способ определения частоты электрической сети
Классы МПК: | G01R23/02 устройства для измерения частоты; например частоты следования импульсов; устройства для измерения периодов тока или напряжения |
Автор(ы): | Лямец Ю.Я., Арсентьев А.П., Салимон А.А. |
Патентообладатель(и): | Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-10-28 публикация патента:
20.03.1998 |
Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите и противоаварийной автоматике электроэнергетических систем. Цель изобретения - упрощение способа определения частоты электрической сети в условиях переходного процесса. Способ определения частоты электрической сети заключается в преобразовании входной величины в цифровой сигнал, настройки адаптивного фильтра на подавление указанного сигнала, определении собственных частот указанного адаптивного фильтра и выбора из них частоты сети. Новым в способе является применение итерационной процедуры измерения частоты сети, состоящей из операции предварительного подавления в сигнале высших гармоник той частоты, которая была измерена ранее, и очередного измерения частоты. Начальное значение частоты принимают равным номинальному значению. 3 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Способ определения частоты электрической сети путем преобразования напряжения или тока с постоянной частотой дискретизации в анализируемый сигнал, спектрального анализа указанного сигнала путем настройки адаптивного фильтра на его подавление, определения собственных частот настроенного адаптивного фильтра и выделения измеряемой частоты путем отбора из множеста указанных собственных частот той частоты, что наиболее близка к номинальной частоте, отличающийся тем, что преобразование напряжения или тока осуществляют в два этапа, на первом выполняют аналого-цифровое преобразование напряжения или тока в цифровой сигнал, а на втором - преобразование цифрового сигнала в анализируемый сигнал путем подавления частот, кратных задаваемой частоте, определяют расхождение измеряемой и задаваемой частот, сравнивают его с уставкой и, если оно превосходит уставку, принимают задаваемую частоту равной измеряемой частоте и повторяют указанный процесс в той же последовательности, а если оно уступает уставке, полагают частоту сети равной измеряемой частоте, причем исходное значение задаваемой частоты принимают равным номинальной частоте сети.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и противоаварийной автоматике электроэнергетических систем, и может быть использовано для анализа аварийных и анормальных режимов. Изменение частоты в энергосистеме представляет серьезную опасность и может привести к полному расстройству ее работы. Поэтому контроль частоты в электроэнергетической системе является актуальной задачей. Известные способы определения частоты электрической сети основаны на свойстве изменения фазы тока при изменении частоты контролируемого напряжения [1] или на сравнении измеряемой частоты с известной (образованной) частотой [2]. Они обладают высокой точностью только в условиях установившегося режима электрической сети. В условиях же интенсивного переходного процесса названным способам присуща существенная погрешность из-за наличия в контролируемой величине экспонент и затухающих гармоник свободного процесса. Известен способ определения частот сигналов в электрической сети, основанный на спектральном анализе переходного процесса, например, тока короткого замыкания, реализованный в [3] и изложенный в полном объеме в [4]. При этом преобразуют входную величину i(t) в цифровую форму i(l), l = ent(tfд) - дискретное время, fд - заданная частота дискретизации, и настраивают цифровой адаптивный нерекурсивный фильтр на подавление входной величины. Это операция эквивалентна обратному моделированию (синтезу) разностного параметрического уравнения электрической сети, решение которого совпадает (в смысле наименьших квадратов отклонений) с входной величиной i(t). Частоты и затухания отдельных компонентов переходного процесса определяются как результат логарифмирования корней характеристического уравнения полностью настроенного адаптивного фильтра. Этот способ достаточно сложен, так как определяют все гармоники установившейся слагаемой переходного процесса наравне с компонентами свободной слагаемой путем подавления и тех, и других. Процедура настройки адаптивного фильтра сводится к решению системы линейных алгебраических уравнений, вычислительная сложность которой пропорциональна квадрату числа m настраиваемых коэффициентов as,![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-2t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-3t.gif)
где
q - номер подавляемой высшей гармоники устанавливаемой частоты
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-4t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-5t.gif)
где
as - настраиваемые по условию малости выходного сигнала
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107010/949.gif)
n = fд/(4fн),
где
fн - номинальная частота сети. В процессе выполнения способа понижается уровень неинформационных компонентов (высших гармоник установившейся слагаемой) входной величины i(l). Этим повышается отношение полезный сигнал/шум и снижается в итоге требуемый порядок адаптивного фильтра. Как следствие, повышается и точность конечного результата. Способ иллюстрируется фиг. 1-3. На фиг. 1 показана структурная схема реализации способа; на фиг. 2 - заграждающий фильтр устанавливаемой частоты; на фиг. 3 - адаптивный фильтр измеряемой частоты. На иллюстрациях изображены: блок памяти 1, заграждающие фильтры 2-3, адаптивный фильтр измеряемой частоты 4, управляющий блок 5, элементы задержки 6-9 и 12-17, умножители 10 и 18-20, сумматоры 11 и 21, задающий блок 22, решающий блок 23, логарифмический блок 24 и селектор частоты 25. По предлагаемому способу все операции совершаются в дискретном времени l. Сначала формируют отсчеты тока короткого замыкания i(l) и фиксируют их в памяти 1. Имеется в виду, что в составе тока короткого замыкания присутствуют установившаяся iу(l) и свободная iсв(l) слагаемые:
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-6t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-7t.gif)
где
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-8t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-9t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107058/946.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-10t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-11t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-12t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-13t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-14t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-15t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-16t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-17t.gif)
с последующим логарифмированием
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-18t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-19t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-20t.gif)
где
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107063/948.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-21t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-22t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-23t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-24t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-25t.gif)
![способ определения частоты электрической сети, патент № 2107302](/images/patents/364/2107302/2107302-26t.gif)
приведены результаты такого моделирования. Даны значения амплитуд гармоник установившейся слагаемой переходного процесса на выходе последнего заграждающего фильтра (на входе адаптивного фильтра). Как видно из таблицы, способ не требует большого числа измерений, уже на второе измерение дает практически точный результат. В свободной слагаемой тока присутствовали экспонента и затухающая гармоника. Для достижения результата оказался достаточным адаптивный фильтр пятого порядка (m = mсв + 2 = 5). Для достижения же аналогичного результата по способу, предложенному в прототипе, потребуется адаптивный фильтр порядка m = mсв + 3r = 9. Источники информации. 1. Беркович М.А., Комаров А.Н., Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем. М.: Энергоиздат. 1981. 433 с. 2. Измерения в электронике: справочник. Под ред. Кузнецова А.В. М.: Энергоатомиздат. 1987. 512 с. 3. ПР по заявке 4929176/07 от 30.01.92, а.с. N 2012086. Устройство для разделения составляющих тока короткого замыкания. 4. Лямец Ю.Я., Антонов В.И., Арсентьев А.П. Спектральный анализ переходных процессов в электрических сетях. Известия РАН. Энергетика. 1992, N 2, с. 31-43 (прототип). 5. Цифровая обработка сигналов: учебное пособие для вузов. Гольденберг Л. М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1990. 256 с.
Класс G01R23/02 устройства для измерения частоты; например частоты следования импульсов; устройства для измерения периодов тока или напряжения