RU2717236C1

RU2717236C1 - Method of fast switching on backup power supply and device for its implementation

Info

Publication number: RU2717236C1
Application number: RU2019138209A
Authority: RU
Inventors: Николай Владиславович Данилов; Сергей Александрович Цырук; Владимир Святославович Петров
Original assignee: Ооо "Вп Процион"
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2020-03-19

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electric engineering, in particular to the emergency control devices of substations with voltage of 6–35 kV, and can be used for fast detection of damages in supply network of distribution device at the moment of their occurrence in order to implement high-speed switching of consumers to backup power supply. Differential signal is used to generate triggering condition, which is obtained as difference between next sampling of controlled signal and predicted value obtained from output of corresponding digital model, and in case preset value is exceeded and locking signals are absent, launching device starting signal is generated with simultaneous switching of bus section to backup power supply source.

EFFECT: technical result consists in increase of speed of response to occurrence of emergency mode in power supply circuits of critical consumers, which enables to determine emergency process at the next discretization step regardless of nature of damage and type of load.

8 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к способам и устройствам противоаварийной автоматики подстанций напряжением 6-35 кВ, и может быть использовано для быстрого обнаружения повреждений в питающей сети распределительного устройства в момент их возникновения с целью осуществления быстродействующего переключения потребителей на резервный источник питания.The invention relates to electrical engineering and, in particular, to methods and devices for emergency automation of substations with a voltage of 6-35 kV, and can be used to quickly detect damage to the power supply network of the switchgear at the time of their occurrence in order to implement a fast switching consumers to a backup power source.

Известен способ автоматического включения резервного электропитания потребителей [Патент на изобретение РФ №2398338, МПК МПК H02J 9/06, опубл. 27.08.2010 г., бюл. №24], заключающийся в измерении напряжения прямой последовательности на шинах основного и резервного источников питания, угла между векторами напряжений прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, измерении отдельно для каждой из трех фаз на вводе основного источника значения действующего тока в фазе и значения угла между вектором комплексного действующего тока в этой же фазе и векторной суммой комплексного действующего напряжения между двумя другими фазами на шинах основного источника и принимаемой равной от 0 до 50% доли одноименного комплексного действующего напряжения на шинах резервного источника, измерении изменения угла между векторами напряжений прямой последовательности шин основного и резервного источников за заданный промежуток времени и переключении питания шин основного источника на резервный при снижении любого из измеряемых напряжений на шинах основного источника ниже заданного значения или при увеличении угла между векторами напряжений прямой последовательности шин основного и резервного источников выше заданного значения или при изменении угла между векторами напряжений прямой последовательности шин основного и резервного источников за заданный промежуток времени выше заданного значения, когда одновременно с этим значение действующего тока в любой из фаз на вводе основного источника питания и значение угла между вектором комплексного действующего тока в этой же фазе и вышеуказанной векторной суммой достигают заданной области значений, и напряжение прямой последовательности на шинах резервного источника питания превышает заданное значение.A known method of automatically turning on the backup power supply to consumers [RF patent No. 2398338, IPC IPC H02J 9/06, publ. 08/27/2010, bull. No. 24], which consists in measuring the voltage of the direct sequence on the buses of the main and backup power sources, the angle between the vectors of voltage of the direct sequence of the buses of the main and backup power sources, measuring separately for each of the three phases at the input of the main source the values of the current in phase and the value of the angle between the vector of the complex effective current in the same phase and the vector sum of the complex effective voltage between two other phases on the buses of the main source and the received equal from 0 to 50% of the share of the same complex effective voltage on the buses of the backup source, measuring the change in the angle between the voltage vectors of the direct sequence of buses of the main and backup sources for a given period of time and switching the power supply of the buses of the main source to the backup when any of the measured voltages on the buses of the main decreases source below the specified value or with an increase in the angle between the voltage vectors of the direct sequence of buses of the main and backup sources above the specified values or when changing the angle between the voltage vectors of the direct sequence of buses of the main and backup sources for a given period of time above a specified value, when at the same time the value of the effective current in any of the phases at the input of the main power source and the angle between the vector of the complex effective current in the same phase and the above vector sum reaches the specified range of values, and the voltage of the direct sequence on the tires of the backup power source exceeds the specified value.

Недостатками этого способа являются ложное срабатывание при управлении с последующим несинхронным включением нагрузки из-за колебаний результирующего вектора напряжения блоков особых релейных органов, а также низкое быстродействие.The disadvantages of this method are false triggering during control with subsequent non-synchronous switching on of the load due to fluctuations in the resulting voltage vector of the blocks of special relay organs, as well as low speed.

