Способ измерения параметров периодического сигнала

 

Изобретение относится i области электротехники и.может быть использовано в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем. Целью изобретения является повыоение точ ности измерения периодической составляющей сигнала путем отстройки от апериодической составлЯнщей. Способ измерения заключается в том, что на отрезке времени между двумя экстремумами (максимумами шш минимумами) сигнала определяются параметры отрезка прямой, аппроксимирукя й апериодическую составляющую сигнала. Действующее значение периодической составляющей сигнала определяется к4к действующее значение разности между значениями сигнала и аппроксимирук)- щей прямой. 6 ил. (Л

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ В

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4044802/24-07 (22) 28,03.86 (46) 15.1 1.88. Бюл. М 42 (7 1) Институт электродинамики АН УССР (72) Б.С. Стогний, Ю. Н.Оробец и Ю.А.Вайнштейн .(53) 621.316.925 (088.8) (56) Будкин В.В., Овчаренко Н.И. Способ повышения быстродействия измерительных органов защиты при электромагнитных переходных процессах. . Электричество, 1974, Ф 8, с. 76-78.

Авторское свидетельство СССР

У 1126888, кл. G 01 R 19/02, 1984. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СИГНАЛА, (57) Изобретение относится zC области

„„SU„„1437946 А1 (so 4 Н 02 Н 3/08 ° G 01 R 19/02 электротехники и.может быть использовано в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем. Целью " изобретения является повьфиение точ ности измерения периодической составляющей сигнала путем отстройки от апериодической составлякщей. Способ измерения заключается в том, что на отрезке -времени между двумя экстремумами (максимумами или минимумами) сигнала определяются параметры отрезка прямой, аппроксимирующей апериодическую составляющую сигнала. Действующее значение периодической составляющей сигнала определяется как действующее значение разности мезду

Ж значениями сигнала и аппроксимирующей прямой. 6 ил.

1437946

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем.

Целью изобретения является повы"

5 шение точности измерения периодической составляющей сигнала путем отстройки от апериодической составляющей.

Любой переменный сигнал, в частном случае, например, ток в релейной защите, можно представить в виде суммы периодической и апериодической составляющих:

i(t) — 1,(t) + 1 (t) (1) где i„(t)

= 2 I cos (ы t+d} — периодическая состав20 ляющая; — апериодическая состав2.q(t) t-t менем t зависимостью J= — + 1, где

At

-в — — момент первого экстремума периодической составляющей измеряемого сигнала (тока). ляющая;

I — действующее значение периодической составляющей, < — круговая частота, - угол включе- 30 ния.

На фиг. 1 представлена диаграмма изменения периодического сигнала во временип апериодическаясоставляющая этого сигнала, на фиг. 2 — функциональная схема, реализующая способ на фиг. 3 — прим"и реализации блока управления, на фиг. 4-6 — примеры реализации функщ ональных блоков.

Положим, начиная с момента экст- 40 ремума периодической составляющей, на протяжении периода промышленной частоты с интервалом gt происходит измерение тока.

Пусть период разбит на М участков, 45

2)) где M =, а измеряется N значений

Qht тока, причем N = M + 1.

Тогда измеряемый сигнал, в частости ток, можно представить в виде массива значений у,,1 = 1 N. мер

Параметр J связан с текущим времассив значений периодической составляющей, --массив значений апериодической а

У

J составляющей КЗ, М

)!

)/ а = ——

)!

Знак + соответствует случаю у с у, (массив у начинается с мак1 симального значения), а знак "-" соответствует случаю у < o у, (массив у начинается с минимального значе1 ния) .

Аппроксимируем массив значений тоl ка у, 1 = 1 N no Mегоpy наименьших

1 квадратов прямой Z = С + С .1. у

Коэффициенты С, и С вычисляются по формулам:

А$, — ВБ

2 э

4N+2 6

N г 1!1 )!)г Я!

)2

Нэ где А

Коэффициенты С, и С определяются следующим образом: е!

+ С4 и

С =С +С ! и где С„= А, у - В, у .1

1в! ) 1е! J ) а и а )i а

С, =А у — В,> у 1, 4 з и

Ц и Н l1

С2 — -В, . у + С, Г у .1.

))

) 1 у +C g÷

)- J

При достаточно медленном изменении апериодической составляющей t примерно совпадает с моментом экстремума полного тока.

