SE511265C2 - Förfarande och anordning för styrning av en sekundärspänning vid en transformatoranordning med lindningsomkopplare - Google Patents

Description

15 20 30 35 511 265 Kraftnätets spänning innehåller förutom en komposant av grundtons- frekvensen vanligen också komposanter av högre frekvenser, övertoner, alstrade exempelvis av till kraftnätet anslutna utrustningar. Dessa övertoner har inte nödvändigtvis samma fasläge som komposanten av grundtons- frekvens. Spänningsfall i kraftnätets är vanligen till sin huvudsakliga del relaterade till grundtonen eftersom övertoner och andra störningar i allmänhet härrör från utrustning kopplad till kraftnätet.

Exempelvis motorer kan utsättas för en skadlig överhettning för det fall effektivvärdet av deras matningsspänning överstiger ett förutbestämt värde, medan andra typer av utrustning, exempelvis datorutrustníngar, vanligen är mera känsliga för spänningens toppvärde. Då spänningen utöver grundtons- komposanten också innehåller övertoner överensstämmer generellt inte dess topp- och effektivvärde på ett sådant sätt att det är möjligt att samtidigt upprätthålla såväl topp- som effektivvärdena var för sig på önskade värden.

Grundtonsfrekvensen, vanligen nominellt lika med 50 eller 60 Hz, är i allmänhet inte fix utan varierar iberoende av ett flertal faktorer. I starka kraftnät med god frekvensreglering uppgår frekvensvariationema typiskt till i 0.1 Hz medan de i extremfall kan vara av storleksordningen i 5 Hz.

Hittills har de nämnda omkopplingama i lindningskopplaren vanligen skett via mekaniska kopplingsdon, vilket bland annat medfört att omkopplingstiden från ett lindningskopplarläge till ett annat varit förhållandevis lång, och därmed har även kraven på snabbhet för styrutrustningen varit förhållandevis låga.

Den amerikanska patentskriften US 4, 419, 619 beskriver en transformator- anordning av ovan beskrivet slag samt en kring en mikroprocessor uppbyggd styrutrustning för dess lindningskopplare. Sekundärspänningen samplas vid ett antal samplingstillfällen och de samplade värdena påförs mikroprocessorn , som är anordnad att medelst den så kallade diskreta Fourier-transformen (Díscrete Fourier Transform - DFT) omvandla de samplade spänningsvärdena till en digital signal svarande mot effektivvärdet över en period av den av- kända spänningen. En differens av ett likaså i digital form bildat ledvärde och den nämnda digitala signalen svarande mot den avkända spänningens effektiv- 10 15 20 25 30 35 511 265 värde bildas och påförs, efter omvandling till analog form, en motordrivet kopplingsdon med roterande kontakter för verkställande av omkopplingar av lindningskopplarens reglerlindning.

Sekundärspänningen samplas vid 16 samplings-tidpunkter under en period av spänningen och datainsamlingen sker, i och för bildande av medelvärde, under 32 grundtonsperioder. Som referenspunkt för start av samplingscykeln används en nollgenomgång för transforrnatorns sekundärström. Efter 32 perioder påbörjas bearbetningen av de 16 * 32 samplade värdena, uppenbarligen först genom en medelvärdesbildning och därefter medelst den ovan nämnda Fourier-transformen. Bearbetningen resulterar i en bestämning av ett mått på sekundärspänningens effektivvärde över en grundtonsperiod.

Fourier-analysen utförs endast för grundtonskomposanten, men det indikeras att algoritmen kan modifieras att analysera även toner av högre ordning, vilket enligt denna skrift skulle vara av särskilt intresse vid tillämpningar innefattande tyristorkopplade kondensatorer.

Algoritmen för den diskreta Fourier-transformen kan uppfattas som ett selektivt filter som ur följden av samplade värden bestämmer och vidareför värden på amplitud och på fasvinkel för en komposant i följden av en förutbestämd selekteringsfrekvens. I anordningen beskriven i den citerade patentskriften är selekteringsfrekvensen lika med kraftnätets nominella frekvens, det vill säga det förutsätts att grundtonskomposantens frekvens är lika med kraftnätets nominella frekvens.

Den amerikanska patentskriften US 5, 581, 173 beskriver en liknande använd- ning av en mikroprocessor, likaså med 16 samplingstillfällen per grundtonsperiod. De samplade värdena avkänns i detta fall på en halvvågslikriktad signal svarande mot transformatoranordningens sekundärspänning, varför hälften av de samplade värdena blir lika med noll.

En medelvärdesbildning sker i den i denna skrift beskrivna anordningen över 8 perioder av transformatoranordningens sekundärspänning. 10 15 20 25 30 35 511265 REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett förbättrat förfarande av inledningsvis angivet slag, vilket möjliggör en bättre noggrannhet i bestämningen av styrutrustningens styrsignal, samt en anordning för genomförande av förfarandet.

Enligt uppfinningen åstadkommes detta genom att en spänningsstorhet bildas i beroende av transformatoranordningens sekundärspänning, att en styrstorhet bildas i beroende av spänningsstorheten, och att styrsignalen bildas i beroende av en avvikelse mellan styrstorheten och ett givet ledvärde för denna.

Spänningsstorheten innefattar härvid åtminstone en första styrkomposant som representerar en grundtonskomposant av sekundärspänningen, och bildas i beroende av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens, vilken fortlöpande avkänns.

Enligt en fördelaktig vidareutveckling av uppfinningen innefattar spännings- storheten även en andra styrkomposant som representerar en övertonskom- posant av spänningsärvärdet.

Enligt ytterligare en fördelaktig utföringsform av uppfinningen, varvid en konsekutiv ärvärdesföljd av diskreta spänningsärvärden bildas i beroende av sekundärspänningen, bildas amplitudvärden och fasvinkelvärden för de i spänningsstorheten innefattade styrkomposantema medelst en Fourier-analys av ärvärdesföljden, varvid åtminstone för bestämning av fasvinkelvärdet för spänningsstorhetens första styrkomposant ett rekursivt förfarande utnyttjas.

FIGURBESKRIVNIN G Uppfinningen skall närmare förklaras genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, vilka samtliga är schematiska och i form av enlinjediagram respektive blockschemor, och i vilka figur 1A visar en transformatoranordning med en lindningskopplare, ansluten mellan ett kraftnät och en last, 10 15 20 25 30 35 511 265 5 figur 1B visar en lindningskopplare för en transforrnatoranordning enligt figur 1, figur 2 visar en styrutrustning enligt uppfinningen för en lindnings- kopplare enligt figurerna 1A-1B, figur 3 visar en utföringsform av en frekvensanalyserande delenhet vid en styrutrustning enligt figur 2, figur 4 visar ytterligare en utföringsfonn av en frekvensanalyserande delenhet vid en styrutrustning enligt figur 2, figur 5 visar en utföringsform för frekvensadaptering av en frekvens- selekterande delenhet vid en styrutrustning enligt figur 2, figur 6 visar ytterligare en utföringsform för frekvensadaptering av en frekvensselekterande delenhet vid en styrutrustning enligt figur 2, och figur 7 visar en utföringsform av en signalsyntetiserande enhet vid en styrutrustning enligt figur 2.

BESKRIVNING Av UTFÖRINGSEEMPEL Den följande beskrivningen avser såväl förfarandet som anordningen.

Styrutrustningen innefattar berälmingsorgan, i figurerna visade i form av blockschemor, och det skall förstås att in- och utsignalerna till respektive block kan utgöras av signaler eller beräkningsvärden. Signal- och beräkningsvärde används därför i det följande synonymt.

För att ej tynga framställningen med för fackmannen självklara distinktioner används i vissa fall samma beteckningar för de spänningar och frekvenser och andra storheter som uppträder i kraftnät och transformatoranordning, som för de mot dessa storheter svarande mätvärden och signaler / beräkningsvärden som påförs och behandlas i den i det följande beskrivna styrutrustningen. 10 15 20 25 30 35 511 265 Iblockschemorna visas mätvärden och block för bildande av vissa beräkningsvärden vilka används i andra visade block, sammanbindande linjer mellan dessa mätvärden och dessa block har i vissa fall utelämnats för att ej tynga ritningarna men det skall förstås att respektive beräkningsvärden hämtas från de block i vilka de bildas.

Det skall vidare förstås att ehuru de i figurerna visade blocken omtalas som enheter, organ, filter etc, dessa, särskilt för det fall deras funktioner implementeras såsom programvara i exempelvis mikroprocessorer, är att förstå såsom medel för att åstadkomma den önskade funktionen.

Begrepp, beteckningar och inledande teori.

Det kraftnät till vilket den i det följande beskrivna transformatoranordningen är ansluten, förutsätts ha en nominell systemfrekvens, som betecknas med f, .

