RU2664414C1 - Способ идентификации сигнала установившегося режима в электрическом сигнале переходного процесса - Google Patents

Способ идентификации сигнала установившегося режима в электрическом сигнале переходного процесса Download PDF

Info

Publication number
RU2664414C1
RU2664414C1 RU2017126927A RU2017126927A RU2664414C1 RU 2664414 C1 RU2664414 C1 RU 2664414C1 RU 2017126927 A RU2017126927 A RU 2017126927A RU 2017126927 A RU2017126927 A RU 2017126927A RU 2664414 C1 RU2664414 C1 RU 2664414C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
transient
factor
modulated
frequency
Prior art date
Application number
RU2017126927A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Александрович Мамаев
Кирилл Андреевич Муравьев
Павел Александрович Звада
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет"
Priority to RU2017126927A priority Critical patent/RU2664414C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664414C1 publication Critical patent/RU2664414C1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks

Abstract

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности распознавания ситуации измерительным органом релейной защиты и противоаварийной автоматики на интервале времени существования переходного процесса в системе электроснабжения переменного тока. Способ заключается в получении сигнала установившегося режима на этом интервале посредством выделения из сигнала переходного процесса сигнала особым образом полученного положительного сигнала огибающей, изменение которого повторяет изменение модуля сигнала свободного режима, при условии, что входящий в структуру сигнал переходного процесса свободного режима однополярный. 3 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам обработки электрических сигналов измерительным устройством, которое функционирует в системе электроснабжения переменного тока с частотой fc, и при этом принимает решение либо на основе информации о параметрах синусоидального сигнала с частотой fc, либо на основе входящей в структуру периодического несинусоидального сигнала параметров первой гармоники с частотой fc, либо на основе действующего значения несинусоидального периодического сигнала.
В случае «внезапного» изменения структуры электрической схемы, например, при включении/отключении какого-либо элемента в системе электроснабжения переменного тока, или при возникновении в ней короткого замыкания, на некотором интервале времени [tпп(н),tпп(к)], т.е. от момента времени tпп(н) возникновения начала изменения в схеме до момента времени tпп(к) окончания перехода состояния схемы в новое установившееся состояние, наблюдают переходный процесс, на котором электрические сигналы (напряжение, ток) не являются периодическими и структуру сигнала а пп(t) переходного процесса на интервале времени [tпп(н),tпп(к)] существования рассматриваемого режима представляют через сумму двух сигналов, первый из которых связывают с понятием сигнала а св(t) свободного режима, который на указанном интервале времени затухает, а второй сигнал а уст(t) является периодическим либо синусоидальным, либо несинусоидальным сигналом установившегося режима [Татур Т.А., Татур В.Е. Установившиеся и переходные процессы в электрических цепях: Учеб. пособие для вузов. - М: Высш. шк., 2001. С. 177-178.], который в общем случае на интервале времени [tпп(н),tпп(к)] является несинусоидальным сигналом:
Figure 00000001
при этом в системе электроснабжения сигнал а св(t) свободного режима преимущественно является однополярным [Алгоритмы подавления апериодической составляющей в аварийных токах / А.Л. Куликов, В.А. Фальшина, П.А Колобанов // Электричество. 2014. №11. С. 26-36.)].
Для большинства измерительных органов, например используемых в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики в системах электроснабжения переменного тока с частотой fc, появление в обрабатываемом ими сигнале а пп(t) переходного процесса сигнала а св(t) свободного режима считают «помехой», влияние которой на выходные параметры измерительного устройства стремятся исключить или свести к допустимому уровню [См. статью: «Алгоритмы подавления …».], так как измерительные органы релейной защиты генерируют выходной сигнал либо на основе параметров гармонического сигнала промышленной частоты fc, либо на основе первой гармоники периодического несинусоидального сигнала с частотой повторения fc, либо на основе действующего значения периодического несинусоидального сигнала.
