RU2519810C1 - Measurement method of synchrophasor of operating condition of power system, and device for its implementation - Google Patents

Measurement method of synchrophasor of operating condition of power system, and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2519810C1
RU2519810C1 RU2012153419/28A RU2012153419A RU2519810C1 RU 2519810 C1 RU2519810 C1 RU 2519810C1 RU 2012153419/28 A RU2012153419/28 A RU 2012153419/28A RU 2012153419 A RU2012153419 A RU 2012153419A RU 2519810 C1 RU2519810 C1 RU 2519810C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
input
frequency
parameter
vectors
Prior art date
Application number
RU2012153419/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012153419A (en
Inventor
Виталий Александрович Беловицкий
Александр Борисович Ваганов
Александр Маркович Гельфанд
Владимир Григорьевич Наровлянский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей "ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей "ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ" filed Critical Открытое акционерное общество "Проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт по проектированию энергетических систем и электрических сетей "ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ"
Priority to RU2012153419/28A priority Critical patent/RU2519810C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2012153419A publication Critical patent/RU2012153419A/en
Publication of RU2519810C1 publication Critical patent/RU2519810C1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: current frequency of a power system is determined as per sampling of digitised values of an operating condition. Parameters of a synchrophasor of the operating condition are determined as per parameters of a pair of vectors. Parameters of vectors are calculated by means of a discrete Fourier transformation method. Calculation of one of the vectors is made using the frequency equal to the whole part of the current frequency value of the power system, and the other one - using frequency that is higher by 1 Hz and using cosine and sine harmonic functions with these frequencies. A phase of these functions is calculated starting from the moment of the last 1PPS. A synchrophasor module is determined by means of linear interpolation as per frequency of modules of the above vectors, and an angle is determined by linear interpolation of angles of vectors and by adding to the obtained values of difference of current and nominal frequencies of the power system, which is multiplied by 2π and by time interval that passed from the time mark of the synchrophasor to the last second mark, 1PPS. A device for implementation of the above method is proposed. The device includes an analogue signal input unit, a receiving unit of signals of the common-timing system, an analogue-to-digital converter (ADC), a discretisation synchronising pulse oscillator, two generation units of cosine signals, two calculation units of vectors of the operating condition, a transfer unit of measurement results to a data gathering centre, as well as a measurement unit of current frequency of the power system, a frequency interval calculation unit and a vector parameter interpolation unit.
EFFECT: improving accurate measurement of operating conditions in a wide range of variation of current frequency of a power system.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технологии измерения режимных параметров электроэнергетической системы - напряжения и тока. Изобретение может быть использовано при мониторинге и ведении режима энергосистемы, а также в устройствах предотвращения нарушения устойчивости энергосистемы.The invention relates to measuring equipment, in particular to a technology for measuring the operational parameters of an electric power system - voltage and current. The invention can be used in monitoring and maintaining the regime of the power system, as well as in devices for preventing instability of the power system.

Известен способ измерения режимных параметров энергосистемы, напряжения и тока, в виде векторов, применяемый в микропроцессорных устройствах [В.Г.Наровлянский, А.Б.Ваганов. Применение устройства АЛАР-М для выявления и ликвидации асинхронного режима электроэнергетической системы.// Энергетик, №5, 2011, с.17-21]. При этом получают оцифрованные значения режимных параметров и рассчитывают их вектора методом дискретного преобразования Фурье с использованием косинусоидальной гармонической функции с номинальной частотой, фаза которой всегда отсчитывается от нуля на используемой для расчета выборке оцифрованных значений режимного параметра. По результатам расчета определяют необходимость и условия воздействия на режим энергосистемы. Предположение равенства частоты режимного параметра номинальной частоте энергосистемы приводит к заметной погрешности измерения режимных параметров. Кроме того, поскольку измерения таких устройств не синхронизированы друг с другом, невозможно совместно использовать значения режимных параметров, полученные в разных узлах энергосистемы.A known method of measuring the operational parameters of the power system, voltage and current, in the form of vectors, is used in microprocessor devices [V. G. Narovlyansky, A. B. Vaganov. The use of the ALAR-M device for identifying and eliminating the asynchronous mode of the electric power system. // Energetik, No. 5, 2011, pp. 17-21]. In this case, the digitized values of the operating parameters are obtained and their vectors are calculated by the method of discrete Fourier transform using a cosine harmonic function with a nominal frequency, the phase of which is always counted from zero on the sample of digitized values of the operating parameter used to calculate. Based on the calculation results, the need and conditions for influencing the power system mode are determined. The assumption that the frequency of the operating parameter is equal to the nominal frequency of the power system leads to a noticeable measurement error of the operating parameters. In addition, since the measurements of such devices are not synchronized with each other, it is impossible to share the values of operating parameters obtained at different nodes of the power system.

Эти недостатки в значительной степени преодолены в способе, изложенном в работе [A.G.Phadke and J.S.Thorp. Synchronized Phasor Measurements and Their Applications. ISBN 978-0-387-76535-8, Springer Verlag, 2008].These disadvantages are largely overcome in the method described in [A.G. Phadke and J.S. Thorp. Synchronized Phasor Measurements and Their Applications. ISBN 978-0-387-76535-8, Springer Verlag, 2008].

