RU2540267C1 - Method for determining homogeneity of electrical quantity - Google Patents

Method for determining homogeneity of electrical quantity Download PDF

Info

Publication number
RU2540267C1
RU2540267C1 RU2013139772/07A RU2013139772A RU2540267C1 RU 2540267 C1 RU2540267 C1 RU 2540267C1 RU 2013139772/07 A RU2013139772/07 A RU 2013139772/07A RU 2013139772 A RU2013139772 A RU 2013139772A RU 2540267 C1 RU2540267 C1 RU 2540267C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filter
signals
electrical quantity
measurements
output
Prior art date
Application number
RU2013139772/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013139772A (en
Inventor
Владислав Иванович Антонов
Владимир Александрович Наумов
Александр Вячеславович Солдатов
Алексей Геннадьевич Шлёнский
Виктор Митрофанович Шевцов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА"
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 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "ЭКРА"
Priority to RU2013139772/07A priority Critical patent/RU2540267C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2540267C1 publication Critical patent/RU2540267C1/en
Publication of RU2013139772A publication Critical patent/RU2013139772A/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electric engineering and may be used in relay protection and automatic equipment. In the method electrical quantity is measured at evenly fixed time periods, an adaptive filter is set to suppression of electrical quantity, output signal of the set filter is generated by processing of electrical quantity measurements made upon setting and is delivered to input of an actuating relay; against return of the actuating relay commencement of a new interval and ending of the previous interval for homogeneity of electrical quantity is fixed. The evenly shifted downconverted signals in time with fixed interval of downconversion are composed out of measurements of electrical quantity so that overlaying of all downconverted signals to the same time axis gives measurements of electrical quantity. The adaptive filter is set to suppression of one of downconverted signals, copies of the set adaptive filter are made with number equal to the number of downconverted signals, output signals of filter copies are defined at processing of downconverted signals and supplied to the actuating relay.
EFFECT: improved sensitivity at processing of electrical quantity with high frequency of measurements and potential detection and correction of electrical quantity measurements with surges.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к релейной защите и автоматике.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to relay protection and automation.

Известно устройство, реализующее способ определения однородности электрической величины [1], согласно которому с помощью адаптивного фильтра производят структурный анализ электрической величины и по уровню и соотношению составляющих судят об однородности процесса. Недостатком способа является его сложность, поскольку для целей определения интервала однородности электрической величины способ требует настройки адаптивного фильтра и определения структуры сигнала на каждом его отсчете.A device is known that implements a method for determining the uniformity of an electric quantity [1], according to which a structural analysis of an electric quantity is carried out using an adaptive filter, and the process is homogeneous by the level and ratio of components. The disadvantage of this method is its complexity, because for the purpose of determining the interval of homogeneity of the electrical quantity, the method requires tuning an adaptive filter and determining the structure of the signal at each sample.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по использованию, технической сущности и достигаемому техническому результату является способ определения интервалов однородности [2], согласно которому измеряют электрическую величину в равномерно фиксированные моменты времени и настраивают адаптивный фильтр на подавление электрической величины. Затем настроенный фильтр делят на прямой и инверсный преобразователи. Сигналы прямого и инверсного преобразователя подают на вход исполнительного реле, по возврату которого судят о начале нового и окончании предыдущего интервалов однородности.Closest to the claimed invention in terms of use, technical nature and technical result achieved is a method for determining the intervals of homogeneity [2], according to which the electrical quantity is measured at uniformly fixed times and the adaptive filter is tuned to suppress the electrical quantity. Then the tuned filter is divided into direct and inverse converters. The signals of the direct and inverse converters are fed to the input of the executive relay, by the return of which they judge the beginning of a new and the end of the previous homogeneity intervals.

Недостатком прототипа является понижение его чувствительности к изменению структуры электрической величины при высокой частоте измерений (частоте дискретизации), особенно тогда, когда структура сигнала на новом интервале однородности отличается от структуры предыдущего интервала лишь наличием апериодической составляющей. Вызвано это тем, что при высокой частоте измерений адаптивный фильтр, настроенный на подавление основной гармоники, сильно ослабляет апериодическую составляющую. Поэтому сигналы прямого и инверсного преобразователей будут близки по уровню, в связи с чем характеристическая точка, координаты которой задаются уровнем сигналов прямого и инверсного преобразователей, и на новом интервале однородности будет находиться в непосредственной близости от биссектрисы на плоскости характеристики срабатывания исполнительного реле. Это ухудшает условия определения нового интервала однородности и снижает чувствительность способа.The disadvantage of the prototype is to reduce its sensitivity to changes in the structure of the electric quantity at a high measurement frequency (sampling frequency), especially when the signal structure in the new homogeneity interval differs from the structure of the previous interval only by the presence of an aperiodic component. This is caused by the fact that at a high measurement frequency, an adaptive filter tuned to suppress the fundamental harmonic greatly weakens the aperiodic component. Therefore, the signals of the direct and inverse converters will be close in level, and therefore the characteristic point, the coordinates of which are determined by the level of the signals of the direct and inverse converters, and in the new uniformity interval will be in close proximity to the bisector on the plane of the response characteristic of the actuating relay. This worsens the conditions for determining a new homogeneity interval and reduces the sensitivity of the method.

Кроме того, в прототипе отсутствует отстройка от импульсной помехи (выброса) в электрической величине. Любой выброс будет воспринят способом как начало нового интервала однородности.In addition, in the prototype there is no detuning from impulse noise (ejection) in electrical quantity. Any outburst will be perceived as the beginning of a new interval of uniformity.

