РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ Российский патент 2002 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты в качестве реле направления мощности.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле направления мощности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные промежуточный преобразователь напряжения, блок фиксации положительных значений сигнала, первый интегратор, сумматор, пороговый блок и исполнительный элемент, а также последовательно соединенные промежуточный преобразователь тока, блок фиксации отрицательных значений сигнала, первый вход которого соединен со вторым входом блока фиксации положительных значений сигнала, а второй вход соединен с первым входом блока фиксации положительных значений сигнала, и второй интегратор, выход которого соединен со вторым входом сумматора [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая точность в условиях действия высокочастотных помех.

Техническим результатом изобретения является повышение точности.

Этот технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее промежуточный преобразователь уровня напряжения с фазосдвигающим узлом, вход которого является входом для подключения контролируемого напряжения, промежуточный преобразователь ток-напряжение, вход которого предназначен для подключения контролируемого тока, и последовательно соединенные сумматор, пороговый блок и исполнительный элемент, введены две последовательные цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, нерекурсивный фильтр и блок сравнения с нулевым уровнем, при этом входы аналогово-цифровых преобразователей первой и второй последовательных цепей соединены с выходами промежуточного преобразователя уровня напряжения с фазосдвигающим узлом и промежуточного преобразователя ток-напряжение соответственно, выходы "больше" блоков сравнения с нулевым уровнем первой и второй последовательных цепей соединены со вторыми входами первого и второго элементов И соответственно, выходы "меньше" блоков сравнения с нулевым уровнем первой и второй последовательных цепей соединены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно, выходы первого и второго элементов И соединены с входами переключения направления счета первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, счетные входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго реверсивных счетчиков соединены с соответствующими входами сумматора.

Кроме того, нерекурсивный фильтр содержит последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого является входом нерекурсивного фильтра, двусторонний ограничитель, сумматор и усреднитель, при этом выход двустороннего ограничителя соединен с первым входом сумматора, а выход усреднителя соединен со вторым входом сумматора и со вторым входом блока вычитания, кроме того является выходом нерекурсивного фильтра.

На фиг. 1 представлена электрическая структурная схема реле направления мощности; на фиг.2 - цифрового нерекурсивного фильтра.

Реле направления мощности (фиг.1) содержит последовательно соединенные промежуточный преобразователь 1 уровня напряжения с фазосдвигающим узлом, вход которого является входом для подключения контролируемого напряжения, первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, первый нерекурсивный фильтр 3, первый блок 4 сравнения с нулевым уровнем, первый элемент 5 И, первый реверсивный счетчик 6 импульсов, сумматор 7, пороговый блок 8 и исполнительный элемент 9, последовательно соединенные промежуточный преобразователь 10 ток-напряжение, вход которого предназначен для подключения контролируемого тока, второй АЦП 11, второй нерекурсивный фильтр 12, второй блок 13 сравнения с нулевым уровнем, второй элемент 14 И и второй реверсивный счетчик 15 импульсов, выход которого соединен со вторым входом сумматора 7, а также генератор тактовых импульсов (ГТИ) 16, выход которого соединен со счетными входами первого 6 и второго 15 реверсивных счетчиков импульсов, при этом вторые входы первого 5 и второго 14 элементов И соединены со вторыми выходами первого 4 и второго 13 блоков сравнения с нулевым уровнем соответственно, а выходы соединены с входами переключения направления счета первого 6 и второго 15 реверсивных счетчиков. Выход сумматора 7 соединен с входом порогового блока 8, выход которого соединен с входом исполнительного элемента 9, выход которого является выходом реле направления мощности.

Нерекурсивный фильтр (фиг. 2) содержит последовательно соединенные блок 17 вычитания, двухсторонний ограничитель 18, сумматор 19 и усреднитель 20, выход которого соединен со вторыми входами блока 17 вычитания и сумматора 19.

Промежуточный преобразователь 1 уровня напряжения с фазосдвигающим узлом и промежуточный преобразователь 10 ток-напряжение могут иметь ту же конструкцию, что и в прототипе. Промежуточный преобразователь 1 меняет уровень и фазу напряжения, поступающего на его вход. Промежуточный преобразователь 10 ток-напряжение преобразует ток, поступающий на его вход, в напряжение. Блоки 4 и 13 сравнения с нулевым уровнем, а также пороговый блок 8 могут быть выполнены в виде цифровых компараторов, возможная конструкция исполнительного элемента 11 представлена в описании прототипа и представляет собой транзисторный усилитель с промежуточным реле на выходе, усреднитель 20 может быть выполнен в виде последовательно соединенных последовательного сумматора и делителя. Остальные элементы устройства являются стандартными элементами цифровой техники. Цепи питания и тактовые цепи управления работой цифровых элементов на чертежах опущены, как несущественные.

Работает реле направления мощности следующим образом.

В основу его работы положен принцип сравнения фаз двух сигналов - напряжения и тока от защищаемого объекта. Параметры устройства должны быть настроены на заданное время совпадения однополярных мгновенных значений этих сигналов. Сдвигу фаз, осуществляемому в промежуточном преобразователе 1 уровня напряжения с фазосдвигающим узлом, соответствует время совпадения уставки порогового блока 8, при котором срабатывает исполнительный элемент 9. Так, например, сдвигу фаз, равному девяносто градусов, соответствует время совпадения в четверть периодов промышленной частоты.