Измерения синхронизируют по секундным меткам (1PPS) единого мирового времени, которые формируют с погрешностью не более нескольких десятков наносекунд и передают спутниковой системой позиционирования GPS/ГЛОНАСС в устройство измерения. С использованием микроконтроллера получают оцифрованные значения режимного параметра, напряжения или тока и рассчитывают вектор режимного параметра на номинальной частоте энергосистемы, используя время, отсчитанное от последней секундной метки 1PPS. Этому вектору ставят в соответствие метку времени, соответствующую, как правило, моменту середины выборки оцифрованных значений. Такое представление векторного измерения режимного параметра называют синхрофазором [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1™ - 2011].Measurements are synchronized by second world time marks (1PPS), which form with an accuracy of not more than a few tens of nanoseconds and transmit by GPS / GLONASS satellite positioning system to the measurement device. Using the microcontroller, the digitized values of the mode parameter, voltage or current are obtained and the vector of the mode parameter is calculated at the nominal frequency of the power system using the time counted from the last 1PPS second mark. This vector is associated with a time stamp corresponding, as a rule, to the moment of the middle of the sample of digitized values. This representation of the vector measurement of the operational parameter is called the synchrophasor [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1 ™ - 2011].

Существенно, что при этом фаза косинусоидальной гармонической функции номинальной частоты равна нулю в каждый момент 1PPS. Синхрофазор можно использовать в узле измерения и передавать по системе связи в компьютер диспетчерского центра для совместного использования со синхрофазорами из других узлов для управления энергосистемой.It is significant that in this case the phase of the cosine harmonic function of the nominal frequency is equal to zero at each moment of 1PPS. The synchrophasor can be used in the measurement node and transmitted via the communication system to the computer of the control center for sharing with synchrophasors from other nodes to control the power system.

На основе синхрофазоров определяют состояние энергосистемы, параметры работы средств противоаварийного управления энергосистемой и выполняют настройку работы аппаратуры противоаварийной автоматики. Преимущества этого способа состоят в получении из узлов энергосистемы синхронизированных векторных данных - синхрофазоров. Недостатки способа - расчеты синхрофазора проводят на номинальной частоте энергосистемы. При частоте энергосистемы, отличной от номинальной, приходится корректировать полученные параметры синхрофазора с привлечением дополнительной информации. Поэтому применение этого способа возможно только в ограниченном частотном диапазоне измеряемого режимного параметра [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1™ - 2011].On the basis of synchrophasors, the state of the power system is determined, the operation parameters of emergency control systems of the energy system, and the operation of emergency equipment is configured. The advantages of this method consist in obtaining synchronized vector data — synchrophasors — from the nodes of the power system. The disadvantages of the method are the synchrophasor calculations carried out at the nominal frequency of the power system. When the frequency of the power system is different from the nominal one, it is necessary to adjust the obtained synchrophasor parameters with the use of additional information. Therefore, the application of this method is possible only in a limited frequency range of the measured operating parameter [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1 ™ - 2011].

Блок-схема всех существующих устройств для синхронизированных векторных измерений режимных параметров практически совпадает с блок-схемой таких устройств, приведенной в Стандарте IEEE [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1™ - 2011]. Устройство содержит блок ввода аналоговых сигналов, блок приема сигналов системы единого времени, АЦП, генератор синхроимпульсов дискретизации, блок генерации косинусоидальных сигналов на номинальной частоте энергосистемы, синхронизированной генератором синхроимпульсов, блок расчета векторов режимного параметра, блок передачи результатов измерения в центр управления энергосистемой и/или на настройку аппаратуры РЗА и ПА.The block diagram of all existing devices for synchronized vector measurements of operational parameters practically coincides with the block diagram of such devices given in the IEEE Standard [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1 ™ - 2011]. The device comprises an analog signal input unit, a single-time system signal receiving unit, an ADC, a sampling clock generator, a cosine signal generation unit at a nominal frequency of a power system synchronized by a clock generator, a mode parameter vector calculation unit, a measurement parameter transmission unit to a power system control center and / or to configure relay protection and automation equipment.

На вход блока ввода аналоговых сигналов подают аналоговый сигнал режимного параметра. Выход блока ввода аналоговых сигналов соединен с сигнальным входом АЦП, выход АЦП соединен с первым входом блока расчета вектора режимного параметра. Выход блока приема сигналов системы единого времени присоединен ко входу генератора синхроимпульсов дискретизации, первый выход которого соединен со входом синхронизации АЦП и со входом блока генерации косинусоидальных сигналов на номинальной частоте энергосистемы, а его второй выход соединен с первым входом блока передачи результатов измерения в центр управления энергосистемой и/или на настройки аппаратуры РЗА и ПА. Выход блока генерации косинусоидальных сигналов на номинальной частоте энергосистемы подан на второй вход блока расчета вектора. Выход блока расчета вектора подан на второй вход блок передачи результатов измерения в центр управления энергосистемой и/или на настройку аппаратуры РЗА и ПА.An analog signal of a mode parameter is supplied to the input of the input block of analog signals. The output of the analog signal input unit is connected to the ADC signal input, the ADC output is connected to the first input of the mode parameter vector calculation unit. The output of the signal receiving unit of the single-time system is connected to the input of the sampling clock generator, the first output of which is connected to the ADC clock input and to the input of the cosine-signal generation block at the nominal frequency of the power system, and its second output is connected to the first input of the measurement results transmission unit to the power system control center and / or on the settings of the relay protection and automation equipment. The output of the cosine signal generation unit at the nominal frequency of the power system is fed to the second input of the vector calculation unit. The output of the vector calculation unit is fed to the second input of the transmission unit of the measurement results to the power system control center and / or to the setup of the relay protection and automation equipment.

Недостатком такого устройства является существенная зависимость погрешности результата измерения от частоты энергосистемы, поэтому в [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1™ - 2011] указаны ограничения по частотному диапазону работы устройства.The disadvantage of such a device is a significant dependence of the error of the measurement result on the frequency of the power system, therefore, [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1 ™ - 2011] indicates limitations on the frequency range of the device.

