оценка вектора при насыщении трансформатора тока

Формула изобретения

1. Способ определения, по меньшей мере, одной характеристики тока (I_P), протекающего по первичной обмотке (16) трансформатора (14), работающего при насыщении, с использованием малодостоверно детектированного тока (I_S), протекающего по вторичной обмотке (18) трансформатора, причем способ содержит этапы, на которых: детектируют (32) первую достоверную точку экстремума (ЕР1) цикла тока во вторичной обмотке, сравнивают (34) момент появления достоверной точки экстремума (ЕР1) с опорным сигналом (CL) абсолютного времени, причем опорным сигналом (CL) абсолютного времени является опорный сигнал, связанный с периодом периодического сигнала (U_P), измеренного на первичной обмотке (16), по меньшей мере, до того, как трансформатор (14) начал работать при насыщении, определяют (36) первую характеристику тока, протекающего по первичной обмотке, в виде фазового угла ( ₁) на основе упомянутого сравнения, получают (42) вторую точку экстремума (ЕР2) в упомянутом цикле тока во вторичной обмотке и определяют (46) вторую характеристику тока, протекающего по первичной обмотке, в виде амплитуды на основе двух точек экстремума (ЕР1, ЕР2) цикла, при этом на этапе получения второй точки экстремума определяют (42) вторую реконструированную точку экстремума (ЕР2) в упомянутом цикле тока во вторичной обмотке, причем вторая точка экстремума появляется во время первого перемежающегося временного интервала (TI1) цикла, когда трансформатор находится в насыщенном состоянии, и определение выполняют посредством прогнозирования (40) тока, протекающего во вторичной обмотке, с начала первого перемежающегося временного интервала и прогнозирование прекращают (44), как только определена вторая точка экстремума (ЕР2).

2. Способ по п.1, дополнительно содержащий этап, на котором определяют (30) область детектируемого диапазона значений вторичного тока, где может быть задетектирована первая достоверная точка экстремума (ЕР1).

3. Способ по п.2, в котором определяют упомянутую область на основании полярности детектированного тока, когда определено (28), что трансформатор работает при насыщении.

4. Способ по п.1, в котором сигналом является напряжение (U _P), измеренное на первичной обмотке трансформатора.

5. Способ по любому из пп.1-4, в котором на этапе получения второй точки экстремума детектируют вторую достоверную точку экстремума цикла, возникающего до того, как трансформатор начал работать при насыщении.

6. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий этап, на котором используют, по меньшей мере, одну из определенных характеристик тока при оценивании отказа системы электропитания, в которой предусмотрен упомянутый трансформатор.

7. Способ по п.5, дополнительно содержащий этап, на котором используют, по меньшей мере, одну из определенных характеристик тока при оценивании отказа системы электропитания, в которой предусмотрен упомянутый трансформатор.

8. Устройство (10) для определения, по меньшей мере, одной характеристики тока (I_P), протекающего по первичной обмотке (16) трансформатора (14), работающего при насыщении, с использованием малодостоверно детектированного тока (I_S), протекающего по вторичной обмотке (18) трансформатора, причем устройство содержит: блок (20) детектирования тока, выполненный с возможностью определения токов, протекающих во вторичной обмотке трансформатора, и блок (24) определения характеристики тока, выполненный с возможностью детектирования первой достоверной точки экстремума (ЕР1) цикла тока (I_S) во вторичной обмотке (18), сравнения момента появления достоверной точки экстремума (ЕР1) с опорным сигналом (CL) абсолютного времени, причем опорным сигналом (CL) абсолютного времени является опорный сигнал, связанный с периодом периодического сигнала, измеренного на первичной обмотке, по меньшей мере, перед тем, как трансформатор начал работать при насыщении, и определения первой характеристики тока, протекающего по первичной обмотке, в виде фазового угла ( ₁) на основе упомянутого сравнения, получения второй точки экстремума (ЕР2) в упомянутом цикле тока во вторичной обмотке и определения второй характеристики тока, протекающего через первичную обмотку, в виде амплитуды на основе двух точек экстремума (ЕР1, ЕР2) цикла, при этом блок (24) определения характеристики тока при получении второй точки экстремума выполнен с возможностью определения второй реконструированной точки экстремума (ЕР2) в упомянутом цикле тока во вторичной обмотке, причем вторая точка экстремума появляется во время первого перемежающегося временного интервала (TI1) цикла, когда трансформатор находится в насыщенном состоянии, и определение выполняется посредством прогнозирования тока, протекающего во вторичной обмотке, с начала первого перемежающегося временного интервала и прогнозирование прекращается, как только определена вторая точка экстремума.