Vanligen är f, = 50 eller 60 Hz. Kraftnätets grundtonsfrekvens betecknas med f, *. Grundtonsfrekvensens nominella värde är lika med värdet på systemfrekvensen men dess aktuella värde avviker oftast från det nominella värdet. Det förutsätts vidare att transformatoranordningens sekundärspänning US och primärspänning UP innefattar en grundtonskomposant US ,, UP, respektive, av grundtonsfrekvensen, samt ett antal komposanter, övertoner, av frekvenser som är heltalsmultipler nf,' av grundtonsfrekvensen, där n är ett naturligt tal, n = 1, 2, 3, . Var och en av dessa komposanter har en specifik amplitud US", UP" respektive och en specifik fasvinkel çon irelation till en referensfas. Allmänt kan exempelvis sekundärspänningen uttryckas som en summa av dessa kornposanter US = ÉUSnsinQ/rnfft + (pn) (1) n=l där t betecknar tiden.

Ett vid transformatorn anordnat spänningsmätdon (ej visat i figurer) bildar på något i och för sig känt sätt ett spänningsmätvärde representerande transformatorns sekundärspänning, vilket spänningsmätvärde i det följande betecknas med u°. 10 15 20 25 30 511 265 Det förutsätts likaså att spänningsmätvärdet kan uttryckas som en summa av en grundtonskomposant och ett antal övertoner u' = sin(27rnf,'t + (an) (2) n=l där i praktiken dock endast ett ändligt antal av övertoner är av intresse.

I det följande kommer att beskrivas en styrutrustning, som enligt uppfinningen bildar en styrsignal för lindningskopplarläget i beroende av spännings- mätvärdet. Före den egentliga signalbehandlingen förfiltreras därvid spänningsmätvärdet i en i styrutrustningen innefattad förfiltrerande enhet.

Denna enhet innefattar medel för att på något i och för sig känt sätt begränsa spänningsmätvärdets amplitud, typiskt till 150 % av toppspänningens nominella värde, och derivata, samt till styrutrustningen vidareföra det på detta sätt begränsade spänningsmätvärdet för vidare Signalbehandling i styrutrustningen enligt uppfinningen. Det förutsätts därvid att begränsningen av derivatan är så vald att den ej påverkar signalbehandlingen inom det för styrsignalen praktiskt intressanta frekvensområdet. Utsignalen från den förfíltrerande enheten benämns i det följande spänningsärvärde och betecknas med u.

Vidare förutsätts att styrutrustningen, ehuru ej specifikt visat i figurerna, på något i och för sig känt sätt arbetar samplat, det vill säga med i tiden diskreta signaler och beräkningsvärden. Spänningsärvärdet kommer därvid att utgöras av en konsekutiv ärvärdesföljd u[k] av diskreta spänningsärvärden u[O], u[1], u[2], u[3], , samples, samplade vid diskreta tidpunkter kTs , samplingstillfällen, med en samplingsfrekvens f: = 1 / Ts. Här betecknat Ts tiden, samplingstiden, mellan varje samplingstillfälle, och k ett löpande index, k= O,l,2,3,....

I det följande kommer vissa tillämpningar av den i och för sig kända diskreta Fourier-transformen att beskrivas, varför först ett antal uttryck relaterade till denna transform kommer att anges i generell form. Enligt teorin för trans- forrnen kan ur en periodisk ärvärdesföljd u[k] av diskreta ärvärden amplitud och fasvinkel för en komposant i ärvärdesföljden med en viss frekvens f , i det följande benämnd selekteringsfrekvensen, bestämmas ur en summa 10 15 20 25 30 511 265 N-l Ulf] = Éulkl* ”fl <3) där a) = 272: f är vinkelfrekvensen svarande mot selekteringsfrekvensen f och N är ett antal konsekutiva värden i ärvärdesföljden u[k].

Antag att ärvärdesföljden u[k] består av samplade värden från en sinusformad signal u(r) = u" *sin(wz +cpn), där u" är signalens toppvärde, a) dess vínkelfrekvens svarande mot selekteringsfrekvensen f , och 42,, dess fasvinkel relativt en referenssignal. Ärvärdesföljden u[k] kan då skrivas såsom u[k] = uk *sin(a)kTs +ç0k) (4) och uttrycket (3) får därmed formen N-l Ulf] = Zur *s1n k=0 Utveckling av den exponentiella termen i real- och imaginärkomposanter ger, under förutsättning att N är så valt att en summering av uttrycket sin(2c0 kTs) sker över en eller flera hela perioder av funktionen sin(2co kTs) N-l Ulf] = zuk *(sin(pk coszwokTs) - jcosrp sin2(a)kTs)) (6) k=0 Utveckling av de kvadratiska trigonometriska uttrycken ger, fortfarande under förutsättning att en summering av uttrycket sin(2w kTs) sker över en eller flera hela perioder, U[f] = u, * N/z »k (sina, - jcosqr) (7) Härur kan således amplitud u, och fasvinkel (p, för signalen u(t) bestämmas w=%Mdl @ el l l) (ok = arctg{ } (9) där I | betecknar absolutbeloppet av och Re( ) och Im( ) realdel respektive imaginärdel av Ulf 10 15 20 25 30 511 265 Vid bildande av fasvinkeln çok beaktas på i och för sig känt sätt tecken på real- och imaginärdelarna så att arcustangensfunktionen bildar fasvinkeln inom korrekt kvadrant.

I det följande kommer att beskrivas hur vid en fördelaktig utföringsform av uppfinningen den diskreta Fourier-transformen beräknas genom ett rekursivt förfarande. Härvid utnyttjas det faktum att vid beräkningar av summan enligt uttrycket (3) vid två konsekutiva samplingstillfällen, de båda summoma i huvudsak kommer att innehålla samma termer. För den rekursiva beräkningen av transformen utnyttjas ett uttryck av formen U,([ f] = Uk_,[f] - itu-N] * e'f“'<*-””* + ”[1] * tffflf* (10) U k [ f l betecknar här den summa som enligt uttrycket (3) bestämts ur de senaste N konsekutiva värdena i ärvärdesföljden u[k] och U H [ f 1 betecknar den summa som enligt uttrycket (3) bestämts ur de N konsekutiva värden i ärvärdesföljden u[k] som ligger förskjutna ett samplingstillfälle tidigare än de värden som används för bestämning av summan Uk [f Med exempelvis N = 20 beräknas en summa U m, l f l ur ärvärdesföljden u[k] enligt uttrycket (3) ovan med värden på k svarande mot k = O, 1, 2, 19 såsom Uwlfl = Eulkl* fi” (11) 19 -0 k..

Vid samplingstillfället svarande mot k = 20 iärvärdesföljden u[k]beräknas en summa U 20 [ f 1 ur ärvärdesföljden u[k] enligt uttrycket (3) ovan med värden på k svarande mot k = 1, 2, 3, 20 såsom Uzolfl = Éulkl* e-jafls k = l där alltså löpande index k i uttrycket (12) löper från k = 1, 2, , 20, det vill säga är ökat med ETT jämfört med beräkningen i uttrycket (11). (12) Det inses att 19 av de 20 termema som ingår i U 20[ f ] också ingår i U 1.,[ f loch att alltså speciellt Uwlf] = Uwlf] - 1101 === e'f“'<°*“ + ulzø] * e'*””°>'f us) 10 15 20 25 30 511 265 10 Summan U j, l f ] enligt uttrycket (10) beräknas alltså fortlöpande vid varje samplingstillfälle.

Företrädesvis beräknas de ovan angivna algoritmerna för bestämning av amplitud och fasvinkel medelst en för ändamålet programmerad mikroprocessor.

Algoritmen för Fourier-transformen kan uppfattas som ett selektivt filter, i det följande benämnt Fourier-filter, som selekterar och vídareför värden på amplitud och på fasvinkel för en komposant av ärvärdesföljden ulk] av en vald selekteringsfrekvens f . Uttrycket Fourier-filter avser alltså i detta sammanhang en beräkningsalgoritrn. Filtrets parametrar bestäms på i och för sig känt sätt. Samplingsfrekvensen väljs i relation till den högsta frekvens som skall selekteras. Antalet samples N under perioden väljs sedan enligt uttrycket _ P N _ zfls (14) där f är selekteringsfrekvensen och p ett naturligt tal, p = 1, 2, 3, 4, Filtrets spärrfrekvenser fb och dess insvängningstid 1 efter en amplitud- förändring i dess insignal bestäms av parametern p , och ges av uttrycken 2k fb = ff1 i -j (15) P där k är ett naturligt tal, k = 1, 2, 3, ,och _ _É_ I _ zf (16) För praktiska ändamål beaktas endast de ur uttrycket (15) resulterande spärrfrekvenser som är större än noll.

I det följande avses med ett halvperiods Fourier-filter, allmänt betecknat FFI-IC, ett Fourier-filter vilket såsom utsignal bildar en summa U hl f j baserat på uttrycket (3). Summan bildas därvid ur en ärvärdesföljd u[k] bestående av konsekutiva spänningsärvärden samplade under en tid som bakåt sträcker sig en halv period av grundtonskomposanten, det vill säga vid 50 Hz under de senaste 10 ms (vid 60 Hz under de senaste 8.3 ms). 10 15 20 25 30 35 511 265 11 Med ett helperiods Fourier-filter, allmänt betecknat FFCC, avses i det följande ett Fourier-filter vilket såsom utsignal bildar en summa U Ä f 1 baserat på uttrycket (3) eller med fördel på uttrycket (10) ovan. Summan U i f l bildas därvid ur ärvärdesföljden u[k] samplad under en tid som bakåt sträcker sig en hel period av grundtonskomposanten, det vill säga vid 50 Hz under de senaste 20 ms (vid 60 Hz under de senaste 16.7 ms).

