СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕРВАЛОВ ОДНОРОДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ
METHOD FOR DETERMINING HOMOGENEITY OF ELECTRICAL QUANTITY

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к релейной защите и автоматике.
Задача определения интервалов однородности (сегментация) наблюдаемого процесса встречается в различных приложениях, в частности при построении пусковых органов релейной защиты, фильтров аварийных составляющих, устройств блокировки при качаниях в системе, корректоров тока, искаженного насыщением измерительного трансформатора, селекторов режимов, отличающих короткое замыкание от броска тока намагничивания силового трансформатора.
Известны способы сегментации и реализующие их устройства (сегментаторы), связанные с применением цифровых заграждающих фильтров [Например, Патент РФ №1817153, МПК H01H 83/22, 1991; Патент РФ №2012086, МПК H01H 83/22, 1991; Патент РФ №2012971, МПК H02H 3/38, H01H 83/20, 1991; Патент РФ №2082270, МПК H02H 3/38, H02H 7/045, 1994].
Эти устройства призваны подавлять электрическую величину на интервале однородности.
В результате в структуре релейной защиты появляется дополнительный модуль, не связанный с выполнением каких-либо иных функций, кроме сегментации.
Такое техническое решение связано с усложнением защиты, особенно в тех случаях, когда сегментация предусматривается для нескольких электрических величин.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ определения интервалов однородности электрической величины [Патент РФ №2316870, МПК H02H 3/38, G01R 31/02, опубл. 10.02.2008]. Этот способ реализуется путем преобразования электрической величины цифровым фильтром ортогональных составляющих в отсчеты первого и второго сигналов, каждую пару соседних отсчетов первого и второго сигналов преобразуют в третий и четвертый сигналы. Причем третий сигнал формируют как сумму квадратов четырех упомянутых отсчетов, а четвертый сигнал формируют как удвоенную сумму произведений одноименных сигналов из числа четырех упомянутых отсчетов. В последующем подают третий и четвертый сигналы на исполнительное реле, характеристику срабатывания которого задают на плоскости этих двух сигналов, и судят о начале и окончании интервала однородности электрической величины по срабатыванию и возврату исполнительного реле.
Известный способ определения интервалов однородности электрической величины основывается на следующих обозначениях и соотношениях:
i(k) - входная электрическая величина;
k - дискретное время;
- комплексный выходной сигнал фильтра ортогональных составляющих;
1
2
i(k) и i(k) - ортогональные составляющие;
1
2
- предшествующие отсчеты сигналов , i, i;
- приращение выходного сигнала;
- модуль приращения;
- разность фаз соседних отсчетов сигнала.
m
m
m
Критерий однородности электрической величины выводится из соотношения между модулями I(k), I(k-1), ΔI(k) комплексов , ,
Величины, входящие в (1), выражаются через ортогональные составляющие
где звездочкой отмечен сопряженный комплекс.
Критерий однородности заключается в предположении, что на плоскости x, y имеется возможность задать характеристику срабатывания исполнительного реле таким образом, чтобы оно срабатывало только на интервале однородности входной величины. Действительно на этом интервале фильтр ортогональных составляющих выходит на стационарный режим и начинает выдавать почти постоянный сигнал . Равенство (1) принимает в таких условиях вид
m
2
где e(k)=(ΔI(k)) - положительная величина, малая по сравнению с x(k) и y(k).
Устройство, реализующее способ-прототип [Патент РФ №2316870, МПК H02H 3/38, G01R 31/02, опубл. 10.02.2008], осуществляет вычисление величин x(k) и y(k) «напрямую», т.е. согласно формул (3) и (4). Однако возможна альтернативная организация вычислительного процесса.
1
1
2
2
2
2
Введем дополнительные переменные a(k)=i(k)+i(k-1); в(k)=i(k)+i(k-1). Тогда выражение a(k)+в(k) представляется в виде
To есть x(k) может быть рассчитано в виде
.
Таким образом, расчет x(k) и y(k) может быть организован как по выражениям (3) и (4) (способ прототип), так и по выражениям (5) и (4).
Существенно, что расчет переменной x(k) в соответствии с (3) (способ-прототип) требует четыре операции возведения в квадрат, а согласно (5) - всего две операции возведения в квадрат, что существенно упрощает вычисления.
Задача изобретения состоит в упрощении способа определения интервалов однородности электрической величины.