Известно устройство для автоматического включения резервного электропитания потребителей [Патент на изобретение РФ №2398338, МПК МПК H02J 9/06, опубл. 27.08.2010 г., бюл. №24], содержащее основной и резервный источники питания, вводные выключатели основного и резервного источников питания, секционный выключатель, шины основного и резервного источников питания, комплект измерительных трансформаторов тока на вводе основного источника питания, комплекты измерительных трансформаторов напряжения на шинах основного и резервного источников питания, пусковое устройство автоматического включения резерва, содержащее блок восстановления третьего фазного тока, снабженный тремя выходными каналами аналого-цифровой преобразователь токов, вход которого соединен с выходом комплекта измерительных трансформаторов тока через блок восстановления третьего фазного тока, снабженные тремя выходными каналами аналого-цифровые преобразователи напряжений, входы которых соединены с выходами комплектов измерительных трансформаторов напряжения на шинах основного и резервного источников питания, блоки определения напряжений прямой последовательности на шинах основного и резервного источников питания, входы которых соединены с выходными каналами аналого-цифровых преобразователей напряжений на шинах основного и резервного источников питания соответственно, релейный блок максимального напряжения, вход которого соединен с выходом блока определения напряжения прямой последовательности на шинах резервного источника питания, релейный блок определения угла между векторами напряжений прямой последовательности на шинах основного и резервного источников питания, входы которого соединены с блоками определения напряжений прямой последовательности на шинах основного и резервного источников питания, устройство, осуществляющее переключение на резервный источник питания с замыканием главных контактов секционного выключателя в момент времени, близкий к синфазному между одноименными напряжениями на шинах основного и резервного источников питания, активирующееся при поступлении от пускового устройства команды включения резерва, пусковое устройство автоматического включения резерва содержит блоки особых релейных органов пофазного контроля направления тока, каждый из которых соответственно соединен с одним из трех выходных каналов аналого-цифрового преобразователя токов, являющимся каналом тока в одной из фаз основного источника питания, одним из трех выходных каналов аналого-цифрового преобразователя напряжений на шинах основного источника питания, являющимся каналом напряжения на шинах основного источника между двумя другими фазами, и одним из трех выходных каналов аналого-цифрового преобразователя напряжений на шинах резервного источника питания, являющимся каналом напряжения на шинах резервного источника между теми же фазами, что и на шинах основного источника, релейный блок минимального напряжения из трех, входы которого соединены с выходными каналами аналого-цифрового преобразователя напряжений на шинах основного источника питания, релейный блок определения изменения угла за фиксированный интервал времени между векторами напряжений прямой последовательности на шинах основного и резервного источников питания, соответствующие входы которого соединены с блоками определения напряжений прямой последовательности на шинах основного и резервного источников питания, логический элемент «И-НЕ», соответствующие входы которого соединены с выходами блоков особых релейных органов пофазного контроля направления тока, логический элемент «И», соответствующие входы которого соединены с выходами релейного блока минимального напряжения из трех, релейного блока максимального напряжения и логического элемента «И-НЕ», второй логический элемент «И», соответствующие входы которого соединены с выходами релейного блока максимального напряжения, релейного блока определения угла между векторами напряжений прямой последовательности на шинах основного и резервного источников питания, логического элемента «И-НЕ», третий логический элемент «И», входы которого соединены с выходами релейного блока максимального напряжения, релейного блока определения изменения угла за фиксированный интервал времени между векторами напряжений прямой последовательности на шинах основного и резервного источников питания, логического элемента «И-НЕ», логический элемент «ИЛИ», соответствующие входы которого соединены с выходами трех логических элементов «И», выходной блок, вход которого соединен с выходом логического элемента «ИЛИ», а выход - с вводным выключателем основного источника питания по каналу отключения выключателя и с секционным выключателем по каналу его включения через устройство выбора условий осуществления переключения на резервный источник питания, активирующееся при поступлении от пускового устройства команды включения резерва.A device for automatically turning on the backup power supply to consumers [Patent for the invention of the Russian Federation No. 2398338, IPC IPC H02J 9/06, publ. 08/27/2010, bull. No. 24], containing the main and backup power supplies, input switches of the main and backup power supplies, a section switch, buses of the main and backup power supplies, a set of measuring current transformers at the input of the main power supply, sets of measuring voltage transformers on the buses of the main and backup power sources , a starting device for automatically turning on the reserve, containing the recovery unit of the third phase current, equipped with three output channels of analog-digital a current converter, the input of which is connected to the output of a set of measuring current transformers through a third phase current recovery unit, equipped with three output channels analog-to-digital voltage converters, the inputs of which are connected to the outputs of sets of measuring voltage transformers on the buses of the main and backup power supplies, voltage detection units direct sequence on the buses of the main and backup power supplies, the inputs of which are connected to the output channels analog o-digital voltage converters on the buses of the main and standby power sources, respectively, the maximum voltage relay block, the input of which is connected to the output of the direct sequence voltage detecting unit on the backup power supply buses, the relay block for determining the angle between the direct sequence voltage vectors on the main and backup power sources power supply, the inputs of which are connected to direct sequence voltage detection units on the buses of the main and backup sources s of power, a device that switches to a backup power source with the main contacts of the sectional circuit breaker closed at a point in time close to common mode between the same voltage on the buses of the main and backup power sources, activated when a reserve enable command is received from the starting device, automatic reserve enable starting device contains blocks of special relay organs for phase-by-phase control of the current direction, each of which is respectively connected to one of the three outputs one of the three output channels of the analog-to-digital voltage converter on the buses of the main power source, which is the voltage channel on the buses of the main source between two other phases, and one of three output channels of the analog-to-digital voltage converter on the buses of the backup power source, which is the voltage channel on the buses of the backup source between the same phases as on the buses of a new source, a three-phase undervoltage relay block, the inputs of which are connected to the output channels of an analog-to-digital voltage converter on the buses of the main power source, a relay block for determining the change in angle over a fixed time interval between the direct sequence voltage vectors on the buses of the main and backup power sources, corresponding to the inputs of which are connected to direct sequence voltage detection units on the buses of the main and backup power sources, “AND-NOT” element, the corresponding inputs of which are connected to the outputs of the blocks of special relay organs for phase-by-phase monitoring of the current direction, the “AND” logic element, whose corresponding inputs are connected to the outputs of the minimum voltage relay block of three, the maximum voltage relay block and the logic element “ AND-NOT ”, the second logical element“ AND ”, the corresponding inputs of which are connected to the outputs of the relay block of the maximum voltage, the relay block to determine the angle between the voltage vectors of the line after sequences on the buses of the main and backup power sources, the “AND-NOT” logic element, the third “AND” logic element, the inputs of which are connected to the outputs of the maximum voltage relay block, the relay block for determining the change in angle over a fixed time interval between the direct sequence voltage vectors on the buses the main and backup power sources, the AND-NOT logical element, the OR logical element, the corresponding inputs of which are connected to the outputs of the three AND logical elements, the output block k, the input of which is connected to the output of the OR gate, and the output - with the input switch of the main power source through the circuit breaker channel and with the sectional switch through the channel of its inclusion through the device for selecting the conditions for switching to the backup power source, activated upon receipt from the starting devices for switching on the reserve.