I de i det följande beskrivna utföringsforrnerna av uppfinningen kan med fördel Fourier-filter av detta slag anordnas att fortlöpande bestämma summan U ,,[ f l respektive summan UC [ f 1 vid vart och ett av samplingstillfällena, varvid fortlöpande de N senaste samplen används vid summaberäkningen.

Bestämningen av värdena på amplitud och fasvinkel för respektive komposanter, baserat på uttrycken (8) och (9), kan därigenom också med fördel bildas fortlöpande vid vart och ett av samplingstillfällena.

Beskrivning av utföringsforrner av uppfinningen.

Figur 1A visar en fas av en transformatoranordning TR med en primärlindning WP och en sekundärlindning WS, primärlindningen med N1 varv och sekundärlindningen med N2 varv. Transformatoranordningen innefattar en lindningskopplare TC, i figuren markerad med en pil. Lindningskopplaren har ett reglerområde som ändrar transformatoranordningens omsättning RAT inom ett intervall Rmm till Rmax i ett antal steg som vart och ett motsvarar en omsättningsändring Rink. Transformatoranordningen, i det följande kort benämnd transformatorn, är via primärlindningen ansluten till ett kraftnät NET med spänningen UP och med en systemfrekvens f] , vanligen lika med 50 eller 60 Hz. Transformatoms sekundärlindning är ansluten till last L.

Spänningen över sekundärlindningen betecknas med US och transforrnatorns omsättning (N2/N1) * R med RAT.

Figur 1B illustrerar schematiskt en lindningskopplare TC, på inledningsvis beskrivet sätt innefattande två reglerlindningar med olika antal lindningsvarv, vilka i figuren schematiskt illustreras med en lindningssymbol WTC, anslutna i 10 15 20 25 30 511 265 12 seriekoppling med transfonnatorns primärlindning. Lindningskopplaren är av så kallad statisk typ, det vill säga omkopplingar av reglerlindningarna sker med hjälp av statiska halvledarelement, exempelvis tyristorer. Detta markeras i figuren schematisk med en tyristorsymbol.

I det följande antas att lindningskopplaren är så utförd att omkoppling från ett lindníngskopplarläge till ett annat endast kan ske i samband med en noll- genomgång för strömmen genom lindningskopplarens reglerlindningar, dvs i genomsnitt en gång per halv elektrisk period motsvarande en gång per 10 ms vid 50 Hz systemfrekvens (83 ms vid 60 Hz systemfrekvens). Lindnings- kopplarläget styrs i beroende av en lägesorder RO, bildad i en lägesgenerator TCCD i beroende av en lägesgeneratorn påförd styrsignal RCS . Lindnings- kopplaren bildar på något i och för sig känt sätt en lägessignal RP indikerande aktuellt lindningskopplarläge.

Såsom schematiskt indikeras i figurerna 1A och 1B avkänns vid transformatorn, på något i och för sig känt sätt, en spänning, i detta utföringsexempel sekundär- spänningen US , det aktuella lindningskopplarläget och det aktuella värdet fl' på grundtonsfrekvensen, och bildas på något i figuren inte visat sätt däremot svarande signaler u', RP och ff respektive, utgörande det ovan nämnda spänningsmätvärdet, respektive ärvärden för lindningskopplarläge och aktuell grundtonsfrekvens. Dessa signaler påförs en styrutrustning TCC som i beroende därav, på sätt som nedan skall närmre beskrivas, bildar styrsignalen RCS .

En sådan styrutrustning enligt uppfinningen illustreras i figur 2. Styrutrust- ningen innefattar den ovan nämnda förfiltrerande enheten 20, vilken påförs spänningsmätvärdet u' på den avkända sekundärspänningen, en signal- analyserande enhet SAU, en signalsyntetiserande enhet SSU och en avvikelse- bildande enhet DGU, vilken påförs ärvärdet RP på lindningskopplarläget.

Den förfiltrerande enheten vidareför till den signalanalyserande enheten det på ovan beskrivet sätt begränsade spänningsmätvärdet såsom ett spännings- ärvärde u , vilket, som ovan förutsätts, utgör en konsekutiv ärvärdesföljd u[k] av diskreta spänningsärvärden, samplade vid diskreta tidpunkter kTs. Den signalanalyserande enheten innefattar en frekvensanalyserande delenhet 211 10 15 20 25 30 35 511 265 13 samt, i detta utföringsexempel ytterligare fyra frekvensanalyserande del- enheter 212, 213, 214 och 215, respektive, vilka samtliga påförs spännings- ärvärdet.

Den frekvensanalyserande delenheten 211 är anordnad att i beroende av spänningsärvärdet medelst Fourier-filter bilda ett amplitudvärde u, och ett fasvinkelvärde q), för en första styrkomposant, representerande en grundtons- komposant av spänningsärvärdet. Styrkomposanten svarar därvid mot en komposant av spänningsärvärdet vars frekvens utgörs av den selekterings- frekvens f som används vid beräkningen baserad på uttrycket (3). Det inses att det amplitudvärde och det fasvinkelvärde som på detta sätt bildats av delenheten 211 också utgör mått på amplitud och fasvinkel för grundtons- komposanten i transformatorns sekundärspänning så att den första styr- komposanten även representerar denna sekundärspänníngs grundtons- komposant.

På likartat sätt är den frekvensanalyserande delenheten 212 anordnad att i beroende av spänningsärvärdet medelst ett Fourier-filter bilda ett amplitud- värde u: och ett fasvinkelvärde (p, för en andra styrkomposant, represen- terande en komposant av spänníngsärvärdet med en frekvens lika med den dubbla grundtonsfrekvensen. Den andra styrkomposanten svarar därvid mot en komposant av spänningsärvärdet vars frekvens likaså bestäms av den frekvens som används vid beräkningen baserad på uttrycket (3), och för delenheten 212 väljs en selekteringsfrekvens som är den dubbla av den selekteringsfrekvens som valts för delenheten 211. Det inses likaså att det amplitudvärde och det fasvinkelvärde som på detta sätt bildats av delenheten 212 också utgör mått på amplitud och fasvinkel för en komposant av dubbla grundtonsfrekvensen i transformatoms sekundärspänning så att den andra styrkornposanten även representerar en komposant av dubbla grundtons- frekvensen i denna sekundärspänning.

De frekvensanalyserande delenhetema 213, 214 och 215 är på likartat sätt anordnade att i beroende av spänningsärvärdet medelst Fourier-filter bilda amplitudvärden u3, u, och us respektive och fasvinkelvärden ço3, ga, och 425 respektive för styrkomposanter, representerande komposanter av spännings- 10 15 20 25 30 511 265 14 ärvärdet, och därmed av sekundärspänningen, med frekvenser lika med respektive tre, fyra och fem gånger grundtonsfrekvensen.

Vart och ett av de av de frekvensanalyserande enheterna bildade paren av amplitudvärde och fasvinkelvärde definierar en sinusformad signal av en frekvens lika med den selekteringsfrekvens som använts vid beräkningen baserad på uttrycket (3). Samtliga värden på respektive styrkomposanters amplituder och fasvinklar påförs den signalsyntetiserande enheten SSU, som är anordnad att därur bilda en spänningsstorhet u E genom fasriktig addition av samtliga de på detta sätt definierade sinusformade signalerna. I detta utförings- exempel är således spänningsstorheten, uttryckt i diskret form, u E = Éun sin(ncokTs+ (pn), där a) = 27r f och f är den selekteringsfrekvens n=l som används i Fourier-filtret i delenheten 211.

Vid varje samplingstillfälle bildas på något i och för sig känt sätt absolut- beloppet av värden på spänningsstorheten för var och en av de diskreta tidpunkter kTs som svarar mot k = 0, 1, 2, 3, 27:/ a) T s, varefter en toppvärdesignal EPV bildas såsom det maximala värdet av dessa absolutbelopp på spänningsstorheten, det vill säga k =O. 1. 2. 3. 2rrlwTs} ' Denna toppvärdesignal utgör en första styrstorhet för styrutrustningen, och 5 uE = zu” sin(na)kTs + (pn) n=l EPV = max{ vid denna beräkning av styrstorheten EPV beaktas således samtliga kompo- santer i sekundärspänningen vars frekvenser är lika med grundtonsfrekvensen och heltalsmultipler lägre än eller lika med fem (svarande mot n S 5 i uttrycket (2)) av denna frekvens medan de komposanter vars frekvenser är heltalsmultipler högre än fem (svarande mot n > 5 i uttrycket (2)) av grundtonsfrekvensen är eliminerade.