9. Устройство (10) по п.8, в котором блок (24) определения характеристики тока дополнительно выполнен с возможностью определения области детектируемого диапазона значений вторичного тока, где может быть задетектирована упомянутая первая достоверная точка экстремума (ЕР1).

10. Устройство (10) по п.9, в котором определение упомянутой области основано на полярности детектированного тока, когда определено, что трансформатор работает при насыщении.

11. Устройство (10) по п.10, в котором периодическим сигналом является напряжение (U_P ), измеренное на первичной обмотке трансформатора блоком (22) детектирования напряжения.

12. Устройство (10) по любому из пп.8-11, в котором блок (24) определения характеристики тока при получении второй точки экстремума выполнен с возможностью детектирования второй достоверной точки экстремума цикла, появляющейся перед тем, как трансформатор начал работать при насыщении.

13. Устройство (10) по любому из пп.8-11, которое представляет собой реле защиты и дополнительно выполнено с возможностью использования, по меньшей мере, одной из определенных характеристик тока при оценивании отказа системы электропитания, в которой предусмотрен упомянутый трансформатор.

14. Устройство (10) по п.12, которое представляет собой реле защиты и дополнительно выполнено с возможностью использования, по меньшей мере, одной из определенных характеристик тока при оценивании отказа системы электропитания, в которой предусмотрен упомянутый трансформатор.

15. Носитель данных, предусмотренный с компьютерным программным продуктом, который, при выполнении на устройстве или блоке определения характеристики тока, побуждает выполнять способ определения, по меньшей мере, одной характеристики тока (I_P), протекающего по первичной обмотке (16) трансформатора (14), работающего при насыщении, с использованием малодостоверно детектированного тока (I _S), протекающего по вторичной обмотке (18) трансформатора, причем способ содержит этапы, на которых детектируют первую достоверную точку экстремума (ЕР1) цикла тока (I_S) во вторичной обмотке (18), сравнивают момент появления достоверной точки экстремума (ЕР1) с опорным сигналом (CL) абсолютного времени, где опорным сигналом (CL) абсолютного времени является опорный сигнал, связанный с периодом периодического сигнала, измеренного на первичной обмотке, по меньшей мере, перед тем, как трансформатор начал работать при насыщении, определяют первую характеристику тока, протекающего по первичной обмотке, в виде фазового угла ( ₁) на основе упомянутого сравнения, получают вторую точку экстремума (ЕР2) в упомянутом цикле тока во вторичной обмотке и определяют вторую характеристику тока, протекающего по первичной обмотке, в виде амплитуды на основе двух точек экстремума (ЕР1, ЕР2) цикла, при этом при получении второй точки экстремума определяют вторую реконструированную точку экстремума (ЕР2) в упомянутом цикле тока во вторичной обмотке, причем вторая точка экстремума появляется во время первого перемежающегося временного интервала (TI1) цикла, когда трансформатор находится в насыщенном состоянии, и определение выполняют посредством прогнозирования (40) тока, протекающего во вторичной обмотке, с начала первого промежуточного временного интервала и прогнозирование прекращают (44), как только определена вторая точка экстремума (ЕР2).

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к вычислению векторов исходя из форм сигналов тока, измеренных в системе электропитания, и последующему вычислению этих векторов исходя из форм сигналов, искаженных насыщением трансформатора тока. Изобретение в частности касается способа, устройства и компьютерного программного продукта для определения, по меньшей мере, одной характеристики тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора, работающего при насыщении.

Предшествующий уровень техники

Величины токов, распределяемых в системах электропитания, составляют часто порядка сотен или тысяч ампер. Подсоединение устройств для мониторинга измеряемого тока или устройств защиты непосредственно к цепям с такими большими токами практически невозможно. Поэтому для преобразования токов до величин, приемлемых для упомянутых устройств мониторинга или защиты, используют трансформаторы тока.

Однако такие трансформаторы не идеальны. При превышении определенных уровней тока в этих трансформаторах возникает явление насыщения, которое искажает процесс трансформации.

