колебаний одночастотной гармоники первого периодического несинусоидального электрического сигнала f1(t), при этом при определении значения проекции вектора комплексной амплитуды гармоники на направление, совпадающее с направлением, задаваемым опорным вектором комплексной амплитуды гармоники , во втором сомножителе fдоп.1(t) в качестве начальной фазы колебаний в тригонометрической функции используют сумму углов , т.е. второй сомножитель fдоп.1(t) формируют изменяющимся по косинусоидальному закону.The method proposed in the invention for obtaining the final result in the form of projection values of the first vector of complex amplitude, which varies according to the sine law of the corresponding harmonic, in the direction specified by the reference vector of the second complex amplitude, changes according to the sine law of the other single-frequency harmonic, each of which is included in the single-frequency harmonics the harmonic spectrum of its periodic non-sinusoidal electric signal f 1 (t) and f 2 (t), is the sequence of processing corresponding to in the case of non-sinusoidal periodic electrical signals, in which according to the invention a first additional harmonic electrical signal f ext. 1 (t) with a constant amplitude, with a frequency kω = nω of single-frequency electric harmonics and an additional initial oscillation phase of either α or ; form a second additional harmonic electric signal f additional 2 (t) with a constant amplitude, with a doubled frequency of single-frequency electric harmonics, that changes according to a sinusoidal law, i.e. with a frequency of 2kω = 2nω ; and introduced an additional initial phase of oscillations equal to 2α; receive a third non-sinusoidal electric signal f 3 (t), for which three electrical signals are multiplied, the first factor being either the first periodic non-sinusoidal electric signal f 1 (t) or the second periodic non-sinusoidal electric signal f 2 (t), the second factor is variable legally first additional harmonic sine electrical signal dop.1 f (t), the third factor is varying according to the law second additional harmonic sine electrical signal f op.2 (t), with a choice of two periodic non-sinusoidal electrical signals, i.e. either f 1 (t) or f 2 (t) determines that final information about the projection values of that complex vector of the corresponding harmonic amplitude that must be obtained to solve a specific problem, and the resulting third non-sinusoidal signal f 3 (t) in its structure contains constant component; form a fourth electrical signal f 4 (t) by performing a certain integration operation, while the fourth electrical signal f 4 (t) is a constant component of the third non-sinusoidal electric signal f 3 (t), and depending on the received from the first additional sinusoidal electrical signal f 1dop (t) values of the initial phase of the oscillations of either α or the fourth electrical signal f 4 (t) uniquely identifies either a sine or cosine projection, i.e. the value of one of the projections of the complex amplitude vector of the electric signal of one of the single-frequency harmonics on the corresponding direction of the reference vector of the complex amplitude of the electrical signal of the other single-frequency harmonic, while determining the projection value of the complex harmonic amplitude vector to the direction perpendicular to the direction specified by the reference vector of the complex harmonic amplitude when forming the third non-sinusoidal signal f 3 (t), the first periodic non-sinusoidal electric signal f 1 (t) is used as the first factor, and in the second f add 1 (t) and in the third f add 2 (t) changing according to the sine law factors of additional harmonic electrical signals, as an input additional initial phase α of oscillations use the initial phase of oscillations n-th harmonic the second periodic non-sinusoidal electric signal f 2 (t), while determining the projection value of the vector of complex amplitude harmonics in the direction coinciding with the direction specified by the reference vector of complex amplitude harmonics , in the second factor f add. 1 (t), as the initial phase of the oscillation, use the sum of the angles ; while determining the projection value of the vector of complex amplitude harmonics in the direction perpendicular to the direction specified by the reference vector of complex amplitude harmonics , when forming the third non-sinusoidal electric signal f 3 (t), the second periodic non-sinusoidal electric signal f 2 (t) is used as the first factor, and in the second f additional 1 (t) and in the third f additional 2 (t) the sine law of the factors specified by additional harmonic electric signals f add. 1 (t) and f add. 2 (t), as the input initial phase of oscillations α introduced into the trigonometric function, use the initial phase of oscillations single frequency harmonics the first periodic non-sinusoidal electric signal f 1 (t), while determining the projection value of the complex amplitude vector harmonics in the direction coinciding with the direction specified by the reference vector of complex amplitude harmonics , in the second factor f add. 1 (t), as the initial phase of the oscillations in the trigonometric function, use the sum of the angles , i.e. the second factor f add. 1 (t) is formed varying according to the cosine law.