Недостатками этого устройства являются также ложное срабатывание при управлении с последующим несинхронным включением нагрузки из-за колебаний результирующего вектора напряжения блоков особых релейных органов, а также низкое быстродействие.The disadvantages of this device are also false alarms during control with subsequent non-synchronous switching on of the load due to fluctuations in the resulting voltage vector of the blocks of special relay organs, as well as low speed.

Наиболее близким по технической сущности является способ быстродействующего включения резервного электропитания [Патент на изобретение РФ №2662639, МПК H02J 9/06, опубл. 26.07.2018 г., бюл. №21], заключающийся в том, что переключают секцию шин с основного на резервный источник питания при изменении знака мощности хотя бы в одной фазе или уменьшении тока ввода любой фазы ниже заданного значения и одновременном уменьшении напряжения прямой последовательности шин основного источника питания ниже заданного значения или при увеличении угла между векторами напряжения прямой последовательности вводов больше заданного значения, в то время как линейные напряжения на резервном вводе превышают заданное значение. Согласно данному способу для достоверного определения направления мощности значения тока фазы умножают на задержанные на время Т значения линейного напряжения между двумя другими фазами этого же ввода, полученное значение интегрируют на интервале равном периоду промышленной частоты и определяют знак результата, при этом время задержки Т выбирается с учетом периода промышленной частоты и заданного угла максимальной чувствительности.The closest in technical essence is the method of high-speed inclusion of backup power [Patent for the invention of the Russian Federation No. 2662639, IPC H02J 9/06, publ. 07/26/2018, bull. No. 21], which consists in switching the bus section from the main to the backup power source when the power sign changes at least in one phase or the input current of any phase decreases below the set value and the direct sequence voltage of the main power supply busbars decreases below the set value or with an increase in the angle between the voltage vectors of the direct sequence of inputs is greater than the specified value, while the linear voltages at the backup input exceed the specified value. According to this method, to reliably determine the direction of power, the phase current values are multiplied by the line voltage values delayed by time T between two other phases of the same input, the obtained value is integrated over an interval equal to the period of the industrial frequency and the sign of the result is determined, and the delay time T is selected taking into account period of industrial frequency and a given angle of maximum sensitivity.

Недостатком этого способа является низкое быстродействие, так как требуется длительное время для обработки комплексных значений токов и напряжений каждой секции.The disadvantage of this method is the low speed, as it takes a long time to process the complex values of currents and voltages of each section.

Наиболее близким по технической сущности является устройство быстродействующего включения резервного электропитания [Патент на изобретение РФ №2662639, МПК H02J 9/06, опубл. 26.07.2018 г., бюл. №21], содержащее вводные выключатели основного и резервного источников питания, секционный выключатель, измерительные трансформаторы напряжения на шинах основного и резервного источников, трансформатор тока на вводе основного источника питания, пусковое устройство, выходы которого подключены через блок управления к вводному и секционному выключателям, релейный блок максимального напряжения, вход которого соединен с выходом измерительного трансформатора напряжения резервного источника питания, релейный блок минимального напряжения, вход которого соединен с измерительными трансформаторами напряжения основного источника питания, релейных блоков определения угла между векторами напряжений прямой последовательности основного и резервного источников питания, входы которых подключены к соответствующим измерительным трансформаторам напряжения основного и резервного источников питания, соединенными таким образом, что выход блока минимального напряжения вместе с тремя выходами блоков определения угла между векторами напряжений подключены к входам логического элемента «4ИЛИ», при этом быстродействующее пусковое устройство содержит цепь блокировки, состоящую из релейного блока минимального напряжения, который через элемент выдержки времени подключен к первому входу логического элемента «4И», блоки определения направления мощности в фазах ввода, состоящих из умножителя, первый вход которого подключен к измерительному трансформатору тока и одновременно входу блока определения минимального тока, линии задержки, включенной между выходом измерительного трансформатора напряжения и вторым входом умножителя, сумматора-накопителя, подключенного своим входом к выходу умножителя, блока определения знака, подключенного к выходу сумматора-накопителя, элемента «2ИЛИ», входы которого подключены соответственно к выходу блока определения минимального тока и блоку определения знака, при этом выходы элементов «2ИЛИ» каждого блока объединены элементом «3ИЛИ» и подключены к четвертому входу элемента «4И», в то время как третий вход элемента «4И» подключен к выходу релейного блока максимального напряжения, второй вход элемента «4И» подключен к выходу элемента «4ИЛИ», при этом выход логического элемента «4И» подключен к входу блока управления выключателями.The closest in technical essence is a device for high-speed inclusion of backup power [Patent for the invention of the Russian Federation No. 2662639, IPC H02J 9/06, publ. 07/26/2018, bull. No. 21], containing input switches of the main and backup power sources, a section switch, voltage measuring transformers on the buses of the main and backup sources, a current transformer at the input of the main power source, a starting device, the outputs of which are connected through the control unit to the input and section switches, relay maximum voltage unit, the input of which is connected to the output of the measuring voltage transformer of the backup power source, the minimum voltage relay block the input of which is connected to voltage transformers of the main power source, relay blocks for determining the angle between the voltage vectors of the direct sequence of the main and backup power sources, the inputs of which are connected to the corresponding voltage transformers of the main and backup power sources, connected in such a way that the output of the minimum voltage block together with the three outputs of the blocks for determining the angle between the voltage vectors are connected to the inputs of the logical element “4 OR”, while the high-speed starting device comprises a blocking circuit consisting of a minimum voltage relay block, which is connected to the first input of the logic element “4I” through a time delay element, power direction determination blocks in the input phases consisting of a multiplier, the first input which is connected to a measuring current transformer and simultaneously the input of the unit for determining the minimum current, a delay line connected between the output of the measuring voltage transformer and the second input a multiplier, an accumulator-accumulator connected by its input to the output of the multiplier, a sign determination unit connected to the output of the accumulator-accumulator, an “2OR” element, the inputs of which are connected respectively to the output of the minimum current determination unit and a sign-determining unit, while the outputs of the “2OR” "Of each block are connected by a 3 OR element and connected to the fourth input of a 4I element, while the third input of a 4I element is connected to the output of the maximum voltage relay block, the second input of a 4I element is connected output "4 or" element, the output of NAND gate "4I" connected to the input switch control block.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью получения на каждом шаге дискретизации точного положения векторов, а также среднеквадратических значений, расчет которых производится на интервале как минимум одного периода промышленной частоты.The disadvantage of this device is its low speed, due to the need to obtain at each discretization step the exact position of the vectors, as well as the rms values, which are calculated on the interval of at least one period of the industrial frequency.