В качестве ближайшего прототипа можно выделить изобретение на способ по патенту [Пат. №2379823 (RU) Способ идентификации апериодической или постоянной составляющей в электрическом сигнале, В.А. Мамаев; опубл. 20.01.2010. Бюл. №2]. Общим для предлагаемого способа идентификации сигнала установившегося режима а уст(t) в электрическом сигнале переходного процесса а пп(t) и способом по прототипу являются использование последовательности обработки сигнала переходного процесса а пп(t), которая, в конечном итоге, позволяет получить косвенную информацию о наличии переходного процесса в системе электроснабжения переменного тока промышленной частоты fc, причем для этого сигнал переходного процесса а пп(t) умножают на первый вспомогательный гармонический сигнал
Figure 00000002
с нормированными амплитудой, например, равной единице, и частотой f(всп_1), при этом, учитывая особенность взаимодействие этого сигнала с сигналом переходного процесса а пп(t), первый вспомогательный сигнал
Figure 00000003
можно рассматривать в качестве модулирующего сигнала:
Figure 00000004
при этом в результате перемножения указанных выше сигналов формируют некоторый промежуточный сигнал, который является модулированным по амплитуде сигналом
Figure 00000005
переходного процесса, который состоит из суммы модулированного сигнала свободного режима
Figure 00000006
и модулированного сигнала установившегося режима
Figure 00000007
:
Figure 00000008
причем между частотой f(всп_1) вспомогательного сигнала
Figure 00000009
(2) и частотой электрической сети fc соблюдают соотношение f(всп_1)>>fc, при этом по прототипу из модулированного сигнала
Figure 00000010
(3) переходного процесса посредством селективного выделения сигнала с частотой f(всп_1) первого вспомогательного сигнала (2) получают выделенный модулированный гармонический сигнал
Figure 00000011
(4), который в общем случае имеет затухающую амплитуду, близкую к закону изменения затухающего сигнала а св(t) свободного режима (1), при этом в общем случае в гармонической функции времени этого сигнала может присутствовать фазовый угол ψ, который может быть обусловлен фазовой погрешностью, связанной с выполнением селективного выделения модулированного сигнала
Figure 00000012
свободного режима:
Figure 00000013
при этом по прототипу обнаружение этого сигнала косвенно свидетельствует о наличии в электрической системе промышленной частоты fc переходного процесса.
В источнике [Мамаев В.А., Ястребов С.С., Кононова Н.Н., Звада П.А. Определение апериодической составляющей в электрическом сигнале промышленной частоты с применением амплитудной модуляции // Изв. вузов. Электромеханика. 2014. №6. С. 72-77.] приведен пример компьютерного моделирования выделения модулированного гармонического свободного сигнал
Figure 00000014
(4) из программным образом синтезированного некоторого виртуального сигнала переходного процесса
Figure 00000015
, приведено решение, приводящее к получению огибающей
Figure 00000016
модуля
Figure 00000017
выделенного модулированного гармонического сигнала
Figure 00000018
(4) свободного режима; показано, что закон изменения полученной огибающей
Figure 00000019
близок к закону изменения однополярного сигнала а св(t) свободного режима, входящего в структуру некоторого синтезированного сигнала
Figure 00000020
переходного процесса.
Из патента №2379823 (RU) и источника [В.А. Мамаев и др.] известны следующие используемые операции над сигналом переходного процесса а пп(t) (1):
1. его модуляции гармоническим сигналом (2) и получение модулированного сигнала
Figure 00000021
(3);
2. селективное выделении из модулированного сигнала
Figure 00000022
переходного процесса выделенного модулированного сигнала
Figure 00000023
(4) свободного режима;
3. получение на его основе положительного огибающего сигнала
Figure 00000024
(5) модулированного сигнала
Figure 00000025
, т.е. известна следующая последовательность действий над сигналом а пп(t) (1), которая обеспечивает выделение из него, например, положительного огибающей сигнала
Figure 00000026
свободного режима:
Figure 00000027
при этом в результате выполнения отмеченных выше действий с учетом возможных погрешностей преобразовании получают близкое соотношение
Figure 00000028
между огибающим сигналом свободного режима
Figure 00000029
и входящим в структуру переходного сигнала (1) реальным сигналом свободного режима а св(t).
