RU2625172C1

RU2625172C1 - Measuring method of instantaneous voltage and current values

Info

Publication number: RU2625172C1
Application number: RU2016105446A
Authority: RU
Inventors: Надежда Сергеевна Бурянина; Юрий Федорович Королюк; Елена Владимировна Лесных
Original assignee: Юрий Федорович Королюк; Надежда Сергеевна Бурянина; Елена Владимировна Лесных
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-07-12

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: according to the monitoring method of normal and emergency modes of electrical systems, the instantaneous voltage and current values are recorded at each sampling interval after a quarter of the network frequency period at the time when the voltage polarities shown by the resistor and the capacitor of the series RLC circuit are reversed.

EFFECT: improved measuring accuracy.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в электрических сетях и системах для контроля нормальных и аварийных режимов.The invention relates to electrical engineering and can be used in electrical networks and systems for monitoring normal and emergency conditions.

Известен способ отсчета мгновенных значений напряжений и токов промышленной частоты, основанный на фиксированном интервале дискретизации в пределах десятитысячных долей секунды. Текущее значение измеряемого параметра на середине интервала определяется как полусумма двух значений, разделенных интервалом дискретизации, а производная - их полуразностью, отнесенной к этому интервалу. Недостатком данного способа является усиление производных высокочастотных составляющих, появляющихся в измеряемых параметрах аварийного режима при наличии длинных линий электропередачи. Требуется цифровая фильтрация отсчитываемых мгновенных значений токов и напряжений, что замедляет автоматическое управление объектом (Аналог. Лифиц, Иосиф Моисеевич. Основы стандартизации, метрологии, сертификации: Учебник. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Юрайт-М, 2001. - 263 с.).A known method of counting instantaneous values of voltages and currents of industrial frequency, based on a fixed sampling interval within ten thousandths of a second. The current value of the measured parameter in the middle of the interval is defined as the half-sum of two values separated by a sampling interval, and the derivative is determined by their half-difference assigned to this interval. The disadvantage of this method is the amplification of derivatives of high-frequency components that appear in the measured parameters of the emergency mode in the presence of long power lines. Digital filtering of the measured instantaneous values of currents and voltages is required, which slows down the automatic control of the object (Analogue. Lifits, Iosif Moiseevich. Fundamentals of standardization, metrology, certification: Textbook. - 2nd ed., Rev. And add. - M .: Yurait- M, 2001 .-- 263 p.).

Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализуемый отсчетом через четверть периода промышленной частоты (Прототип. Грешнов Е.Б., Королюк Ю.Ф. О выборе интервала дискретизации вводимых в ЭВМ аналоговых параметров для программируемых защит. - Электронное моделирование 1985, №5, Киев.). Примем за первичные параметры напряжения и токи отсчета, за вторичные - обработанные по нижеприведенным уравнениям. Текущее значение вторичного напряжения и его производная определяются как:Closest to the proposed one is a method implemented by counting through a quarter of the industrial frequency period (Prototype. Greshnov EB, Korolyuk Yu.F. On the choice of the sampling interval of the analog parameters entered into the computer for programmable protections. - Electronic Modeling 1985, No. 5, Kiev .). We take for the primary parameters the voltages and reference currents, for the secondary ones - processed according to the equations below. The current value of the secondary voltage and its derivative are defined as:

Вторичные токи определяются аналогично. Из мгновенных значений можно получить комплексные. Действительная часть комплекса равна текущему значению, мнимая - производной.Secondary currents are defined similarly. From instantaneous values you can get complex. The real part of the complex is equal to the current value, the imaginary part is the derivative.

Достоинствами этого способа являются глубокое снижение апериодической составляющей, неувеличение производных, исключение четных гармоник, уменьшение некратных частотных составляющих.The advantages of this method are a deep decrease in the aperiodic component, underestimation of the derivatives, the exclusion of even harmonics, and the reduction of multiple frequency components.

