SU1343495A1 - Дистанционный измерительный орган - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к релейной защите . Цель изобретени  - повьшение быстродействи  устройства. Это дос 1 и- гаетс  за счет использовани  функционала настройки, завис щего как от текущего значени  сигнала, так и от его значени  в предшествующий момент времени. 3 ид. (Л со 00 4: СО СП

Description

134

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к релейной защите и может быть использовано в защитах линий электропередачи от коротких замыканий .

Цель изобретени  - повьшение быстродействи  устройства.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема измерительного органа на фиг. 2 и 3 - геометрическое изображение функционалов дл  известного и предлагаемого устройств.

Дистанционный измерительный орган (фиг. 1) содержит преобразователи на- пр жение-напр жение 1 иток-напр жение 2, первую 3 и вторую 4 модели линии электропередачи, блоки 5 и 6 задержки , первый 7 и второй 8 вычита- тели, первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 умножители, первый 13 и второй 14 сумматоры, интеграторы 15 и 16 и блок 17 формировани  характеристики-срабатывани , а кажда  из моделей 3 и 4 линии электропередачи вьшолнена в виде двухвходового сумматора 18, двух умножителей 19 и 2С, подключенных выходами к входам сумматора 18, и дифференциатора 21, подключенного выходом к одному из входов умножител  20, при этом выход преобразовател  1 подключен к одному входу вычитател  7 непосредственно, а к одному входу вычитател  8 - через один блок 6 задержки, выход преобразовател  2 подключен к основному входу первой модели 3 линии электропередачи и одному входу умножител  9 непосредственно , а к основному входу вто- .рой модели 4 линии - через другой блок 5 задержки, выход первой моДе- ли 3 линии подключен к другому входу вычитател  7, подключенного выходом к другим выходам умножителей 9 и 10, выход второй модели 4 линии подключен к другому входу вычитател  8, подключенного выходом к другим входам умножителей 11 и 12, выходы умножителей 9 и 11 подключены к входам сумматора 13, а выходы умножителей 1 и 12 подключены к входам сумматора 14, выходы сумматоров 13 и 14 подключены соответственно через интеграторы 15 и 16 к входам блока 17 фор- мировани  характеристики срабатывани  и управл ющим входам моделей 3 и 4 электропередачи.

.1

Принцип действи  измерительного

органа основан на определении пара

метров защищаемого участка линии с помощью самонастраивающейс  модели с параметрами g,, соответствующей схеме замещени  ЛЭП. В случае линии небольшой прот женности ею может служить RL-модель. Задача устройства заключаетс  в такой настройке модели ЛЭП, чтобы ее параметры g стремились к аналогичным параметрам Р схемы замещени  ЛЭП. Поскольку параметры модели g при этом доступны измерению , то по ним можно судить о параметрах линии. Степень близости ЛЭП к схеме замещени  линии в ходе настройки -устанавливаетс  с помощью ограниченного снизу функционала Е от мгновенной ошибки

i U(t) - U(t),

(1)

где U(t) - напр жение линии около места установки органа (на входе схемы замещени )-,

U(t) - Напр жение на входе модели ЛЭП.

По мере приближени  параметров модели g| к параметрам схемы замещени  Р и„ - и, а , что приводит к убыванию функционала Е. Б этой св зи задачу можно видеть в такой настройке модели ЛЭП, при которой достигаетс  минимум прин того функционала. Дл  обеспечени  однозначности настройки модели функционал должет обладать единственным минимумом в пространстве настраиваемых параметров g.

Дл  настройки модели используетс  градиентный мет.од при котором настройка каждого из параметров ведетс  пропорционально скорости изменени  функционала Е от этого же параметра

Ea:i - у -9-Ё 1, -1 в (2} dt где Сц - положительные коэффициенты, изменением которых можно регулировать скорость настройки параметров знак минус в правой части уравнений означает, что при настройке параметров gj функционал убывает.

В интегральной форме система (2) имеет следующий вид:

-/--к

dt, ,2

agn

(3)

Уравнени  (2) и (3) представл ют собой общий алгоритм настройки модели; дл  конкретной его реализации необходимо выбрать вид функционала Е и определить коэффициенты (У/ , В известном устройстве выбран функционал

-I.C 2

где с вычисл етс  по формуле (1). Реле с RL-моделью пригодно дл  защиты линии небольшой прот женности, описываемой уравнением

U(t) i(t),

где L, и

RA fee индуктивность и ак- . тивное сопротивление.. Модель, уравнение которой

U,(t) L(t)(t)i,(t),

также содержит индуктивность и активное сопротивление (Ь„ и К„).

Поскольку i i, то в соответствии с (1) ошибка

K-Ljt) -iitUj;R R(t5i(t).