Целью изобретения является повышение чувствительности способа определения интервалов однородности при обработке электрической величины с высокой частотой измерений и придание способу возможности выявлять и корректировать измерения электрической величины с выбросами.The aim of the invention is to increase the sensitivity of the method for determining the intervals of uniformity in the processing of electrical quantities with a high measurement frequency and giving the method the ability to detect and adjust measurements of electrical quantities with emissions.

Поставленная цель достигается тем, что в известный способ определения интервалов однородности электрической величины, согласно которому измеряют электрическую величину в равномерно фиксированные моменты времени, настраивают адаптивный фильтр на подавление электрической величины, формируют выходной сигнал настроенного фильтра путем обработки последующих после настройки измерений электрической величины и подают его на вход исполнительного реле и по возврату исполнительного реле фиксируют начало нового и окончание предыдущего интервалов однородности электрической величины, вводят новые операции, заключающиеся в следующем. Вначале из измерений электрической величины составляют равномерно сдвинутые во времени децимированные сигналы с фиксированным шагом децимации с таким расчетом, чтобы наложение всех децимированных сигналов на одну временную ось давало измерения электрической величины. Затем настраивают адаптивный фильтр на подавление одного из децимированных сигналов и формируют копии настроенного адаптивного фильтра по числу децимированных сигналов, определяют выходные сигналы копий фильтров при обработке своих децимированных сигналов и подают их на исполнительное реле.This goal is achieved by the fact that in the known method for determining the intervals of homogeneity of the electrical quantity, according to which the electrical quantity is measured at uniformly fixed time instants, the adaptive filter is configured to suppress the electrical quantity, the output signal of the tuned filter is generated by processing subsequent measurements of the electrical quantity after adjustment, and it is supplied the input of the executive relay and the return of the executive relay record the beginning of a new and the end of the previous int vomited uniformity of electrical quantities, introduce new operation is as follows. Initially, from the measurements of the electric quantity, the decimated signals uniformly shifted in time with a fixed decimation step are made so that the superposition of all the decimated signals on one time axis gives measurements of the electric quantity. Then, the adaptive filter is configured to suppress one of the decimated signals and form copies of the tuned adaptive filter by the number of decimated signals, the output signals of the filter copies are determined when processing their decimated signals, and they are fed to the executive relay.

Одним из вариантов выполнения характеристики срабатывания исполнительного реле является звезда, лучи которой представляют собой симметричные относительно начала координат отрезки на осях в пространстве выходных сигналов фильтров, размер которых определяется уровнем шума в сигнале. При использовании исполнительного реле с такой характеристикой срабатывания полагают, что достигнуто начало нового интервала однородности, если выходные сигналы всех фильтров последовательно окажутся за пределами звезды.One of the options for performing the response characteristics of the actuating relay is a star, the rays of which are segments symmetrical about the coordinate origin on the axes in the space of the filter output signals, the size of which is determined by the noise level in the signal. When using an executive relay with such a response characteristic, it is believed that a new homogeneity interval has been reached if the output signals of all filters are successively outside the star.

Для определения и коррекции выбросов в измерениях электрической величины предлагается в исполнительном реле контролировать порядок выхода сигналов фильтров за переделы характеристики срабатывания. При этом полагают, что в электрической величине есть выбросы, если нарушена последовательность выхода сигналов фильтров за пределы характеристики срабатывания. Измерение электрического сигнала с выбросом заменяют на отсчет, предсказанный соответствующим фильтром, выходной сигнал которого оказался за пределами характеристики срабатывания.To determine and correct emissions in measurements of electrical quantities, it is proposed in the executive relay to control the order in which the filter signals go beyond the limits of the response characteristics. It is believed that there are emissions in the electric quantity if the sequence of the output of the filter signals beyond the limits of the response characteristic is violated. The measurement of the electrical signal with an ejection is replaced by a count predicted by the corresponding filter, the output signal of which is outside the response characteristics.

На фиг.1 показано получение децимированных сигналов u1(l), u2(l) и u3(l) шагом децимации ν=3 (• - измерения электрической величины, о - отсчеты децимированных сигналов), а также выходные сигналы копий фильтров предлагаемого способа uвых1(l), uвых2(l) и uвых3(l) сигналы на выходах прямого uпр(k) и инверсного uинв(k) преобразователей прототипа, выходной сигнал фильтра прототипа uвых(k)=uпр(k)-uинв(k). Фиг.2 и 3 содержат экспоненциальную (зависимость выходного сигнала фильтра от нормированного коэффициента затухания βTs при действии на входе апериодической составляющей e - β T s

Figure 00000001
) и амплитудно-частотную характеристики адаптивного фильтра, настроенного на подавление основной гармоники: 1 - при исходной частоте дискретизации 1200 Гц, 2 - при виртуальном уменьшении частоты дискретизации за счет децимации с шагом ν=3 до 400 Гц. На фиг.4 представлена характеристика срабатывания исполнительного реле в виде трехмерной звезды. Фиг.5 иллюстрирует выявление выброса в измерениях электрической величины с помощью предлагаемого способа.Figure 1 shows the receipt of decimated signals u 1 (l), u 2 (l) and u 3 (l) by the decimation step ν = 3 (• - measurements of the electric quantity, о - samples of decimated signals), as well as output signals of filter copies of the proposed method u output1 (l), u output2 (l) and u output3 (l) signals at the outputs of the direct u pr (k) and inverse u inv (k) converters of the prototype, the output signal of the filter of the prototype u output (k) = u ol (k) -u inv (k). Figures 2 and 3 contain exponential (the dependence of the filter output signal on the normalized attenuation coefficient βT s under the action of an aperiodic component at the input e - β T s
Figure 00000001
) and the amplitude-frequency characteristics of an adaptive filter tuned to suppress the fundamental harmonic: 1 - with an initial sampling frequency of 1200 Hz, 2 - with a virtual decrease in the sampling frequency due to decimation with a step of ν = 3 to 400 Hz. Figure 4 presents the response characteristic of the Executive relay in the form of a three-dimensional star. Figure 5 illustrates the detection of outliers in measurements of electrical quantities using the proposed method.

