РЕЛЕ ТОКА (НАПРЯЖЕНИЯ) Российский патент 2004 года по МПК H01H83/22 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной зашиты, и может быть использовано при реализации реле тока (напряжения) на микропроцессорной элементной базе.

Известно реле [1], содержащее блок формирования электрической величины, блок сравнения, выполненный на фазоповоротных элементах и подключенных к ним квадраторах.

Недостатком данного устройства является низкая точность срабатывания реле, обусловленная процедурой квадратирования и влиянием высших гармоник в сигнале.

Повышение помехоустойчивости достигнуто в устройстве [2], содержащем измерительный преобразователь, выпрямитель, сглаживающий контур, релейный элемент (индикатор уровня - компаратор или расширитель импульсов) и выходной элемент, соединенные последовательно. Такое решение позволяет подавлять высшие гармоники, содержащиеся в измерительном сигнале, тем самым повышая точность срабатывания. Но данное решение не устраняет помехи, обусловленные процедурой выпрямления, при наличии гармоник, близких к основной.

Технический результат - повышение точности срабатывания при воздействии гармоник, близких к основной. Технический результат достигается тем, что в реле тока (напряжения), содержащее измерительный преобразователь, релейный и выходной элементы, дополнительно введены фильтр ортогональных составляющих, максиселектор, миниселектор, аппаратные делитель и умножитель, сдвиговый регистр, нелинейный преобразователь, причем выход измерительного преобразователя подсоединен ко входу фильтра ортогональных составляющих, выходы которого подключены ко входам максиселектора и миниселектора, выход максиселектора объединен с первыми входами аппаратных делителя и умножителя, а выход миниселектора через сдвиговый регистр подключен ко второму входу аппаратного делителя, причем его выход через нелинейный преобразователь подсоединен ко второму входу аппаратного умножителя, выход которого является входом релейного элемента.

Сущность изобретения заключается в том, что за счет введения и оригинального подключения в известное устройство фильтра ортогональных составляющих, максиселектора, миниселектора, аппаратных делителя и умножителя, сдвигового регистра и нелинейного преобразователя повышается точность его срабатывания. Причем фильтр ортогональных составляющих (обычно с конечным окном интегрирования, равным периоду основной гармоники) позволяет подавлять все помехи в виде гармонических составляющих, начиная со 2-ой гармоники, чем достигается повышение точности - за счет снижения влияния высших гармоник до гармоник, близких к основной.

Классическое выделение амплитуды после фильтра ортогональных составляющих связано с процедурой квадратирования, последующего суммирования, извлечения квадратного корня и вводит дополнительные погрешности, обусловленные данными процедурами. В данном техническом решении процедура выделения амплитуды после фильтра ортогональных составляющих построена иначе. Отфильтрованный от высших гармоник и расширенный на две независимые величины полезный сигнал от фильтра ортогональных составляющих поступает на входы максиселектора и миниселектора. Далее с помощью аппаратного делителя определяется абсолютное отношение минимальной из величин ортогональных составляющих к максимальной (что соответствует определению тангенса). Полученное отношение пропускается через нелинейный преобразователь (где выделяется величина, обратная косинусу) и умножается на максимальное значение из этих величин, что дает результатом определяемую амплитуду полезного сигнала.

Новым в предлагаемом решении является процедура применения аппаратного делителя (например, для реле тока реализация I₁/I₂ при условии I₁≤I₂) при предварительном умножении на нормирующий множитель N, выполняемый сдвиговым регистром. Данная операция становится возможной только при этом условии, позволяя реализовать быструю процедуру нахождения амплитуды. Реализуемый алгоритм по времени выполнения практически равен длительности операций квадратирования ортогональных составляющих и их суммирования, но лишен погрешностей, свойственных упомянутой процедуре.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого реле тока (напряжения), где приняты следующие обозначения: 1 - измерительный преобразователь, 2 - релейный элемент (индикатор уровня - компаратор или расширитель импульсов), 3 - выходной элемент, 4 - фильтр ортогональных составляющих, 5 - максиселектор, 6 - миниселектор, 7 - аппаратный делитель, 8 - аппаратный умножитель, 9 - сдвиговый регистр (умножитель на N), 10 - нелинейный преобразователь, i_вx - мгновенный входной электрический сигнал реле, I₁, I₂ - синусный и косинусный сигналы после фильтра ортогональных составляющих, I_вх- амплитуда вектора полезного входного сигнала, N - нормирующий множитель.