Технической задачей изобретения является повышение быстродействия включения резервного электропитания и простота реализации.An object of the invention is to increase the speed of turning on the backup power and ease of implementation.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение скорости реакции на возникновение аварийного режима в цепях электроснабжения ответственных потребителей, что позволяет в независимости от характера повреждения и типа нагрузки выявить аварийный процесс уже на следующем шаге дискретизации.The technical result of the invention is to increase the reaction rate to the occurrence of an emergency in the power supply circuits of responsible consumers, which makes it possible, regardless of the nature of the damage and the type of load, to identify the emergency process at the next sampling step.

Этот технический результат достигается способом быстродействующего включения резервного электропитания, заключающемся в том, что измеряют аналоговые значения тока и напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, получают цифровой эквивалент входных значений с заданным интервалом частоты дискретизации с помощью аналого-цифровых преобразователей, переключают секцию шин с основного на резервный источник питания при отклонении контролируемых величин от предварительно заданных уставками значений, свидетельствующих о возникновении аварийной ситуации, блокируют пусковое устройство, при этом вводят цифровую модель, используют дифференциальный сигнал для формирования условия запуска, который получают как разность очередной выборки контролируемого сигнала и прогнозируемого значения, полученного с выхода соответствующей цифровой модели и, в случае превышения заданного значения и отсутствия блокирующих сигналов, формируют сигнал запуска пускового устройства с одновременным переключением секции шин на резервный источник электропитания.This technical result is achieved by the method of quickly turning on the backup power supply, which consists in measuring the analog current and voltage of the direct sequence of buses of the main and backup power sources, obtaining the digital equivalent of input values with a given sampling frequency interval using analog-to-digital converters, and switching the bus section from the main to the backup power source when the controlled values deviate from the values preset by the settings indicating an emergency situation, the starting device is blocked, a digital model is introduced, a differential signal is used to form a start condition, which is obtained as the difference between the next sample of the monitored signal and the predicted value obtained from the output of the corresponding digital model and, if the specified value is exceeded and the absence of blocking signals, form the start signal of the starting device while switching the bus section to the backup source nutrition.

Дополнительно значение на выходе цифровой модели может быть получено на основе выборок входного сигнала сдвинутых на время Т относительно текущего значения, где Т кратно периоду промышленной частоты.Additionally, the value at the output of the digital model can be obtained on the basis of samples of the input signal shifted by time T relative to the current value, where T is a multiple of the industrial frequency period.

Дополнительно значение на выходе цифровой модели может быть получено путем цифровой фильтрации контролируемого сигнала.Additionally, the value at the output of the digital model can be obtained by digitally filtering the monitored signal.

Дополнительно значение на выходе цифровой модели может быть получено выборкой i-го значения из массива данных, представленных в табличной форме, умноженному на заданное значение амплитуды А.Additionally, the value at the output of the digital model can be obtained by sampling the ith value from the data array presented in tabular form multiplied by a given amplitude value A.

Указанный технический результат достигается тем, что известное устройство быстродействующего включения резервного электропитания, содержащее вводные выключатели основного и резервного источников питания, секционный выключатель, измерительные трансформаторы напряжения, расположенные на секциях шин основного и резервного источников питания, измерительные трансформаторы тока, расположенные на вводе основного и резервного источника питания, микропроцессорное пусковое устройство, содержащее аналого-цифровые преобразователи тока и напряжения, элементы сравнения с заданной величиной уставки, блок определения готовности, двух- и трехвходовых логические элементы «И», снабжено блоком аналогово-цифровых преобразователей, дифференциальными блоками, входы которых подключены к соответствующим выходам блока аналогово-цифровых преобразователей, а выходы подключены к элементам сравнения с заданной величиной уставки.The specified technical result is achieved by the fact that the known device for the fast switching on of the backup power supply, comprising input switches of the main and backup power sources, a section switch, voltage measuring transformers located on the bus sections of the main and backup power sources, measuring current transformers located on the input of the main and backup a power source, a microprocessor-based starting device containing analog-to-digital current converters and voltages, elements of comparison with a given value of the set point, the unit for determining readiness, two- and three-input logic elements “I”, is equipped with a block of analog-to-digital converters, differential blocks, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the block of analog-to-digital converters, and the outputs are connected to the elements comparison with a given setpoint value.

