УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗИРОВАННЫХ ВЕКТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к цифровым приборам измерений параметров тока и напряжения, в частности, к цифровым приборам измерений фазовых векторов тока и напряжения, предназначенным для применения на энергообъектах.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен терминал векторных измерений RES 521 от производителя ABB [1], обеспечивающий измерения фазовых векторов тока и напряжения и выдачу данных измерений фазовых векторов во внешние системы через внешний цифровой интерфейс по протоколу IEEE C37.118. В состав терминала входят:
- блок аналоговых входов, включающий в себя интерфейсы для подключения к аналоговым вторичным измерительным цепям тока и напряжения, аналогово-цифровые преобразователи;
- блок приема сигналов календарной синхронизации
- вычислительный модуль, включающий в себя центральный процессор, обеспечивающий выполнение основных измерительно-вычислительных функций терминала, и цифровой коммуникационный интерфейс Ethernet для выдачи во внешние системы данных измерений фазовых векторов.
Известно устройство синхронизированных векторных измерений [2], обеспечивающее измерение фазового вектора напряжения и передачу данных измерений фазового вектора напряжения другому аналогичному устройству, установленному на другой секции шин. Устройство включает в себя:
- блок аналогово-цифрового преобразования;
- блок измерения напряжения;
- блок вычисления частоты;
- блок вычисления действующего значения фазного напряжения;
- блок вычисления фазового вектора напряжения;
- блок трансляции данных измерений фазового вектора напряжения внешнему устройству.
Недостатками обеих известных устройств являются отсутствие универсальности в отношении формы данных измерений. Эти устройства имеют возможность вычислять фазовые вектора по измеряемым аналоговым величинам, но не способны определять эти вектора по данным, передаваемым в форме цифровых потоков, например, по шине процесса цифровой подстанции.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства синхронных векторных измерений. При этом в частности, обеспечивается возможность работы устройства как в «цифровых подстанциях» [3] с цифровой шиной процесса [4], так и в традиционных подстанциях без цифровой шины процесса.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что в устройство синхронизированных векторных измерений напряжения и тока, содержащее блок вычисления фазовых векторов, снабженный выходным коммуникационным интерфейсом, блок аналого-цифрового преобразования, снабженный аналоговыми измерительными интерфейсами напряжения и тока и блок приема сигналов календарной синхронизации, введены блок формирования внутреннего цифрового потока, снабженный входом приема сигналов тактовой синхронизации, и блок приема цифровых потоков, при этом блок вычисления фазовых векторов снабжен тремя входами, первым из которых он подключен к выходу блока аналогово-цифрового преобразования через блок формирования внутреннего цифрового потока, вторым входом - к выходу блока приема сигналов календарной синхронизации, и третьим входом - к выходу блока приема цифровых потоков.
Полезная модель имеет развития, первое из которых состоит в том, что блок приема сигналов календарной синхронизации может быть выполнен в виде блока ведения календарного времени, снабженного интерфейсом календарной синхронизации. При этом устройство позволяет обеспечивать привязку вычисленных значений фазовых векторов напряжения и тока ко времени независимо от регулярности получения устройством сигнала календарной синхронизации от внешнего источника, что позволяет уменьшить зависимость корректного функционирования устройства от готовности внешнего источника сигналов календарной синхронизации, и, в частности, повысить надежность выдачи корректных данных измерений фазовых векторов напряжения и тока во внешние системы.
Согласно второму развитию выход блока вычисления фазовых векторов напряжения и тока может быть подключен к выходному коммуникационному интерфейсу через дополнительно введенный блок формирования выходных данных, к которому подключен выход дополнительно введенного блока дискретно-цифрового преобразования, снабженного интерфейсами дискретного ввода и дополнительным входом, который подключен к дополнительному выходу блока ведения календарного времени. При этом устройство позволяет дополнительно производить сбор дискретных сигналов (в частности, сигналов, характеризующих текущее положение коммутационных аппаратов), осуществлять привязку ко времени событий изменения состояний дискретных сигналов и временную синхронизацию указанных событий с данными вычисления фазовых векторов напряжения и тока, производить передачу данных о текущем состоянии схем первичных соединений энергообъектов, синхронизированную во времени с передачей данных о фазовых векторах тока и напряжения, в территориально распределенные системы измерения, защиты, мониторинга и управления энергосистем.
Третье развитие состоит в том, что блок приема цифровых потоков может быть выполнен в виде узла коммуникационного резервирования, к входам которого подключены, по меньшей мере, два интерфейса приема цифровых потоков. Это обеспечивает более высокую надежность вычисления устройством корректных значений фазовых векторов напряжения и тока в случае, когда указанные значения вычисляются на основании входных цифровых потоков с данными первичных измерений.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства в базовом исполнении без учета развитии полезной модели,
На фиг.2 приведена схема предлагаемого устройства для частного случая, отражающая первое и второе развития полезной модели.
На фиг.3 приведена схема предлагаемого устройства для частного случая, отражающая третье развитие полезной модели.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Приведенное на фиг.1 устройство 1 синхронизированных векторных измерений напряжения и тока в базовом исполнении включает в себя:
- блок 2 аналогово-цифрового преобразования, снабженный аналоговыми измерительными интерфейсами напряжения 3 и тока 4;
- блок 5 вычисления фазовых векторов напряжения и тока;
- блок 6 формирования внутреннего цифрового потока;
- вход 7 приема сигналов тактовой синхронизации;
- блок 8 приема сигналов календарной синхронизации;
- блок 9 приема цифровых потоков;
- выходной коммуникационный интерфейс 10.