Целью предлагаемого изобретения является повышение метрологических характеристик и расширение функциональных возможностей соответствующего измерительного органа релейной защиты и противоаварийной автоматики на интервале [tпп(н),tпп(к)] существования переходного процесса в электрическом сигнала а пп(t) (1), когда присутствующий в этом сигнале сигнал свободного режима а св(t) считают «помехой», причем измерительный орган релейной защиты и противоаварийной автоматики принимает решение либо на основе параметров первой гармоники сигнала а уст(t) с частотой fc (1) установившегося режима, либо в качестве обрабатываемого измерительным органом сигнала используют действующее значение сигнала а уст(t) установившего режима.
Согласно предлагаемому способу по изобретению решение задачи связывают с выделением сигнала а уст(t) установившегося режима из состава сигнала а пп(t) (1) переходного процесса, которое осуществляют на основе одного из двух предлагаемых в изобретении вариантов, однако эти варианты имеют общее, которое заключается в том, что входящий в структуру электрического сигнала а пп(t) (1) переходного процесса сигнал а уст(t) установившегося режима получают в результате алгебраического сложения двух сигналов, первым из которых является электрический сигнал а пп(t) переходного процесса, а второй сигнал получают в результате перемножения трех сомножителей: первого сомножителя Y, второго сомножителя Z и третьего сомножителя, которым является огибающий сигнал
Figure 00000030
(5), т.е. идентификацию сигнала установившегося режима а уст(t) выполняют через вычисляемый по выражению (6) сигнал
Figure 00000031
:
Figure 00000032
в котором первый сомножитель Y корректирует возможную неточность воспроизведения мгновенным значением огибающего сигнала
Figure 00000033
, входящего в структуру электрического сигнала а пп(t) переходного процесса сигнала а св(t) свободной составляющей, причем второй сомножитель Z определяет знак произведения из трех сомножителей, причем параметры второго сомножителя задают по одному из трех вариантов, при этом согласно первого варианта знак и численное значение сомножителя Z в предложенном изобретении задают на основе получаемого знака результата вычисления z(1) (7) определенного интеграла произведения двух функций времени, первая из которых является выделенным модулированным сигналом свободной составляющей
Figure 00000034
(3, 4) переходного процесса, а вторым сигналом является вводимый в вычислительный процесс второй вспомогательный синусоидальный сигнал b(всп_2)(t) (7) с нормированной амплитудой, например, равной единице, но при этом частота этого сигнал равна частоте f(всп_1) первого вспомогательного сигнала
Figure 00000035
, причем в аргумент функции синуса второго вспомогательного сигнала b(всп_2)(t) в качестве уставки вводят корректирующий фазовый угол θ, т.е. знак множителя Z определяют на основе выражения следующей структуры:
Figure 00000036
при этом интервал интегрирования [t1,t2] предпочтительно выбирать в границах [tпп(н),tпп(к)] существования переходного процесса и предпочтительно ближе к его левой границе, при этом посредством вводимого в вычислительный процесс корректирующего фазового угла θ уменьшают или исключают влияние фазового угла ψ, который может проявиться как результат фазовой погрешности при селективном выделения модулированного сигнала свободной составляющей
Figure 00000037
(5) из модулированного сигнала переходного процесса
Figure 00000038
(3).
Во втором варианте знак и численное значение сомножителя Z в выражении (6) задают на основе вычисления значения
Figure 00000039
(8), которое получают в результате деления модуля определенного интегрирования электрического сигнала переходного процесса а пп(t) на модуль определенного интегрирования мгновенного значения суммарного сигнала a Σ(ti), т.е.
Figure 00000040
или согласно третьему варианту знака и численное значение сомножителя Z в выражении (6) задают на основе вычисления разности
Figure 00000041
(9) модулей определенного интегрирования мгновенных значений сигнала переходного процесса а пп(t) и определенного интегрирования суммарного сигнала a Σ(t), т.е.
Figure 00000042
при этом интервал интегрирования [t3,t4] выбирают внутри интервале времени [tпп(н),tпп(к)] существования переходного процесса, причем суммарный сигнал a Σ(t) в выражениях (8) и (9) определяют через сложение сигнала а пп(t) переходного процесса и полученного огибающего положительного огибающий сигнала
Figure 00000043
(5) свободного режима, т.е.
Figure 00000044
Предлагаемый способ идентификации сигнала а уст(t) установившегося режима, входящего в структуру электрического сигнала переходного процесса а пп(t) (1) может быть выполнен с использованием известных в технике синтеза измерительных органов релейной защиты, автоматики и электронике схемотехнических решений, а так же реализован на основе методов цифровой обработки сигналов.