В большинстве случаев насыщение появляется тогда, когда контролируемый ток в системе отклоняется от ожидаемого. Такое отклонение в характере изменения также может появиться из-за возникновения отказа в системе. Кроме того, при насыщении этого типа самым важным является правильное детектирование той или иной характеристики тока.

Большинство устройств измерения, мониторинга и токовой защиты так или иначе обладают упомянутым недостатком. К устройствам, которые могут от этого сильно пострадать, относятся устройства защиты, измеряющие ток. Они предназначены для того, чтобы предпринимать определенные действия на основе измеренного тока в течение периода времени, когда явление насыщения может иметь наихудшие последствия.

Известно, что в устройствах защиты сигнал тока фильтруется парой фильтров, которые обеспечивают векторное, то есть комплексное (амплитуда/фаза) представление сигнала. Такой вектор, как правило, является действующей величиной для различных функций в устройстве защиты. Насыщение трансформатора тока может стать причиной значительных ошибок при оценке упомянутого вектора, если не предпринять необходимых мер.

Природа явления насыщения трансформатора тока такова, что во время перемежающихся периодов, на которых появляется насыщение, форма волны преобразованного (вторичного) тока значительно отклоняется от ожидаемой при воспроизведении формы волны не преобразованного (первичного) тока.

Для решения этой проблемы обычно пытаются полностью восстановить отклоняющиеся участки формы волны вторичного тока для правильного повторения формы волны первичного тока, освобождая тем самым сигнал вторичного тока от воздействия насыщения. Обычная фильтрация этого реконструированного сигнала, предпринимаемая с целью получения представления вектора, поэтому не будет связана с какой-либо проблемой, относящейся к насыщению трансформатора тока.

Один из способов, направленных на полное реконструирование формы волны вторичного тока, описан в WO 93/13581, где форма волны тока частично восстанавливается посредством моделирования характеристики трансформатора тока.

К другим известным документам, описывающим этот и аналогичный подходы, относятся патенты США US 6072310, US 2005/0140352 и US 6040689.

Альтернативный способ основан на искусственных нейронных сетях. Такой способ включает в себя подготовку нейронной сети. Это описано, например, в EP 0980129. Однако подготовка нейронных сетей может оказаться практически нереализуемой в коммерческом приложении.

Возможно, что наиболее жизнеспособным из способов полного реконструирования сигнала является способ, основанный на автономной модели сигнала, описанной, например, Kang и др. в работе «A compensation Algorithm for the Distorted Secondary Current of a Current Transformer» Eighth IEEE International Conference on Development in Power System Protection, 2004, page 140-143.

Как правило, реконструирование сигнала может быть основано на авторегрессии. Одним из документов, где описан этот способ, является «Autoregressive Model-based Compensation Method for the Saturated Secondary Current of a Current Transformer», D-G Lee at al., Proceeding (521) European Power and Energy Systems, 2006, page 287-291.

В DE 19928192 описан способ реконструирования формы волны всего сигнала в целом с использованием отсчетов ненасыщенного тока, предположительно путем использования детектированных точек экстремума из ненасыщенной части сигнала.

Все эти способы, направленные на полное реконструирование формы вторичного тока, требуют того или иного количества ресурсов для цифровой обработки. Во многих ситуациях вычислительная мощность ограничена, и эти ограниченные возможности обработки желательно использовать для других более неотложных задач, таких как детектирование отказа, определение типа отказа, определение расстояния до отказа, а также определения различных корректирующих действий в отношении отказа.

Следовательно, имеется потребность в способах, которые могли бы смягчить отрицательное воздействие насыщения трансформатора тока на оценку вектора при одновременном ограничении ресурсов, необходимых для соответствующей обработки.

Краткое изложение существа изобретения

Настоящее изобретение направлено на решение задачи определения, по меньшей мере, одной характеристики тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора, работающего при насыщении, с использованием ограниченных ресурсов для обработки.

Изобретение решает эту задачу посредством определения одной характеристики тока первичной обмотки, а именно фазового угла, на основе сравнения детектированной достоверной точки экстремума вторичной обмотки с опорным сигналом абсолютного времени.

Этот способ следует сравнить с традиционным способом определения фазового угла посредством полного восстановления участков волны вторичного тока, которые отклоняются от формы волны тока первичной обмотки, с последующей фильтрацией восстановленного сигнала.

