устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания
Классы МПК: | H01H83/22 при других ненормальных условиях, при разбалансе двух и более токов или напряжений |
Автор(ы): | Лямец Ю.Я., Арсентьев А.П., Ефимов Н.С. |
Патентообладатель(и): | Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-04-18 публикация патента:
30.04.1994 |
Сущность изобретения: в устройство, содержащее адаптивный фильтр, генератор и амплитудно-фазовый корректор, где в состав адаптивного фильтра входит задающий блок, выходная шина которого подключена к задающим входам амплитудно-фазового корректора, причем выходная шина последнего образует выходную шину устройства, введены спектральный анализатор, генератор гармоник, вычитатель, вычислительный блок, решающий блок и логарифмический блок, которые расширяют функциональное назначение первой выходной шины - вывода комплексных амплитуд всех гармоник входной величины, а также организуют вторую и третью выходные шины - для вывода комплексных частот и комплексных множителей. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКА КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, содержащее адаптивный фильтр, выполненный в виде последовательно соединенных задающего блока, нерекурсивного фильтра, сумматора и порогового элемента, выход последнего подключен к управляющему входу задающего блока, первый вход которого является информационным входом устройства и соединен с параметрическим входом нерекурсивного фильтра и вторым входом сумматора, генератор периодического сигнала и амплитудно-фазовый корректор, выходная шина которого образует первую выходную шину, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем выделения основной гармоники и всех остальных слагаемых переходного процесса, дополнительно введены спектральный анализатор, последовательно соединенные генератор гармоник, вычислитель и вычислительный блок, последовательно соединеные решающий блок и логарифмический блок, при этом параметрический вход генератора периодического сигнала подключен к второму выходу задающего блока, выход - к инверсному входу сумматора и входу спектрального анализатора, выход которого подключен к управляющему входу амплитудно-фазового корректора, выход которого подключен к входу генератора гармоник, второй вход вычитателя соединен с первым входом задающего блока, к первому выходу задающего блока подключены входы амплитудно-фазового корректора и решающего блока, выход логарифмического блока образует вторую выходную шину и подключен к второму входу вычислительного блока, выход которого образует третью выходную шину.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и автоматике электрических систем, и может быть использовано для анализа аварийных режимов. Известно устройство для разделения периодической составляющей произвольной частоты и произвольной апериодической составляющей переходной электрической величины, например, тока короткого замыкания [1] . Однако оно не наделено способностью определять параметры этих составляющих. Известно устройство для выделения ортогональных составляющих электрических величин. Оно правильно, т. е. без методической погрешности, выделяет основную гармонику на фоне произвольного числа неизвестных заранее экспоненциальных и гармонических (как затухающих, так и нет) составляющих. Устройство обязано такими свойствами адаптивному фильтру, включающему в свой состав задающий блок и сумматор, причем выход задающего блока выполнен в виде двух шин: шина коэффициентов устанавливает параметры нерекурсивного фильтра, а вторая шина управляет генератором периодического сигнала [2] . Но данное устройство обладает ограниченными возможностями: оно способно подавлять произвольные составляющие, но не в состоянии их выделять, выделяет же оно лишь гармонику одной наперед заданной частоты. Цель изобретения заключается в расширении функциональных возможностей устройства путем придания ему способности выделять из тока короткого замыкания не только основную гармонику, но и все остальные слагающие переходного процесса. Цель достигается тем, что в устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, содержащее адаптивный фильтр, выполненный в виде последовательно соединенных задающего блока, нерекурсивного фильтра, сумматора и порогового элемента, причем выход последнего подключен к управляющему входу задающего блока, первый вход которого является информационным входом устройства и соединен с параметрическим входом нерекурсивного фильтра и вторым входом сумматора, генератор периодического сигнала и амплитудно-фазовый корректор, выходная шина которого образует первую выходную шину, введены спектральный анализатор, последовательно соединенные генератор гармоник, вычитатель и вычислительный блок, последовательно соединенные решающий блок и логарифмический блок, при этом параметрический вход генератора периодического сигнала подключен к второму выходу задающего блока, а выход - к инверсному входу сумматора и входу спектрального анализатора, выход которого подключен к управляющему входу амплитудно-фазового корректора, выход которого подключен к входу генератора гармоник, второй вход вычитателя соединен с первым входом задающего блока, к первому выходу задающего блока подключены входы амплитудно-фазового корректора и решающего блока, выход логарифмического блока образует вторую выходную шину устройства и подключен к второму входу вычислительного блока, выход которого образует третью выходную шину. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схема входящего в его состав нерекурсивного фильтра. Устройство состоит из адаптивного фильтра 1, генератора 2 периодического сигнала, амплитудно-фазового корректора 3 и дополнительных блоков: спектрального анализатора 4, генератора 5 гармоник, вычитателя 6, логарифмического блока 7, решающего блока 8 и вычислительного блока 9. Адаптивный фильтр 1 состоит из задающего блока 10, нерекурсивного фильтра 11, сумматора 12 и порогового элемента 13. Устройство выполнено с тремя выходными шинами 14-16. По шине 14 выводится информация о параметрах установившейся периодической слагаемой, а по шинам 15, 16 - о параметрах переходящей слагаемой: по шине 15 - о коэффициентах затухания и частотах собственных колебаний, а по шине 16 - об амплитудах и фазах (или об ортогональных составляющих) экспонент и затухающих гармоник. Амплитудно-фазовый корректор 3 выполнен с информационным входом 17 и управляющим входом 18. Последние необходимы для задания частотной характеристики этого блока. Вычитатель 6 выполнен с двумя входами 19 и 20. Его функция - формировать разность между величинами, поступающими на вход 20 и вход 19. Вычислительный блок 9 выполнен с первым входом 21 и остальными входами, объединенными в шину 22. Задающий блок 10 выполнен с двумя выходами 23, 24. По первому передаются сигналы установки параметров блоков 11, 3 и 8, а по второй происходит задание периодического сигнала. Задающий блок 10 имеет два входа - информационный 25 и управляющий 26. Нерекурсивный фильтр 11 выполнен с информационным входом 27 и входами 28 задания параметров (коэффициентов). Сумматор 12 выполнен с тремя входами 29-31. Входы 20, 25, 27, 29 различных блоков объединены и подключены к входу 32 устройства. Нерекурсивный фильтр 11 выполнен на элементах 33-35 задержки, умножителях 36-38 и внутреннем сумматоре 39. Между генератором 2 периодического сигнала и генератором 5 гармоник имеется отличие. Первый воспроизводит периодический сигнал, задаваемый одним периодом, а второй формирует периодический сигнал, задаваемый его гармониками. Устройство представляет собой цифровую систему и функционирует в дискретном времени l. На его вход подаются отсчеты входной величины i(l), пропорциональной току короткого замыкания i(t), который состоит из установившейся (периодической) составляющей и свободной (затухающей) составляющей:i(t) = io(t) + iсв(t); (1)