Предложенный способ направлен на решение задачи повышения точности расчета синхрофазора с одновременным снятием ограничений по частотному диапазону.The proposed method is aimed at solving the problem of increasing the accuracy of calculating the synchrophasor while removing the restrictions on the frequency range.

Техническое решение основано на том, что фаза используемой в предлагаемом способе косинусоидальной гармонической функции с частотой, равной целому числу герц, равна нулю в моменты 1PPS.The technical solution is based on the fact that the phase of the cosine harmonic function used in the proposed method with a frequency equal to an integer number of hertz is zero at 1PPS.

В предлагаемом способе при синхронизированных векторных измерениях режимных параметров энергосистемы, работающей с текущей произвольной (неноминальной) частотой, синхрофазор режимного параметра рассчитывают по параметрам пары векторов, один из которых рассчитывают на частоте, равной целой части значения текущей частоты энергосистемы, а другой - на частоте на 1 Гц больше. Вектор режимных параметров на текущей частоте энергосистемы получают посредством линейного интерполирования параметров векторов, рассчитанных на этих частотах. Параметры синхрофазора, модуль и угол получают, используя параметры вектора на текущей частоте.In the proposed method, with synchronized vector measurements of the operating parameters of a power system operating at a current arbitrary (non-nominal) frequency, the synchrophasor of the operating parameter is calculated by the parameters of a pair of vectors, one of which is calculated at a frequency equal to the integer part of the current frequency of the power system, and the other at a frequency of 1 Hz more. The vector of operational parameters at the current frequency of the power system is obtained by linear interpolation of the parameters of the vectors calculated at these frequencies. The synchrophasor parameters, modulus and angle are obtained using the vector parameters at the current frequency.

Предложенный способ позволяет повысить точность измерения режимных параметров в широком диапазоне изменения текущей частоты энергосистемы.The proposed method allows to increase the accuracy of measuring operational parameters in a wide range of changes in the current frequency of the power system.

Для реализации способа выполняют следующие операции:To implement the method perform the following operations:

- измеряют текущую частоту энергосистемы (f) по полученной к моменту измерения выборке оцифрованных значений режимного параметра,- measure the current frequency of the power system (f) from the sample of digitized values of the operating parameter obtained at the time of measurement,

- получают значение разности текущей частоты и номинальной частоты энергосистемы,- get the value of the difference between the current frequency and the nominal frequency of the power system,

- определяют интервал частот: нижнюю границу интервала задают как целую часть от текущей частоты энергосистемы (ffloor), а верхнюю границу - на 1 Гц больше нижней границы (fceil=ffloor+1),- determine the frequency interval: the lower boundary of the interval is set as the integer part of the current frequency of the power system (f floor ), and the upper boundary is 1 Hz greater than the lower boundary (f ceil = f floor +1),

- по выборке оцифрованных значений режимного параметра рассчитывают методом дискретного преобразования Фурье вектора режимного параметра на граничных частотах интервала: V _ f l o o r = A f l o o r e j δ f l o o r

Figure 00000001
и V _ c e i l = A c e i l e j δ c e i l
Figure 00000002
с учетом того, что в моменты 1PPS фаза используемых в предлагаемом способе косинусоидальных гармонических функций с частотами, равными целому числу герц, равна нулю, и сохраняют результат в машиночитаемом виде,- according to the sample of digitized values of the operating parameter, the vector of the operational parameter at the boundary frequencies of the interval is calculated by the method of discrete Fourier transform: V _ f l o o r = A f l o o r e j δ f l o o r
Figure 00000001
and V _ c e i l = A c e i l e j δ c e i l
Figure 00000002
taking into account that at 1PPS moments the phase of the cosine harmonic functions used in the proposed method with frequencies equal to an integer number of hertz is zero, and the result is stored in a machine-readable form,

- принимают за модуль синхрофазора режимного параметра результат линейной интерполяции по частоте модулей векторов режимного параметра- take the result of linear interpolation in frequency of the modules of the vectors of the parameter parameter as the synchrophasor module of the mode parameter

A = A f l o o r + f f f l o o r f c e i l f f l o o r ( A c e i l A f l o o r )

Figure 00000003
, A = A f l o o r + f - f f l o o r f c e i l - f f l o o r ( A c e i l - A f l o o r )
Figure 00000003
,

- определяют фазу сигнала как величину разности текущей и номинальной частот энергосистемы, умноженной на 2π и на интервал времени, прошедший от последнего сигнала секундной метки до момента измерения синхрофазора- determine the phase of the signal as the difference between the current and nominal frequencies of the power system, multiplied by 2π and the time interval that has passed from the last signal of the second mark to the moment of measuring the synchrophasor

δs=2π(f-f0)·Δt,δ s = 2π (ff 0 ) · Δt,

и сохраняют значение фазы сигнала в машиночитаемом виде,and storing the signal phase value in a machine readable form,

- принимают за угол синхрофазора результат линейной интерполяции по частоте сохраненных значений углов векторов режимного параметра с добавлением к полученному значению сохраненного значения фазы сигнала- take for the angle of synchrophasor the result of linear interpolation in frequency of the stored values of the angles of the vectors of the mode parameter with the addition to the obtained value of the stored value of the signal phase

δ = δ f l o o r + f f f l o o r f c e i l f f l o o r ( δ c e i l δ f l o o r ) + δ s

Figure 00000004
, δ = δ f l o o r + f - f f l o o r f c e i l - f f l o o r ( δ c e i l - δ f l o o r ) + δ s
Figure 00000004
,

где f0=50 Гц - номинальная частота энергосистемы, Δt - интервал от метки времени синхрофазора до последней секундной метки 1PPS.where f 0 = 50 Hz is the nominal frequency of the power system, Δt is the interval from the time stamp of the synchrophasor to the last second mark of 1PPS.