Таким образом, одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа определения, по меньшей мере, одной характеристики тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора, работающего при насыщении, с использованием малодостоверно детектированного тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора, причем способ использует ограниченные ресурсы для обработки.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения эта задача решается посредством способа определения, по меньшей мере, одной характеристики тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора, работающего при насыщении, с использованием малодостоверно детектированного тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора, причем способ содержит этапы, на которых:

детектируют первую достоверную точку экстремума цикла тока во вторичной обмотке,

сравнивают момент появления достоверной точки экстремума с опорным сигналом абсолютного времени, и

определяют первую характеристику тока, протекающего по первичной обмотке, в виде фазового угла на основе упомянутого сравнения.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение устройства для определения, по меньшей мере, одной характеристики тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора, работающего при насыщении, с использованием малодостоверно детектированного тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора, которое может выполнить упомянутое определение с использованием ограниченных ресурсов для обработки.

Эта задача согласно второму аспекту настоящего изобретения решается посредством устройства для определения, по меньшей мере, одной характеристики тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора, работающего при насыщении, с использованием малодостоверно детектированного тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора, причем устройство содержит:

блок детектирования тока, выполненный с возможностью детектирования токов, протекающих во вторичной обмотке трансформатора, и

блок определения характеристики тока, выполненный с возможностью

детектирования первой достоверной точки экстремума в цикле тока во вторичной обмотке,

сравнения момента появления достоверной точки экстремума с опорным сигналом абсолютного времени, и

определения первой характеристики тока, протекающего по первичной обмотке в виде фазового угла на основе упомянутого сравнения.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение компьютерного программного продукта для определения, по меньшей мере, одной характеристики тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора, работающего при насыщении, с использованием малодостоверно детектированного тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора, который позволяет выполнить упомянутое определение с использованием ограниченных ресурсов для обработки.

Эта задача согласно третьему аспекту настоящего изобретения решается посредством компьютерного программного продукта, обеспеченного на носителе данных, для определения, по меньшей мере, одной характеристики тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора, работающего при насыщении, с использованием малодостоверно детектированного тока, протекающего по вторичной обмотке трансформатора, причем компьютерный программный продукт содержит:

компьютерный программный код, установленный для того, чтобы при его загрузке в устройство или блок определения характеристики тока заставить устройство или блок определения характеристики тока

детектировать первую достоверную точку экстремума в цикле тока во вторичной обмотке,

сравнивать момент появления достоверной точки экстремума с опорным сигналом абсолютного времени, и

определять первую характеристику тока, протекающего по первичной обмотке, в виде фазового угла на основе упомянутого сравнения.

Согласно одному варианту настоящего изобретения получают вторую точку экстремума в цикле тока во вторичной обмотке, которую затем используют для определения амплитуды тока в первичной обмотке. Вторую точку экстремума можно здесь определить посредством прогнозирования тока, протекающего во вторичной обмотке, с начала первого перемежающегося временного интервала цикла, когда трансформатор находится в насыщенном состоянии. Вторая точка экстремума в качестве альтернативного варианта может быть детектирована до того, как трансформатор начал работать при насыщении.

Настоящее изобретение имеет ряд преимуществ. Оно позволяет определить, по меньшей мере, одну характеристику тока в первичной обмотке насыщенного трансформатора с использованием небольшой вычислительной мощности. Кроме того, изобретение позволяет сделать это относительно быстро. Практически не требуется прогнозирование тока во вторичной обмотке. Также можно избежать фильтрации сигнала тока.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг. 1 схематически изображает устройство согласно настоящему изобретению, которое подсоединено к трансформатору тока, предусмотренному в линии электропитания;

фиг. 2 схематически изображает диаграмму тока в первичной обмотке трансформатора, а также тока во вторичной обмотке трансформатора, когда трансформатор работает при насыщении;

фиг. 3 схематически изображает диаграмму напряжения на первичной обмотке трансформатора, соответствующего тактового сигнала и тока в первичной обмотке трансформатора перед и после того, как трансформатор начал работать при насыщении; и

фиг. 4 схематически изображает этапы способа, предпринимаемые в способе согласно настоящему изобретению.

Подробное описание изобретения

Далее следует подробное описание предпочтительных вариантов устройства и способа согласно настоящему изобретению.