En utföringsform av den signalsyntetiserande enheten illustreras schematiskt i figur 7. Det av den frekvensanalyserande enheten 211 bildade paret ul, q), av amplitudvärde och fasvinkelvärde påförs, tillsammans med ett värde på enhetens selekteringsfrekvens f , en beräkningsenhet 71, som därur bildar en sinusformad signal av en frekvens lika med selekteringsfrekvensen och med en 10 15 20 25 30 511 265 15 amplitud och en fasvinkel svarande mot paret u,, go] av amplitudvärde och fasvinkelvärde. De av de övriga frekvensanalyserande enheterna 212 215 bildade paren uz, (pQ us, ços på amplitudvärden och fasvinkelvärden påförs på analogt sätt, tillsammans med värden på respektive enhets selekteringsfrekvenser 2 f Sf beräkningsenheter 72 75, som därur bildar sinusformade signaler av frekvenser lika med respektive selekteringsfrekvenser och med amplituder och fasvinklar svarande mot respektive par av paren uz, (pz us, (ps på amplitudvärden och fasvinkelvärden. Samtliga sinusformade signaler påförs ett summerande organ 76, som därur bildar spänningsstorheten u E = Éun sin(ncokTs + (pn). Spänníngsstorheten påförs ett n=l beräkningsorgan 77, som därur bildar toppvärdesignalen EPV enligt ovan nämnda uttryck.

Toppvärdesignalen EPV påförs en i den avvikelsebildande enheten DGU innefattad kvotbildare 221, vilken såsom utsignal bildar kvoten DPV av ett ledvärde PVR för sekundårspärmingens toppvärde och toppvärdesignalen EPV , vilken kvot via en första ingång 231 på ett väljarorgan 23 påförs en multiplikator 24. Multiplikatorn bildar en utsignal RCS * såsom produkten av kvoten DPV och lägessignalen RP , indikerande det aktuella lindningskopp- larläget, vilken utsignal påförs ett minnesorgan 241. Minnesorganet lagrar fortlöpande det senaste värdet på utsignalen från multiplikatorn och bildar såsom utsignal styrsignalen RCS . 5 Vid beräkningen av spänníngstorheten u E = zu" sin(nw kTs + rpn) är det med n=l avseende på behovet av beräkningskapacitet fördelaktigt att med hjälp av kända trigonometriska samband utveckla termerna svarande mot n = 2 - 5 så att uE uttrycks i en summa av sinus- och cosinustenner av frekvensen svarande mot n = 1. Beräkningen av spänningsstorheten, vilken här inte redovisas i detalj, kan då ske genom att ur de av de frekvensanalyserande enheterna 211 215 bildade paren u,, (o, us, (ps på amplitudvärden och fasvinkelvärden bilda elva konstanter, varefter spänningsstorheten bildas som en funktion av dessa elva konstanter och av funktionerna sin(wkTs) och cos(co kTs) . 10 20 25 30 35 511265 16 Frekvensadaptering.

Enligt känd teknik väljs för den frekvensanalyserande delenheten 211 en selekteringsfrekvens lika med kraftnätets nominella systemfrekvens och antalet samples under en period av en svängning av den nominella systemfrekvensen såsom ett heltal.

Som ovan nämnts avviker i allmänhet kraftnätets grundtonsfrekvens från systemfrekvensens och det inses från det ovanstående att därmed de av respektive frekvensanalyserande delenheter enligt känd teknik bildade paren av amplitudvärden och fasvinkelvärden principiellt inte representerar amplitud- och fasvinkelvärden för grundtonskomposanten, respektive multipler av denna, av transfonnatorns sekundärspänning.

Enligt uppfinningen tas hänsyn till grundtonsfrekvensen aktuella värde f, * = fl i Af, vid utformningen av styrutrustningen genom en automatisk adaptering av dennas funktion i beroende av ett mätvärde på den på något känt sätt avkända grundtonsfrekvensen. Detta åstadkornmes enligt uppfinningen genom att parametrar i styrutrustningen som påverkar bestämningen av de av respektive frekvensanalyserande delenheter bildade paren av amplitudvärden och fasvinkelvärden fortlöpande modifieras i beroende av det avkända värdet ff på kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens.

Med kunskap om i kraftnätet förekommande frekvensvariationer kan denna frekvensadaptering utformas på olika sätt.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen kommer nedan att beskrivas i anslutning till figur 2 och i mera detaljerade beskrivningar av utföringsformer av de frekvensanalyserande delenheterna 211 och 212.

Den frekvensanalvserande delenheten 211.

En fördelaktig utföringsform av den frekvensanalyserande delenheten 211 illustreras i figur 3. För bestämning av fasvinkeln (p, påförs ärvärdesföljden u[k] på ett helperiods Fourier-filter 30 av ovan beskrivet slag, vilket såsom utsignal bildar en summa U C l f = f I] enligt uttrycket (10) för en selekterings- 10 15 20 25 30 35 511 265 17 frekvens lika med systemfrekvensen. Denna summa påförs en beräkningsenhet 31, vilken därur som utsignal bildar fasvinkeln (p, ur uttrycket (9).

Som ovan nämnts medger en statisk lindningskopplare möjlighet till ändring av lindningskopplarläget i genomsnitt en gång per en halv period av grund- tonsfrekvensen, och för att utnyttja denna möjlighet särskilt för den i sekundär- spänningen dominerande grundtonsfrekvensen bestäms amplituden ul medelst ett halvperiods Fourier-filter 32 av ovan beskrivet slag, vilket såsom utsignal bildar en summa U Å f = f I J baserat på uttrycket (3) för en selekteringsfrekvensen lika med systemfrekvensen.

Det skall observeras att spänningsvariationer i det transformatoranordningen matande kraftnätet vanligen är förknippade med grundtonskomposanten (övriga komposanter är i allmänhet alstrade av till kraftnätet anslutna utrustningar och anläggningar), och det är även av detta skäl angeläget att snabbt erhålla information om amplitudförändringar i grundtonskomposanten.

Summan U h [ f j påförs en beräkningsenhet 33 vilken därur som utsignal bildar amplituden u] ur uttrycket (8).

Vid i övrigt fördelaktiga val av parametrar för Fourier-filtret 32, exempelvis samplingstiden IQ = 0.001 s , p = 1, och antalet sampel N = 10 , som med uttrycket (16) ger en insvängningstid z' = 10 ms, kommer Fourier-filtret inte att spärra jämna multipler av selekteringsfrekvensen. Det är därför fördelaktigt att ur den ärvärdesföljd u[k] som påförs delenheten 211 eliminera åtminstone de lägsta jämna multiplema 2 f , 4 f , 6 f , av selekteringsfrekvensen innan följden påförs Fourier-filtret 32. Detta âstadkommes genom att ett bandspärr- filter 34 anordnas före Fourier-filtret, vilket bandspärrfilter i detta utförings- exempel innefattar andra ordningens filter av så kallad Butterworth-typ med stoppfrekvenser för 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz och 400 Hz (vid 50 Hz system- frekvens) samt ett första ordningens lågpassfilter av Butterworth-typ med bryt- frekvensen 325 Hz. Bandbredden för bandspärrfiltren kan exempelvis väljas 5, 10, 15 och 20 Hz respektive, varvid irisvängniiigstiden för kombinationen av bandspärrfilter och Fourier-filter endast påverkas marginellt. 10 15 20 25 30 35 511 265 is Frekvensadaptering - utföringsform 1. lett kraftnät där frekvensvariationerna normalt ligger inom ett toleransband på i 1 Hz kan i en fördelaktig utföringsform stoppfrekvenserna för de andra ordningens filter som innefattas i det ovan beskrivna bandspärrfiltret BFU adapteras i beroende av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens.

Allmänt gäller för ett andra ordningens filter med en följd u[k] som insignal och en utsignal y[k] att y[1<]= b,,* u[1<]+ 19,* u[1<-1]+ b, »t u[1<-z] - a, * y[1<-1] - az* y[1<-2] där b,,, b,, b,, a,, a, är konstanter.

Det är känt att genom att välja b,, = b, åstadkomma ett bandspärrfilter vars bandbredd bestäms av de frekvensoberoende konstanterna b,,, b,, a, . Mellan stoppfrekvensen och var och en av konstanterna b, , a, råder ett för praktiska ändamål linjärt samband så att a, = K,f, * och b, = Kzf, *, där K,, K, är konstanter och f, * exempelvis är grundtonsfrekvensen aktuella värde.

Värden på konstanterna b,, a, för ett antal frekvenser kan således på något i och för sig känt sätt förutberäknas för det aktuella bandspärrfiltret och lagras i en tabell. Genom att fortlöpande avkänna grundtonsfrekvensen aktuella värde kan genom exempelvis interpolation i denna tabell bandspärrfiltrets stoppfrek- venser fortlöpande adapteras till grundtonsfrekvensen aktuella värde. Denna adaptering illustreras schematiskt i figur 3 genom ett block 35, innefattande medel för lagring av den ovan nämnda tabellen. Blocket påförs grundtonsfrek- vensen aktuella värde f, * och bildar iberoende därav mot detta frekvensvärde svarande värden på de för bandspärrfiltret 34 karakteriserande konstanterna b,, a, och överför dessa värden på konstanterna till filtret 34.