Выполненные численные эксперименты подтверждают изложенные положения. Например, для гармонического сигнала в диапазоне частот от 35 до 65 Гц при частоте дискретизации 12800 Гц погрешность модуля синхрофазора, рассчитанного предлагаемым способом, не превышала 0,025%, а погрешность угла не превышала 0,03 градуса. В стандарте [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1™ - 2011] указаны требования к погрешности синхрофазора. По стандарту необходимо, чтобы в диапазоне от 45 до 55 Гц погрешность не превышала 1%. Результаты эксперимента показали, что в исследованном диапазоне, расширенном по отношению к требованиям стандарта [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1™ - 20 II], погрешность не превышает 0,1%.The performed numerical experiments confirm the stated positions. For example, for a harmonic signal in the frequency range from 35 to 65 Hz at a sampling frequency of 12800 Hz, the error of the synchrophasor module calculated by the proposed method did not exceed 0.025%, and the angle error did not exceed 0.03 degrees. The [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1 ™ - 2011] specifies requirements for synchrophasor accuracy. According to the standard, it is necessary that in the range from 45 to 55 Hz the error does not exceed 1%. The experimental results showed that in the studied range, expanded with respect to the requirements of the standard [IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1 ™ - 20 II], the error does not exceed 0.1%.

Частными случаями использования этого способа измерения режимных параметров энергосистемы служат измерения напряжения в узле энергосистемы или тока по отходящей от узла энергосистемы линии.Special cases of using this method of measuring the operating parameters of the power system are voltage measurements in the power system node or current along the line leaving the power system node.

Заявляемый способ может быть реализован в устройстве с блок-схемой, показанной на рис.1. В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве использованы два блока расчета векторов режимного параметра. Это вызвано тем, что в прототипе расчет вектора режимного параметра проводят всегда на номинальной частоте энергосистемы (50 Гц), а в предлагаемом устройстве расчет векторов режимного параметра проводят на двух частотах и их значения зависят от текущей частоты энергосистемы. Кроме того, по сравнению с прототипом в устройство добавлены блок измерения текущей частоты энергосистемы, блок расчета интервала частот ffloor и fceil, блок интерполяции параметров векторов и второй блок генерации косинусоидальных сигналов, синхронизированных генератором синхроимпульсов дискретизации, при этом первый блок генерации значений косинусоидальных сигналов снабжен вторым входом.The inventive method can be implemented in a device with a block diagram shown in Fig. 1. In contrast to the prototype, the proposed device uses two blocks for calculating the vectors of the operational parameter. This is due to the fact that in the prototype the calculation of the vector of the operational parameter is always carried out at the nominal frequency of the power system (50 Hz), and in the proposed device, the calculation of the vectors of the operational parameter is carried out at two frequencies and their values depend on the current frequency of the energy system. In addition, in comparison with the prototype, a unit for measuring the current frequency of the power system, a unit for calculating the frequency interval f floor and f ceil , a block for interpolating vector parameters and a second block for generating cosine signals synchronized by a sampling clock generator are added to the device, while the first block for generating values of cosine signals equipped with a second entrance.

На рис.1 приняты следующие обозначения:In Fig. 1, the following notation is accepted:

1 - блок ввода аналоговых сигналов; 2 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 3 - генератор синхроимпульсов дискретизации; 4 - блок приема сигналов системы единого времени; 5 - блок генерации косинусоидальных сигналов на частоте ffloor; 6 - блок генерации косинусоидальных сигналов на частоте fceil; 7 - блок передачи результатов измерения в центр сбора данных; 8 - блок измерения текущей частоты энергосистемы; 9 - блок расчета векторов режимного параметра на частоте ffloor; 10 - блок расчета векторов режимного параметра на частоте fceil; 11 - блок расчета интервала частот; 12 - блок интерполяции параметров векторов.1 - block input analog signals; 2 - analog-to-digital converter (ADC); 3 - sampling clock generator; 4 - a unit for receiving signals of a single time system; 5 - block generating cosine signals at a frequency of f floor ; 6 - block generating cosine signals at a frequency f ceil ; 7 - unit for transmitting measurement results to a data collection center; 8 - unit for measuring the current frequency of the power system; 9 - block calculation of the vectors of the operational parameter at a frequency f floor ; 10 - block calculation of the vectors of the operational parameter at a frequency f ceil ; 11 - block calculation of the frequency interval; 12 - block interpolation of parameters of vectors.