На фиг. 1 показано устройство 10 для определения, по меньшей мере, одной характеристики тока, протекающего по первичной обмотке трансформатора, работающего при насыщении. Устройство 10 в настоящем варианте предусмотрено как часть реле защиты. Устройство 10 подсоединено к трансформатору 14 тока, предусмотренному в виде элемента оборудования в системе электропитания, причем элементом оборудования здесь является линия 12 электропитания. Таким образом, трансформатор 14 тока имеет первичную обмотку 16, соединенную с линией электропитания, и вторичную обмотку 18.

Устройство 10 включает в себя блок 20 детектирования тока, который детектирует ток во вторичной обмотке 18 трансформатора 14, и блок 22 детектирования напряжения, который подсоединен к линии 12 электропитания через измерительный трансформатор напряжения (не показан) у трансформатора 14. Оба этих блока 20 и 22 подсоединены к блоку 24 определения характеристики тока. Кроме того, блок 24 определения характеристики тока соединен с запоминающим устройством 26.

На фиг. 2 показана диаграмма, иллюстрирующая форму волны тока I _S во вторичной обмотке трансформатора для случая, когда трансформатор начал работать при насыщении, вместе с соответствующим током I_P в первичной обмотке. Оба тока здесь масштабированы, чтобы продемонстрировать их взаимосвязь. В действительности первичный ток I_P обычно гораздо больше, чем вторичный ток I _S. Кроме того, ток I_S во вторичной обмотке показан сплошной линией, в то время как ток I_P в первичной обмотке показан пунктирной линией. Оба тока являются периодическими, причем на диаграмме показаны три цикла каждого тока. В первом цикле вторичного тока I_S кроме того показана первая детектированная точка DP1 и вторая детектированная точка DP2, причем вторая детектированная точка DP2 также является первой достоверной точкой EP1 экстремума. Следует понимать, что детектированные первая DP1 и вторая DP2 точки показаны только для того, чтобы лучше описать настоящее изобретение. То есть во вторичном токе можно детектировать больше точек, чем эти две указанные точки. В первом цикле первичного тока I_P показано несколько прогнозированных значений PV1, PV2, PV3 и PV4 тока, где третье значение PV3 является второй точкой EP2 экстремума, причем все эти прогнозированные значения обеспечены на первом перемежающемся временном интервале TI1, за которым следует второй перемежающийся временной интервал TI2, где обеспечена первая достоверная точка EP1 экстремума. Здесь первый перемежающийся временной интервал TI1 является временным интервалом в первом цикле, когда трансформатор находится в состоянии насыщения, то есть преобразованная форма волны искажена, в то время как второй перемежающийся временной интервал TI2 является временным интервалом в первом цикле, когда трансформатор не находится в состоянии насыщения, то есть преобразованная форма сигнала не искажена.

На фиг. 3 показано напряжение U_P на первичной обмотке трансформатора в функции времени перед и после того, как трансформатор начал работать при насыщении. Это напряжение является циклическим и, кроме того, также периодическим. На фиг. 3 также показан ток I_P в первичной обмотке перед и после того, как трансформатор начал работать при насыщении. То есть то, что он начал работать при насыщении, видно из нарастания амплитуды, а также заметного экспоненциального уменьшения составляющей постоянного тока. Кроме того, на фиг. 3 показано несколько значений напряжения U _P в конкретный момент времени на периоде этого напряжения, а именно минимальное напряжение CP, а также несколько тактовых импульсов CL, генерируемых на основе этих регулярно повторяющихся уровней положений кривых. Также здесь показана номинальная фаза ₀, связанная с током, до момента начала работы трансформатора при насыщении, а также фаза ₁, связанная с током, после того как трансформатор начал работать при насыщении.

Далее со ссылками на вышеупомянутые фигуры 1-3, а также на фиг. 4, где показана блок-схема ряда этапов, выполняемых в способе согласно настоящему изобретению, подробно описывается принцип действия настоящего изобретения.

Изобретение относится к устройству защиты в системах электропитания, то есть к устройству типа реле защиты или IED (интеллектуальное электронное устройство), которое может быстро детектировать аномальные условия и предпринять соответствующее действие, подобное отсоединению той части системы, которая вызвала аномальное состояние. К примерам типовых объектов, которые можно контролировать с помощью такого устройства, относятся коммутационные устройства, трансформаторы и линии электропитания. На фиг. 1 один такой объект системы электропитания показан в виде линии 12 электропитания. Устройство защиты, как правило, имеет функциональные возможности тестирования состояний системы посредством сравнения параметров системы с пороговыми значениями. Одним из таких параметров системы может быть ток. В этом контексте часто используют вектор сигнала. Следовательно, в качестве индикаторов состояния системы можно использовать две характеристики тока: амплитуду и фазовый угол, причем по отдельности или вместе. Следовательно, важно их оценить. Настоящее изобретение направлено на обеспечение способа и устройства для определения, по меньшей мере, одной из этих характеристик, а затем, по меньшей мере, фазового угла. Это устройство, как было упомянуто ранее, предусмотрено здесь как часть устройства защиты, подобного реле защиты. Однако следует понимать, что оно в альтернативном варианте может быть предусмотрено в виде отдельного устройства.