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что способ получения значений ортогональных проекций одного вектора на направление другого вектора двух одночастотных электрических сигналов и , например k-ые гармоники (kω), которые входят в структуру соответствующих двух периодических несинусоидальных электрических сигналов, а именно первого и второго , с одинаковым периодом повторения Т=1/f, в устройстве релейной защиты, автоматики и измерения (УРЗАИ) определяет функционирование программной части ВЛМ, состоящего из двух субмодулей, а именно, субмодуля вычисления фаз гармоник (СМВФ) и субмодуля вычисления ортогональных проекций вектора (СМВП), каждый с двумя входами, причем на первый и второй входы подают соответственно первый и второй периодические несинусоидальные электрические сигналы, при этом одночастотные k-ые гармоники и характеризуются своими векторами комплексных амплитуд и причем, например, k-ая гармоника и вектор ее комплексной амплитуды на ортогональные направления которого проектируют вектор комплексной амплитуды другой одночастотной гармоники , считаются опорными, а гармонику и ее комплексную амплитуду считают не опорными, при этом первый субмодуль (СМВФ) выделяет начальную фазу колебаний опорной гармоники , отличается тем, что согласно изобретению выделенное значение начальной фазы колебаний подают на один из двух информационных входов второго субмодуля (СМВП), который формирует первый и второй дополнительные гармонические сигналы с постоянной амплитудой, причем аргумент тригонометрической функции первого дополнительного гармонического сигнала fдоп.1(t) состоит из суммы двух слагаемых, при этом первое слагаемое определяется произведением циклической частоты kω одночастотных электрических сигналов и времени t, а вторым слагаемым по изобретению задают дополнительной начальной фазой колебаний α, причем в качестве этой фазы используют выделенное значение начальной фазы колебаний опорной гармоники; формируют изменяющийся по закону синуса второй дополнительный гармонический электрический сигнал с постоянной амплитудой, у которого аргумент в два раза больше аргумента тригонометрической функции первого дополнительного гармонического электрического сигнала fдоп.1(t); получают третий несинусоидальный электрический сигнал в результате перемножения трех электрических сигналов, при этом в зависимости от конкретно решаемой задачи в качестве первого сомножителя используют либо первый , либо второй из периодических несинусоидальных электрических сигналов, в качестве двух других сомножителей используют сформированные два дополнительных гармонических электрических сигнала fдоп.1(t) и fдоп.2(t); из третьего несинусоидального электрического сигнала f3(t) посредством операции интегрирования на заданном интервале времени получают четвертый электрический сигнал , который определяет входящую в структуру третьего несинусоидального электрического сигнала f3(t) постоянную составляющую F0, причем численное значение этой постоянной составляющей однозначно идентифицирует значение одной из проекций вектора комплексной амплитуды, а именно проекции либо синусную , либо косинусную не опорной гармоники на направление, задаваемое вектором комплексной амплитуды опорной гармоники, одночастотной с не опорной гармоникой, например, вектора комплексной амплитуды не опорной гармоники на ортогональные направления, задаваемые направлением опорного вектора комплексной амплитуды опорной гармоники ; при этом для получения значений модулей проекций вектора комплексной амплитуды не опорной гармоники , в качестве вводимой дополнительной начальной фазы колебаний в первом и втором дополнительных гармонических электрических сигналах используют начальную фазу колебаний электрического сигнала опорной гармоники , причем для получения перпендикулярного направлению опорного вектора комплексной амплитуды значения модуля проекции не опорного вектора комплексной амплитуды не опорной гармоники , первый дополнительный электрический сигнал fдоп.1(t) делают изменяющимся по закону синуса (8), при этом для получения совпадающего с направлением опорного вектора комплексной амплитуды значения модуля проекции не опорного вектора комплексной амплитуды первый дополнительный электрический сигнал fдоп.1(t) делают изменяющимся по закону косинуса (13).The essence of the invention lies in the fact that the method of obtaining the values of the orthogonal projections of one vector on the direction of the other vector of two single-frequency electrical signals and , for example, the kth harmonics (kω), which are included in the structure of the corresponding two periodic non-sinusoidal electrical signals, namely the first and second , with the same repetition period T = 1 / f, in the relay protection, automation and measurement device (URIAI) determines the functioning of the VLM software part, which consists of two submodules, namely, a submodule for calculating the phases of harmonics (SMVF) and a submodule for calculating orthogonal projections of the vector ( AGM), each with two inputs, and the first and second inputs respectively serve the first and second periodic non-sinusoidal electrical signals, with single-frequency kth harmonics and characterized by their complex amplitude vectors and where, for example, the kth harmonic and the vector of its complex amplitude onto the orthogonal directions of which the complex amplitude vector is projected other single frequency harmonics are considered reference, while the harmonics and its complex amplitude considered non-supportive, while the first submodule (SMVF) identifies the initial phase of oscillation reference harmonics , characterized in that according to the invention, the selected value of the initial phase of the oscillations served on one of two information inputs of the second submodule (AGN), which forms the first and second additional harmonic signals with constant amplitude, and the argument of the trigonometric function of the first additional harmonic signal f ext. 1 (t) consists of the sum of two terms, the first term is determined by the product of the cyclic frequency kω of single-frequency electrical signals and time t, and the second term according to the invention is defined additional initial phase of the oscillations α, and as this phase, use the selected value of the initial phase of the oscillations of the reference harmonic; form a second additional harmonic electric signal that varies according to the law of sine with a constant amplitude, in which the argument is twice as large as the argument of the trigonometric function of the first additional harmonic electric signal f add. 1 (t); receive a third non-sinusoidal electrical signal as a result of the multiplication of three electrical signals, while depending on the particular problem being solved, either the first one is used as the first factor or second from periodic non-sinusoidal electrical signals, two additional harmonic electrical signals f add. 1 (t) and f add. 2 (t) are used as two other factors; from the third non-sinusoidal electric signal f 3 (t) through the integration operation at a given time interval, the fourth electric signal is obtained , which determines the constant component F 0 included in the structure of the third non-sinusoidal electric signal f 3 (t), and the numerical value of this constant component uniquely identifies the value of one of the projections of the complex amplitude vector, namely, the projection or sinus or cosine non-reference harmonic in the direction specified by the vector of the complex amplitude of the reference harmonic, single-frequency with a non-reference harmonic, for example, a vector of complex amplitude no reference harmonic into orthogonal directions specified by the direction of the reference vector of complex amplitude reference harmonics ; in this case, to obtain the values of the projection moduli of the vector of complex amplitude no reference harmonic , as the introduced additional initial phase of the oscillations in the first and second additional harmonic electrical signals use the initial phase of the oscillations electrical reference signal and moreover, to obtain a reference amplitude complex vector perpendicular to the direction values of the projection modulus of a non-reference vector of complex amplitude no reference harmonic , the first additional electric signal f add. 1 (t) is made to vary according to the law of sine (8), while in order to obtain the value projection module of a non-reference vector of complex amplitude the first additional electrical signal f ext. 1 (t) is made variable according to the law of cosine (13).
Фиг.1-7 поясняют сущность алгоритма функционирования устройства, функционирующего согласно способу по предлагаемому изобретению, при этом на фиг.1 приведена схема подведения аналоговых периодических несинусоидальных электрических величин напряжения u(t) и тока i(t) к ВЛМ, который, в общем случае, может входить в структуру некоторого устройства релейной защиты, противоаварийной автоматики и измерения УРЗАИ.Figure 1-7 explain the essence of the algorithm of the functioning of the device operating according to the method according to the invention, while figure 1 shows a diagram of the supply of analog periodic non-sinusoidal electrical voltage values u (t) and current i (t) to VLM, which, in General case, it may be included in the structure of some relay protection device, emergency control equipment, and URIAI measurement.