На фиг. 1 приведены зависимости апериодической составляющей во вторичных параметрах в процентах от первичных при изменении постоянной времени сети относительно места короткого замыкания, цифрой 1 после 0,015 с, цифрой 2 после 0,025 с. Максимальная величина апериодической составляющей во вторичных параметрах прямой и обратной последовательностей не превышает 0,55% после 0,025 с.In FIG. Figure 1 shows the dependences of the aperiodic component in the secondary parameters as a percentage of the primary when the time constant of the network changes relative to the place of a short circuit, with a number 1 after 0.015 s, a number 2 after 0.025 s. The maximum value of the aperiodic component in the secondary parameters of the forward and reverse sequences does not exceed 0.55% after 0.025 s.

Зависимости вторичных напряжений от частоты приведены на фиг. 2. Цифрой 3 обозначено текущее значение параметра (в данном случае напряжение), цифрой 4 - его производная. Так как нулевую последовательность и гармоники, кратные трем, в трехфазной сети можно исключить схемой соединения вторичных обмоток трансформаторов тока и напряжения, следующая за первой гармоникой во вторичных параметрах - пятая. Это позволяет для исключения высокочастотных составляющих использовать простейшие RC-фильтры низких частот с частотой среза на уровне 250-300 герц. При использовании способов, приведенных в аналоге, необходимы полосовые фильтры с узкой полосой пропускания, которые выходят на установившийся режим в разы дольше. Производные во вторичных параметрах на основной частоте и нечетных на гармониках передаются без искажений, на некратных частотах уменьшаются.The dependences of the secondary voltages on the frequency are shown in FIG. 2. Number 3 indicates the current value of the parameter (in this case, voltage), number 4 - its derivative. Since the zero sequence and harmonics that are multiples of three in a three-phase network can be eliminated by connecting the secondary windings of current and voltage transformers, the fifth following the first harmonic in the secondary parameters. This allows us to use the simplest RC low-pass filters with a cutoff frequency of 250-300 hertz to exclude high-frequency components. When using the methods described in the analogue, band-pass filters with a narrow passband are required, which reach the steady state many times longer. Derivatives in the secondary parameters at the fundamental frequency and odd at harmonics are transmitted without distortion, at non-multiple frequencies they decrease.

Недостаток прототипа проявляется при изменении частоты в сети. Так как интервал дискретизации фиксированный и равен четверти периода номинальной частоты, то при ее отклонении от номинальной появляется погрешность. Эту погрешность предлагается устранить не фиксированным интервалом дискретизации, а зависимым от частоты сети. Известно, что при синусоидальном приложенном напряжении напряжения на конденсаторе и резисторе в последовательной RC-цепи всегда сдвинуты относительно друг друга на четверть периода независимо от частоты. Фиксирование этого интервала можно осуществить контролированием момента изменения знаков напряжений на сопротивлении и емкости.The disadvantage of the prototype manifests itself when the frequency changes in the network. Since the sampling interval is fixed and equal to a quarter of the period of the nominal frequency, then when it deviates from the nominal, an error appears. It is proposed to eliminate this error not by a fixed sampling interval, but dependent on the network frequency. It is known that with a sinusoidal applied voltage, the voltage across the capacitor and resistor in the serial RC circuit is always shifted relative to each other by a quarter of a period, regardless of frequency. Fixing this interval can be done by monitoring the moment of change of signs of stresses on the resistance and capacitance.

Реализация способа иллюстрируется фиг. 3, где изображены: цифрой 5 - изменение синусоидального напряжения на резисторе, цифрой 6 - напряжения на конденсаторе, цифрой 7 - моменты отсчета параметров режима.The implementation of the method is illustrated in FIG. 3, which shows: number 5 - the change in the sinusoidal voltage across the resistor, number 6 - the voltage across the capacitor, number 7 - the timing of the mode parameters.

Claims

A method for counting the instantaneous values of voltages and currents, based on fixing them on each sampling interval, characterized in that the instantaneous values of voltages and currents are recorded after a quarter of the network frequency period at the moments of voltage polarity change across the resistor and capacitor of the serial RC circuit.