Ток, протекающий в упомянутом объекте, как упоминалось выше, во многих случаях слишком велик, чтобы его можно было измерить напрямую, и поэтому приходится использовать трансформатор тока. При таком мониторинге ток детектируется блоком 20 детектирования тока устройства 10 через вторичную обмотку 18 трансформатора 14, причем также часто детектируют напряжение линии 12 электропитания посредством блока 22 детектирования напряжения устройства 10. Эти величины детектируют, например, с целью контроля отказов в системе электропитания.

Параметры трансформатора 14 тока задают исходя из его удовлетворительного функционирования в нормальных условиях, то есть тогда, когда, например, ток в линии 12 электропитания не выходит за известные предельные значения тока. Однако при появлении отказа значения тока могут выйти за пределы, которые были заданы для трансформатора тока. В этом случае трансформатор 14 начнет работать при насыщении, при этом ток I_S во вторичной обмотке 18 трансформатора 14 оказывается малодостоверным. Это показано в примере на фиг. 2, из которого можно видеть, что ток I_S во вторичной обмотке 18 непохож по форме на ток I_P в первичной обмотке 16. Этот ток искажен. Следовательно, ток, протекающий в объекте 12, будет детектирован неправильно, что может отрицательно сказаться на мониторинге этого тока, а это, в свою очередь, может привести к неправильным действиям или отсутствию необходимых действий, предпринимаемых при появлении отказа. Настоящее изобретение направлено на исправление этого простым и экономичным образом. Кроме того, настоящее изобретение имеет преимущество, заключающееся в том, что при работе трансформатора при насыщении он не всегда находится в состоянии насыщения, и некоторые участки тока или сигнала имеют правильную форму, и их можно использовать.

Сложившаяся практика подбора параметров трансформатора предполагает, что искажению в результате насыщения подвергается положительный или отрицательный участок формы волны, но не оба из них одновременно. Таким образом, если предположить, что форма волны, по существу, представляет собой синусоидальный сигнал, то, по меньшей мере, один участок цикла не подвергается воздействию насыщения, и это обстоятельство используют при определении характеристик тока.

Таким образом, необходимо определить, какой участок не подвергается воздействию насыщения. Это можно сделать с помощью различных известных способов, некоторые из которых описываются ниже.

Чтобы иметь возможность выполнить этапы способа согласно настоящему изобретению, устройство 10, кроме того, должно обеспечивать опорный сигнал CL абсолютного времени, который преимущественно связан с периодом периодического сигнала, измеряемого в первичной обмотке, до того как трансформатор начал работать при насыщении. Этот периодический сигнал может с успехом представлять собой напряжение U_P линии 12 электропитания на первичной обмотке 16 трансформатора 14. Это напряжение обычно доступно в некотором виде даже во время отказа, и поэтому его можно использовать в качестве опорного сигнала также после того, как трансформатор начал работать при насыщении. Опорный временной сигал, кроме того, может быть связан с конкретным положением (положение тактового импульса CP) в периоде этого периодического сигнала. В данном примере это минимальное значение напряжения U_P на первичной обмотке 16, которое используют в качестве положения тактового импульса (CP). Следует понимать, что для этой цели можно использовать любую другую точку в переделах упомянутого периода. Также следует иметь в виду, что аналогичным образом можно использовать также положение на кривой тока, детектируемого до появления насыщения. Однако, когда трансформатор начал работать при насыщении, это может не использоваться.

