СПОСОБ ОТСЧЕТА МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ
MEASURING METHOD OF INSTANTANEOUS VOLTAGE AND CURRENT VALUES

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в электрических сетях и системах для контроля нормальных и аварийных режимов.
Известен способ отсчета мгновенных значений напряжений и токов промышленной частоты, основанный на фиксированном интервале дискретизации в пределах десятитысячных долей секунды. Текущее значение измеряемого параметра на середине интервала определяется как полусумма двух значений, разделенных интервалом дискретизации, а производная - их полуразностью, отнесенной к этому интервалу. Недостатком данного способа является усиление производных высокочастотных составляющих, появляющихся в измеряемых параметрах аварийного режима при наличии длинных линий электропередачи. Требуется цифровая фильтрация отсчитываемых мгновенных значений токов и напряжений, что замедляет автоматическое управление объектом (Аналог. Лифиц, Иосиф Моисеевич. Основы стандартизации, метрологии, сертификации: Учебник. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Юрайт-М, 2001. - 263 с.).
Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализуемый отсчетом через четверть периода промышленной частоты (Прототип. Грешнов Е.Б., Королюк Ю.Ф. О выборе интервала дискретизации вводимых в ЭВМ аналоговых параметров для программируемых защит. - Электронное моделирование 1985, №5, Киев.). Примем за первичные параметры напряжения и токи отсчета, за вторичные - обработанные по нижеприведенным уравнениям. Текущее значение вторичного напряжения и его производная определяются как:
Вторичные токи определяются аналогично. Из мгновенных значений можно получить комплексные. Действительная часть комплекса равна текущему значению, мнимая - производной.
Достоинствами этого способа являются глубокое снижение апериодической составляющей, неувеличение производных, исключение четных гармоник, уменьшение некратных частотных составляющих.
На фиг. 1 приведены зависимости апериодической составляющей во вторичных параметрах в процентах от первичных при изменении постоянной времени сети относительно места короткого замыкания, цифрой 1 после 0,015 с, цифрой 2 после 0,025 с. Максимальная величина апериодической составляющей во вторичных параметрах прямой и обратной последовательностей не превышает 0,55% после 0,025 с.
Зависимости вторичных напряжений от частоты приведены на фиг. 2. Цифрой 3 обозначено текущее значение параметра (в данном случае напряжение), цифрой 4 - его производная. Так как нулевую последовательность и гармоники, кратные трем, в трехфазной сети можно исключить схемой соединения вторичных обмоток трансформаторов тока и напряжения, следующая за первой гармоникой во вторичных параметрах - пятая. Это позволяет для исключения высокочастотных составляющих использовать простейшие RC-фильтры низких частот с частотой среза на уровне 250-300 герц. При использовании способов, приведенных в аналоге, необходимы полосовые фильтры с узкой полосой пропускания, которые выходят на установившийся режим в разы дольше. Производные во вторичных параметрах на основной частоте и нечетных на гармониках передаются без искажений, на некратных частотах уменьшаются.
Недостаток прототипа проявляется при изменении частоты в сети. Так как интервал дискретизации фиксированный и равен четверти периода номинальной частоты, то при ее отклонении от номинальной появляется погрешность. Эту погрешность предлагается устранить не фиксированным интервалом дискретизации, а зависимым от частоты сети. Известно, что при синусоидальном приложенном напряжении напряжения на конденсаторе и резисторе в последовательной RC-цепи всегда сдвинуты относительно друг друга на четверть периода независимо от частоты. Фиксирование этого интервала можно осуществить контролированием момента изменения знаков напряжений на сопротивлении и емкости.
Реализация способа иллюстрируется фиг. 3, где изображены: цифрой 5 - изменение синусоидального напряжения на резисторе, цифрой 6 - напряжения на конденсаторе, цифрой 7 - моменты отсчета параметров режима.