Дополнительно дифференциальный блок может быть выполнен из элемента задержки Т, имеющего время задержки кратное периоду промышленной частоты, и сумматора-вычитателя, подключенного первым своим входом к выходу блока аналогово-цифровых преобразователей и одновременно входу элемента задержки Т, а вторым входом к выходу элемента задержки Т.In addition, the differential unit can be made up of a delay element T having a delay time that is a multiple of the industrial frequency period, and an adder-subtractor connected by its first input to the output of the block of analog-to-digital converters and simultaneously to the input of the delay element T, and by the second input to the output of the delay element T .

Дополнительно дифференциальный блок может быть выполнен из нерекурсивного цифрового фильтра и сумматора-вычитателя, подключенного первым своим входом к выходу блока аналогово-цифровых преобразователей и одновременно входу нерекурсивного цифрового фильтра, а вторым входом к выходу нерекурсивного цифрового фильтра.In addition, the differential block can be made of a non-recursive digital filter and an adder-subtractor, connected by its first input to the output of the block of analog-to-digital converters and simultaneously the input of the non-recursive digital filter, and the second input to the output of the non-recursive digital filter.

Дополнительно дифференциальный блок может содержать генератор индексов, блок памяти, умножитель на произвольное значение А, сумматор-вычитатель, соединенные таким образом, что входной сигнал от блока аналогово-цифровых преобразователей поступает на вход синхронизации генератора индексов и одновременно на первый вход сумматора-вычитателя, выход генератора индексов подключен ко входу блока памяти, умножитель первым своим входом подключен к выходу блока памяти, вторым входом подключен к элементу хранения значения А, при этом выход умножителя подключен ко второму входу сумматора-вычитателя.Additionally, the differential block may contain an index generator, a memory block, an arbitrary A multiplier, an adder-subtractor connected in such a way that the input signal from the block of analog-to-digital converters is fed to the synchronization input of the index generator and simultaneously to the first input of the adder-subtractor, output the index generator is connected to the input of the memory block, the first multiplier is connected to the output of the memory block, the second input is connected to the value storage element A, while the output is clever Ithel connected to the second input of the adder-subtractor.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана однолинейная схема распределительного устройства, на фиг. 2 представлены способы реализации цифровой модели, на фиг. 3 представлена осциллограмма работы микропроцессорного пускового устройства.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a single-line diagram of a switchgear; FIG. 2 shows methods for implementing a digital model; FIG. Figure 3 shows the waveform of the microprocessor starting device.

Способ быстродействующего включения резервного электропитания осуществляют следующим образом.The method of high-speed inclusion of backup power is as follows.

Измеряют аналоговые значения тока и напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания, получают цифровой эквивалент входных значений с заданным интервалом частоты дискретизации с помощью аналого-цифровых преобразователей. Переключают секцию шин с основного на резервный источник питания при условии превышения величины дифференциального сигнала контролируемых каналов предварительно заданного уставками значения и одновременном отсутствии блокирующих сигналов. Дифференциальный сигнал получают путем нахождения разности очередной выборки контролируемого сигнала и прогнозируемого значения. Прогнозируемое значение получают с выхода цифровой модели.The analog values of the current and voltage of the direct sequence of the buses of the main and backup power sources are measured, the digital equivalent of the input values with a given sampling frequency interval is obtained using analog-to-digital converters. The bus section is switched from the main to the backup power source, provided that the differential signal of the monitored channels exceeds the pre-set value and the absence of blocking signals. A differential signal is obtained by finding the difference of the next sample of the monitored signal and the predicted value. The predicted value is obtained from the digital model.

Цифровая модель может быть получена тремя способами когда очередное значение на выходе цифровой модели получают: на основе выборок входного сигнала сдвинутых на время Т относительно текущего значения, где Т кратно периоду промышленной частоты, способом цифровой фильтрации контролируемого сигнала, получают путем выборки i-го значения из массива данных, представленных в табличной форме, и умноженному на заданное значение амплитуды А.The digital model can be obtained in three ways when the next value at the output of the digital model is obtained: based on samples of the input signal shifted by time T relative to the current value, where T is a multiple of the industrial frequency period, by digital filtering of the controlled signal, is obtained by sampling the i-th value from an array of data presented in tabular form and multiplied by a predetermined amplitude A.

Использования цифровой модели контролируемой величины, например, на основе дифференциальных блоков, на выходе которой можно получить ожидаемые значения моделируемого сигнала приводит к повышению быстродействия включения резервного электропитания. При сравнении выборок контролируемого сигнала X на каждом шаге дискретизации n с ожидаемыми значениями цифровой модели М можно получить разностный или дифференциальный сигнал dY, который определяется выражением (1).The use of a digital model of a controlled quantity, for example, on the basis of differential blocks, at the output of which it is possible to obtain the expected values of the simulated signal, leads to an increase in the speed of switching on the backup power supply. When comparing samples of the monitored signal X at each sampling step n with the expected values of the digital model M, one can obtain a difference or differential signal dY, which is determined by expression (1).