Используемые обозначения: k - номер измерения (отсчета) электрической величины u(k) или дискретное время; l - дискретное время децимированных сигналов (укрупненный масштаб времени).Designations used: k - number of measurement (reference) of the electric quantity u (k) or discrete time; l is the discrete time of decimated signals (enlarged time scale).

Вначале рассмотрим работу прототипа, а затем поясним принцип работы предлагаемого способа. Работу способов будем иллюстрировать на обработке сигнала реального аварийного процесса в электрической сети [3], состоящего из двух интервалов однородности: отрезков предшествующего (на фиг.1 отсчеты с отрицательными номерами) и переходного режимов (отсчеты с положительными номерами). Исходная частота дискретизации сигнала fs=1200 Гц (период дискретизации Ts=1/1200 с).First, we consider the work of the prototype, and then explain the principle of the proposed method. We will illustrate the operation of the methods on signal processing of a real emergency process in the electric network [3], which consists of two intervals of homogeneity: segments of the preceding (in Fig. 1, samples with negative numbers) and transition modes (samples with positive numbers). The initial signal sampling frequency f s = 1200 Hz (sampling period T s = 1/1200 s).

Адаптивный фильтр прототипа настраивается на отрезке предшествующего режима по условию подавления электрической величины. Сигнал предшествующего режима состоит из основной гармоники частотой 50,18 Гц и шума. Полагая, что отношение сигнал/шум достаточно велико, сигнал предшествующего режима можно представить простой моделью гармоникиThe adaptive filter of the prototype is configured on the segment of the previous mode by the condition of suppressing the electrical quantity. The signal of the previous mode consists of the main harmonic with a frequency of 50.18 Hz and noise. Assuming that the signal-to-noise ratio is large enough, the signal of the previous mode can be represented by a simple harmonic model

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где a 1 - настраиваемый (искомый) коэффициент. Адаптивный фильтр настраивается таким образом, чтобы, подбирая коэффициент a 1, добиться полного подавления основной гармоники сигнала. В этом случае выходной сигнал фильтраwhere a 1 is the tunable (desired) coefficient. The adaptive filter is adjusted in such a way that, by selecting the coefficient a 1 , to achieve complete suppression of the fundamental harmonic of the signal. In this case, the filter output

Figure 00000003
Figure 00000003

будет содержать только шум сигнала. Это достигается при a 1=-2cos(2π50,18Ts). Затем фильтр (1) делится на каналы прямого и инверсного преобразователей, выходные сигналы которыхwill only contain signal noise. This is achieved at a 1 = -2cos (2π50,18T s ). Then the filter (1) is divided into channels of direct and inverse converters, the output signals of which

u п р ( k ) = u ( k ) + u ( k 2 )                                                                (2)

Figure 00000004
u P R ( k ) = u ( k ) + u ( k - 2 ) (2)
Figure 00000004

иand

u и н е ( k ) = a 1 u ( k 1 ) = 2 cos ( 2 π 50 , 18 T s ) u ( k 1 )                                       (3)

Figure 00000005
u and n e ( k ) = - a one u ( k - one ) = 2 cos ( 2 π fifty , eighteen T s ) u ( k - one ) (3)
Figure 00000005

подводятся ко входам исполнительного реле.are connected to the inputs of the executive relay.

Характеристика срабатывания исполнительного реле прототипа представляет собой два узких сектора, расположенные вблизи биссектрисы в первом и третьем квадрантах координатной плоскости с осями uпр(k) и uинв(k). Ширина секторов определяется уровнем шумов в электрической величине.The response characteristic of the prototype executive relay is two narrow sectors located near the bisector in the first and third quadrants of the coordinate plane with the axes u pr (k) and u inv (k). The width of the sectors is determined by the noise level in the electrical quantity.

Фильтр на интервале предшествующего режима уже настроен (коэффициент a1 определен), то при малом уровне шума выходной сигнал фильтра (1) uвых(k)≈0 и уровни выходных сигналов прямого и инверсного преобразователей будут близки: uпр(k)≈uинв(k). Поэтому характеристическая точка с координатами [uпр(k), uинв(k)] будет находиться вблизи биссектрисы на плоскости характеристики срабатывания исполнительного реле (в пределах сектора срабатывания). Это означает, что обрабатываемые фильтром текущие отсчеты электрической величины u(k) относятся к интервалу предшествующего режима.Filter the interval preceding mode is already set (a 1 ratio is defined), then a low level noise output of the filter (1) u O (k) ≈0 and output signal levels of the direct and inverse transformers will be close: u ave (k) ≈u inv (k). Therefore, the characteristic point with coordinates [u ol (k), u inv (k)] will be near the bisector on the plane of the response characteristics of the executive relay (within the response sector). This means that the current samples of the electric quantity u (k) processed by the filter belong to the interval of the previous mode.