С учетом выражения (1) массив значений тока переходного режима у моJ жет быть разбит на два массива и а

1 Т 7 и ) I где у = 12 E cos (ы1+

+ а) 1437945 где у.

1 м— —;Г (у — С, — С, )

N; у

Принимая во внимание что у п

Р

1

= 42 I cos(Q I + а), 1 = I, получим

42 I

С = +,, С) = О. При достаточно большом N C — О. Следовательно, при аппроксимации по методу наименьших квадратов сигнала (тока) (1) практически аппроксимируется участком прямой только апериодическая составляющая, а периодическая составляющая отфильтровывается:

С,=С,+С, а

С С, + С =С

Если апериодическая составляющая хорошо аппроксимируется отрезком прямой, массив значений периодической составляющей сигнала можно определить как у = у — у = у — Z J = 1 N

t1 а

У Т а действующее значение периодической составляющей тока можно найти из выражения — дискретные значения сигнала (тока, — количество точек квантования, 5 4ь1 + 1 Я2 N 2 N2 N )

6 12

Й Я2 — Я 2,ЯЗ Я)

1О

g= l

S = у J.

Na фиг. 2 представлена функциональная схема технической реализации

15 способа определения параметров периодического сигнала.

Блок-схема измерителя параметров периодического сигнала содержит датчик 1 информации. блок 2 квантования.

20 блоки 3-5 определения величин Б,, 8

S (блоки первичной обработки), блок

5 управления, блок 7 ключей, блоки

8 и 9 опрецеления величины С,, С (блоки вторичной обработки) измери)

25 тельный блок 10.

Блок управления в данном устройстве определяет экстремум измеряемого сигнала, фиксирует начало выполнения цикла измерения и открывает функциоДля более точного расчета коэффициент С < можно скор«Г2 I ректировать на величину + â€, тогда уточненное действующее значение сигнала (тока) будет равно

Г2 Т

Поправка к коэффициенту С практически мало влияет на точность определения действующего значения сигнала (тока). Она зависит прежде всего от количества дискретных значений

N, степени линейности апериодической составляющей на периоде измерения, а также от точности определения момента экстремума периодической состав+ ляющей t для начала запоминания информации, т.е. действующее значение периодической составляющей сигнала (тока) будет равно

ЗО нальные блоки 3 — 5. Блок управления производит также отсчет номера дис» кретного значения сигнала, начиная с начала цикла измерения, выполняет передачу значения текущего номера в

35 функциональный блок 4 первичной обработки. Блок управления производит определение окончания цикла измерения, после чего с определенной за-. держкой передает управляющий импульс

40 на открытие блока 7 ключей и с определенной задержкой передает управляющий импульс на сброс информации и запирание функциональных блоков 3-5 первичной обработки и блока 7 ключей.

Система определения параметров . апериодической составляющей состоит из трех функциональных блоков первичной обработки. В блоке 3 производится определение параметров S, соглас50 но Выр аже нию

И = ут

g=l где J — - номер дискретного значения сигнала ° функциональный блок 4 первичной обработки реализует умножение текущего дискретного значения сигнала тока короткого замыкания на порядко5 143794 выл номер значения, который поступа- ет из блока управления, н суммирование полученных значений, т.е. реализуется определение параметра S< . и 5

$ у 3 °

J=t

Функциональныи блок 5 первичной обработки реализует возведение в квадрат текущего значения сигнала и суммирование полученных значений, тем самым реализует вычисление на периоде измерения параметра $А.

4N+2

А = ) 6 в -— дг к

8 г

20, 25 блок задержки управляющий импульс на размыкание ключа 12, на обнуление значения J в счетчике 13, на замыкание блока 7 ключей устройства, на запирание функциональных блоков 3-5 устройства. Через определенное время после передачи значений S„, $,. S> блоком 7 ключей устройства блок задержки посыпает управляющий импульс на эапирание блока 7 ключей и обнуление значений S, S, S в блоках 3-5 устройства. Затем цикл управления начинается сначала.

На фиг. 4-6 представлены примеры реализации функциональных блоков 3-5 первичной обработки сигнала, где обозначено: 16-18 — ключи, 19-21 — сумматоры, 22 — умножители, 23 — квадратор.

Блок 7 ключей служит для передачи информации после окончания цикла измерения о значениях параметров S и

S в функциональные блоки 8 и 9 вторичной обработки, а также передачи информации о значениях S„„ S < и S в выходной измерительный блок.