Затем положение CP тактового импульса используют для генерирования тактового сигнала CL, который обеспечивает опорный сигнал абсолютного времени. Этот тактовый сигнал CL может генерироваться блоком 24 определения характеристики тока следующим образом. Блок 24 определения характеристики тока может непрерывно получать напряжения, измеряемые блоком 22 определения напряжения, и сравнивать их с пороговым значением, которое соответствует минимальному напряжению линии 12 электропитания на первичной обмотке 16. Каждый раз, когда напряжение достигает порогового значения, генерируется тактовый импульс. Таким путем обеспечивается опорный сигнал CL абсолютного времени. Здесь также можно использовать запоминающее устройство 26 для хранения данных, относящихся к опорному сигналу абсолютного времени.

Выполнение способа начинается с детектирования блоком 24 определения характеристики тока, того, что трансформатор начал работать при насыщении (этап 28). Это может быть выполнено в соответствии с принципами, изложенными в документе EP 0506935, содержание которого включено сюда по ссылке. Более подробно это можно сделать посредством детектирования тока в некоторый момент времени, интегрирования этого тока в тот же момент времени, сравнения абсолютного значения тока с первым пороговым значением, сравнения абсолютного значения производной тока со вторым пороговым значением и сравнения абсолютного значения тока за короткий промежуток времени, как правило, несколько мс, до вышеупомянутого некоторого момента времени с третьим пороговым значением, и определения того, что трансформатор находится в состоянии насыщения, если не превышены первое и второе пороговые значения, а третье пороговое значение превышено. Здесь первое пороговое значение может быть установлено равным одному или нескольким процентам от номинального значения тока, второе пороговое значение может быть установлено равным одному или нескольким процентам от максимального значения производной тока при синусоидальной форме волны, а третье пороговое значение может быть установлено близким к номинальному трансформатора тока.

Далее блок 24 определения характеристики тока определяет область диапазона значений вторичного тока, которую можно детектировать и в которой появляется первая достоверная точка EP1 экстремума (этап 30). Здесь это может быть определением того, в какой половине детектируемого диапазона значений вторичного тока появляется первая достоверная точке EP1 экстремума. Это можно сделать также путем определения знака или полярности (то есть направления) тока и возможно также знака или полярности производной тока, которые использовались при детектировании насыщения. Таким путем можно классифицировать значения тока, детектированные во вторичной обмотке. Значения тока, детектированные в окрестности момента времени детектирования насыщения, затем появляются в области, где нельзя достоверно детектировать точку экстремума (в данном примере это первая детектированная точка DP1), в то время как значения тока, детектированные с противоположным знаком или полярностью (в данном примере это вторая детектированная точка DP2), окажутся в области, в которой можно детектировать достоверную точку экстремума. Таким путем можно определить, что трансформатор работает при насыщении, а также область диапазона детектируемых значений тока, где можно детектировать достоверную точку экстремума.

Следует иметь в виду, что это лишь один из путей выполнения вышеупомянутых определений. Точно также можно выполнить вышеупомянутое посредством оценки потока в сердечнике трансформатора на основе формы волны тока во вторичной обмотке.

Так как блок 24 определения характеристики тока уже определил общую область первой достоверной точки экстремума, можно перейти к непосредственному ее детектированию, то есть к нахождению точки EP1 экстремума, в которой трансформатор не работает при насыщении в цикле (этап 32), посредством детектирования минимального значения тока (если эта точка экстремума имеет отрицательную полярность), или, в альтернативном варианте, детектирования максимального значения тока. В настоящем примере этим значением является минимальное значение. Затем блок 24 определения характеристики тока сравнивает момент появления первой достоверной точки EP1 экстремума с опорным сигналом CL абсолютного времени (этап 34) и определяет фазовый угол ₁ посредством этого сравнения (этап 36). Здесь возможно, что этот фазовый угол ₁ обеспечивается по отношению к номинальному фазовому углу ₀, например, в виде разности, так чтобы получить изменение фазового угла.

Этот фазовый угол ₁, или первая характеристика тока, протекающего в первичной обмотке трансформатора, имеется во многих приложениях, связанных с токовой защитой. Таким образом, фазовый угол ₁ получают здесь без обязательного выполнения каких-либо прогнозирований формы тока во вторичной обмотке 18. Таким путем можно обеспечить существенную экономию мощности для обработки, а сэкономленную мощность, необходимую для обработки, можно будет использовать для других целей, например для анализа причин отказов и обеспечения соответствующих предупредительных мер.