На интервале переходного режима (короткого замыкания) сигнал u(k) содержит основную гармонику той же частоты, что и на предыдущем интервале, и апериодическую составляющую с основанием e - β T s = 0 , 9418

Figure 00000006
(β=71,95 с-1 - коэффициент затухания). Следовательно, выходной сигнал фильтра прототипа, уже настроенного на подавление основной гармоники, на данном интервале должен будет содержать только апериодическую составляющую и шум. Поэтому сигналы (2) и (3) на входе исполнительного реле должны будут значительно различаться. Однако, как видно из фиг.1, в выходном сигнале uвых(k) фильтра прототипа апериодическая составляющая представлена слабо и практически неощутима на фоне шума, а сигналы на входе исполнительного реле uпр(k) и uинв(k) близки по уровню. Эта означает, что интервалы однородности, на которых сигналы отличаются друг от друга только наличием в одном из них еще и апериодической составляющей, будут слабо различимы для прототипа.On the interval of the transition mode (short circuit), the signal u (k) contains the fundamental harmonic of the same frequency as in the previous interval, and the aperiodic component with the base e - β T s = 0 , 9418
Figure 00000006
(β = 71.95 s -1 - attenuation coefficient). Therefore, the output signal of the filter of the prototype, already configured to suppress the fundamental harmonic, at this interval should contain only an aperiodic component and noise. Therefore, the signals (2) and (3) at the input of the executive relay will have to be significantly different. However, as can be seen from figure 1, in the output signal u output (k) of the prototype filter, the aperiodic component is weak and almost imperceptible against the background of noise, and the signals at the input of the executive relay u pr (k) and u inv (k) are close in level . This means that the intervals of uniformity, at which the signals differ from each other only by the presence in one of them also of an aperiodic component, will be poorly distinguishable for the prototype.

Причина недостатка прототипа заключена в особенностях экспоненциальной (фиг.2) и амплитудно-частотной (фиг.3) характеристик фильтра (1). При исходной частоте дискретизации коэффициент передачи апериодической составляющей мал и практический не зависит от затухания. В то же время фильтр сильно подчеркивает высокочастотные составляющие (фиг.3), ухудшая отношение сигнал/шум. Учет подавления фильтром апериодической составляющей позволит восстановить действительный уровень апериодической слагаемой, но не изменит отношения сигнал/шум, которое так и останется малым. Поэтому распознавание апериодической составляющей в прототипе будет сильно затруднено.The reason for the lack of prototype lies in the features of the exponential (figure 2) and amplitude-frequency (figure 3) characteristics of the filter (1). At the initial sampling frequency, the transfer coefficient of the aperiodic component is small and the practical one does not depend on the attenuation. At the same time, the filter strongly emphasizes the high-frequency components (Fig. 3), worsening the signal-to-noise ratio. Taking into account the suppression of the aperiodic component by the filter will allow us to restore the actual level of the aperiodic term, but will not change the signal-to-noise ratio, which will remain small. Therefore, the recognition of the aperiodic component in the prototype will be very difficult.

Как видно из фиг.2 и 3, экспоненциальная и амплитудно-частотная характеристики фильтра (1) могут быть значительно улучшены за счет уменьшения частоты дискретизации. Такой фильтр подавляет апериодическую составляющую значительно меньше, чем при сигнале с первоначальной частотой дискретизации: например, при уменьшении частоты дискретизации до 400 Гц коэффициент усиления постоянной составляющей нового фильтра (кривая 2 на фиг.2) в 8,6 раз выше, чем при исходной частоте 1200 Гц (кривая 1). Наряду с этим и усиление высокочастотных составляющих у нового фильтра ниже: отношение максимального коэффициента усиления на всей полосе частот к коэффициенту усиления постоянной составляющей (ωTs=0) при частоте дискретизации 1200 Гц составляет 57,3 (кривая 1 на фиг.3), а при 400 Гц это отношение на порядок ниже и равно 5,78 (кривая 2). Поскольку шум ассоциируется с высокочастотными составляющими, то отсюда следует уменьшение частоты дискретизации существенно повышает отношение сигнал/шум фильтра, улучшая условия распознавания апериодической составляющей. При этом передискретизация исходной электрической величины не потребуется: изменение частоты производится виртуально за счет децимации отсчетов. Именно благодаря использованию этих свойств нового фильтра предлагаемый способ выигрывает у прототипа по чувствительности.As can be seen from figure 2 and 3, the exponential and amplitude-frequency characteristics of the filter (1) can be significantly improved by reducing the sampling frequency. Such a filter suppresses the aperiodic component much less than with a signal with the original sampling frequency: for example, when the sampling frequency is reduced to 400 Hz, the gain of the constant component of the new filter (curve 2 in FIG. 2) is 8.6 times higher than at the initial frequency 1200 Hz (curve 1). Along with this, the amplification of the high-frequency components of the new filter is lower: the ratio of the maximum gain over the entire frequency band to the gain of the constant component (ωT s = 0) at a sampling frequency of 1200 Hz is 57.3 (curve 1 in Fig. 3), and at 400 Hz, this ratio is an order of magnitude lower and equal to 5.78 (curve 2). Since noise is associated with high-frequency components, a decrease in the sampling frequency follows from here significantly increases the signal-to-noise ratio of the filter, improving the recognition conditions for the aperiodic component. In this case, oversampling of the initial electrical quantity is not required: the frequency is changed virtually due to decimation of the samples. Thanks to the use of these properties of the new filter, the proposed method outperforms the prototype in sensitivity.

В предлагаемом способе преимущества виртуального изменения частоты дискретизации реализованы в полной мере за счет многоканальной обработки измерений (отсчетов) электрической величины.In the proposed method, the advantages of a virtual change in the sampling frequency are fully realized due to the multi-channel processing of measurements (readings) of the electrical quantity.