Den frekvensanalvserande delenheten 212 En fördelaktig utföringsform av den frekvensanalyserande delenheten 212 illustreras i figur 4. För bestämning av såväl amplitudvärde u, som fasvinkelvärde (p, påförs ärvärdesföljden ulk] av diskreta ärvärden ett helperiods Fourier-filter 40 av principiellt samma slag som det ovan beskrivna Fourier-filtret för bestämning av fasvinkeln (a, för grundtonskomposanten av frekvensen f, . Filtret bildar såsom utsignal för en selekteringsfrekvens UI 10 15 20 25 30 35 511 265 19 f = 2 f, en summa Ucl f = 2 fl] , exempelvis enligt uttrycket (10). Summan U cl f = 2 fl] påförs en beräkningsenhet 42, vilken därur som utsígnal bildar beloppet u, ur uttrycket (8), samt en beräkningsenhet 41, vilken därur som utsignal bildar fasvinkeln (pz ur uttrycket (9).

De frekvensanalyserande delenhetema 213, 214 och 215 kan med fördel ha samma principiella uppbyggnad som delenheten 212.

Frekvensadaptering - utföringsform 2.

I ett kraftnät där man kan förvänta frekvensvariationerna inom ett tolerans- band bredare än i 1 Hz kan i en fördelaktig utföringsform samplingsfrek- vensen f: = l / Ts , där Ts är den ovan i anslutning till uttrycket (2) nämnda tiden mellan varje samplingstillfälle, varieras i beroende av grundtonsfrek- vensen aktuella värde f, *.

De i den signalanalyserande enheten SAU ingående Fourier-filtrens parametrar förutsätts härvid valda så att filtren arbetar med selekteringsfrekvenser f som är lika med, respektive utgör, heltalsmultipler av kraftnätets systemfrekvens f, , och, utan verksam frekvensadaptering, med en mot systemfrekvensen svarande samplingstid TsO.

Förfarandet enligt denna utföringsform av uppfinningen innebär principiellt att samplingstiden påverkas i beroende av grundtonsfrekvensen aktuella värde ff på ett sådant sätt att samplingstidens aktuella värde Ts blir lika med produk- ten av den mot systemfrekvensen svarande samplingstiden TsO och av en kvot av systemfrekvensen f, och grundtonsfrekvensen aktuella värde ff , det vill säga Ts = Ts0 * f] /ff (17) Då i praktiken samplingstiden i allmänhet endast är påverkbar på ett sådant sätt att den är valbar i ett antal förutbestämda steg, väljs den bland de valbara förutbestämda samplingstiderna så att den så nära som möjligt överens- stämmer med produkten enligt uttrycket (17). Denna utföringsform av frekvensadapteringen illustreras schematiskt i figur 2, genom ett block 29, som påförs grundtonsfrekvensen aktuella värde f, * och i beroende därav, på något 10 15 20 30 35 511265 20 i och för sig känt sätt, i överensstämmelse med det ovan beskrivna förfarandet bildar ett värde på samplingstiden Ts mellan varje samplingstillfälle och påför detta värde på den signalanalyserande enheten SAU.

Vid denna utföringsform av uppfinningen kan respektive Fourier-filters selekteringsfrekvenser således utgöras av systemfrekvensen respektive multipler av denna, ej heller krävs någon adaptering av bandspärrfiltrets parametrar enligt utföringsformen 1.

Frekvensadaptering - utföringsform 3.

Ytterligare en utföringsform av en frekvensadaptering illustreras schematiskt i figur 5. Figuren visar en utföringsform av den frekvensanalyserande del- enheten 211, i tillämpliga delar av samma slag som den i anslutning till figur 3 beskrivna.

För bestämning av fasvinkeln go] påförs följden ulk] av diskreta ärvärden på, i denna utföringsform, tre helperiods Fourier-filter 301, 302, 303 respektive, vilka vart och ett är av samma slag som det Fourier-filter 30 som ovan beskrivits i anslutning till figur 3, men med den skillnaden att filtret 301 är anordnat att bestämma summan U cl f j för en selekteringsfrekvens f = f] + Af] , filtret 303 för en selekteringsfrekvens f = f] - Af] , och filtret 302 för en frekvens f = f] , det vill säga systemfrekvensen. Frekvenstillskottet Af] väljs med kännedom om i kraftnätet förekommande frekvensavvikelser, exempelvis kan väljas Af] = 1 Hz. Vart och ett av filtren bildar en summa U cl f j enligt uttrycket (10) på så sätt att filtret 301 bildar en summa U cl f = f] + Af]] , filtret 302 bildar en summa U Cl f = f] j, och filtret 303 bildar en summa U cl f = f] - Af] j. Var och en av dessa summor påförs var sin ingång på ett väljarorgan 51, vilket i beroende av en väljarsignal SPI-I vidareför en av dessa summor till en beräkningsenhet 31, vilken därur som utsignal bildar fasvinkeln ço] ur uttrycket (9). Väljarsignalen SPH bildas på något i och för sig känt sätt i en väljarenhet 50, som i beroende av ett pâfört värde på grundtonsfrekvensen aktuella värde f] * bildar väljarsignalen så att den summa U [l f 1 vars frekvens ligger närmast den aktuella grundtonsfrekvensen vidareförs till beräkningsenheten 31. 10 15 20 25 30 35 511265 21 För bestämning av amplituden u, påförs följden u[k] av diskreta ärvärden på, i denna utföringsform, tre halvperiods Fourier-filter 321, 322, 323 respektive, vilka vart och ett är av samma slag som det Fourier-filter 32 som ovan beskrivits i anslutning till figur 3, men med den skillnaden att filtret 321 är anordnat att bestämma summan U cl f 1 för en selekteringsfrekvens f = f, + Af, , filtret 323 för en selekteringsfrekvens f = f, - Af, , och filtret 322 för en selekteringsfrekvens f = f, , det vill säga systemfrekvensen. Vart och ett av filtren bildar en summa U ,,[ f 1 enligt uttrycket (9) på så sätt att filtret 321 bildar en summa Uhlf = f, + Af,l, filtret 322 bildar en summa U,,[f = f, l , och filtret 323 bildar en summa U h [ f = f, - Af, Var och en av dessa summor påförs var sin beräkningsenhet 331, 332, 333 respektive, vilka var och en bildar ett amplitudvärde ur uttrycket (8), i figuren betecknade med u, , , u,,, u” respektive. Vart och ett av dessa amlitudvärden påförs ett viktningsorgan 52, som på något i och för sig känt sätt, iberoende av ett påfört värde på grundtonsfrekvensen aktuella värde f, * , bildar amplitudvärdet u, genom att sammanväga de tre amplitudvärdena u,,, u,,, u,3 med vikter svarande mot hur nära den frekvens ur vilken de bestämts ligger den aktuella grundtonsfrekvensen. De av Fourier-filtren bildade summorna utgör par av storheter som representerar amplitud och fasvinkel för komposanter av sekundärspänningen med förutbestämda frekvenser, medan utsignalerna från respektive viktningsorganet 52 och beräkningsorganet 31 utgör ett par av storheter som representerar amplitud och fasvinkel för en komposant av sekundärspänningen med en frekvens lika med grundtonsfrekvensen.

Vid denna utföringsform av frekvensadapteringen utformas de frekvensanalyserande delenheterna 212 - 215 på likartat sätt som ovan beskrivits för delenheten 211, åtminstone för bestämning av fasvinklama (p, (p, , men med fördel även för bestämning av amplitudvärdena u, us.

Frekvensadaptering - utföringsform 4.

Ytterligare en utföringsform av en frekvensadaptering illustreras schematiskt i figur 6. Figuren visar en utföringsform av den frekvensanalyserande del- enheten 212, i tillämpliga delar av samma slag som den i anslutning till figur 4 beskrivna, men där för enkelhets skull av den där beskrivna utföringsformen 10 15 20 25 30 35 511 265 22 endast helperiods Fourier-filtret 40 och beräkningsenheterna 41 och 42 visas i figur 6. Förfarandet enligt denna utföringsform innebär principiellt att vid en förutbestämd samplingsfrekvens antalet sampel N som används vid beräk- ningen av summorna U l f l och U k l f l respektive bestäms så att antalet blir ett heltal över en period av den aktuella frekvenskomposantens frekvens. Detta illustreras schematiskt i figur 6 med att en beräkningsenhet 60, som påförs ett värde på grundtonsfrekvensen aktuella värde f] * , i beroende därav på något känt sätt, exempelvis ur en i beräkningsenheten lagrad tabell, bestämmer talet N så att det nämnda villkoret uppfylls. Vid beräkningen av summan U l f l baserad på uttrycket (3) respektive summan U k l f l enligt uttrycket (10) utnyttjas ett förutbestämt antal sampel N , varvid mellan samplingsfrekvensen, grundtonsfrekvensen aktuella värde och antalet samples bör gälla ett samband av formen fi / f f = N (18) Praktiskt sett påverkas antalet samples i beroende av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens så att produkten av antalet samples och kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens bildar det tal som ligger närmast den förutbestämda samplingsfrekvensen, bestämd enligt uttrycket (18). Ett värde på det så bestämda antalet påförs Fourier-filtret 40 för att användas vid beräkningen, i detta utföringsexempel, av summan U cl f = 2f, Det kan observeras att vid detta förfarande krävs en förhållandevis hög samplingsfrekvens, av storleksordningen 100 ggr systemfrekvensen, för att förfarandet skall ge god noggramihet, i det att alltid ettdera av två närliggande heltal skall väljas, vilka vid den aktuella samplingsfrekvensen så nära som möjligt skall motsvara en period av den aktuella frekvenskomposantens frekvens.