Сигнал напряжения от защищаемого объекта трансформируется в промежуточном преобразователе 1 и сдвигается по фазе, например, на девяносто градусов. Сигнал тока от защищаемого объекта трансформируется в промежуточном преобразователе 2 и преобразуется в выходной сигнал напряжения. Первый 2 и второй 11 АЦП преобразуют эти сигналы в сигналы цифровых отсчетов. В первом 3 и втором 12 нерекурсивных фильтрах производится фильтрация входных сигналов от высокочастотных помех. Если сигнал не искажен помехой, то, поскольку на вторые входы блока 17 вычитания и сумматора 19 поступает один и тот же сигнал от усреднителя 20, на выходе сумматорa 19 фактически наблюдается входной сигнал, который усредняется по нескольким последовательным отсчетам в усреднителе 20. Если входной сигнал искажен высокочастотной помехой, то помеха ограничивается в двухстороннем ограничителе 18. Это позволяет уменьшить влияние помех на точность работы всего устройства.

Профильтрованные сигналы с выходов первого 3 и второго 12 нерекурсивных фильтров поступают соответственно в первый 4 и второй 13 блоки сравнения, в которых сравниваются с сигналами нулевых уровней. Результаты сравнения формируются в виде уровней логической единицы на их выходах "больше", если входные сигналы блоков положительны, и в виде сигналов логической единицы на выходах "меньше", если входные сигналы отрицательны. Эти сигналы поступают на управляющие входы соответственно первого 6 и второго 15 реверсивных счетчиков. На их счетные входы поступают сигналы от ГТИ 16. В первом 6 и втором 15 реверсивных счетчиках идет суммирование импульсов ГТИ 16, если на их управляющих входах имеется уровень логической единицы, и вычитание, если на их управляющих входах уровень логической единицы отсутствует. Следовательно, на выходе первого реверсивного счетчика 6 формируется сигнал, пропорциональный времени совпадения положительных мгновенных значений напряжения и тока защищаемого объекта, а на выходе второго реверсивного счетчика 15 - отрицательных мгновенных значений. Эти сигналы суммируются в сумматоре 7 и поступают на вход порогового блока 8, работающего по принципу порогового компаратора релейного действия (триггера Шмитта). Пороговый блок формирует сигнал с уровнем логической единицы при появлении на его входе сигнала, превышающего некоторый пороговый уровень, соответствующий, например, времени совпадения положительных и отрицательных мгновенных значений, равному 0,002 с, что соответствует сдвигу фаз между сигналами на выходах промежуточных преобразователей 1 и 2, равному девяносто градусов. Этот сигнал поступает на вход исполнительного элемента 9. При выполнении его в виде транзисторного усилителя с промежуточным реле на выходе это приводит к замыканию контактов реле.

Таким образом, предложенное устройство обладает более высокой точностью, поскольку в нем предусмотрена цифровая фильтрация сигнала от высокочастотных помех, возникающих в промышленных установках при искрениях, грозовых разрядах и т.п.

Источники информации
[1]. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г. Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с. 390, рис. 35.10.

[2] . Чернобровов Н. В. , Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с. 122, рис. 2.70.

Изобретение предназначено для применения в электротехнике в качестве реле направления мощности. Сущность изобретения: реле направления мощности содержит промежуточный преобразователь уровня напряжения с фазосдвигающим узлом, вход которого является входом для подключения контролируемого напряжения, промежуточный преобразователь ток-напряжение, вход которого предназначен для подключения контролируемого тока, и последовательно соединенные сумматор, пороговый блок и исполнительный элемент, а также две последовательные цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, нерекурсивный фильтр и блок сравнения с нулевым уровнем, при этом входы аналого-цифровых преобразователей первой и второй последовательных цепей соединены с выходами промежуточного преобразователя уровня напряжения с фазосдвигающим узлом и промежуточного преобразователя ток-напряжение соответственно, выходы "больше" блоков сравнения с нулевым уровнем первой и второй последовательных цепей соединены со вторыми входами первого и второго элементов И соответственно, выходы "меньше" блоков сравнения с нулевым уровнем первой и второй последовательных цепей соединены с первыми входами первого и второго элементов И соответственно, выходы первого и второго элементов И соединены с входами переключения направления счета первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, счетные входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго реверсивных счетчиков соединены с соответствующими входами сумматора. Технический результат: повышение точности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Реле направления мощности, содержащее промежуточный преобразователь уровня напряжения с фазосдвигающим узлом, вход которого является входом для подключения контролируемого напряжения, промежуточный преобразователь ток-напряжение, вход которого предназначен для подключения контролируемого тока, и последовательно соединенные сумматор, пороговый блок и исполнительный элемент, отличающееся тем, что введены две последовательные цепи, каждая из которых содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, нерекурсивный фильтр и блок сравнения с нулевым уровнем, при этом входы аналого-цифровых преобразователей первой и второй последовательных цепей соединены с выходами промежуточного преобразователя уровня напряжения с фазосдвигающим узлом и промежуточного преобразователя ток-напряжение, соответственно, выходы "больше" блоков сравнения с нулевым уровнем первой и второй последовательных цепей соединены со вторыми входами первого и второго элементов И, соответственно, выходы "меньше" блоков сравнения с нулевым уровнем первой и второй последовательных цепей соединены с первыми входами первого и второго элементов И, соответственно, выходы первого и второго элементов И соединены с входами переключения направления счета первого и второго реверсивных счетчиков, соответственно, счетные входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго реверсивных счетчиков соединены с соответствующими входами сумматора. 2. Реле направления мощности по п. 1, отличающееся тем, что нерекурсивный фильтр содержит последовательно соединенные блок вычитания, первый вход которого является входом нерекурсивного фильтра, двусторонний ограничитель, сумматор и усреднитель, при этом выход двустороннего ограничителя соединен с первым входом сумматора, а выход усреднителя соединен со вторым входом сумматора и со вторым входом блока вычитания, кроме того, выход усреднителя является выходом нерекурсивного фильтра.