Для этого из отсчетов электрической величины составляют равномерно сдвинутые во времени децимированные сигналы таким образом, чтобы их наложение на одну временную ось (ось k на фиг.1) давало измерения электрической величины (на фиг.1 показано получение трех децимированных сигналов u1(l), u2(l) и u3(l) из измерений электрической величины u(k), шаг децимации ν=3, частота дискретизации децимированных сигналов 400 Гц).For this, from the readings of the electric quantity, the decimated signals are uniformly shifted in time in such a way that their superposition on one time axis (the k axis in Fig. 1) gives measurements of the electric quantity (Fig. 1 shows the receipt of three decimated signals u 1 (l) , u 2 (l) and u 3 (l) from measurements of the electric quantity u (k), decimation step ν = 3, sampling frequency of decimated signals 400 Hz).

Затем настраивают адаптивный фильтр на подавление любого из децимированных сигналов. Поскольку первый интервал электрической величины (отсчеты с отрицательными номерами фиг.1) состоит только из основной гармоники, то адаптивный фильтр будет похож на фильтр (1), но он будет использовать отсчеты децимированного сигнала (здесь фильтр настраивается на сигнале u1(l)):The adaptive filter is then tuned to suppress any of the decimated signals. Since the first interval of the electrical quantity (samples with negative numbers in Fig. 1) consists only of the fundamental harmonic, the adaptive filter will be similar to the filter (1), but it will use the samples of the decimated signal (here the filter is set to the signal u 1 (l)) :

u в ы х 1 ( l ) = u 1 ( l ) + b 1 u 1 ( l 1 ) + u 1 ( l 2 ) .                                                (4)

Figure 00000007
u at s x one ( l ) = u one ( l ) + b one u one ( l - one ) + u one ( l - 2 ) . (four)
Figure 00000007

Новый фильтр (4) работает в другом масштабе времени, чем фильтр (1), поэтому коэффициент b1=-2cos(2π50,18vTs) будет определен с учетом виртуального периода дискретизации vTs.The new filter (4) operates on a different time scale than the filter (1), therefore, the coefficient b 1 = -2cos (2π50,18vT s ) will be determined taking into account the virtual sampling period vT s .

Поскольку все децимированные сигналы представляют собой копию электрической величины, но только в новом масштабе времени, то нет необходимости в настройке для каждого из них своего фильтра. Настроенный на сигнал u1(l) фильтр (4) полностью адекватен и для остальных децимированных сигналов. Поэтому для них формируют копии настроенного адаптивного фильтра (4):Since all decimated signals are a copy of the electrical quantity, but only in a new time scale, there is no need to configure a filter for each of them. The filter (4) tuned to the signal u 1 (l) is completely adequate for the remaining decimated signals. Therefore, copies of the tuned adaptive filter (4) are formed for them:

u в ы х  i ( l ) = u i ( l ) + b 1 u i ( l 1 ) + u i ( l 2 ) .                             (5)

Figure 00000008
u at s x i ( l ) = u i ( l ) + b one u i ( l - one ) + u i ( l - 2 ) . (5)
Figure 00000008

Для примера фиг.1 uвых i(l)выходные сигналы фильтров 2- и 3-го каналов i = 2 , 3 ¯

Figure 00000009
, обрабатывающих децимированные сигналы u2(l) и u3(l).For the example of Fig. 1, u i (l) output signals of the filters of the 2nd and 3rd channels i = 2 , 3 ¯
Figure 00000009
processing decimated signals u 2 (l) and u 3 (l).

После настройки фильтра (4) на первом интервале однородности сигнала все выходные сигналы фильтров будут малы (на уровне шумов): u в ы х  i ( l ) 0 ,

Figure 00000010
 i = 1,3 ¯
Figure 00000011
. Так будет продолжаться до тех пор, пока не наступит граница нового интервала однородности (отрезок сигнала переходного режима - отсчеты с положительными номерами на фиг.1). Как уже отмечалось, второй интервал сигнала фиг.1 содержит основную гармонику и апериодическую составляющую. Так как фильтры (4) и (5) на предыдущем интервале однородности были настроены на подавление основной гармоники, то и на новом интервале они пропустят на свой выход все, кроме основной гармоники. Поэтому на выходе всех фильтров на границе интервалов однородности появится апериодическая составляющая, правда, по истечении собственного переходного процесса фильтров (в течение 3 отсчетов децимированного сигнала). Но собственный переходный процесс фильтров в предлагаемом способе, в отличие от прототипа, не влияет на процесс выявления границы интервала, если, на самом деле, достигнута граница интервала однородности. Как уже говорилось выше, при появлении в отсчетах электрической величины любого выброса прототип ложно определит границу интервала именно из-за собственного переходного процесса в фильтре (в прямом и инверсном преобразователях фильтра). В этом случае характеристическая точка, координаты которой на плоскости срабатывания определяются уровнем сигналов на выходе каналов прямого и инверсного преобразователей, покинет сектор срабатывания, что и приведет к ложному возврату исполнительного реле прототипа. Как будет показано ниже, предлагаемый способ свободен от этого недостатка.After setting the filter (4) in the first interval of signal uniformity, all filter output signals will be small (at the noise level): u at s x i ( l ) 0 ,
Figure 00000010
i = 1.3 ¯
Figure 00000011
. This will continue until the boundary of a new interval of homogeneity arrives (segment of the transition mode signal — readings with positive numbers in FIG. 1). As already noted, the second signal interval of figure 1 contains the main harmonic and the aperiodic component. Since the filters (4) and (5) in the previous homogeneity interval were tuned to suppress the fundamental harmonic, then in the new interval they will miss everything except the fundamental harmonic at their output. Therefore, an aperiodic component will appear at the output of all filters at the boundary of the homogeneity intervals, however, after the expiration of the filter's own transient process (within 3 samples of the decimated signal). But the filter’s own transient in the proposed method, unlike the prototype, does not affect the process of identifying the boundary of the interval, if, in fact, the boundary of the interval of uniformity is reached. As mentioned above, when the electrical magnitude of any outlier appears in the samples, the prototype falsely determines the boundary of the interval precisely because of its own transient process in the filter (in direct and inverse filter converters). In this case, the characteristic point, the coordinates of which on the response plane are determined by the level of signals at the output of the channels of the direct and inverse converters, will leave the response sector, which will lead to a false return of the prototype executive relay. As will be shown below, the proposed method is free from this disadvantage.