В некоторых случаях преимуществом также является получение еще одной характеристики тока, а именно амплитуды. Чтобы получить ее, блок 24 определения характеристики тока может сначала определить начало первого перемежающегося временного интервала TI1 (этап 38). Это можно успешно выполнить одновременно с определением области детектируемого диапазона значений вторичного тока, в котором должна быть найдена достоверная точка экстремума. Из-за природы насыщения трансформаторов такая вторая малодостоверная точка экстремума вторичного тока, детектированная в момент времени, когда также детектируется насыщение, например, первая детектированная точка DP1 на фиг. 2, в действительности не будет соответствовать точке экстремума для всего тока в первичной обмотке. Однако можно будет определить начальную точку первого перемежающегося временного интервала TI1. Согласно настоящему изобретению прогнозирование тока можно выполнить, начиная с момента времени детектирования этого первого детектированного значения DP1 в цикле вторичного тока. Ток в первом перемежающемся временном интервале TI1 прогнозируется таким образом, исходя из начала интервала (этап 40). На фиг. 2 показаны четыре прогнозированных значения (PV1, PV2, PV3 И PV4). Такое прогнозирование можно выполнить с использованием хорошо известных способов авторегрессии. Посредством этого прогнозирования впоследствии определяют действительную реконструированную вторую точку EP2 экстремума (этап 42), которая соответствует здесь максимуму первичного тока. То, что вторая точка EP2 экстремума достигнута, можно легко определить, поскольку прогнозированные значения до и после нее (PV2 и PV4) будут лежать ниже (если это максимум) или выше (если это минимум). Как только определена вторая точка EP2 экстремума, прогнозирование прекращается (этап 44). На основе двух точек EP1 и EP2 экстремума затем легко определить аппроксимированное значение амплитуды сигнала (этап 46), то есть амплитуду тока в первичной обмотке. Это обычно определяют на основе разности между двумя точками EP1 и EP2 экстремума. После этого выполнение способа может повторяться аналогичным образом для следующих циклов, когда трансформатор все еще работает при насыщении.

Таким путем можно получить весь вектор данного конкретного сигнала, который может понадобиться для определения отказа и его местоположения. Кроме того, все это выполняется с ограниченной величиной дополнительной мощности для обработки, которая к тому же оказывается ниже мощности для обработки, необходимой для реконструирования сигнала в целом.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет определить, по меньшей мере, одну характеристику тока в первичной обмотке насыщенного трансформатора с использованием небольшой по величине мощности для обработки. Кроме того, изобретение выполняет это относительно быстрым образом. Практически отпадает необходимость в прогнозировании тока во вторичной обмотке. Также удается избежать фильтрации сигнала тока.

Блок определения характеристики тока в устройстве согласно настоящему изобретению может быть обеспечен посредством процессора вместе с памятью, включающей в себя компьютерный программный код, реализующий функциональные возможности этого блока, в то время как блоки детектирования напряжения и тока могут быть реализованы посредством стандартных детекторов тока и напряжения. Запоминающим устройством может быть любая подходящая память, такая как память RAM, а вышеупомянутый компьютерный программный код в действительности может быть обеспечен в виде компьютерного программного продукта, содержащего упомянутый компьютерный программный код, обеспеченный на считываемом компьютером носителе, таком как ПЗУ на компакт-диске (CD ROM) или носителе другого типа, который сконфигурирован с возможностью выполнения устройством при загрузке упомянутого кода в упомянутое устройство функции вышеописанного блока определения характеристик тока.

Настоящее изобретение можно видоизменить несколькими путями. В том случае, когда для обеспечения опорного сигнала абсолютного времени используют напряжение, запоминающее устройство может быть опущено. В том случае, когда для получения опорного сигнала времени используют ток, может быть опущен блок детектирования напряжения. Как упоминалось ранее, можно только определить фазовый угол, а не амплитуду в случае, когда амплитуда не требуется. Это можно также делать в том случае, когда насыщение не столь сильно. В этом случае возможно установить вышеупомянутую первую детектированную точку в качестве второй точки экстремума. Кроме того, можно обеспечить, чтобы вторая точка экстремума в цикле появлялась, до того как трансформатор начнет работать при насыщении. В этом случае возможно непосредственно детектировать эту вторую точку экстремума, которая также окажется достоверной. В этом особом случае, кроме того, нет необходимости в прогнозировании тока в рассматриваемом цикле.

Из вышеприведенного описания очевидно, что настоящее изобретение может быть видоизменено множеством путей. Следует определенно понимать, что настоящее изобретение ограничивается только нижеследующей формулой изобретения.