В качестве цифровой модели могут быть использованы: данные предыдущего периода контролируемого сигнала, результаты цифровой фильтрации контролируемого сигнала, табулированные значения произвольных функций, с последующим умножением на заданное значение амплитуды А. В последнем случае для получения минимального расхождения в установившемся режиме, цифровая модель должна быть синхронизирована по фазе с огибающей входного сигнала.The following can be used as a digital model: data from the previous period of the monitored signal, the results of digital filtering of the monitored signal, tabulated values of arbitrary functions, followed by multiplication by a given value of amplitude A. In the latter case, to obtain the minimum discrepancy in the steady state, the digital model must be synchronized in phase with the envelope of the input signal.

Анализ дифференциального сигнала позволяет оперативно оценить степень отклонения входной величины от ожидаемого значения, что позволяет быстро отследить скачкообразные изменения контролируемых величин, уменьшая, таким образом, время реакции алгоритма в пределе до одного периода частоты дискретизации Td. Анализ дифференциального сигнала обеспечивает оперативное выявление ситуаций, когда пусковое устройство не должно срабатывать, например, при всех видах коротких замыканиях в нагрузке, включая замыкания на землю. При этом относительно медленные изменения контролируемых величин могут отслеживаться традиционными способами путем вычисления действующих значений и ортогональных составляющих в фоновом режиме. Учитывая высокое быстродействие и наличие помех в промышленной сети, дифференциальный сигнал интегрируется и сравнивается с предварительно заданными значениями уставок для оценки степени расхождения контролируемой величины от ожидаемых значений. Дальнейшая логическая обработка сигналов может осуществляться различными способами, один из которых рассмотрен в устройстве, реализованном согласно предлагаемому способу.Analysis of the differential signal allows you to quickly assess the degree of deviation of the input quantity from the expected value, which allows you to quickly track abrupt changes in the controlled values, thus reducing the reaction time of the algorithm in the limit to one period of the sampling frequency Td. The analysis of the differential signal provides quick identification of situations when the starting device should not be triggered, for example, with all kinds of short circuits in the load, including earth faults. Moreover, relatively slow changes in controlled values can be monitored by traditional methods by calculating the effective values and orthogonal components in the background. Given the high speed and the presence of interference in the industrial network, the differential signal is integrated and compared with pre-set values of the settings to assess the degree of divergence of the controlled value from the expected values. Further logical signal processing can be carried out in various ways, one of which is considered in a device implemented according to the proposed method.

Устройство для реализации способа быстродействующего включения резервного электропитания содержит измерительные трансформаторы тока 1, 2, установленные на вводах основного и резервного источников питания, вводные выключатели 3, 4 основного и резервного источников питания, секционный выключатель 5, измерительные трансформаторы напряжения 6, 7 на секциях шин основного и резервного источников питания, микропроцессорное пусковое устройство (МПУ), выходы которого подключены через блок управления выключателями 8 к вводным 3, 4 и секционному 5 выключателям. МПУ содержит блок аналогово-цифровых преобразователей 9, подключенный своими входами к измерительным трансформаторам тока 1, 2 и напряжения 6, 7, а выходами к входам дифференциальных блоков 10 контроля входных напряжений и токов и к входам блока определения готовности 11, при этом выходы дифференциальных блоков 10 контроля входных напряжений и токов подключены к элементам сравнения 12-17 с заданной величиной уставки, логические выходы элементов сравнения 12-17 с заданной величиной уставки соединены с логическим блоком пускового устройства (ЛБП), состоящим из логических элементов трехвходовых «3И» 18, 19 и двухвходовых «2И» 20, 21, при этом первые входы логических элементов «2И» 20, 21 подключены соответственно к выходам логических элементов «3И» 18, 19, а вторые входы объединены и подключены к логическому выходу блока определения готовности 11.A device for implementing a method for quickly turning on the backup power supply includes measuring current transformers 1, 2 installed on the inputs of the main and backup power sources, input switches 3, 4 of the main and backup power sources, a section switch 5, voltage measuring transformers 6, 7 on the main busbar sections and backup power sources, microprocessor starting device (MPU), the outputs of which are connected through the control unit of switches 8 to the input 3, 4 and sectional 5 V breakers. MPU contains a block of analog-to-digital converters 9, connected by its inputs to measuring transformers of current 1, 2 and voltage 6, 7, and outputs to the inputs of differential blocks 10 for monitoring input voltages and currents and to inputs of the readiness determination unit 11, while outputs of differential blocks 10 control input voltages and currents are connected to the comparison elements 12-17 with a given value of the set point, the logical outputs of the comparison elements 12-17 with a given value of the set point are connected to the logic block of the starting device (LBP), consisting of logic elements of three-input "3I" 18, 19 and two-input "2I" 20, 21, while the first inputs of logic elements "2I" 20, 21 are connected respectively to the outputs of logic elements "3I" 18, 19, and the second inputs are combined and connected to the logical output of the readiness determination unit 11.

Устройство для реализации способа быстродействующего включения резервного электропитания работает следующим образом.A device for implementing the method of high-speed inclusion of backup power is as follows.

При включении устройства блок определения готовности 11 проверяет ряд условий: наличие и соответствие номинальным значениям фазных напряжений, сигналов несимметрии, токов первой и второй секции шин, правильности чередования фаз и углов трехфазных систем, отсутствие превышения фазового сдвига между трехфазными системами секций, соответствие состояния выключателей исходному положению. Оцифрованные величины контролируемых сигналов с выходов блока аналогово-цифровых преобразователей 9 поступают на входы блока определения готовности 11, а также на входы дифференциальных блоков 10 контроля входных напряжений и токов. В случае выполнении всех условий на выходе блока определения готовности 11 появляется сигнал лог. 1, который разрешает работу МПУ.When the device is turned on, the readiness determination unit 11 checks a number of conditions: the presence and compliance of the nominal values of phase voltages, asymmetry signals, currents of the first and second section of the tires, the correct alternation of phases and angles of three-phase systems, the absence of excess phase shift between three-phase section systems, the condition of the switches to the original position. The digitized values of the monitored signals from the outputs of the block of analog-to-digital converters 9 are supplied to the inputs of the readiness determination unit 11, as well as to the inputs of the differential blocks 10 of the input voltage and current control. If all the conditions are fulfilled, a log signal appears at the output of the readiness determination unit 11. 1, which permits the operation of the MPU.