Если достигнута действительная граница интервалов однородности (k=0), то, как видно из фиг.1, во всех фильтрах предлагаемого способа возникает собственный переходный процесс (у каждого на своей оси в момент l=0). Характеристика срабатывания исполнительного реле должна быть выбрана такой, чтобы его возврат произошел только при последовательном появлении на выходе всех фильтров сигнала, значительно превышающего уровень шума. Фильтр, выходной сигнал которого первым выйдет за пределы характеристики срабатывания, определяет номер отсчета границы интервала однородности. Последовательность выхода сигналов фильтров играет важную роль, поскольку является признаком, обеспечивающим отстройку от ложного срабатывания при выбросах. На фиг.1 первым появляется сигнал на выходе первого канала, затем второго и третьего. В действительности же первый сигнал может появиться на выходе любого из фильтров - все зависит от местоположения отсчета границы интервала на оси k. Но важно, чтобы порядок следования фильтров был выдержан: например, если вначале сигнал появился на выходе фильтра 2-го канала, то последовательно должны появиться сигналы на выходе 3-го и 1-го фильтра, если первым окажется 3-й фильтр, то последовательность сигналов на выходе фильтров должна быть равной 3-1-2.If the actual boundary of the intervals of homogeneity is reached (k = 0), then, as can be seen from figure 1, in all filters of the proposed method there is a transient process (each on its axis at the moment l = 0). The actuation characteristic of the executive relay must be chosen so that it returns only when all the filters in the output successively appear at a signal that significantly exceeds the noise level. The filter, whose output signal first goes beyond the response characteristics, determines the reference number of the boundary of the homogeneity interval. The sequence of the output of the filter signals plays an important role, since it is a sign that provides a detuning from false triggering during emissions. In Fig.1, the first signal appears at the output of the first channel, then the second and third. In reality, the first signal may appear at the output of any of the filters - it all depends on the location of the interval boundary reference point on the k axis. But it is important that the order of the filters is maintained: for example, if at first the signal appeared at the output of the filter of the 2nd channel, then the signals at the output of the 3rd and 1st filter should appear sequentially, if the 3rd filter is the first, then the sequence signals at the output of the filters should be equal to 3-1-2.

Одним из возможных характеристик срабатывания исполнительного реле является характеристика в виде звезды, лучи которой представляют собой симметричные относительно начала координат отрезки [-Ui, Ui], ( i = 1 , ν ¯ )

Figure 00000012
, на осях в пространстве выходных сигналов фильтров (фиг.4). Число осей (фильтров) равно шагу децимации ν. В этом случае полагают, что достигнуто начало нового интервала однородности, если выходные сигналы всех фильтров последовательно окажутся за пределами звезды.One of the possible characteristics of the actuation of the actuating relay is a characteristic in the form of a star, the rays of which are segments [-U i , U i ] symmetrical with respect to the coordinate origin, ( i = one , ν ¯ )
Figure 00000012
, on the axes in the space of the output signals of the filters (figure 4). The number of axes (filters) is equal to the decimation step ν. In this case, it is believed that a new homogeneity interval has been reached if the output signals of all filters are successively outside the star.

Для обнаружения выбросов в измерениях электрической величины контролируют порядок выхода сигналов фильтров за пределы характеристики срабатывания. И полагают, что в электрической величине есть импульсная помеха (выброс), если порядок выхода сигналов фильтров не отвечает описанной выше последовательности. Как видно из фиг.5, выброс искажает только отсчеты 2-го децимированного сигнала u2(l), в связи с чем переходный процесс возникает лишь во втором фильтре, сигнал uвых2(l) которого выйдет за пределы характеристики срабатывания (за пределы отрезка [-U2, U2] на фиг.4). Однако выходные сигналы остальных фильтров останутся в пределах характеристики срабатывания (в пределах отрезков [-U1, U1] и [-U3, U3]). Поскольку порядок выхода сигналов фильтров нарушен, то уже на следующем после выброса отсчете принимается решение о замене предыдущего отсчета на оценку отсчета вторым фильтром.To detect outliers in measurements of an electrical quantity, the order of the output of the filter signals beyond the response characteristics is monitored. And it is believed that in the electric quantity there is a pulse interference (outlier) if the order of the output of the filter signals does not correspond to the sequence described above. As can be seen from figure 5, the outlier distorts only the samples of the 2nd decimated signal u 2 (l), and therefore the transient occurs only in the second filter, the signal u out2 (l) of which goes beyond the response characteristics (beyond the interval [-U 2 , U 2 ] in figure 4). However, the output signals of the remaining filters will remain within the response characteristics (within the segments [-U 1 , U 1 ] and [-U 3 , U 3 ]). Since the order of the output of the filter signals is violated, already at the next sample after the ejection, a decision is made to replace the previous sample with an estimate of the sample by the second filter.