Поставленная задача достигается способом определения интервалов однородности электрической величины путем ее преобразования цифровым фильтром ортогональных составляющих в отсчеты первого и второго сигналов, каждую пару соседних отсчетов первого и второго сигналов преобразуют в третий и четвертый сигналы, четвертый сигнал формируют как удвоенную сумму произведений одноименных сигналов из числа четырех упомянутых отсчетов, подают третий и четвертый сигналы на исполнительное реле, характеристику срабатывания которого задают на плоскости этих двух сигналов, и судят о начале и окончании интервала однородности электрической величины по срабатыванию и возврату исполнительного реле. Согласно предложению третий сигнал формируют путем вычитания четвертого сигнала из суммы квадратов предварительно просуммированных соответствующих отсчетов первого и второго сигналов.
На чертеже изображен пример структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ определения интервалов однородности электрической величины.
1
2
нач
кон
Устройство содержит фильтр ортогональных составляющих 1 с входным сигналом i(k) и выходными - первым и вторым сигналами i(k), i(k); элементы задержки 2 и 3; квадраторы 4 и 5; умножители 6 и 7; сумматоры 8-11; исполнительное реле 12, выходным сигналом которого служат моменты начала и окончания интервала однородности k и k.
Первый (второй) выход фильтра ортогональных составляющих подключен ко входам элемента задержки 2 (3), первым входом умножителя 6 (7) и сумматора 8 (9), ко вторым входам умножителя 6 (7) и сумматора 8 (9) подключен выход элемента задержки 2 (3). Выходы сумматоров 8, 9 соответственно через квадраторы 4 и 5 подключены к первому и второму входам сумматора 11. Выходы умножителей 6 и 7 соединены со входами сумматора 10, выход которого через умножитель на два подключен к третьему входу сумматора 11 и второму входу исполнительного реле 12. К первому входу исполнительного реле 12 подключен выход сумматора 11.
На схеме (см. чертеж), как и на схеме устройства, реализующего способ-прототип, отдельным блоком обозначена операция умножения на два. Однако эта операция не требует аппаратурных и временных затрат и достигается соответствующей коммутацией проводов («сдвигом на один разряд влево»).
Устройство работает следующим образом.
1
2
1
2
1
2
Цифровым фильтром ортогональных составляющих 1 входная дискретная величина i(k) преобразуется в ортогональные составляющие i(k), i(k). В последующем с помощью элементов задержки 2, 3 отсчеты i(k), i(k) сохраняются на один такт с целью получения величин i(k-1) и i(k-1).
Вычисление сигнала x(k) осуществляется в соответствии с выражением (5) для чего сумматорами 8 и 9 формируются переменные
и ,
а затем блоками 4 и 5 осуществляются операции возведения в квадрат этих переменных и формирование результатов в соответствии с равенствами
;
.
Параллельно с формированием составляющих сигнала x(k) происходит формирование сигнала y(k), который в соответствии с выражением (5) также участвует в расчетах x(k).
Вычисление y(k) реализуется так же, как и в способе-прототипе, т.е. согласно равенству (3)
.
Для этого производится умножение задержанных и не задержанных отсчетов ортогональных составляющих на умножителях 6 и 7 и осуществляется последующее суммирование блоком 10. Операция умножения на два в соответствии с выражением (3) реализуется (как указывалось ранее) простой коммутацией проводов и не требует аппаратурных и временных затрат. Окончательное формирование сигнала x(k) производится на выходе сумматора 11, на входы которого подаются результаты с выходов квадраторов 4 и 5, а также на инверсный вход которого для выполнения операции вычитания подается сигнал y(k).
нач
Таким образом, на вход исполнительного реле 12 подаются сигналы x(k)и y(k), необходимые для обеспечения условий срабатывания реле 12. Сигнал с выхода реле 12 появляется с задержкой относительно момента k на время установления фильтра ортогональных составляющих 1.
Для обоснования преимуществ заявляемого способа определения интервалов однородности электрической величины произведем сравнение числа операций, необходимых для получения сигнала x(k). Анализ выражений (3) и (4) показывает, что для формирования x(k) в структуре обработки согласно предлагаемому способу требуется не четыре, а две операции возведения в квадрат, и введение дополнительной сложения (вычитания). Однако с точки зрения аппаратурно-временных затрат выполнение операции сложения (вычитания) существенно проще, чем выполнение двух операций возведения в квадрат. Таким образом, достигается цель изобретения, т.е. упрощение способа определения интервалов однородности электрической величины.
С другой стороны, анализ структуры устройства, реализующего предлагаемый способ определения интервалов однородности электрической величины, и структуры устройства, реализующего способ-прототип [Патент РФ №2316870, МПК H02H 3/38, G01R 31/02, опубл. 10.02.2008], свидетельствует об упрощении устройства, реализующего предлагаемый способ. Очевидно, что для построения такого устройства требуется меньше аппаратурных затрат.