Claims (12)

1. Способ идентификации сигнала а уст(t) установившегося режима в возникшем в системе электроснабжения переменного тока с частотой fc электрическом сигнале а пп(t) переходного процесса и на интервале времени [tпп(н),tпп(к)] существования переходного процесса в своей структуре содержащий затухающий однополярный сигнал а св(t) свободного режима, когда сигнал а пп(t) переходного процесса умножают на первый вспомогательный синусоидальный сигнал
Figure 00000045
с нормированными амплитудой и частотой f(всп_1)>>fc, который рассматривают как модулирующий, и получают модулированный по амплитуде сигнал переходного процесса
Figure 00000046
, из которого выделяют модулированный по частоте f(всп_1) сигнал
Figure 00000047
свободного режима; получают закон изменения положительной огибающей сигнала
Figure 00000048
модулированного сигнала свободной составляющей
Figure 00000049
, отличающийся тем, что входящий в структуру электрического сигнала а пп(t) переходного процесса сигнал а уст(t) установившегося режима идентифицируют через некоторый вычисляемый сигнал
Figure 00000050
, который получают на основе алгебраического сложения двух сигналов, первый из которых определяет изменение электрического сигнала а пп(t) переходного процесса, а второй сигнал получают в результате перемножения трех сомножителей: первого сомножителя Y; второго сомножителя Z и третьего сомножителя, которым является положительный огибающий сигнал
Figure 00000051
, согласно выражению
Figure 00000052
при этом первый сомножитель Y корректирует возможную неточность воспроизведения мгновенным значением огибающего сигнала
Figure 00000053
входящего в структуру электрического сигнала а пп(t) переходного процесса сигнала свободной составляющей а св(t), а второй сомножитель Z определяет знак произведения из трех сомножителей.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что знак и значение множителя Z задают на основе получаемого результата вычисления z(1) определенного интеграла произведения двух функций времени по выражению
Figure 00000054
в котором первый сомножитель
Figure 00000055
является выделенным модулированным сигналом свободной составляющей переходного процесса, а вторым сигналом является вводимый в вычислительный процесс второй вспомогательный синусоидальный сигнал b (всп_2)(t) с нормированной амплитудой, но при этом частота этого сигнала равна частоте f(всп_1) первого вспомогательного сигнала
Figure 00000056
, при этом в аргумент функции синуса второго вспомогательного сигнала b (всп_2)(t) в качестве уставки вводят корректирующий фазовый угол θ, причем интервал интегрирования [t1,t2] выбирают в границах интервала времени [tпп(н),tпп(к)] существования переходного процесса, при этом посредством вводимого в вычислительный процесс корректирующего фазового угла θ уменьшают или исключают влияние фазовой погрешности, которая может выявиться при селективном выделении модулированного сигнала свободной составляющей
Figure 00000057
из модулированного сигнала переходного процесса
Figure 00000058
;
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что знак и значение множителя Z задают на основе получаемого результата
Figure 00000059
деления модуля определенного интегрирования электрического сигнала переходного процесса а пп(t) на модуль определенного интегрирования мгновенного значения суммарного сигнала a Σ(t)
Figure 00000060
при этом интервал интегрирования [t3,t4] выбирают внутри интервала времени [tпп(н),tпп(к)] существования переходного процесса, а суммарный сигнал a Σ(t) определяют через сложение сигнала а пп(t) переходного процесса и полученного положительного огибающего сигнала
Figure 00000061
свободного режима.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что знак и значение множителя Z задают на основе получаемого результата
Figure 00000062
вычисления разности модулей определенного интегрирования мгновенных значений сигнала переходного процесса а пп(t) и определенного интегрирования суммарного сигнала a Σ(ti)
Figure 00000063
причем суммарный сигнал a Σ(t) определяют через сложение сигнала а пп(t) переходного процесса и полученного положительного огибающего сигнала
Figure 00000064
свободного режима.
RU2017126927A 2017-07-26 2017-07-26 Способ идентификации сигнала установившегося режима в электрическом сигнале переходного процесса RU2664414C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017126927A RU2664414C1 (ru) 2017-07-26 2017-07-26 Способ идентификации сигнала установившегося режима в электрическом сигнале переходного процесса