Дополнительно в соответствии с первым способом реализации предлагаемого изобретения (см. фиг. 2) дифференциальный блок 10 содержит элемент задержки Т 22 и сумматора-вычитатель 23, подключенный первым своим входом к выходу блока аналогово-цифровых преобразователей 9 и одновременно входу элемента задержки Т 22, в то время как второй вход сумматора-вычитателя 23 подключен к выходу элемента задержки Т 22.Additionally, in accordance with the first implementation method of the present invention (see Fig. 2), the differential unit 10 comprises a delay element T 22 and an adder-subtractor 23, connected by its first input to the output of the block of analog-to-digital converters 9 and simultaneously to the input of the delay element T 22, while the second input of the adder-subtractor 23 is connected to the output of the delay element T 22.

На положительный вход сумматора-вычитателя 23 непосредственно подаются выборки входного сигнала, а на отрицательный - выборки входного сигнала задержанные на время Т, кратное периоду промышленной частоты. В данном случае элемент задержки Т 22 является элементарной цифровой моделью, которая позволяет спрогнозировать очередное значение входной величины на основе значений предыдущего периода.Samples of the input signal are directly fed to the positive input of the adder-subtractor 23, and samples of the input signal delayed by a time T multiple of the industrial frequency period are directly fed to the negative input. In this case, the delay element T 22 is an elementary digital model that allows you to predict the next value of the input quantity based on the values of the previous period.

Дополнительно во втором способе реализации изобретения (см. фиг. 2) дифференциальный блок 10 содержит нерекурсивный цифровой фильтр 24 с коэффициентами b₀…b_j, где j кратно отношению частоты дискретизации к частоте промышленной сети (j=Fd/Fc), и сумматор-вычитатель 23, подключенный первым своим входом к выходу блока аналогово-цифровых преобразователей 9 и одновременно входу нерекурсивного цифрового фильтра 24, а вторым входом подключенный к выходу нерекурсивного цифрового фильтра 24.Additionally, in the second embodiment of the invention (see Fig. 2), the differential unit 10 comprises a non-recursive digital filter 24 with coefficients b ₀ ... b _j , where j is a multiple of the ratio of the sampling frequency to the industrial network frequency (j = Fd / Fc), and the adder a subtractor 23, connected by its first input to the output of the block of analog-to-digital converters 9 and simultaneously to the input of a non-recursive digital filter 24, and by a second input connected to the output of a non-recursive digital filter 24.

Дополнительно в третьем способе реализации изобретения (см. фиг. 3) дифференциальный блок 10 содержит сумматор-вычитатаель 23, генератор индексов G 25, синхронизированных с периодом контролируемого сигнала, блок памяти 26 с произвольной выборкой и умножитель 27 на произвольное значение А. Выход генератора индексов G 25 подключен ко входу блока памяти 26, умножитель 27 первым своим входом подключен к выходу блока памяти 26, вторым входом подключен к элементу хранения значения А, при этом выход умножителя 27 подключен ко второму входу сумматора-вычитателя 23.Additionally, in the third embodiment of the invention (see Fig. 3), the differential unit 10 comprises an adder-subtractor 23, an index generator G 25 synchronized with the period of the monitored signal, a random access memory block 26, and a multiplier 27 by an arbitrary value A. The output of the index generator G 25 is connected to the input of the memory unit 26, the multiplier 27 is connected by its first input to the output of the memory unit 26, the second input is connected to the storage element of value A, while the output of the multiplier 27 is connected to the second input of the adder-subtract spruce 23.

Входной сигнал поступает на вход синхронизации генератора индексов G 25 и одновременно на первый вход сумматора-вычитателя 23. Генератор индексов G 25 тактируется частотой дискретизации, выдавая на каждом шаге последовательно увеличивающееся значение индекса в диапазоне от 0 до k, где k кратно отношению частоты дискретизации к частоте промышленной сети. В качестве величины А могут использоваться как расчетные значения, так и значения заданные уставками. Блок памяти 26 представляет собой индексируемую таблицу данных, где последовательно записаны выборки одного или нескольких периодов сигнала с огибающей произвольной формы.The input signal is fed to the synchronization input of the index generator G 25 and simultaneously to the first input of the adder-subtractor 23. The index generator G 25 is clocked by the sampling frequency, giving at each step a sequentially increasing index value in the range from 0 to k, where k is a multiple of the ratio of the sampling frequency to industrial network frequency. As the value A, both calculated values and values specified by the settings can be used. The memory unit 26 is an indexed data table, where samples of one or more signal periods with an arbitrary envelope are sequentially recorded.

Во всех случаях выходные сигналы от дифференциальных блоков 10 поступают на элементы сравнения 12-17 с заданной величиной уставки для оценки степени отклонения величины сигнала от заданного значения.In all cases, the output signals from the differential blocks 10 are supplied to the comparison elements 12-17 with a given setpoint value to assess the degree of deviation of the signal value from a given value.