На фиг.1 сплошными линиями указаны направления передачи информации от датчиков напряжения TV и тока ТА к модулям СМВФ и СМВП, передачи информации от субмодуля СМВФ к субмодулю СМВП и генерируемая на его выходе информация о значениях ортогональных составляющих Uo,s и Uo,c проекции вектора основной гармоники напряжения с частотой f, входящей в спектр гармоник несинусоидального периодического напряжения u(t), на направление вектора основной гармоники тока тока, входящей в спектр гармоник несинусоидального периодического тока i(t). В этом случае на выходе субмодуля СМВП получают информацию о значениях ортогональных проекций вектора амплитуды основной гармоники напряжения, а именно синусной Uo,s и косинусной Uo,c проекциях. Пунктиром показаны направления сигналов, которые обеспечивают на выходе субмодуля СМВП получение информации о значениях ортогональных проекций вектора амплитуды основной гармоники тока, а именно синусной Io,s и косинусной Io,c проекциях.In Fig. 1, solid lines indicate the directions of information transfer from the TV voltage and current sensors to the SMVF and SMVP modules, information from the SMVF submodule to the SMVP submodule and the information generated on its output about the values of the orthogonal components U o, s and U o, c projection of the vector of the fundamental harmonic voltage with a frequency f included in the spectrum of harmonics of a non-sinusoidal periodic voltage u (t), in the direction of the main harmonic vector of the current current entering the harmonic spectrum of a non-sinusoidal periodic current i (t). In this case, information on the values of the orthogonal projections of the amplitude vector of the fundamental harmonic is obtained at the output of the submodule of the AGN voltage, namely sine U o, s and cosine U o, c projections. The dashed line shows the directions of the signals that provide the output of the AGN submodule with information on the values of the orthogonal projections of the amplitude vector of the fundamental current, namely sine I o, s and cosine I o, c projections.
На фиг.1 модуль ВЛМ показан условно состоящим из двух субмодулей СМВФ и СМВП, вычислительно-логические функции которых запускаются командой «Пуск» УРЗАИ. В частности, субмодуль СМВФ осуществляет операции линейного преобразования ЛП, поступающих на его вход, аналоговые электрические сигналы i(t) и u(t) в их цифровое изображение и посредством нелинейных преобразований НП, в основе которых используют известные алгоритмы, соответствующие нелинейным математическим операциям над этими изображениями, получают значения начальных фаз колебаний одночастотных гармоник, например и основных гармоник, входящих соответственно в несинусоидальные напряжение u(t) и ток i(t). Полученные значения начальных фаз колебаний и субмодуля СМВФ передает в субмодуль СМВП, в основе функционирования которого используют НП, вытекающий из изложенных теоретических положений согласно предложенным в данном изобретении алгоритмам, в которых конечными программируемыми выражениями являются выражения (15) и (16). В результате на выходе субмодуля СМВП формируется информация о начальных фазах колебаний и соответствующих гармоник, причем в зависимости от решаемой УРЗАИ задачи она может быть представлена либо в цифровой, либо в аналоговой формах.Figure 1, the VLM module is shown conditionally consisting of two submodules SMVF and SMVP, the computational and logical functions of which are launched by the "Start" command URZAI. In particular, the SMVF submodule carries out the operations of linear transformation of the LP arriving at its input, analog electrical signals i (t) and u (t) into their digital image and through non-linear transformations of the NP, based on which are known algorithms corresponding to non-linear mathematical operations on with these images, the values of the initial phases of oscillations of single-frequency harmonics are obtained, for example and fundamental harmonics included respectively in non-sinusoidal voltage u (t) and current i (t). The obtained values of the initial phases of the oscillations and The SMVF submodule transfers to the AGN submodule, the operation of which is based on the NP, which follows from the stated theoretical positions according to the algorithms proposed in this invention, in which the expressions (15) and (16) are the final programmed expressions. As a result, information on the initial phases of oscillations is generated at the output of the submodule of the AGN and corresponding harmonics, and depending on the problem being solved by URESA, it can be represented either in digital or in analog forms.