в геометрической интерпретации функционал представл ет собой параболический цилиндр (фиг. 2). Линии уровн 

S(E,L,R,t) (t). --d-t---- Wt)i(t)-E, 0, (6)

образованные пересечением функционала (4) плоскост ми уровн  Q Е(1 0,1,2,...; Q 0), представл ют собой два семейства параллельных пр 

мых, расположенных симметрично относительно линии нулевого уровн . Так как коэффициенты уравнени  (6) измен ютс  во времени, то фундсционал не- прерывно вращаетс . Ось его вращени  N N , параллельна  оси Е, -лрохо- дит через точку N(0, Ьд, Нд), в которой функционал минимален при всех t. Б ней поведение модели адекватно

поведению линии:

LM

-л

RK

Движение изображающей точки G на плоскости настраиваемых параметров L и R, определ емое системой (2),

5 (4)

ти,

10

к- ..

5)

т ).

15

343495

всегда направлено под одним и тем же углом к проекци м линий равного уровн  S (на фиг. 2 плоскость ,-R - плоскость нулевого уровн  Q - вьще- лена отдельно; на ней нанесены проекции линий равного уровн  и траектори  движени  точки G в ходе настройки модели). Так как они не замкнуты, то движение точки G не совпадает с направлением на точку N. И только потому , что функционал вращаетс  и линии S мен ют свое расположение, точка S, описыва  спираль, достигнет окрестности ,точки N (фиг. 2) . Движе ние по спирали занимает значительное врем , в св зи с чем быстродействие извест- ного устройства недостаточно высоко.

Переходные процессы в реальных лини х небольшой прот женности затухают за 39-40 мс, после чего к входам реле поступают уже синусоидальные сигналы. Поскольку в точке i отсутствует апериодическа  составл юща , 25 то его информативность снижаетс ,и устройство тер ет способность правильно настроить модель ЛЭП. Если по каким-либо причинам устройство не успело настроить модель за врем  протекани  переходного процесса в линии, то и в дальнейшем оно не сумеет настроить ее.

Б данном измерительном органе используетс  функционал

20

30

35

1 п г

-г /

(7)

где и вычисл етс  по (1), а

40

(8)

.

i uCt-Tp-u Ct-ep, о

Особенность определени  ошибки ; заключаетс  в том, что при вычислении ее используютс  сигналы, пос- 42 тупающие с задержкой на Tj по времени , а параметры модели ЛЭП gj (t) - в текущий момент времени t.

Б случае R и L-модели п ционал имеет вид

1. Функ

50

(9)

55

S

tl

Е.. L(/), В соответствии с (5) и (8) U(t-T,)-L,(t) R,(t).

-iCt -Т ).(10)

Б геометрической интерпретации функщюнал представл ет собой пара 13

болоид вращени , полученный в результате сложени  двух функционалов вида (4), развернутых относительно друг друга на угол, завис щий от величины (фиг. 3). Линии уровн  функционала замкнуты и содержат внутри себ  единственную точку минимума N.

При синусоидальных сигналах про

мьшшенной частоты и Т Т/4 (Т - риод сигналов) они имеют вид концентрических окружностей, а при сигналах переходного режима из-за наличи  в них апериодической составл ющей ли- НИИ S преображаютс  в эллипсы (на 15 фиг. 3 отдельно показана плоскость нулевого уровн , на которой нанесены проекции линий уровн  при различных EJ и траектори  движени  изображающей точки G к точке N). Поскольку функционал (10) обладает  рко выраженным минимумом и линии уровн  замкнуты , движение изображающей точки G всёгд - направлено в окрестность точки N. Поэтому настрока модели в реле 25 осуществл етс  гораздо быстрее, чем в реле с функционалом известного устройства .

Функционал (9) также, как и (4),

20

Согласно (1) и (8) ошибки и вычисл ютс  в два этапа. Сначала с по мощью дифференциаторов 21, умножителей 19 и 20 и сумматоров 18 определ ют с  напр жени  U(t) и U(t- ir) на выходах

вращаетс  вокруг оси N N , параллель- о моделей ЛЭП 3 н 4, а затем - в вычи- ной оси Е. Если в известном устройст- тател х 7 и 8 и отнимаютс  у напр  не настройка модели бьша возможна только благодар  вращению (4), то в предлагаемом вращении (9) дл  настройки модели не имеет самосто тельного значени .

Измерительный орган работает следующим образом.

Если модель ЛЭП настроена, то ее параметры g равны параметрам Р/ ведение модели при этом адекватно поведению защищаемого участка линии независимо от-режима последней. Напр жени  ) U(t), U(t - о:).