ЛБП обеспечивает логику МПУ, проверяя отсутствие блокирующих логических сигналов, таких как превышение максимального тока или превышение напряжения несимметрии 3Uo свыше значений заданных уставками и, одновременно, наличие разрешающих, таких как снижение фазного напряжения ниже допустимой величины, изменение фазового сдвига выше допустимого значения, наличие сигнала готовности к переключению. В соответствии со схемой устройства (см. фиг. 1) блокирующими сигналами будут являться лог.«0» на инвертированных выходах элементов сравнения 12, 13, 15, 17, разрешающими - соответственно лог.«1» на прямых выходах элементов сравнения 14 и 16. При выполнении всех условий сигнал лог. 1 с выхода ЛБП «Пуск 1СШ» («Пуск 2СШ») поступает на вход блока управления выключателями 8, который переводит соответствующую секцию шин на резервный источник электропитания.The LBP provides the MPU logic by checking for the absence of blocking logic signals, such as exceeding the maximum current or exceeding the 3Uo unbalance voltage above the values specified by the settings and, at the same time, the presence of permissive ones, such as a decrease in the phase voltage below the permissible value, a change in the phase shift above the permissible value, the presence of a signal readiness to switch. In accordance with the device diagram (see Fig. 1), the blocking signals will be the log. "0" on the inverted outputs of the comparison elements 12, 13, 15, 17, allowing - respectively, the log. "1" on the direct outputs of the comparison elements 14 and 16 . Under all conditions, the signal log. 1 from the output of the LBP “Start 1SSh” (“Start 2SSh”) is fed to the input of the control unit of switches 8, which transfers the corresponding bus section to the backup power source.

Эффективность способа и заявленное быстродействие подтверждаются приведенной осциллограммой снятой с рабочего устройства (см. фиг. 3).The effectiveness of the method and the claimed speed are confirmed by the given waveform removed from the working device (see Fig. 3).

Использование предлагаемого способа быстродействующего включения резервного электропитания и устройства для его осуществления позволяет с высокой эффективностью и максимально высоким быстродействием выявить аварийный процесс непосредственно в момент его возникновения, и на практике, в комплекте с быстродействующими выключателями, позволяет получить минимальную бестоковую паузу в процессе ликвидации аварийного режима. Предлагаемый способа быстродействующего включения резервного электропитания и устройство для его осуществления просты в реализации и могут быть использованы в устройствах защиты для быстрого обнаружения нарушений электроснабжения потребителей при любых видах повреждений в питающей сети и секциях шин.Using the proposed method for the fast switching on of the backup power supply and the device for its implementation makes it possible to identify the emergency process immediately at the time of its occurrence with high efficiency and the highest possible speed, and in practice, complete with high-speed circuit breakers, it allows to obtain a minimum dead time pause during the emergency response process. The proposed method for quickly turning on the backup power supply and a device for its implementation are simple to implement and can be used in protection devices to quickly detect power outages for consumers with any type of damage in the mains and bus sections.

Claims

1. A method for quickly turning on the backup power supply, which consists in measuring the analog current and voltage of the direct sequence of buses of the main and backup power sources, obtaining the digital equivalent of input values with a given sampling frequency interval using analog-to-digital converters, switching the bus section from the main to the backup power source when the controlled values deviate from the values preset by the settings that indicate the occurrence of an emergency In another situation, the starting device is blocked, characterized in that they introduce a digital model, use a differential signal to form a start condition, which is obtained as the difference between the next sample of the monitored signal and the predicted value obtained from the output of the corresponding digital model, and if the specified value is exceeded and there is no blocking signals form the start signal of the starting device while switching the bus section to a backup power source.

2. The method according to p. 1, characterized in that the value at the output of the digital model is obtained on the basis of samples of the input signal shifted by time T relative to the current value, where T is a multiple of the industrial frequency period.

3. The method according to p. 1, characterized in that the value at the output of the digital model is obtained by digital filtering of the controlled signal.

4. The method according to p. 1, characterized in that the value at the output of the digital model is obtained by sampling the i-th value from an array of data presented in tabular form multiplied by a predetermined amplitude A.

5. A device for the fast switching on of the backup power supply, comprising input switches of the main and backup power sources, a section switch, voltage measuring transformers located on the busbar sections of the main and backup power sources, current measuring transformers located on the input of the main and backup power sources, a microprocessor starting device containing analog-to-digital current and voltage converters, elements of comparison with a given value of the set point, readiness determination lock, two- and three-input logic elements “AND”, characterized in that it is equipped with a block of analog-to-digital converters, differential blocks, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the block of analog-to-digital converters, and the outputs are connected to the elements of comparison with a given setpoint .

6. The device according to p. 5, characterized in that the differential unit is made up of a delay element T having a delay time that is a multiple of the industrial frequency period, and an adder-subtractor connected by its first input to the output of the block of analog-to-digital converters and simultaneously to the input of the delay element T, and the second input to the output of the delay element T.

7. The device according to p. 5, characterized in that the differential unit is made of a non-recursive digital filter and an adder-subtractor, connected by its first input to the output of the block of analog-to-digital converters and simultaneously the input of the non-recursive digital filter, and the second input to the output of the non-recursive digital filter .

8. The device according to p. 5, characterized in that the differential unit contains an index generator, a memory unit, an arbitrary value A multiplier, an adder-subtractor connected in such a way that the input signal from the block of analog-to-digital converters is fed to the synchronization input of the index generator and simultaneously to the first input of the adder-subtracter, the output of the index generator is connected to the input of the memory block, the multiplier is connected by its first input to the output of the memory block, the second input is connected to the storage element of value A, when this output of the multiplier is connected to the second input of the adder-subtractor.