io(t) = io(t
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012007/177.gif)
iсв(t)=
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-2t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-3t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/946.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/946.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-4t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-5t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/946.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-6t.gif)
i(l)= io(l) +
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-7t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012015/918.gif)
io (l) = io ( l
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012007/177.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-8t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-9t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012006/964.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012006/964.gif)
i(l)+
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-10t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-11t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-12t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-13t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/965.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-14t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/965.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012013/957.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-15t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-16t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-17t.gif)
Настройка адаптивного фильтра 1 по условию малости сигнала
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/8594.gif)
-i
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-18t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-19t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-20t.gif)
Всего в выражении (9) n - m + 1 уравнение. Предполагается, что l = 0 - начальный момент короткого замыкания; n - момент окончания набора данных о коротком замыкании. В выражении (9) N + m неизвестных, а число уравнений в общем случае больше, поэтому задающий блок 10 решает эту систему уравнений в смысле наименьших квадратов. Параметры io1(l), l =
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-21t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-22t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-23t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-24t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-25t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012006/964.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-26t.gif)
Назначение амплитудно-фазового корректора 3 - преобразование гармоник
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-27t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-28t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-29t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
Передаточная функция H(expjk
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
H(expjk
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-30t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012006/964.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-31t.gif)
Все необходимые сигналы содержит выходная шина 23, подключенная к управляющему входу 18. Назначение генератора 5 гармоник - формирование периодической величины io(l) по ее спектру
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-32t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
io(l)=
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-33t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-34t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012006/964.gif)
Вычитатель 6 формирует разностную величину i(l) - io(l). Решающий блок 8 представляет собой процессор, предназначенный для решения алгебраического уравнения, являющегося характеристическим уравнением адаптивного фильтра 1:
H(Z)= Zm+
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-35t.gif)
Выходные сигналы этого блока совпадают с корнями
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-36t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-37t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-38t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012006/964.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-39t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/946.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
Вычислительный блок 9 формирует из сигналов i(l) - io(l) и
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-40t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-41t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-42t.gif)
Выходными сигналами устройства являются, таким образом, гармоники
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-43t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/969.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-44t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-45t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/965.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
-i
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-46t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-47t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012021/697.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012013/957.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012086/2012086-48t.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012002/946.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
![устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания, патент № 2012086](/images/patents/461/2012003/949.gif)
Класс H01H83/22 при других ненормальных условиях, при разбалансе двух и более токов или напряжений