Устройство цифровой релейной защиты Советский патент 1986 года по МПК H02H3/40 

тора 11, а косинусная - на выходе интегратора 13. С помощью двух пар попеременно работающих ключей 24, 25, и 26, 27 ортогональные составляющие подводятся к мультиплексору 3j который по команде блока тактовых импульсов 8 один раз в полупериИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для осуществления релейной защиты элементов энергосистем.

Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства защиты; на фиг. 2 - диаграмма состояний элект- ронных ключей; на фиг. 3 - формы ортогональных функций; на фиг. 4 - спектральная кривая, соответствующая ортогональным функциям при окн наблюдения, равном периоду; на фиг. 5 - формы кривых напряжения на выходе интеграторов, предназначенных для выделения и хранения си- .нусной и косинусной составляющих; на фиг. 6 - блок-схема алгоритма функционирования устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит промежуточные трансформаторы 1 по числу входных величин, выполненные с прямым и инверсным выходами, которы подключены к входам блоков 2 формирования ортогональньпс составляющих, подключенных выходами к входам муль тиштексора 3, на выходе которого включены последовательно соединенны аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, блок 5 буферных регистров, блок 6 ввода-вывода и ЭВМ 7, блок 8 тактовых импульсов, подключенный первым выходом к управляющему входу мультиплексора 3, вторым выходом к управляющему входу АЦП 4, третьим выходом к управляющему входу блока

5буферных регистров, четвертым выходом к управляющему входу блока

6ввода-вывода, а пятым выходом к входу блока 9 управления, выходы которого подключены к управляющим

1252860

од подключается к аналого-цифровому преобразователю 4, а затем в цифровой форме через блок 6 ввода-вывода - в ЭВМ 7, где в соответствии с заданнцй программой осуществляется обработка введенных данных. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

5

0

5

0

5

входам блоков 2 формирования ортогональных составляющих. .

Каждый из блоков 2 формирования ортогональных составляющих содержит четыре интегратора 10 - 13 и четьфнадцать управляющих ключей 14 - 27, при этом входы первого 10 и второго 11 интеграторов подключены через первый 14 и второй 15 ключи соответственно к прямому и инверсному выходам промежуточного трансформатора 1, входы третьего 12 и четвертого 13 интеграторов подключены через третий 16 и пятый 18 ключи к прямому выходу трансформатора 1, а через четвертый 17 и шестой 19 ключи к инверсному выходу трансформатора 1, ключи 20-23 с седьмого по десятый включены между входами и выходами соответствующих интеграторов 10 - 13, ключи 24-27 с одиннадцатого по четьфнадцатый включены на выходах соответствующих интеграторов 10 - 13, вькоды одиннадцатот о 24 и двенадцатого 25, а также тринадцатого 26 и четьфнадцатого 27 ключей попарно объединены и образуют один и другой выходы блока 2.

Блок 9 управления содержит счетчик 28 импульсов, подключенный выходом к входу дешифратора 29, имеющего двенадцать выходов, которые попарно подключены к открывающим и запирающим входам ключей 14-27 в порядке повышения их номеров.

Устройство работает следующим образом.

Переменные входные сигналы, преобразованные в промежуточных транс- . форматорах 1, поступают на входы интеграторов 10-13 в те интервалы

31

времени, когда электронные ключи 14 - 19 открываются. Блок 8 тактовы импульсов синхронизирован с частото сети и работает непрерывно, вьщавая прямоугольные импульсы - частотой, кратной частоте входных сигналов, нпример, при кратности 12 частота составляет 600 Гц, Емкость счетчика 28 импульсов выбирается равной 12, т,е. за 1 период частоты входного сигнала, например 50 Гц, на выходе счетчика 28 последовательно изменяется двоичный код чисел от О до 11, а в дешифраторе 29 появляется нулевой сигнал на том выходе, который соответствует зтому числу. При этом соответствующие ключи, у гравляющие электроды которых подключены к этому выводу, открываются или запираются в зависимости от того, какой управляющий злектрод подключен в данный

момент.

На фиг, 2 показаны диаграммы состояния всех ключей 14 - 27, причем нулевой уровень означает проводящее состояние, а единичный - закрытое состояние ключей. Из этих диаграмм можнс видеть, что если за начало отсчета времени применять нулевое содержимое счетчика 28 импульсов, то в конце первого полупериода (через 6 импульсов) напряжения на выходах интеграторов 10 и 12 определяются .следующими выражениями; . . 5Т|11

(1)

JAltldt;

Tll2 2T(126T|ia /

JACtldt- l A{t)clt. C-ZV

1

T

где знак минус учитывает подключение интегратора к инвертирующему выходу трансформатора 1, Во второй полупериод входы этих интеграторов отключены, а входные сигналы подведены к другим интеграторам 11 и 13, выход ные напряжения которых к концу этого полупериода определяются следующим 111(17.

u.HT..r-f

(Ъ)

7T/ia

8Т|12т

:p|A(t)dt JAUIdt. (4) 6Th2 10Th2

В следующий полупериод входы этих интеграторов отключены, но вступают в действие первые два интегратора 10 и 12 и т,д.