Vid denna utföringsforrn av frekvensadapteringen utformas samtliga frekvensanalyserande delenheter på likartat sätt som den ovan beskrivna delenheten 212.

Vidareutvecklingar av uppfinningen.

Det har visat sig att styrutrustningens förmåga att snabbt reagera på förändringar i transformatorns sekundärspänning kan förbättras genom att i delenheten 211 bilda amplitudvärdet u, i beroende av en kvot mellan 1Û 20 30 35 511 265 23 transformatorns omsättning RAT omedelbart efter det senaste samplet i ärvärdesföljden och dess omsättning RAI, omedelbart före detta sampel.

Figur 3 illustrerar en fördelaktig utföringsform av den frekvensanalyserande enheten 211 vid denna vidareutveckling av uppfinningen. Värden på de båda nämnda omsättningarna, beräknade på något i och för sig känt sätt med känne- dom om antalet varv i transformatorns primär- och sekundärlindningar samt om aktuellt lindningskopplarläge, påförs en kvotbildare 36, vars utsignal S36 påförs Fourier-filtret 32. Detta är, som ovan beskrivits, ett halvperiodsfilter som bildar summan U h [ f 1 baserat på uttrycket (3), det vill säga utan att utnyttja det rekursiva förfarandet enligt uttrycket (10). På något i och för sig känt sätt, i figuren inte närmre visat, multipliceras samtliga de värden i ärvärdesföljden ulk] som utnyttjas för beräkningen av summan U h I: f l med den nämnda kvoten.

Det har också visat sig att stora och snabba förändringar i amplituden u] för grundtonskomposanten kan leda till störningar i funktionen i bestämningen av övertonernas uz, u3 , u4, us ...amplitud och fasläge 422, (03 , (04, (ps under de 1 - 1,5 perioder av grundtonsfrekvensen som närmast följer efter en sådan förändring. Den frekvensanalyserande delenheten 212 innefattar därför ytterligare ett helperiods Fourier-filter 43 (figur 4) för bestämning av grundtonskompo-santens amplitud u, . Filtret bildar såsom utsignal en summa U c l f = f I] enligt uttrycket (10) för en selekteringfrekvens lika med systemfrekvensen, vilken summa påförs en beräkníngsenhet 44, vilken därur som utsignal bildar amplituden u, ur uttrycket (8). Denna utsignal påförs en deriverande enhet 45, anordnad att ur ett antal konsekutiva bestämningar av värdet på amplituden u, bestämma absolutbeloppet |d(u, ) / dtl av denna amplituds tidsderivata. Värdet på detta absolutbelopp påförs ett nivåavkännande organ 46, som om absolutbeloppet överskrider ett förutbestämt värde, bildar en hållsignal HS som låser de beräknade värdena på amplituden uz och fasvinkeln gp, till de senast beräknade. Detta illustreras i figur 4 med att hållsignalen aktiverar två väljarorgan 47 och 48 respektive. De av respektive beräkningsenheter 42 och 41 bildade värdena på amplituden u: och fasvinkeln (02 påförs ingångar 471 och 481 på respektive väljarorgan och vidareförs, då väljarorganen är i passivt läge, fortlöpande till den signalsyntetiserande enheten SSU via väljarorganens utgångar 473 och 483 10 15 20 25 30 35 511 265 24 respektive. Värdena på dessa utgångar påförs fortlöpande minnesorgan 474 och 484 respektive, i vilka det senaste av respektive värden fortlöpande lagras och påförs ingångar 472 och 482 på respektive väljarorgan. Då väljarorganen aktiveras av hållsignalen sker en omkopplíng så att den signalsyntetiserande enheten SSU påförs de i minnesorganen lagrade värdena i stället för de värden på amplituden 112 och på fasvinkeln çoz som fortlöpande bildas av beräkningsenheterna 41 och 42.

Ett fördröjningsorgan 400 fördröjer följden u[k] innan den påförs Fourier-filtret 40 för bestämning av summan U Cl f = 2 f 1] . Typiskt kan det nivâavkännande organet 46 bilda hållsignalen HS om värdet på absolutbeloppet av tidsderi- vatan för amplituden u, motsvarar en förändring av sekundärspänningens amplitud på 2.5 % mellan två sampel i ärvärdesföljden och tidsfördröjningen i fördröjningsorganet 400 då motsvara 0.25 perioder av grundtonen.

Styrutrustningen är i den ovan beskrivna utföririgsformen anordnad att styra toppvärdet av transformatoranordningens sekundärspänning till ett givet ledvärde. I vissa sammanhang är det emellertid önskvärt att även styra denna spännings effektivvärde.

I en fördelaktig vidareutveckling av uppfinningen är den signalsyntetiserande enheten SSU även anordnad att ur värdena på respektive styrkomposanters amplituder och fasvinklar bestämma en effektivvärdesignal EEV (figurerna 2 och 7), utgörande ett mått på effektivvärdet för transformatoranordningens sekundärspänning med beaktande av komposanter av denna spänning såsom ovan beskrivits i samband med beskrivningen av toppvärdesignalen. Såsom nedan skall beskrivas kan därvid i beroende av ett förutvalt kriterium, åtminstone temporärt, effektivvärdesignalen EEV utgöra styrstorhet för styrutrustningen.

Effektivvärdesignalen påförs en i den avvikelsebildande enheten DGU inne- fattad kvotbildare 222, vilken såsom utsignal bildar kvoten DE V mellan ett ledvärde EVR för sekundärspänningens effektivvärde och effektivvärdes- signalen, vilken kvot påförs en andra ingång 232 på väljarorganet 23. 10 15 20 25 30 35 511 265 25 Väljarorganet ändrar läge i beroende av en kopplingssignal CE V , bildad i beroende av ett förutbestämt kriterium, i figuren schematiskt illustrerat med ett block 25, så att endera av de nämnda kvoterna DPV och DE V påförs multiplíkatom 24. Kriteriet kan exempelvis bildas i beroende av en jämförelse mellan effektivvärdesignalen och toppvärdesignalen (anpassad för korrekt nivåjämförelse), eller alternativt i beroende av en jämförelse mellan respektive avvikelser mellan styrstorheterna och deras ledvärden. Övergångarna mellan styrning på toppvärde och effektivvärde kan därvid göras tidsberoende.

Kopplingssignalen CE V kan också bildas i beroende av en från ett överordnat styrsystem eller av en operatör initierad styrmodorder CMO.

Med amplituderna och fasvinklarna för spänningsstorhetens styrkomposanter kända kan effektivvärdesignalen EE V på något i och för sig känt sätt beräknas 1 T med utgångspunkt från det allmänna uttrycket EE V = 11? j ušdr , varvid O effektivvärdesignalen fortlöpande beräknas medelst integralen omvandlad till en summa.

Lfpiska värden på Fourier-filtrens parametrar.

För styrutrustningen och de i denna innefattade Fourier-filtren kan typiskt, vid en systemfrekvens på 50 Hz väljas följande parametrar.

Samplingstiden mellan varje sampel Ts = 0.001 sekunder (vid en frekvensadaptering enligt utföringsform 4 bör dock samplingstiden väljas vara av storleksordningen Ts = 0.0002 sekunder och antalet sampel per period av grundtonsfrekvensen av storleksordningen N = 100 för att ge tillfredsställande noggrannhet).

För halvperiods filtret 32 i den frekvensanalyserande delenheten 211 (selekteringsfrekvensen lika med systemfrekvensen) p = 1, N = 10,vilket ger filtret spärrfrekvenser fb = 150, 250, 350, Hz och en insvängningstid 2' = l0ms.

För helperiods filtret 30 i den frekvensanalyserande delenheten 211 (selekteringsfrekvensen lika med systemfrekvensen) p = 2 , N = 20 , vilket Uï 10 15 20 30 35 511 265 26 ger filtret spärrfrekvenser fb = 100, 150, 200, Hz och en insvängningstid T = 20ms.

För helperiods filtret 40 i den frekvensanalyserande delenheten 212 (selekteririgsfrekvensen lika med dubbla systemfrekvensen) p = 4, och för helperiodsfiltren i respektive delenheten 213 (selekteringsfrekvensen lika med tre gånger systemfrekvensen) p = 6, idelenheten 214 (selekteringsfrekvensen lika med fyra gånger systemfrekvensen) p = 8, och i delenheten 215 (selekteringsfrekvensen lika med fem gånger systemfrekvensen) p = 10, vilket ger filtren en insvängningstid r = 20 ms. För samtliga dessa filter väljs N = 20 .

Vid en systemfrekvens på 60 Hz ökas lämpligen samplingsfrekvensen från typiskt f = 1 kHz till typiskt f = 1.2 kHz.

Prestandakrav, fördelar.