Необходимая оценка отсчета определяется из (5), полагая, что uвых i(0)=0 (для фиг.5 номер фильтра i=2):The necessary estimate of the reference is determined from (5), assuming that u out i (0) = 0 (for figure 5, the filter number is i = 2):

u ^ i ( 0 ) = b 1 u i ( 1 ) u i ( 2 ) .                                 (6)

Figure 00000013
u ^ i ( 0 ) = - b one u i ( - one ) - u i ( - 2 ) . (6)
Figure 00000013

После замены отсчета с выбросом на оценку (6) сигнал uвыч2(l) 2-го фильтра уменьшится и тоже вернется в пределы отрезка [-U2, U2].After replacing the outlier reference with estimate (6), the signal u subtract 2 (l) of the 2nd filter will decrease and will also return to the limits of the interval [-U 2 , U 2 ].

На какой бы оси децимированных сигналов не оказался бы отсчет с выбросом, выходной сигнал соответствующего фильтра, оказавшегося за пределами характеристики срабатывания, будет указывать место выброса и позволит определить оценку измерения согласно (6).On whatever axis of the decimated signals, the ejection count would be located, the output signal of the corresponding filter, which is outside the response characteristics, will indicate the ejection location and will allow determining the measurement estimate according to (6).

Таким образом, предлагаемый способ определения интервалов однородности электрической величины обладает повышенной чувствительностью при обработке электрической величины с высокой частотой измерений и способностью выявлять и корректировать измерения электрической величины с выбросами.Thus, the proposed method for determining the intervals of homogeneity of the electrical quantity has increased sensitivity in the processing of electrical quantities with a high frequency of measurements and the ability to detect and correct measurements of electrical quantities with emissions.

ЛитератураLiterature

1. Патент РФ №2082270, кл. HO2H 3/28, HO2H 7/045, 1994.1. RF patent No. 2082270, class. HO2H 3/28, HO2H 7/045, 1994.

2. Патент РФ №2308137, кл. HO2H 3/28, 2006.2. RF patent №2308137, class. HO2H 3/28, 2006.

3. Антонов В.И., Наумов В.А., Фомин А.И. Эффективные структурные модели входных сигналов цифровой релейной защиты и автоматики //Электричество. 2012. №11. С.2-8.3. Antonov V.I., Naumov V.A., Fomin A.I. Effective structural models of input signals of digital relay protection and automation // Electricity. 2012. No. 11. C.2-8.

Claims (3)

1. Способ определения интервалов однородности электрической величины, согласно которому измеряют электрическую величину в равномерно фиксированные моменты времени, настраивают адаптивный фильтр на подавление электрической величины, формируют выходной сигнал настроенного фильтра путем обработки им следующих после настройки измерений электрической величины и подают его на вход исполнительного реле и по возврату исполнительного реле фиксируют начало нового и окончание предыдущего интервалов однородности электрической величины, отличающийся тем, что из измерений электрической величины составляют равномерно сдвинутые во времени децимированные сигналы с фиксированным шагом децимации с таким расчетом, чтобы наложение всех децимированных сигналов на одну временную ось давало измерения электрической величины, настраивают адаптивный фильтр на подавление одного из децимированных сигналов, формируют копии настроенного адаптивного фильтра по числу децимированных сигналов, определяют выходные сигналы копий фильтров при обработке своих децимированных сигналов и подают их на входы исполнительного реле.1. The method of determining the intervals of uniformity of the electrical quantity, according to which the electrical quantity is measured at uniformly fixed time instants, the adaptive filter is suppressed to suppress the electrical quantity, the output signal of the tuned filter is generated by processing the following electric quantity measurements after tuning, and it is fed to the input of the executive relay and on the return of the executive relay, the beginning of the new and the end of the previous intervals of uniformity of the electric quantity are fixed, ex which consists of the fact that the measurements of the electric quantity comprise the decimated signals uniformly shifted in time with a fixed decimation step so that the superposition of all the decimated signals on one time axis gives measurements of the electric quantity, adjust the adaptive filter to suppress one of the decimated signals, form copies of the tuned adaptive filter by the number of decimated signals, determine the output signals of filter copies when processing their decimated signals and ute them to the inputs of the executive relay. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что характеристику срабатывания исполнительного реле выполняют в виде звезды, лучи которой представляют собой симметричные относительно начала координат отрезки на осях в пространстве выходных сигналов фильтров, в исполнительном реле контролируют порядок выхода сигналов фильтров за пределы характеристики срабатывания и полагают, что достигнуто начало нового интервала однородности, если выходные сигналы всех фильтров последовательно окажутся за пределами звезды.2. The method according to claim 1, characterized in that the actuation characteristic of the actuating relay is performed in the form of a star, the rays of which are segments symmetrical with respect to the coordinate origin on the axes in the space of the filter output signals; and it is believed that a new homogeneity interval has been reached if the output signals of all the filters are successively outside the star. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что полагают, если нарушена последовательность выхода сигналов фильтров за пределы характеристики срабатывания, то в электрической величине есть импульсная помеха (выброс), и заменяют измерение электрического сигнала с выбросом на отсчет, предсказанный соответствующим фильтром, выходной сигнал которого оказался за пределами характеристики срабатывания. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that it is believed that if the sequence of the output of the filter signals outside the response characteristics is violated, then there is a pulse interference (surge) in the electrical quantity, and the measurement of the electrical signal with the surge is replaced by the reference predicted by the corresponding filter, the output signal of which was outside the response characteristics.
RU2013139772/07A 2013-08-27 2013-08-27 Method for determining homogeneity of electrical quantity RU2540267C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013139772/07A RU2540267C1 (en) 2013-08-27 2013-08-27 Method for determining homogeneity of electrical quantity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013139772/07A RU2540267C1 (en) 2013-08-27 2013-08-27 Method for determining homogeneity of electrical quantity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2540267C1 true RU2540267C1 (en) 2015-02-10
RU2013139772A RU2013139772A (en) 2015-03-10