Выход блока ввода аналоговых (1) сигналов соединен с сигнальным входом АЦП (2), выход АЦП (2) соединен с первым входом блока расчета векторов режимного параметра ffloor (9), с первым входом второго блока расчета векторов режимного параметра на частоте fceil (10) и со входом блока измерения текущей частоты энергосистемы (8), выход блока приема сигналов системы единого времени (4) соединен со входом генератора синхроимпульсов дискретизации (3), первый выход генератора синхроимпульсов дискретизации (3) соединен со входом синхронизации АЦП (2), со входом первого блока генерации косинусоидальных сигналов на частоте ffloor (5) и с первым входом второго блока генерации косинусоидальных сигналов fceil (6), второй выход генератора синхроимпульсов дискретизации (3) соединен с первым входом блока передачи результатов измерения в центр сбора данных (7), выход блока измерения текущей частоты энергосистемы (8) соединен со входом блока расчета интервала частот (11), первый выход блока расчета интервала частот (11) соединен со вторым входом первого блока генерации косинусоидальных сигналов ffloor (5), второй выход блока расчета интервала частот (11) соединен со вторым входом второго блока генерации косинусоидальных сигналов fceil (6), выход первого блока генерации косинусоидальных сигналов ffloor (5) соединен со вторым входом первого блока расчета векторов режимного параметра ffloor (9), выход второго блока генерации косинусоидальных сигналов fceil (6) соединен со вторым входом второго блока расчета векторов режимного параметра fceil (10), выход первого блока расчета векторов режимного параметра ffloor (9) соединен с первым входом блока интерполяции параметров векторов (12), выход второго блока расчета векторов режимного параметра fceil (10) соединен со вторым входом блока интерполяции параметров векторов (12), выход блока интерполяции параметров векторов (12) соединен со вторым входом блока передачи результатов измерения в центр сбора данных (7).The output of the input unit for analog (1) signals is connected to the ADC signal input (2), the ADC output (2) is connected to the first input of the vector parameter block of the parameter mode f floor (9), with the first input of the second vector block of the parameter parameter calculation on the frequency f ceil (10) and with the input of the unit for measuring the current frequency of the power system (8), the output of the signal receiving unit of the single-time system (4) is connected to the input of the sampling clock generator (3), the first output of the sampling clock generator (3) is connected to the ADC synchronization input (2 ), with the input of the first of the second cosine signal generating unit at the frequency f floor (5) and with the first input of the second cosine signal generating unit f ceil (6), the second output of the sampling clock generator (3) is connected to the first input of the measurement results transmission unit to the data collection center (7) , the output of the unit for measuring the current frequency of the energy system (8) is connected to the input of the unit for calculating the frequency interval (11), the first output of the unit for calculating the frequency interval (11) is connected to the second input of the first cosine signal generation unit f floor (5), the second output is and the calculation of the frequency interval (11) is connected to the second input of the second block of cosine signals generation f ceil (6), the output of the first block of cosine signals generation f floor (5) is connected to the second input of the first block of vector calculation of the mode parameter f floor (9), output the second block of cosine-signal generation f ceil (6) is connected to the second input of the second block of vector calculation of the mode parameter f ceil (10), the output of the first block of vector calculation of the mode parameter f floor (9) is connected to the first input of the block of interpolation of vector parameters (1 2), the output of the second block of calculation of vectors of the operational parameter f ceil (10) is connected to the second input of the block of interpolation of parameters of vectors (12), the output of the block of interpolation of parameters of vectors (12) is connected to the second input of the block of transmission of measurement results to the data collection center (7) .

Блок ввода аналоговых сигналов (1) служит для ввода в устройство режимного параметра в аналоговом представлении и для согласования уровня сигнала для работы АЦП (2). В зависимости от вида режимного параметра, напряжения или тока блок ввода аналоговых сигналов (1) представляет собой трансформатор напряжения или тока. АЦП (2) преобразует аналоговый входной сигнал в оцифрованные значения, синхронизированные тактовыми импульсами от генератора синхроимпульсов дискретизации (3). Генератор синхроимпульсов дискретизации (3) синхронизирован метками системами единого времени. Частота тактовых импульсов определяет частоту выборки данных в АЦП (2) и частоту генерации значений косинусоидальных сигналов в блоке генерации косинусоидальных сигналов на частоте ffloor (5) и блоке генерации косинусоидальных сигналов на частоте fceil (6). Блок приема сигналов системы единого времени (4) принимает секундные метки системы единого времени. Прием может осуществляться либо непосредственно от навигационных спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС, либо от средств локальной подстанционной системы единого времени по протоколам IRIG-B или РТР с обеспечением погрешности синхронизации не более 1 мкс. Кроме того, блок приема сигналов системы единого времени (4) вырабатывает метку времени измерения синхрофазора. Блок измерения текущей частоты энергосистемы (8) измеряет текущую частоту энергосистемы.The input block of analog signals (1) is used to enter into the device a mode parameter in the analog representation and to coordinate the signal level for the ADC (2). Depending on the type of operating parameter, voltage or current, the analog signal input unit (1) is a voltage or current transformer. The ADC (2) converts the analog input signal to digitized values synchronized by clock pulses from the sampling clock generator (3). The sampling clock generator (3) is synchronized by timestamp systems with a single time. The frequency of clock pulses determines the frequency of data sampling in the ADC (2) and the frequency of generation of the values of cosine signals in the block of generation of cosine signals at the frequency f floor (5) and the block of generation of cosine signals at the frequency f ceil (6). The signal receiving unit of the single time system (4) receives second marks of the single time system. Reception can be carried out either directly from the GPS / GLONASS navigation satellite systems, or from the means of the local single-station substation system using the IRIG-B or RTR protocols with a synchronization error of not more than 1 μs. In addition, the signal receiving unit of the single time system (4) generates a time stamp for measuring the synchrophasor. The unit for measuring the current frequency of the power system (8) measures the current frequency of the power system.

В блоке расчета интервала частот (11) по значению текущей частоты получают нижнюю и верхнюю границы интервала частот ffloor и fceil. Блок генерации косинусоидальных сигналов на частоте ffloor (5) и блок генерации косинусоидальных сигналов на частоте fceil (6) генерируют значения косинусоидальных сигналов на этих частотах с дискретностью тактовой частоты. В блоке расчета векторов режимного параметра на частоте ffloor (9) и блоке расчета векторов режимного параметра на частоте fceil (10) рассчитывают вектора на частотах ffloor и fceil соответственно. В блоке интерполяции параметров векторов (12) происходит преобразование параметров полученных векторов в модуль и угол синхрофазора. Блок передачи результатов измерения в центр сбора данных (7) служит для передачи синхрофазора в центр управления энергосистемой или в аппаратуру РЗА и ПА.In the block for calculating the frequency interval (11), the lower and upper boundaries of the frequency interval f floor and f ceil are obtained from the value of the current frequency. The block generating cosine signals at a frequency f floor (5) and the block generating cosine signals at a frequency f ceil (6) generate values of cosine signals at these frequencies with a clock frequency discreteness. In the block for calculating the vectors of the regime parameter at the frequency f floor (9) and the block for calculating the vectors of the regime parameter at the frequency f ceil (10), the vectors at the frequencies f floor and f ceil are calculated, respectively. In the block of interpolation of the parameters of the vectors (12), the parameters of the obtained vectors are converted into the module and the synchrophasor angle. The unit for transmitting measurement results to the data collection center (7) serves to transfer the synchrophasor to the power system control center or to the relay protection and automation equipment.