В функциональных блоках 8 и 9 производится определение параметров апериодической составляющей, которая на периоде измерения представляется

На фиг. 3 представлен пример реализации блока управления, где обозначено: 11 - устройство определения

Аэкстремума сигнаьа, 12 — ключ, 13— счетчик, 14 — логический блок, 15 блок задержки. 40

Блок управления работает следующим образом.

Дискретные значения сигнала тока короткого замыкания поступают в устройство определения экстремума, управ-45 ляющий импульс подается на включение функциональных блоков 3-5 измерителя и на замыкание ключа 12, через которые начинают поступать информация в счетчик 13, который определяет номер 50 текущего значения сигнала. Выход счетчика связан с входом логического блока 14 и входом функционального . блока 4 устройства. Логический блок срабатывает в том случае, если J=N.

Тогда через определенное время после выполнения операции определения параметров S S S в функциональных блоках 3-5 устройства подается через

6 6 в виде отрезка прямой Z = С, + С J, J

1,А" °

В функциональном блоке 8 производится определение параметра С» согласно выражению С». = AS, — BS где

А и  — постоянные коэффициенты, которые зависят только от количества точек дискретизации, причем

В функциональном блоке 9 производится определение параметра С согласно выражению С = -BS + CS где

С вЂ” постоянный коэффициент, причем

Функциональный измеритель»»ь»г» блок

i0 реализует определение действующего значения периодической составляющей тока короткого замыкания согласно выражению

2С»$г 2С, S<

N — С С (N+1)

N х

Функциональный измерительный блок

10 устройства может быть реализован на основе пяти умножителей, сумматора с масштабными коэффициентами и функционального преобразователя.

7 143

Следует подчеркнуть, что предлагаемый измеритель действующего значения периодической составляющей то = ка короткого замыкания может быть, легко реализован с использованием микропроцессорной техники.

Процесс измерения происходит следующим образом.

Сигнал тока короткого замыкания > снимаемый с датчика информации, поступает на устройство дискретизации сигнала. Блок управления определяет экстремум тока короткого замыкания и подает управляющий импульс на включение функциональных блоков 3-5 перI вичной обработки сигнала, Уда поступают текущие дискретные значения сигнала. Блок управления производит

;отсчет порядкового номера дискретного значения сигнала, которое передается на вход функционального блока 4.

Блок управления выполняет отсчет цикла измерения, равного периоду измеряемой периодической составляющей тока короткого замыкания. После поступления последнего N — ro дискретного значения сигнала и окончания опре- деления в блоках 3-5 параметров S;, .S, S блок управления открывает

5лок ключей для передачи значений S, S в блоки 8, 9, а также передачи и значений S, S,,S в функциональный измерительный блок 10, где определяется действующее значение периодической составляющей тока. После открытия блока ключей блок управления об.нуляет значения S „ 8„, S в блоках

3-5 и подает управляющий импульс на закрытие функциональных блоков 3-5.

Затем происходит новый цикл измере.ний.

7946 8

Формула изобретения

z3 С, +С,ЗЪ

25 а действующее значение периодической составляющей I находят по формуле

30 где 3 порядковый номер дискретного значения сигнала, число точек квантования, дискретное значение периодического сигнала, 4N+2 6

1У 2Nz N)

6 !2

Дг N У N и . у,, т y,Д, !

У

С4

S, 40

Способ измерения параметров периодического сигнала, заключающийся

5. в том, что задают интервал времени отсчета, фиксируют момент достижения ,экстремума сигнала, от этого момента производят отсчет заданного интервала и на этом заданном интервале с определенным шагом квантования производят выборку мгновенных значений сигнала, по полученным значениям определяют величины параметров сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения периодической составляющей сигнала путем отстройки от апериодической составляющей, эа интервал

20 отсчета берут период частоты периодического сигнала, апериодическую составляющую на заданном интервале представляют отрезком прямой, 1437946 (Риг. 3

Ап устрОйстда

Зижретцьации

Qv устройст

Юимрелижр

0m блока упрабления dnoeg knmueci 7

1437946

От блока улрабле

4Риг.5

От блока упрабления

Щ/Г. Б

Редактор О.Спесивых

Заказ 590?/53

4Г

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

0m устроасл дискретизац йп уст дойст8 доскре зацепи

Составитель В.Зимаков

Техред M.Õîäàíè÷ Корректор М. Демчик

Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного к<уитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., д. 4/5