Family

ID=53279520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013139772/07A RU2540267C1 (en) 2013-08-27 2013-08-27 Method for determining homogeneity of electrical quantity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2540267C1 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2219665A (en) * 1986-08-27 1989-12-13 Aerius Oy Method and device for determination of the condition of the insulation of an object made of an electrically conducting material, coated with an electrical
RU2035815C1 (en) * 1992-08-14 1995-05-20 Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова Method of extraction of emergency component of short-circuit current
JP2002034452A (en) * 2000-07-19 2002-02-05 Asahi Denka Kogyo Kk Oil and fat composition for roll-in
DE10253864A1 (en) * 2002-11-15 2004-06-03 Siemens Ag Star connected stator virtual earth connection monitoring procedure for electrical machines uses difference processing with optimized digital filter of null voltage and coil current measurements
WO2006044354A1 (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Abb Technology Ag Dynamic energy threshold calculation for high impedance fault detection
RU2308137C1 (en) * 2006-06-23 2007-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method for determining homogeneity intervals of electric value
RU2316870C1 (en) * 2006-07-03 2008-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method for determining homogeneity intervals of an electric value
US7660088B2 (en) * 2005-09-07 2010-02-09 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. System, apparatus and method for compensating the sensitivity of a sequence element in a line current differential relay in a power system
RU2418268C1 (en) * 2010-03-09 2011-05-10 Александр Леонидович Куликов Method for determining homogeneity of electrical quantity
US7945400B2 (en) * 2006-08-04 2011-05-17 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for detecting high-impedance faults in a multi-grounded power distribution system

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2219665A (en) * 1986-08-27 1989-12-13 Aerius Oy Method and device for determination of the condition of the insulation of an object made of an electrically conducting material, coated with an electrical
RU2035815C1 (en) * 1992-08-14 1995-05-20 Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова Method of extraction of emergency component of short-circuit current
JP2002034452A (en) * 2000-07-19 2002-02-05 Asahi Denka Kogyo Kk Oil and fat composition for roll-in
DE10253864A1 (en) * 2002-11-15 2004-06-03 Siemens Ag Star connected stator virtual earth connection monitoring procedure for electrical machines uses difference processing with optimized digital filter of null voltage and coil current measurements
WO2006044354A1 (en) * 2004-10-15 2006-04-27 Abb Technology Ag Dynamic energy threshold calculation for high impedance fault detection
US7660088B2 (en) * 2005-09-07 2010-02-09 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. System, apparatus and method for compensating the sensitivity of a sequence element in a line current differential relay in a power system
RU2308137C1 (en) * 2006-06-23 2007-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method for determining homogeneity intervals of electric value
RU2316870C1 (en) * 2006-07-03 2008-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский центр "Бреслер" Method for determining homogeneity intervals of an electric value
US7945400B2 (en) * 2006-08-04 2011-05-17 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for detecting high-impedance faults in a multi-grounded power distribution system
RU2418268C1 (en) * 2010-03-09 2011-05-10 Александр Леонидович Куликов Method for determining homogeneity of electrical quantity

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SU 1Ё817153 А1, 23.05.1993. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013139772A (en) 2015-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Karimi-Ghartemani et al. Measurement of harmonics/inter-harmonics of time-varying frequencies
CN106405235B (en) A kind of spectrum analyzer and its data processing method
WO2018188228A1 (en) High-precision frequency measuring system and method
US20110013733A1 (en) Variable gain control for high speed receivers
WO2016138764A1 (en) Method for improving pmu synchronous phasor measurement precision
JP2018091826A (en) Systems and methods for pulse descriptor word generation using blind source separation
EP2545388B2 (en) Instrument and method for detecting partial electrical discharges
CN104698273A (en) Harmonic contribution division method and harmonic contribution division system
EP0141255B1 (en) Method for measurement by digital spectrum analyzer
EP3586128B1 (en) Probing a structure of concrete by means of electromagnetic waves
CN103823177B (en) Performance of filter detection method based on THE DESIGN OF WINDOW FUNCTION and system
CN107727906B (en) Method and equipment for automatically setting oscilloscope
US10359465B2 (en) Method for characterizing a soft fault in a cable
EP2545389B1 (en) Instrument and method for detecting partial electrical discharges
CN103983849A (en) Real-time high-accuracy power harmonic analysis method
RU2435168C1 (en) Method for harmonic analysis of periodic multifrequency signal
JP2011191142A (en) Signal processor, radar apparatus, method of processing signal, and signal processing program
RU2540267C1 (en) Method for determining homogeneity of electrical quantity
CN106918731A (en) A kind of digital oscilloscope and its signal frequency measuring method
JP5179615B2 (en) Inspection apparatus and inspection method for APD measuring instrument
WO2011089421A1 (en) Apparatus and method for measuring a phasor of an electrical power system signal
CN205210296U (en) A detecting system for detecting partial discharge detector
JP5419878B2 (en) Pulse analyzer
RU2584266C1 (en) Method of determining distance to point of damage on power transmission line
CN107544043B (en) Multifunctional digital helium optical pump magnetometer test probe