Устройство работает следующим образом. Аналоговый режимный параметр поступает на вход блока ввода аналоговых сигналов (1). С выхода блока ввода аналоговых сигналов (1) аналоговые значения поступают на сигнальный вход АЦП (2). На вход синхронизации АЦП (2) поступают тактовые импульсы с первого выхода генератора синхроимпульсов дискретизации (3). Они жестко привязаны к секундным меткам системы единого времени, полученным блоком приема сигналов системы единого времени (4). Тактовые импульсы с первого выхода генератора синхроимпульсов дискретизации (3) поступают также на вторые входы блока генерации косинусоидальных сигналов на частоте ffloor (5) и блока генерации косинусоидальных сигналов на частоте fceil (6). Поэтому значения косинусоидальных сигналов на частотах, ffloor и fceil, в частности их фаза, соответствуют тем же моментам времени, что и оцифрованные значения входного сигнала режимного параметра. Со второго выхода генератора синхроимпульсов дискретизации (3) на первый вход блока передачи результатов измерения в центр сбора данных (7) поступает метка времени синхрофазора.The device operates as follows. The analog mode parameter is input to the analog input block (1). From the output of the analog input block (1), the analog values are sent to the signal input of the ADC (2). The ADC synchronization input (2) receives clock pulses from the first output of the sampling clock generator (3). They are rigidly tied to second marks of the single time system received by the signal receiving unit of the single time system (4). Clock pulses from the first output of the sampling clock generator (3) also go to the second inputs of the cosine signal generation unit at frequency f floor (5) and the cosine signal generation unit at frequency f ceil (6). Therefore, the values of cosine signals at frequencies f floor and f ceil , in particular their phase, correspond to the same time instants as the digitized values of the input signal of the mode parameter. From the second output of the sampling clock generator (3), the time stamp of the synchrophasor is received at the first input of the measurement results transmission unit to the data collection center (7).

С выхода АЦП (2) оцифрованные значения режимного параметра поступают на блок измерения текущей частоты энергосистемы (8) для измерения текущей частоты энергосистемы и на первые входы блока расчета векторов режимного параметра на частоте ffloor (9) и блока расчета векторов режимного параметра на частоте fceil (10). Значение текущей частоты с выхода блока измерения текущей частоты энергосистемы (8) поступает на вход блока расчета интервала частот (11). С первого выхода блока расчета интервала частот (11) на второй вход блок генерации косинусоидальных сигналов на частоте ffloor (5) поступает значение частоты ffloor. Со второго выхода блока расчета интервала частот (11) на второй вход блок генерации косинусоидальных сигналов на частоте fceil (6) поступает значение частоты fceil.From the output of the ADC (2), the digitized values of the mode parameter go to the current system frequency measuring unit (8) for measuring the current system frequency and to the first inputs of the mode parameter vector calculation unit at the frequency f floor (9) and the mode parameter vector calculation unit at the frequency f ceil (10). The value of the current frequency from the output of the unit for measuring the current frequency of the power system (8) is fed to the input of the unit for calculating the frequency interval (11). From the first output of the block for calculating the frequency interval (11), the value of the frequency f floor is supplied to the second input of the block generating cosine signals at a frequency f floor (5). From the second output of the block for calculating the frequency interval (11), the value of the frequency f ceil is supplied to the second input of the block generating cosine signals at a frequency f ceil (6).

С выхода блока генерации косинусоидальных сигналов на частоте ffloor (5) его значения поступают на второй вход блока расчета векторов режимного параметра на частоте ffloor (9) для расчета вектора на частоте ffloor.From the output of the block generating cosine signals at a frequency of f floor (5), its values are fed to the second input of a block for calculating the vectors of a regime parameter at a frequency of f floor (9) to calculate a vector at a frequency of f floor .

С выхода блока генерации косинусоидальных сигналов на частоте fceil (6) его значения поступают на второй вход блока расчета векторов режимного параметра на частоте fceil (10) для расчета вектора на частоте fceil.From the output of the block generating cosine signals at a frequency f ceil (6), its values are fed to the second input of the block for calculating the vectors of the regime parameter at a frequency f ceil (10) to calculate the vector at a frequency f ceil .

Для расчета параметров синхрофазора параметры векторов V _ f l o o r

Figure 00000005
с выхода блока расчета векторов режимного параметра на частоте ffloor (9) поступают на первый вход блока интерполяции параметров векторов (12), а параметры векторов V _ c e i l
Figure 00000006
с выхода блока расчета векторов режимного параметра на частоте fceil (10) попадают на второй вход блока интерполяции параметров векторов (12).To calculate the parameters of the synchrophasor parameters of the vectors V _ f l o o r
Figure 00000005
from the output of the block for calculating the vectors of the operational parameter at the frequency f floor (9), they arrive at the first input of the block of interpolation of the parameters of the vectors (12), and the parameters of the vectors V _ c e i l
Figure 00000006
from the output of the block for calculating the vectors of the operational parameter at the frequency f ceil (10), they go to the second input of the block of interpolation of the parameters of the vectors (12).