35

U(t .} . Согласно (8)

0,

0. Поскольку сигналы на выходах сумматоров 13 и 14 равны нулю, настройка модели прекращаетс . Это состо ние может длитьс  сколь угодно долго , если не изменитс  режим защищаемой ЛЭП. I

Настройка модели может быть нарушена в результате изменени  нагрузочного режима ЛЭП или наступившего короткого замыкани . Поскольку параметры модели не соответствуют параметру схемы замещени  ЛЭП, то ошибки Ьи fc Vj. сильно возрастут, привод  в действие каналы самонастройки. По

жений U(t) и U(t- Ci). Операции умножени , присутствующие в правой части уравнений (13), осуществл ютс  в умножител х 9-12, а суммирование - в сумматорах 13 и 14. На выходах интеграторов 15 и 16, обладаюищх коэффициентами усилени  J ft и jfj , получаютс  величины, пропорциональные актив- ° 40 ному.сопротивлению RM и индуктивности Ь„, которые к концу настройки примут значени  Rft и Ь,д линии.

Коэффициенты Д и. системы (13) выбираютс  исход  из требований необходимого быстродействи  и условий устойчивости . Наилучшее быстродействие реле имеет при Д L j/ рде и; - углова  частота основной гармоники входных сигналов. Установленное соотношение междуJ и Д также гарантирует и устойчивость функционировани  реле, т.е. правильную настройку модели при любых начальных значени х

45

50

LM и R

м

55

е т е н и  

Claims (1)

1. Формула изобр

   Дистанционный измерительный орган, содержаш 1й преобразователь ток-напр жение , входные выводы которого служат

   6

   истечении некоторого времени параметры модели, измен  сь, снова примут значени  параметров схемы замещени  ЛЭП.

   При этом, учитыва , что величины i(t), U(t), iCt -г,) и U(t -Т ) не внос т вклада в частные производные ошибок и .j по параметрам L и R, получаемым из (1), (5) и (10),

   М- oliiti. .Э (.ч. (.

   эь„ dt эк t), ui;

   i5j. di(t;5lL i,- rt-T

   ЭЬм dt 3R

   (12)

   Подстановка (11) и (12) в (2) дает систему дифференциальных уравнений настройки параметров;

   (t).,i(t-7,); Ш

   ЭЬи at

   ) г

   С.г

   M.(i-IlLl

   ctt J (13)

   ч

   oft

   Согласно (1) и (8) ошибки и вычисл ютс  в два этапа. Сначала с помощью дифференциаторов 21, умножителей 19 и 20 и сумматоров 18 определ ютс  напр жени  U(t) и U(t- ir) на выходах

   моделей ЛЭП 3 н 4, а затем - в вычи- тател х 7 и 8 и отнимаютс  у напр LM и R

   м

   е т е н и  

   Формула изобр

   Дистанционный измерительный орган, содержаш 1й преобразователь ток-напр жение , входные выводы которого служат

   входами устройства, а выходом подключенный к основному входу модели линии )электропередачи, подключенной выходом к одному входу вычитател , к другому входу которого подключен вцход пре- образовател  напр жение-напр жение,. входные выводы которого служат входами устройства, первый и второй умножители , к одним входам которых под- ключен выход вычитател , третий умножитель , два интегратора, подключенные выходами к управл ющим входам модели линии электропередачи, а также к входам блока формировани  характеристики срабатывани ,, отличающий- с   тем, что, с целью повьшени  быстродействи , дополнительно введены втора  модель линии электропередачи, два блока задержки, вычитатель, умно-, житель и два сумматора, а кажда  из моделей линии электропередачи выполнена 6 виде двухвходового сумматора, к входам которого подключены выходы двух умножителей, и дифференциатора, подключенного выходом к одному входу одного из умножителей, при этом выход преобразовател  ток-напр жение

   2

   1343495

   Q

   подключен к другому входу первого умножител  непосредственно, а также через один блок задержки к одному входу третьего умножител  и основному входу второй модели линии электропередачи , подключенной выходом к одному входу второго вычитател , к другому входу которого через другой блок задержки подключен выход преобразовател  напр жение-напр жение, выход второго вычитател  подключен к другим входам третьего и четвер того умножителей , выходы первого и третьего умно- 5 жителей подключены к входам первого cyWaTopa, подключенного выходом к входу одного интегратора, выходы второго и четвертого умножителей подключены к входам второго сумматора, подключенного выходом К: входу другого , интегратора, выходы обеих интеграторов подключены также к управл ющим входам второй модели линии электропередачи , а другие входы второго и

   5 четвертого умножителей подключены соответственно к выходам дифференциаторов , содержащихс  в первой и второй модел х линии электропередачи.

   R

   и

   У гт 16

   ЧЯ1

   Фыз.З

   Составитель Т.Щеголькова Редактор Л.Гратилло Техред Л.Сердюкона Корректор А. Т ско

   Заказ 4832/53 Тираж 617.Подписное

   ВНИИГШ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4