Реле тока (напряжения), содержащее измерительный преобразователь 1, последовательно соединенные релейный элемент 2 (индикатор уровня - компаратор или расширитель импульсов) и выходной элемент 3, дополнительно включает в себя фильтр ортогональных составляющих 4, подсоединенный входом к выходу измерительного преобразователя, а выходами ко входам максиселектора 5 и миниселектора 6, выход максиселектора 5 объединен с первыми входами аппаратных делителя 7 и умножителя 8, а выход миниселектора 6 через сдвиговый регистр 9 (умножитель на N) подключен ко второму входу аппаратного делителя 7, причем его выход через нелинейный преобразователь 10 подсоединен ко второму входу аппаратного умножителя 8, выход которого является входом релейного элемента 2.

Входной электрический сигнал i_вх вместе с гармоническими помехами после измерительного преобразователя 1 поступает на фильтр ортогональных составляющих 4 и отфильтрованный от высших гармоник расширяется на два независимых ортогональных сигнала I₁ и I₂, составляющих вектор полезного сигнала I_вx. Свободные от помех сигналы I₁ и I₂ подаются на соответствующие входы максиселектора 5 и миниселектора 6.

Определение амплитуды рассмотрим в предположении, что после селекции определилось I₁≤I₂. Тогда после аппаратного делителя 7 имеем n_д=N•I₁/I₂ (где умножение на N совершается сдвиговым регистром 9) - целое число, лежащее в диапазоне от 0 до N (для простоты анализа положим N=1, тогда n_д число, находящееся от 0 до 1). В этом случае в зависимости от величины n_д после нелинейного преобразователя 10 (например, табличного преобразователя) получим новое число n, находящееся в диапазоне от 1,0 до 1,414. Теперь после операции умножения n•I₂ аппаратным умножителем 8 имеем выполнение равенства

что соответствует выделению модуля I_вх из векторов I₁ и I₂ с точностью, определяемой зависимостью 1/N (т.е. точностью, заданной сдвиговой разрядной сеткой сдвигового регистра 9), и точностью представления величин I₁ и I₂ в своих сетках. В этом случае повышение i_вx приводит к адекватному увеличению I_вх на входе релейного элемента 2 и в случае превышения порога последовательному срабатыванию элемента 2 и выходного органа 3 и реле тока соответственно.

Таким образом, подобная реализация известного устройства на микропроцессорной элементной базе позволяет существенно повысить точность срабатывания реле и его быстродействие, сведя его по времени до одного периода промышленной частоты.

Источники информации
1. А.С. 229661 (СССР), кл. H 01 L 83/22, 1965.

2. Темкина Р. В. Измерительные органы релейной защиты на интегральных микросхемах. М.: Энергоатомиздат, 1985, рис.6.1, стр.135.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при реализации реле тока (напряжения) на микропроцессорной элементной базе. Технический результат заключается в повышении точности срабатывания при воздействии гармоник, близких к основной. Для этого устройство содержит измерительный преобразователь, релейный и выходной элементы, фильтр ортогональных составляющих, максиселектор, миниселектор, аппаратные делитель и умножитель, сдвиговый регистр и нелинейный преобразователь. 1 ил.

Реле тока (напряжения), содержащее измерительный преобразователь, последовательно соединенные релейный и выходной элементы, отличающееся тем, что введены фильтр ортогональных составляющих, максиселектор, миниселектор, аппаратные делитель и умножитель, сдвиговый регистр, нелинейный преобразователь, причем выход измерительного преобразователя подсоединен к входу фильтра ортогональных составляющих, выходы которого подключены ко входам миниселектора и максиселектора, выход максиселектора объединен с первыми входами аппаратных делителя и умножителя, а выход миниселектора через сдвиговый регистр подключен ко второму входу аппаратного делителя, причем его выход через нелинейный преобразователь - ко второму входу аппаратного умножителя, выход которого является входом релейного элемента.