Сущность предлагаемого способа иллюстрируется на примере моделирования в среде компьютерного схемотехнического моделирования определения параметров ортогональных проекций основной гармоники несинусоидального периодического напряжения u(t), приложенного к пассивному элементу Э (фиг.1), состоящего из последовательно соединенных линейных активного сопротивления R и индуктивности L. Периодическое несинусоидальное электрическое напряжение u(t) с периодом повторения Т, равным 20 мс, содержит основную гармонику u(1)(t) (k=1) с частотой колебаний f=50 Гц, пятую и седьмую гармоники, причем начальная фаза колебаний основной гармоники u(1)(t) напряжения u(t) задана равной . Протекающий через элемент Э электрический ток i(t) имеет несинусоидальную форму и содержит основную гармонику i(1)(t) (n=1) с частотой f=50 Гц, пятую и седьмую гармоники, т.е. основные гармоники u(1)(t) и i(1)(t) являются одночастотными электрическими сигналами. Параметры R и L элемента Э схемы на фиг.1 выбраны такими, что начальная фаза колебаний первой гармоники тока i(1)(t) равна . Необходимые для использования в субмодуле СМВП значения начальных фаз колебаний и гармонике с основной частотой f=50 Гц определяют одним из указанных в описании данного изобретения известных способов.The essence of the proposed method is illustrated by the example of modeling in a computer circuit simulation environment for determining the parameters of the orthogonal projections of the fundamental harmonic of a non-sinusoidal periodic voltage u (t) applied to the passive element E (Fig. 1), consisting of linearly connected linear resistance R and inductance L. Periodic non-sinusoidal voltage u (t) with a repetition period T equal to 20 ms contains the fundamental harmonic u (1) (t) (k = 1) with an oscillation frequency f = 50 Hz, the fifth and seventh harmonics, and the initial phase of the oscillations of the fundamental harmonic u (1) (t) of the voltage u (t) is set equal to . The electric current i (t) flowing through the element E has a non-sinusoidal shape and contains the fundamental harmonic i (1) (t) (n = 1) with a frequency f = 50 Hz, the fifth and seventh harmonics, i.e. the fundamental harmonics u (1) (t) and i (1) (t) are single-frequency electrical signals. The parameters R and L of the element E of the circuit in figure 1 are selected such that the initial phase of the oscillations of the first harmonic of the current i (1) (t) is . The values of the initial oscillation phases required for use in the AGN submodule and harmonics with a fundamental frequency f = 50 Hz are determined by one of the known methods specified in the description of the present invention.
На фиг.2 приведена передняя панель осциллографа, на экране которого отображены осциллограммы подводимых к субмодулям СМВФ и СМВП мгновенных значений периодических несинусоидальных напряжения u(t) и тока i(t) (фиг.1). Приведенные на экране осциллографа электрические сигналы U0,s и U0,c после времени t0+Т в аналоговом виде функционально связаны со значениями синусной (15) и косинусной (16) проекции вектора комплексной амплитуды основной гармоники несинусоидального периодического напряжения u(t) на ортогональные направления, задаваемые направлением вектора комплексной амплитуды основной гармоники несинусоидального периодического тока i(t).Figure 2 shows the front panel of the oscilloscope, the screen of which displays the waveforms of the instantaneous values of the periodic non-sinusoidal voltage u (t) and current i (t) supplied to the SMVF and SMVP submodules (Fig. 1). The electrical signals U 0, s, and U 0, c shown on the oscilloscope screen after time t 0 + T in analog form are functionally related to the values of the sine (15) and cosine (16) projections of the complex amplitude vector of the fundamental harmonic of a non-sinusoidal periodic voltage u (t) to the orthogonal directions specified by the direction of the complex amplitude vector fundamental harmonic of non-sinusoidal periodic current i (t).
На фиг.3-7 мгновенные значения приведены в относительных единицах (помечены звездочкой), при этом, базисные значения связаны со значениями амплитуд основных гармоник напряжения u(t) и тока i(t).Figure 3-7, the instantaneous values are given in relative units (marked with an asterisk), while the basic values are associated with the amplitudes of the main harmonics of the voltage u (t) and current i (t).
На фиг.3 приведены осциллограммы мгновенных значений напряжения u(t) и тока i(t). На фиг.4 приведены входящие в состав указанных мгновенных значений соответственно основная гармоника u(1)(t) напряжения u(t) и основная гармоника i(1)(t) тока i(t). На фиг.5 приведены взаимные положения векторов и и графические пояснения формирования ортогональных проекций вектора а именно синусной U0,s и косинусной U0,c.Figure 3 shows the waveforms of the instantaneous values of voltage u (t) and current i (t). Figure 4 shows the main harmonic u (1) (t) of the voltage u (t) and the main harmonic i (1) (t) of the current i (t), which are part of the indicated instantaneous values, respectively. Figure 5 shows the relative positions of the vectors and and graphical explanations of the formation of orthogonal projections of the vector namely sine U 0, s and cosine U 0, c .