Значения параметров синхрофазора с выхода блока интерполяции параметров векторов (12) поступают на второй вход блока передачи результатов измерения в центр сбора данных (7) для передачи параметров синхрофазора и его метки времени в центр управления энергосистемой или в аппаратуру РЗА и ПА.The values of the synchrophasor parameters from the output of the vector parameter interpolation unit (12) are sent to the second input of the measurement results transmission unit to the data collection center (7) to transmit the synchrophasor parameters and its time stamp to the power system control center or to relay protection and automation equipment.

Применение предложенного способа позволяет более эффективно использовать результаты синхронизированных векторных измерений за счет повышения точности определения параметров синхрофазоров.Application of the proposed method allows more efficient use of the results of synchronized vector measurements by improving the accuracy of determining the parameters of synchrophasors.

Это повышает точность как оценки режима энергосистемы при передаче режимных параметров в центр управления энергосистемой по линиям связи, так и установки параметров работы устройств управления энергосистемой в узле измерения режимных параметров.This increases the accuracy of both assessing the power system mode when transmitting operating parameters to the power system control center via communication lines, and setting the operating parameters of the power system control devices in the mode parameter measuring unit.

Claims (3)

1. Способ измерения синхрофазора режимного параметра энергосистемы, включающий получение выборки оцифрованных значений сигнала режимного параметра, получение сигнала секундной метки от системы единого времени, получение вектора режимного параметра методом дискретного преобразования Фурье, отличающийся тем, что определяют текущую частоту энергосистемы по выборке оцифрованных значений сигнала режимного параметра, определяют интервал частот, нижнюю границу которого задают как целую часть текущей частоты энергосистемы, а верхнюю границу - на 1 Гц больше нижней границы, получают вектора режимного параметра на частотах верхней и нижней границ интервала, сохраняют полученные значения векторов в машиночитаемом виде, принимают за модуль синхрофазора режимного параметра результат линейной интерполяции по частоте сохраненных значений модулей векторов режимного параметра, определяют фазу сигнала как величину разности текущей и номинальной частот энергосистемы, умноженной на 2π и на интервал времени, прошедший от последнего сигнала секундной метки до момента измерения синхрофазора, и сохраняют ее в машиночитаемом виде, принимают за угол синхрофазора результат линейной интерполяции по частоте сохраненных значений углов векторов режимного параметра с добавлением к полученному значению сохраненного значения фазы сигнала.1. A method for measuring the synchrophasor of a power system mode parameter, including obtaining a sample of digitized values of a mode parameter signal, receiving a second mark signal from a single time system, obtaining a mode parameter vector by a discrete Fourier transform method, characterized in that the current system frequency is determined from a sample of digitized mode signal values parameter, determine the frequency interval, the lower limit of which is set as an integer part of the current frequency of the power system, and the upper Itsu - 1 Hz more than the lower boundary, receive the parameter vector at the frequencies of the upper and lower boundary of the interval, save the obtained vector values in a machine-readable form, take the result of linear interpolation from the frequency of the stored values of the vector parameter modules of the parameter parameter as the synchrophasor module, determine the signal phase as the value of the difference between the current and nominal frequencies of the power system, multiplied by 2π and the time interval that has passed from the last signal of the second mark to the moment of measurement hrofazora and maintain it in machine-readable form is taken as the angle synchrophasor result of the linear interpolation frequency values stored angles modal parameter vectors with the addition to the resulting value of the stored signal phase values. 2. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве режимного параметра используют напряжение в узле энергосистемы или ток в ветви, присоединенной к узлу энергосистемы.2. The method according to claim 1, characterized in that the voltage in the node of the power system or the current in the branch connected to the node of the power system is used as the operating parameter. 3. Устройство для измерения синхрофазора режимного параметра энергосистемы, содержащее блок ввода аналоговых сигналов, блок приема сигналов системы единого времени, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), генератор синхроимпульсов дискретизации, блок генерации косинусоидальных сигналов, блок расчета векторов режимного параметра, блок передачи результатов измерения в центр сбора данных, причем выход блока ввода аналоговых сигналов соединен с сигнальным входом АЦП, выход АЦП соединен с первым входом блока расчета векторов режимного параметра, выход блока приема сигналов системы единого времени соединен со входом генератора синхроимпульсов дискретизации, первый выход которого соединен со входом синхронизации АЦП и со входом блока генерации косинусоидальных сигналов, второй выход генератора синхроимпульсов дискретизации соединен со входом блока передачи результатов измерения в центр сбора данных, выход блока генерации косинусоидальных сигналов соединен со вторым входом блока расчета векторов режимного параметра, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок измерения текущей частоты энергосистемы, блок расчета интервала частот, второй блок генерации косинусоидальных сигналов, второй блок расчета векторов режимного параметра, блок интерполяции параметров векторов, при этом первый блок генерации косинусоидальных сигналов снабжен вторым входом, причем выход АЦП дополнительно соединен с первым входом второго блока расчета векторов режимного параметра и со входом блока измерения текущей частоты энергосистемы, а первый выход генератора синхроимпульсов дискретизации дополнительно соединен с первым входом второго блока генерации косинусоидальных сигналов, выход блока измерения текущей частоты энергосистемы соединен со входом блока расчета интервала частот, первый выход блока расчета интервала частот соединен со вторым входом первого блока генерации косинусоидальных сигналов, второй выход блока расчета интервала частот соединен со вторым входом второго блока генерации косинусоидальных сигналов, выход второго блока генерации косинусоидальных сигналов соединен со вторым входом второго блока расчета векторов режимного параметра, выход первого блока расчета векторов режимного параметра соединен с первым входом блока интерполяции параметров векторов, выход второго блока расчета векторов режимного параметра соединен со вторым входом блока интерполяции параметров векторов, выход блока интерполяции параметров векторов соединен со вторым входом блока передачи результатов измерения в центр сбора данных. 3. A device for measuring the synchrophasor of a power system mode parameter, comprising an analog signal input unit, a single-time system signal receiving unit, an analog-to-digital converter (ADC), a sampling clock generator, cosine signals generating unit, a mode parameter vector calculation unit, a measurement result transmission unit to the data collection center, and the output of the analog signal input unit is connected to the ADC signal input, the ADC output is connected to the first input of the mode vector calculation unit ameter, the output of the signaling unit of the single-time system is connected to the input of the sampling clock generator, the first output of which is connected to the ADC clock input and to the input of the cosine-signal generation block, the second output of the sampling clock generator is connected to the input of the measurement results transmission unit to the data center, output the cosine-signal generation unit is connected to the second input of the mode parameter vector calculation unit, characterized in that it further comprises a unit measuring the current frequency of the power system, the unit for calculating the frequency interval, the second unit for generating cosine signals, the second unit for calculating the vectors of the mode parameter, the unit for interpolating the parameters of the vectors, while the first unit for generating the cosine signals is equipped with a second input, the ADC output being additionally connected to the first input of the second unit of calculation vectors of the operating parameter and with the input of the unit for measuring the current frequency of the power system, and the first output of the sampling clock generator is additionally connected with the first input of the second cosine signal generation unit, the output of the current system frequency measurement unit is connected to the input of the frequency interval calculation unit, the first output of the frequency interval calculation unit is connected to the second input of the first cosine signal generation unit, the second output of the frequency interval calculation unit is connected to the second input of the second block generating cosine signals, the output of the second block generating cosine signals is connected to the second input of the second block calculating the mode vectors parameter, the output of the first block of calculation of the vector of the parameter of the parameter is connected to the first input of the block of interpolation of the vectors of the parameters, the output of the second block of the calculation of the vectors of the parameter of parameters is connected to the second input of the block of interpolation of the vectors, the output of the block of interpolation of the parameters of the vectors is connected to the second input of the block of transmission of measurement results to the collection center data.
RU2012153419/28A 2012-12-12 2012-12-12 Measurement method of synchrophasor of operating condition of power system, and device for its implementation RU2519810C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012153419/28A RU2519810C1 (en) 2012-12-12 2012-12-12 Measurement method of synchrophasor of operating condition of power system, and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012153419/28A RU2519810C1 (en) 2012-12-12 2012-12-12 Measurement method of synchrophasor of operating condition of power system, and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012153419A RU2012153419A (en) 2014-06-20
RU2519810C1 true RU2519810C1 (en) 2014-06-20