Vid lindningskopplare av så kallad statisk typ verkställs omkopplingama medelst styrbara halvledarventiler, exempelvis tyristorer. En sådan lindnings- kopplare medger omkoppling av lindningskopplarläget varje gång strömmen genom transformatoms reglerlindningar går genom noll. För att tillvarata denna möjlighet bör en styrutrustning för transformatoranordníngen, efter en förändring av den avkända spänningen, ge en korrigerande styrsignal en halv period av grundtonsfrekvensen därefter (180° elektriskt eller, vid 50 Hz systemfrekvens efter 10 ms respektive vid 60 Hz systemfrekvens efter 8.4 ms).

Därigenom möjliggörs att förändringen av den avkända spänningen återställs inom en period av grundtonsfrekvensen.

I ett kraftnät är spänningsvariationer vanligen till sin huvudsakliga del relaterade till spänningens grundtonkomposant medan övertoner och andra störningar vanligen härrör från utrustning kopplad till kraftnätet. Det är därför framförallt väsentligt att styrutrustningen snabbt ger rätt styrsignal i beroende av en förändring i amplituden av den avkända spänningens grundtons- komposant. 10 15 20 25 30 35 511 265 27 En styrutrustning, utformad såsom ovan beskrivits, medger, som framgår av det ovanstående, en mycket snabb utreglering särskilt av förändringar i amplituden av den avkända spänningen grundtonskomposant, men även av förändringar av övertoner till denna komposant, och styrsignalen kan beräknas fortlöpande vid varje samplingstillfälle. Ehuru styrutrustningen är tillämpbar för styrning även av konventionella lindningskopplare är den således särskilt fördelaktig för styrning av lindningskopplare av statisk typ.

Eftersom den nämnda grundtonsfrekvensen i allmänhet ej helt överensstämmer med kraftnätets systemfrekvens uppnås genom adapteringen av styrsignalen i beroende av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens enligt uppfinningen en gentemot känd teknik förbättrad noggrannhet i styrningen och möjliggörs en användning av styrutrustriirigen även i kraftnät med stora frekvensvariationer.

De ovan beskrivna utföringsexemplen av uppfinningen och dess vidareutveck- lingar hänför sig till en enfasig transformator. Det skall förstås att vid flerfasiga transformatorer en sådan styrutrustníng kan användas för var och en av faserna.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen utan ett flertal modifikationer är tänkbara såsom den definieras av patentkraven.

Således behöver ej spänningsstorhetens första styrkomposant nödvändigtvis bildas såsom en komposant med en frekvens svarande mot selekterings- frekvensen.

Exempelvis kan halvperiods filtret i den ovan beskrivna delenheten 211 även utformas som ett helperiodsfilter och beräkningsalgoritrnerna för Fourier- filtren kan baseras såväl på uttrycket (3) som på det beskrivna rekursiva förfarandet.

De beskrivna utföringsfonnema av frekvensadapteringen kan endera tillämpas var för sig eller kombineras på sätt som för fackmannen bör stå klart med ledningen av den ovanstående beskrivningen. Således kan exempelvis den ovan beskrivna utföringsfonnen 4 av frekvensadapteringen tillämpas vid en frekvensanalyserande delenhet 211. Därvid bör även den ovan beskrivna 10 15 20 25 30 35 511265 28 utföríngsformen 1 av frekvensadapteríngen implementeras i delenheten 211 (liksom då utföringsformen 3 av frekvensadapteringen tillämpas vid en frekvensanalyserande delenhet 211).

Claims (22)

10 15 20 25 30 35 511 265 29 PATENTKRAV

1. Förfarande för styrning av en sekundärspänning (US) vid en till ett kraftnät med en given systemfrekvens (f,) ansluten transforrnatoranordning med en lindningskopplare (TC) som iberoende av en påförd styrsignal (RCS) påverkar transformatoranordningens spänningsomsättning (RAI) , varvid en spänningsstorhet (u E) bildas iberoende av sekundärspänningen, vilken spänningsstorhet innefattar åtminstone en första styrkomposant (u,, rp,) som representerar en grundtonskomposant av sekundärspänningen, en styrstorhet (EPV, EEV) bildas i beroende av spänningsstorheten, och, i beroende av en avvikelse (DPV, DEV) mellan styrstorheten och ett givet ledvärde (PVR, EVR) för denna, styrsignalen bildas och påförs lindningskopplaren, k ä n n e- te c k n a t av att kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens (ff) fortlöpande avkänns och att spänningsstorheten bildas i beroende av denna.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid en ärvärdesföljd (u[k]) av diskreta spänningsärvärden bildas iberoende av sekundärspänningen och spänningsstorheten bildas i beroende av ärvärdesföljden, k ä n n e t e c k n a t av att i ärvärdesföljden åtminstone någon frekvenskomposant som represen- terar en jämn heltalsmultipel av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens spärras.

3. Förfarande enligt något av patentkraven 1-2, varvid en ärvärdesföljd av diskreta spänningsärvärden bildas iberoende av sekundärspänningen genom sampling med en i ett antal steg pâverkbar samplingstid (Ts) och spännings- storheten bildas i beroende av ärvärdesföljden medelst åtminstone ett Fourier- filter (30, 32, 301- 303, 321- 323) för selektering av den första styrkompo- santen, k ä n n e t e c k n a t av att samplingstiden påverkas i beroende av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens så att dess aktuella värde så nära som möjligt kommer att överensstämma med en produkt av en mot systemfrek- vensen svarande samplingstid (TsO) och av en kvot av systemfrekvensen och grundtonsfrekvensen aktuella värde.

4. Förfarande enligt patentkrav 2, varvid en ärvärdesföljd av diskreta spänningsärvärden bildas i beroende av sekundärspännirigen, k ä n n e- 10 15 20 25 30 35 511 265 30 te c k n a t av att spänningsstorheten bildas i beroende av ärvärdesföljden medelst Fourier-filter (30, 32, 301- 303, 321 - 323) för selektering av åtminstone den första styrkomposanten, vilka Fourier-filter bildar par av storheter, representerande amplitud och fasvinkel för komposanter av sekundärspänningen med förutbestämda frekvenser, ett första par (u,,, çø,,) av storheter för en första frekvens (f, + Af,) lika med systemfrekvensen plus ett förutbestämt frekvenstillskott (Af, ) , ett andra par (un, rpm) av storheter för en frekvens lika med systemfrekvensen, ett tredje par (u, 3, an) av storheter för en andra frekvens (f, - Af,) lika med systemfrekvensen minus ett förutbestämt frekvenstillskott, och att ett fjärde par (u, , q) av storheter, representerande amplitud och fasvinkel för den första styrkomposanten bildas i beroende av nämnda första, andra och tredje par av storheter och av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens.

5. Förfarande enligt patentkrav 2, varvid en ärvärdesföljd av diskreta spänningsärvärden bildas i beroende av sekundärspänningen genom sampling med en förutbestämd sarnplingsfrekvens ( f_,) och spänningsstorheten bildas i beroende av ärvärdesföljden medelst ett Fourier-filter (40) för selektering och bildande av den första styrkomposanten medelst ett i ett antal steg påverkbart antal (N) samples ur ärvärdesföljden, k ä n n e t e c k n a t av att antalet samples för selektering av den första styrkomposanten påverkas i beroende av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens så att produkten av antalet samples och kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens bildar det tal som ligger närmast den förutbestämda samplingsfrekvensen.

6. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att spänningsstorheten därutöver innefattar åtminstone en andra styrkom- posant (uz, 422) som representerar en övertonskomposant av sekundärspän- ningen.

7. Förfarande enligt patentkrav 6, varvid för var och en av spännings- storhetens första och andra styrkomposanter bildas ett amplitudvärde (u,, u, respektive) och ett fasvinkelvärde (ç0,, (p, respektive), k ä n n e - te c k n a t av att en tidsderivata (du, /dr) av amplitudvärdet för spännings- storhetens första styrkomposant bildas och att, då nämnda tidsderivata till sitt absolutbelopp (Idu, / dtl) överstiger ett förutbestämt värde, arnplitudvärde och 10 15 20 25 30 35 511 265 31 fasvinkelvärde för spänningsstorhetens andra styrkomposant vart och ett bibehålls på de värden de hade omedelbart före det att nämnda absolutbelopp översteg nämnda förutbestämda värde.

8. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t av att ett toppvärde (EPV) för spänningsstorheten bildas och att styrstorheten bildas i beroende av ett toppvärdet.

9. Förfarande enligt något av patentkraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t av att ett effektivvärde (EEV) för spänningsstorheten bildas och att styrstorheten bildas i beroende av ett effektívvärdet.

10. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, varvid en ärvärdes- följd av diskreta spänningsärvärden bildas i beroende av sekundärspänningen och spänningsstorheten bildas i beroende av ärvärdesföljden medelst ett Fourier-filter (30, 40, 43, 301- 303, 321- 323) för selektering av den första styrkomposanten medelst ett förutbestämt antal samples ur ärvärdesföljden, och med vilket Fourier-filter bildas en summa (U kl f j) representerande åtminstone ett fasvinkelvärde (rpl) för den första styrkomposanten, k ä n n e- t e c k n a t av att denna summa bestäms genom ett rekursivt förfarande enligt uttrycket Uklf] = Uk_,[fl - u[k-N] * e-jwlkjvfll + u[k] * eflfin, där U,([f] betecknar summan bestämd ur de senaste N konsekutiva värdena i ärvärdes- följden u[k] och U ,(_, [ f 1 betecknar summan bestämd ur de N konsekutiva värden i ärvärdesföljden som ligger förskjutna ett samplingstillfälle tidigare än de som används för bestämning av summan U k [ f 1, f betecknar Fourier-filtrets selekteringsfrekvens, a) = Zrrf , Ts betecknar tiden mellan två konsekutiva värden i ärvärdesföljden, k är ett löpande heltalsindex, och N betecknar det förutbestämda antalet samples.

11. Förfarande enligt något av patentkraven 1-9, varvid en ärvärdesföljd av diskreta spänningsärvärden bildas iberoende av sekundärspänningen och spänningsstorheten bildas i beroende av ärvärdesföljden medelst ett Fourier- filter för selektering och bildande av den första styrkomposanten medelst ett förutbestämt antal samples ur ärvärdesföljden, k ä n n e t e c k n a t av att vart och ett av de samples u[k] som av Fourier-filtret utnyttjas för selektering av den första styrkomposanten multipliceras med en kvot (RAT / RAT_,) av 10 15 20 25 30 35 511265 32 transformatoranordningens omsättning omedelbart efter (RAT) och dess omsättning omedelbart före (RAT_,) det senaste samplet i ärvärdesföljden.

12. Anordning (TCC) för styrning av en sekundärspänning (US) vid en till ett kraftnät med en given systemfrekvens (f,) ansluten transformator- anordning med en lindningskopplare (TC) som i beroende av en påförd styrsignal (RCS) påverkar transformatoranordningens spänningsomsättning (RAT) , vilken anordning har medel (20, SAU , SSU) för att i beroende av ett påfört värde på sekundärspänningen bilda en spänningsstorhet (u E) i beroende av sekundärspänningen, vilken spänningsstorhet innefattar åtminstone en första styrkomposant (u,, (pl) som representerar en grundtons- komposant av sekundärspänningen, medel (SSU) för att bilda en styrstorhet (EPV, EEV) i beroende av spänningsstorheten, och medel (DGU) för att i beroende av en avvikelse (DPV, DE V) mellan styrstorheten och ett givet ledvärde (PVR, EVR) för denna bilda styrsignalen, k ä n n e t e c k n a d av att de nämnda medlen bildar spänningsstorheten i beroende av ett fortlöpande påfört värde på kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens (ff).

13. Anordning enligt patentkrav 12, med medel för att bilda en ärvärdesföljd (u[k]) av diskreta spänningsärvärden i beroende av sekundär- spänningen och för att bilda spänningsstorheten i beroende av ärvärdesföljden, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar medel för att i beroende av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens i ärvärdesföljden spärra åtminstone någon frekvenskomposant som representerar en jämn heltalsmultipel av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens.

14. Anordning enligt något av patentkraven 12-13, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar medel för att genom sampling med en i ett antal steg påverkbar samplingstid (Ts) bilda en ärvärdesföljd av diskreta spännings- ärvärden i beroende av sekundärspänningen, åtminstone ett Fourier-filter (30, 32, 301- 303, 321- 323) för selektering av den första styrkomposanten, och medel (29) för att påverka samplingstiden i beroende av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens så att dess aktuella värde så nära som möjligt kommer att överensstämma med en produkt av en mot systemfrekvensen svarande samplingstid (Ts0) och av en kvot av systemfrekvensen och grundtonsfrekvensen aktuella värde. 10 15 20 25 30 35 511 265 33

15. Anordning enligt patentkrav 13, med medel för att genom sampling bilda en ärvärdesföljd av diskreta spänníngsärvärden i beroende av sekundärspänningen k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar Fourier-filter (30, 32, 301- 303, 321- 323) för att selektera åtminstone den första styrkomposanten, vilka Fourier-filter bildar par av storheter, som representerar amplitud och fasvinkel för komposanter av sekundärspänningen med förutbestämda frekvenser, ett första par (un , qnu) av storheter för en första frekvens (fl + Afl) lika med systemfrekvensen plus ett förutbestämt frekvenstillskott (Afl ) , ett andra par (un , (pm) av storheter för en frekvens lika med systemfrekvensen, och ett tredje par (un, (pH) av storheter för en andra frekvens (f, - Afl) lika med systemfrekvensen minus ett förutbestämt frekvenstillskott, samt medel (50, 51, 31, 52) för att bilda ett fjärde par (uj, (pl) av storheter, representerande amplitud och fasvinkel för den första styrkomposanten i beroende av nämnda första, andra och tredje par av storheter och av kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens.

16. Anordning enligt patentkraven 13, med medel för att genom sampling med en förutbestämd samplingsfrekvens ( fi) bilda en ärvärdesföljd av diskreta spänningsärvärden iberoende av sekundärspänningen k ä n n e- te c k n a d av att den innefattar åtminstone ett Fourier-filter (40) för selektering och bildande av den första styrkomposanten medelst ett i ett antal steg påverkbart antal (N) samples ur ärvärdesföljden, och medel (60) för att påverka antalet samples för selektering av den första styrkomposanten så att produkten av antalet samples och kraftnätets aktuella grundtonsfrekvens bildar det tal som ligger närmast den förutbestämda samplingsfrekvensen.

17. Anordning enligt något av patentkraven 12-16, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar medel för att bilda spänningsstorheten att innefatta åtminstone en andra styrkomposant (u, 47,) som representerar en övertonskomposant av sekundärspärmingen.

18. Anordning enligt patentkrav 17, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar medel (211, 212, 43,44) för att för var och en av spänningsstorhetens första och andra styrkomposanter bildas ett amplitudvärde (ul , uz respektive) och ett fasvinkelvärde (fpp q), respektive), medel (45) för att bilda ett absolut- 10 15 20 25 30 35 511 265 34 belopp (ldu, /dr|) av tidsderivatan av amplitudvärdet för spänningsstorhetens första styrkomposant, medel (46) för att jämföra nämnda absolutbelopp med ett förutbestämt värde och medel (47. 474, 48, 484) för att, då nämnda absolut- belopp överstiger nämnda förutbestämda värde, bibehålla vart och ett av amplitudvärde och fasvinkelvärde för spänningsstorhetens andra styrkom- posant på de värden de hade omedelbart före det att nämnda absolutbelopp översteg nämnda förutbestämda värde.

19. Anordning enligt något av patentkraven 12-18, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar medel (77) för att bilda ett toppvärde (EPV) för spännings- storheten och medel (DGU ) för att bilda styrstorheten i beroende av nämnda toppvärde.

20. , Anordning enligt något av patentkraven 12-18, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar medel (78) för att bilda ett effektivvärde (EEV) för spänningsstorheten och medel (DGU ) för att bilda styrstorheten i beroende av nämnda effektivvärde.

21. Anordning enligt något av patentkraven 12-20, med medel för att genom sampling bilda en ärvärdesföljd av diskreta spänningsärvärden i beroende av sekundärspänningen, varvid spänningsstorheten bildas i beroende av ärvärdes- följden, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar åtminstone ett Fourier-filter (30, 40, 43, 301 - 303, 321- 323) för att selektera den första styrkomposanten medelst ett förutbestämt antal samples ur ärvärdesföljden, vilket Fourier-filter bildar en summa (U k [ f l) representerande åtminstone ett fasvinkelvärde (zpl) för den första styrkomposanten, varvid nämnda summa bestäms genom ett rekursivt förfarande enligt uttrycket U,[ f] = U,_,[ f] _ u[1< - N] * e“f”'”<-^”T* + m] * øfmm, där U, [f] betecknar summan bestämd ur de senaste N konsekutiva värdena i ärvärdesföljden u[k] och U H [ f ] betecknar summan bestämd ur de N konsekutiva värden i ärvärdesföljden som ligger förskjutna ett samplingstillfälle tidigare än de som används för bestämning av summan U k [ f ], f betecknar Fourier-filtrets selekteringsfrekvens, a) = 27: f , Ts betecknar tiden mellan tvâ konsekutiva värdeni ärvärdesföljden, k är ett löpande heltalsindex, och N betecknar det förutbestämda antalet samples. 10 511 265 35

22. Anordning enligt något av patentkraven 12-20, med medel för att genom sampling bilda en ärvärdesföljd av diskreta spännirigsärvärden i beroende av sekundärspänningen, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar ett Fourier- filter (32, 321- 323) för selektering och bildande av den första styrkompo- santen i beroende av ärvärdesföljden, och i vilket Fourier-filter ett förutbestämt antal samples ur ärvärdesföljden utnyttjas för selektering av den första styr- komposanten, samt medel (36, 32, 321 - 323) för att multiplicera vart och ett av de samples u[k] som av Fourier-filtret utnyttjas för selektering av den första styrkomposanten med en kvot (RAT/ RAT_]) av påförda värden på transfor- matoranordnmgens omsättning omedelbart efter (RAT) och dess omsättning omedelbart före (RAT_,) det senaste samplet i ärvärdesföljden.