На фиг.6 приведены формируемые согласно изобретению мгновенные значения электрического сигнала u3,s(t), определенный интеграл от которого (15) однозначно связан с величиной синусной составляющей U0,s основной гармоники напряжения u(t); на фиг.7 приведены формируемые согласно изобретению мгновенные значения электрического сигнала u3,c(t), определенный интеграл (16) от которого однозначно связан с величиной косинусной составляющей U0,c основной гармоники напряжения u(t) (фиг.2). На фиг.6 и 7 площади интегрирования выделены. Операция интегрирования запускается в субмодуле СМВП по формируемой УРЗАИ команде «Пуск» и завершается через время Т (фиг.2). Из приведенных на фиг.2 осциллограмм следует, что после завершения процесса интегрирования субмодулем СМВП, получены следующие значения определенных интегралов, а именно U0,s=25,154 mV и U0,c=43,567 mV. Этим значениям соответствует фазовый сдвиг φ(1) между основными гармониками напряжения u(1)(t) и тока i(1)(t) и векторами их комплексных амплитуд (фиг.4, 5), равный , что согласуется по основной гармонике f=50 Гц с параметрами элемента Э (фиг.1), контролируемого модулем ВЛМ (фиг.1), и косвенно свидетельствует о функциональной связи фиксируемых на выходе субмодуля СМВП значений U0,s и U0,c истинными значениями модулей ортогональных проекций вектора амплитуды основной гармоники u(1)(t), входящей в состав несинусоидального периодического напряжения u(t).Figure 6 shows the instantaneous values of the electric signal u 3, s (t) generated according to the invention, a certain integral from which (15) is uniquely associated with the magnitude of the sine component of the fundamental voltage harmonic U 0, s u (t); Fig. 7 shows the instantaneous values of the electric signal u 3, c (t) generated according to the invention, the definite integral (16) from which is uniquely related to the magnitude of the cosine component U 0, c of the fundamental voltage harmonic u (t) (Fig. 2). 6 and 7, the integration areas are highlighted. The integration operation is started in the AGN submodule according to the “Start” command generated by the URIAI and completed after time T (FIG. 2). From the waveforms shown in Fig. 2, it follows that after the integration process is completed by the submodule of the AGN, the following values of certain integrals are obtained, namely U 0, s = 25.154 mV and U 0, c = 43.567 mV. These values correspond to a phase shift φ (1) between the main harmonics of the voltage u (1) (t) and current i (1) (t) and the vectors of their complex amplitudes (Figs. 4, 5), equal to , which is consistent in the fundamental harmonic f = 50 Hz with the parameters of the element E (Fig. 1), controlled by the VLM module (Fig. 1), and indirectly indicates the functional relationship of the values U 0, s and U 0, c fixed at the output of the submodule of the AGN true values of the modules of the orthogonal projections of the vector the amplitude of the fundamental harmonic u (1) (t), which is part of the non-sinusoidal periodic voltage u (t).
Предлагаемый способ получения значений ортогональных проекций одного вектора на направление другого вектора двух одночастотных электрических сигналов может быть реализован как на основе методов и средств цифровой обработки электрических сигналов (предпочтительный вариант), так и методов и средств аналоговой обработки электрических сигналов.The proposed method for obtaining the values of the orthogonal projections of one vector on the direction of another vector of two single-frequency electrical signals can be implemented both on the basis of methods and means of digital processing of electrical signals (preferred option), and methods and means of analog processing of electrical signals.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010151360/07A RU2479085C2 (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Method to produce values of orthogonal projections of one vector to direction of another vector of two single-frequency electric signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010151360/07A RU2479085C2 (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Method to produce values of orthogonal projections of one vector to direction of another vector of two single-frequency electric signals |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010151360A RU2010151360A (en) | 2012-06-20 |
RU2479085C2 true RU2479085C2 (en) | 2013-04-10 |
Family
ID=46680750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010151360/07A RU2479085C2 (en) | 2010-12-14 | 2010-12-14 | Method to produce values of orthogonal projections of one vector to direction of another vector of two single-frequency electric signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2479085C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556864C1 (en) * | 2014-02-20 | 2015-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" | Method for determining orthogonal harmonic components of periodical electrical quantity |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2093841C1 (en) * | 1994-01-26 | 1997-10-20 | Сергей Иванович Малафеев | Measuring transducer for current and voltage harmonic components |