В частном случае выполнения устройства 1 блок 8 приема сигналов календарной синхронизации может быть выполнении в виде блока 11 ведения календарного времени, снабженного интерфейсом 12 календарной синхронизации (см. фиг.2).
Устройство работает следующим образом.
Аналоговые сигналы напряжения и тока во вторичных измерительных цепях напряжения и тока через интерфейсы 3 и 4 поступают в блок 2 аналогово-цифрового преобразования, где величины указанных сигналов преобразуются в цифровое представление, и далее передаются в блок 6 формирования внутреннего цифрового потока. Блок 6 обеспечивает формирование внутреннего цифрового потока, содержащего данные об измеренных величинах напряжения и тока, с заданной частотой дискретизации с привязкой каждого отдельного значения напряжения или тока в цифровом потоке ко времени по сигналам тактовой синхронизации, получаемым через вход 7.
Блок 9 осуществляет прием цифровых потоков с данными первичных измерений тока и напряжения.
Блок 5 осуществляет вычисление фазовых векторов напряжения и тока на основании внутреннего цифрового потока, получаемого от блока 6, и на основании внешнего цифрового потока, получаемого устройством через блок 9. При вычислении фазовых векторов напряжения и тока блок 5 осуществляет привязку вычисленных значений фазовых векторов к календарному времени на основании сигналов календарной синхронизации, непрерывно получаемых блоком 5 от блока 8, который в свою очередь обеспечивает прием сигналов календарной синхронизации от внешнего источника. Вычисленные значения фазовых векторов напряжения и тока транслируются блоком 5 на выходной коммуникационный интерфейс 10.
На фиг.2 приведена схема, описывающая устройство 1 синхронизированных векторных измерений напряжения и тока в частном случае выполнения, включающем в себя:
- блок 2 аналогово-цифрового преобразования, снабженный аналоговыми измерительными интерфейсами напряжения 3 и тока 4;
- блок 5 вычисления фазовых векторов напряжения и тока;
- блок 6 формирования внутреннего цифрового потока;
- вход 7 приема сигналов тактовой синхронизации;
- блок 8 приема сигналов календарной синхронизации, выполненный в виде блока 11 ведения календарного времени, снабженного интерфейсом 12 календарной синхронизации;
- блок 9 приема цифровых потоков;
- выходной коммуникационный интерфейс 10;
- блок 13 формирования выходных данных;
- блок 14 дискретно-цифрового преобразования, снабженный интерфейсами 15 дискретного ввода.
В вышеуказанном частном случае выполнения устройство синхронизированных векторных измерений напряжения и тока функционирует аналогично базовому исполнению, работа которого описана выше, за исключением нижеследующих особенностей. Входные дискретные сигналы через интерфейсы 15 дискретного ввода поступают в блок дискретно-цифрового преобразования 14, где указанные сигналы преобразуются в цифровое представление, и производится привязка указанных сигналов ко времени, получаемому от блока 11 ведения календарного времени. Преобразованные в цифровой вид дискретные сигналы, имеющие привязку к календарному времени, транслируются блоку 13 формирования выходных данных. Наряду с этим, блоку 13 транслируются вычисленные блоком 5 значения фазовых векторов в виде пар цифровых значений фазовых векторов напряжения и тока, относящихся к одному и тому же моменту календарного времени. Блок 13 добавляет к каждой полученной от блока 5 паре значений векторов, относящимися к одному моменту времени, значения дискретных сигналов, полученные от блока 14 и относящиеся к тому же моменту календарного времени, что и значения фазовых векторов в паре. Полученный при этом набор данных, включающий в себя величины фазовых векторов напряжения и тока и значения дискретных сигналов, относящиеся к одному и тому же моменту времени, транслируется блоком 13 на выходной коммуникационный интерфейс 10.
В частном случае, показанном на фиг.3, когда блок 9 приема цифровых потоков выполнен в виде блока 16 коммуникационного резервирования, к входам которого подключены интерфейсы 17 приема цифровых потоков устройство функционирует аналогично вышеописанному за исключением следующих особенностей. Интерфейсы 17 обеспечивают прием цифровых потоков с данными первичных измерений тока и напряжения. При наличии цифрового потока на входе одного из интерфейсов 17, условно выбранного в качестве основного интерфейса, блок 16 транслирует указанный поток блоку 5 вычисления фазовых векторов напряжения и тока. В случае пропадания цифрового потока на входе основного интерфейса блок 1 6 переключается на прием цифрового потока через другой интерфейс 17, рассматриваемый в качестве резервного интерфейса, и обеспечивает трансляцию указанного потока блоку 5.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. ABB Powers Technologies AB. Phasor measurement terminal RES 521. Technical reference manual. September 2008, Revision: D. (Техническое справочное руководство по терминалу векторных измерений RES 521). www.abb.com/substationavtomation.
2. Опубликованная патентная заявка США №2010/0072978, МПК G01R 23/02, 2010 г.
3. «Цифровая подстанция ЕНЭС» / Моржин Ю.И. и др., Журнал «Энергоэксперт», №4 (27), 2011 г.
4. «Шина процесса - технологический фундамент цифровой подстанции» / Власов М.А. и др. Журнал «Релейщик», №1, март 2010 г.