Family

ID=51213565

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012153419/28A RU2519810C1 (en) 2012-12-12 2012-12-12 Measurement method of synchrophasor of operating condition of power system, and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2519810C1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104280610B (en) * 2014-10-10 2017-03-29 深圳晶福源科技股份有限公司 A kind of method of phaselocked loop machine and its detection mains frequency

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6662124B2 (en) * 2002-04-17 2003-12-09 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Protective relay with synchronized phasor measurement capability for use in electric power systems

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6662124B2 (en) * 2002-04-17 2003-12-09 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Protective relay with synchronized phasor measurement capability for use in electric power systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems IEEE Std C37.118.1 - 2011. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012153419A (en) 2014-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102495281B (en) Method for measuring phasor frequency of power system
RU2697483C2 (en) Apparatus for measuring electrical quantities and method of measuring electrical quantities
Romano et al. A high-performance, low-cost PMU prototype for distribution networks based on FPGA
Zhan et al. Universal grid analyzer design and development
EP2713172B1 (en) Measurement apparatus for electricity distribution grids
BRPI1105953A2 (en) Apparatus and method for estimating a plurality of synchronized phasors at predetermined times.
WO2008036303A2 (en) Wide-area protection and control using power system data having an associated time component
CN105182073B (en) A kind of the dynamic phasor measurement system and its measurement method of synchronous phasor measuring device
JP2013044752A (en) Phase identification system and method
JP2011208975A (en) Device for detecting phase angle difference of power system
JP2008154362A (en) Device and method for estimating state of power system
CN101707396B (en) Lost sample data processing method based on mathematic models of current and voltage
RU2519810C1 (en) Measurement method of synchrophasor of operating condition of power system, and device for its implementation
JP5485344B2 (en) Monitoring device, monitoring system
Kononov et al. The low cost method of measurements synchronization in the low-voltage network on frequency and the voltage phase
CN110927452B (en) Phase difference measuring method and device based on instantaneous reactive power
EP3018782A1 (en) Protection relay device
RU109614U1 (en) CLUSTER DEVICE FOR SYNCHRONIZED MEASUREMENTS OF PARAMETERS OF ELECTRIC POWER SYSTEM
RU2563556C1 (en) Method for determining phase shift angle between sine signals (versions)
KR20170008584A (en) Electric power measuring system
US11906557B2 (en) Processing sinewave signals of variable frequency in a device with fixed processing rates
Djokic et al. A synchronized current-comparator-based power bridge for calibrating analog merging units
Partheban et al. Phasor Estimation at Off-nominal Frequencies Using Five Point Stencil Method
El Safty et al. New technique for fault location in interconnected networks using phasor measurement unit
Modi et al. Implementation of DSP Techniques for Phasor estimation in Phasor Measurement Unit (PMU)

Legal Events

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

Effective date: 20171213