US7199991B2 (en) * | 2002-06-27 | 2007-04-03 | Nxt Phase T & D Corporation | Electrical bus protection method & apparatus |
RU2009110871A (en) * | 2009-03-24 | 2010-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический ун | METHOD FOR OBTAINING AN ANALOGUE ELECTRICAL SIGNAL OF THE MODULE OF THE ORTHOGONAL COMPONENT OF THE VECTOR OF ONE OF TWO SINGLE-FREQUENCY HARMONIC ELECTRICAL SIGNALS |
US7812615B2 (en) * | 2003-12-31 | 2010-10-12 | Abb Ab | Method and device for fault detection in transformers or power lines |
RU2406180C1 (en) * | 2009-10-27 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" | Method to generate electric values for miniselector in three-phase device of minimum voltage |
-
2010
- 2010-12-14 RU RU2010151360/07A patent/RU2479085C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2093841C1 (en) * | 1994-01-26 | 1997-10-20 | Сергей Иванович Малафеев | Measuring transducer for current and voltage harmonic components |
US7199991B2 (en) * | 2002-06-27 | 2007-04-03 | Nxt Phase T & D Corporation | Electrical bus protection method & apparatus |
US7812615B2 (en) * | 2003-12-31 | 2010-10-12 | Abb Ab | Method and device for fault detection in transformers or power lines |
RU2009110871A (en) * | 2009-03-24 | 2010-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический ун | METHOD FOR OBTAINING AN ANALOGUE ELECTRICAL SIGNAL OF THE MODULE OF THE ORTHOGONAL COMPONENT OF THE VECTOR OF ONE OF TWO SINGLE-FREQUENCY HARMONIC ELECTRICAL SIGNALS |
RU2406180C1 (en) * | 2009-10-27 | 2010-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" | Method to generate electric values for miniselector in three-phase device of minimum voltage |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2556864C1 (en) * | 2014-02-20 | 2015-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" | Method for determining orthogonal harmonic components of periodical electrical quantity |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010151360A (en) | 2012-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bagheri et al. | Detection of grid voltage fundamental and harmonic components using Kalman filter and generalized averaging method | |
CN107943121B (en) | Permanent magnet synchronous motor simulator considering nonlinear characteristics and control method thereof | |
CN103185839B (en) | Permanent magnet motor inductance parameter measurement device and permanent magnet motor inductance parameter measurement method | |
US20130099800A1 (en) | Algorithm and implementation system for measuring impedance in the d-q domain | |
CN107994820B (en) | Voltage response type permanent magnet synchronous motor and simulator of driving system thereof | |
RU2479085C2 (en) | Method to produce values of orthogonal projections of one vector to direction of another vector of two single-frequency electric signals | |
Saleh et al. | Optimal Resolution Level for Input–Output Control of $3\phi $ VS WM AC–DC Converters | |
Schulze et al. | Emulation of grid-forming inverters using real-time PC and 4-quadrant voltage amplifier | |
Patin et al. | Modeling and control of a cascaded doubly-fed induction generator based on dynamical equivalent circuits | |
Kuri et al. | A novel grid forming control scheme revealing a true inertia principle | |
KR101172748B1 (en) | Control Device and Method for Making Unbalanced Three Phase Voltage at AC Power Source | |
Karami et al. | A step forward in application of dynamic harmonic domain: Phase shifting property of harmonics | |
JP2014217140A (en) | Inverter control device | |
RU2408133C2 (en) | Method to produce analog electric signal of orthogonal component module of vector of one of two single-frequency harmonic electrical signals | |
Chellammal et al. | Hybrid multi-level inverter based shunt active filter for current harmonic mitigation | |
CN102684211B (en) | Three-phase three-line unbalance load compensation device and control method thereof | |
JP6529081B2 (en) | Harmonic compensator | |
Subtirelu | Harmonic distortions analyzer for power rectifiers | |
Yuan et al. | Improved fbd reactive power and harmonic current detecting method based on voltage sequence decomposition | |
Castro et al. | Phase compensation scheme to improve the accuracy of a power hardware-in-the-loop experiment based on a synchronous generator | |
Alcaraz et al. | Power system voltage harmonic identification using Kalman filter | |
RU2568422C9 (en) | Method of determination of parameters of industrial frequency electric signal vector | |
Uicich et al. | A novel synchronism method for thyristor power converters using the space vector approach | |
RU143538U1 (en) | DEVICE FOR ANALOGUE POWER COEFFICIENT SENSOR | |
El Kamouny et al. | Simulation. Testing and Implementation of a Phase Locked Loop Used to Control a PV-Micro-Inverter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131215 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160527 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171215 |