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017126927A RU2664414C1 (ru) 2017-07-26 2017-07-26 Способ идентификации сигнала установившегося режима в электрическом сигнале переходного процесса

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664414C1 true RU2664414C1 (ru) 2018-08-17

Family

ID=63177410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017126927A RU2664414C1 (ru) 2017-07-26 2017-07-26 Способ идентификации сигнала установившегося режима в электрическом сигнале переходного процесса

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664414C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114629759A (zh) * 2022-03-16 2022-06-14 中国电子科技集团公司第十研究所 一种空中目标通信信号细微特征识别方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5610477A (en) * 1994-04-26 1997-03-11 Mra Technology Group Low breakdown voltage gas discharge device and methods of manufacture and operation
US7402990B2 (en) * 2003-07-11 2008-07-22 Wilsun Xu Reduction of energization transients in a three phase power system
RU2331154C2 (ru) * 2005-08-01 2008-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" Способ обработки электрического сигнала
RU2379823C2 (ru) * 2008-02-28 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" Способ идентификации апериодической или постоянной составляющей в электрическом сигнале
RU2585966C1 (ru) * 2015-04-16 2016-06-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") Способ определения величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5610477A (en) * 1994-04-26 1997-03-11 Mra Technology Group Low breakdown voltage gas discharge device and methods of manufacture and operation
US7402990B2 (en) * 2003-07-11 2008-07-22 Wilsun Xu Reduction of energization transients in a three phase power system
RU2331154C2 (ru) * 2005-08-01 2008-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" Способ обработки электрического сигнала
RU2379823C2 (ru) * 2008-02-28 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" Способ идентификации апериодической или постоянной составляющей в электрическом сигнале
RU2585966C1 (ru) * 2015-04-16 2016-06-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") Способ определения величины и времени термического воздействия от тока короткого замыкания

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114629759A (zh) * 2022-03-16 2022-06-14 中国电子科技集团公司第十研究所 一种空中目标通信信号细微特征识别方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10074988B2 (en) Observer based monitoring and control of submodules in modular multilevel converter
US10401410B2 (en) Electric arc detection apparatus and electric arc detection method
Cho et al. An innovative decaying DC component estimation algorithm for digital relaying
EP3136526B1 (en) Ground fault protection methods
KR102370633B1 (ko) 공간벡터 변조에 의한 왜곡 스펙트럼 제어
RU2564041C2 (ru) Способ прогнозирования и обнаружения насыщения трансформатора тока при симпатическом броске тока
Khadse et al. Electromagnetic compatibility estimator using scaled conjugate gradient backpropagation based artificial neural network
Sun et al. Joint voltage and phase unbalance detector for three phase power systems
CN104300541B (zh) 一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法
US9837809B2 (en) Arc detection apparatus, arc detecting method, and power system
RU2664414C1 (ru) Способ идентификации сигнала установившегося режима в электрическом сигнале переходного процесса
EP3101487A1 (en) Periodic external disturbance suppression control device
Antonov et al. Adaptive structural analysis of input signals of digital and relay protection and automation
KR20200097634A (ko) 발전기 시스템 및 제어기
Sapaev et al. Two approaches for automating analysis of electromagnetic processes in non-linear circuits with valves
Antonov et al. Adaptive structural models of input signals to relay protection and automation
US11502617B2 (en) Generator systems and controllers
RU2612325C1 (ru) Способ релейной защиты энергообъекта
Ma et al. Real-time dc pulsed power load monitoring using simplified k-nn algorithms
Paiva et al. A wavelet band-limiting filter approach for fault detection in dynamic systems
Bradaschia et al. A method for extracting the fundamental frequency positive-sequence voltage vector based on simple mathematical transformations
WO2016061959A1 (zh) 欠压保护电路的处理方法及装置、欠压保护系统
Khadse et al. Three phase power quality disturbance detection and classification by SCGB Neural Network
Agrawal et al. A Small Signal Rotating Frame Model of a Self-synchronizing Single-phase Grid-tied Inverter
KR20210034262A (ko) P-q 특성 기반 재생 에너지 전력계통의 전압 제어 장치