Две пары выражений (1), (3) и (2), (4) можно представить в обобщенном виде

и,

fj...

о

т

f.

U,(i

15

f.CO.

20

где временные функции f(t) и задаваемые блоком 9 управления, представлены на фиг. .3.

Разложение в ряд Фурье ортогональных функций (фиг, 3) дает следующие .

2ГТ результаты: основная гармоника

25

30

5

п

от амплитуды, все четные, третья и кратные трем гармоники отсутствуют, все последующие нечетные, гармоники () порядка, за исключением кратных трем, имеют амплитуды в (2т-1) раз меньше, чем амплитуда основной гармоники. При интервале наблюдения, составляющем один период основной частоты, подача на вход устройства синусоидального сигнала основной частоты приводит к появлению на его выходе напряжении, пропорциональньпх: ортогональным составляющим входной величины. При подаче сигналов кратных частот, меньших 5, а также пос5 тоянной составляющей выходной сигнал отсутствует, что характеризует фильтрующие свойства устройства,При подаче на вход сигналов некратных частот, а также нечетных гармоник, начиная с пятой (без кратных трем), на вькоде устройства появляется напряжение, т,е. фильтрующие свойства устройства ухудшаются. Зависимость амплитуды вьгходного сигнала устрой- ства от частоты входного показана на фиг, 4,

Пусть входной сигнал А представ- ляет собой синусоидальную кривую, смещенную на угол Ч относительно начала отсчета (фиг. 5а), На фиг, 55 И 6 показаны кривые напряжения соответственно на выходе интегратора 10, предназначенного для вьделения и хранения синусной составляющей

5 входного сигнала А и на выходе интегратора t1 (для вьзделения и хранения косинусной составляющей), К концу первого полупериода напряжение

О

на выходе интегратора 10 равно U, , а на выходе интегратора 11 - U, .в следующем .интервале времени между 6Т/12-8Т/12 (продолжительностью Т/6 или 3,33 мс), пока не поступят открывающие сигналы на ключи 20 и 21 (фиг. 2), указанные напряжения U и Up остаются неизменными (режим хран ния ортогональных составляющих). В момент времени 8Т/12 открываются ключи 20 и 21, шунтируя конденсаторы, установленные в цепи обратной связи интеграторов 10 и 11. Напряжения на вькоде этих интеграторов начинают уменьшаться по экспоненте от исходных значений U j и Uc До нуля, причем параметры цепейг разряда выбираются так, что за время открытого состояния ключей 20 и 21 (в интервале 8Т/12-10Т/12) напряжения на выходе интеграторов 10 и 11 успевают снизиться практически до нуля.

Во втором полупериоде работы бло

ка 9 управления (показан пунктиром на фиг. 5) наступает проводящее состояние ключей 15, 18 и 19. При этом аналогично рассмотренному на выходе интегратора 11 выделяется в конце полупериода и хранится в течение 3,33 мс синусная составляющая входного сигнала, а на выходе интегратора 1 3 - косинусная составляющая. Таким образом, в начале каждого полупериода в предложенном устройстве вьделяются и хранятся в течение 3,33 мс ортогональные составляющие,- причем в четные полупериоды синусная составляющая вьщеляется и хранится на выходе интегратора 10, а ко- синусная составляющая - на выходе интегратора 12. Аналогично в нечетные полупериоды синусная составляющая выделяется и хранится на выходе интегратора 11, а косинусная состав- ляющая - на выходе интегратора 13. С помощью двух пар попеременно . работающих ключей 24, 25 и 26, 27 (фиг. 1) указанные ортогональные составляющие подводятся к входам муль- типлексора 3.

По команде от блока 8 тактовых импульсов один раз в полупериод осуществляется поочередное подключение

Под управлением ЭВМ 7 через блок 6 ввода-вывода проводится подключе ние первого входа мультиплексора 3 и пуск АЦП 4.После завершения процесса преобразования в АЦП цифрово код аналоговой величины оказывается в блоке 5 буферного регистра. Далее выполняется вычисление ортогональной составляющей, подключенной в данный момент к мультиплексору 3 величины за период промышленной час тоты, что обеспечивается суммировани ем предыдущего значения эртогональ- ной составляющей хранящегося в ячейке YJ (i изменяется от О до 2 N), и его текущего значения,хранящегося в буферном регистре R. Roc- ле этого содержимое буферного регист ра R переписывается в ячейку YJ ,а содержимое счетчика С1 уменьшается на единицу. На этом заканчивается вычисление и ввод в ЭВМ значения одной ортогональной составляющей, и в случае содержимого счетчика С1 О осуществляется подключение следующего входа мультиплексора 3 и ана логично рассмотренному обработка следующей ортогональной составляющей После преобразования, вычисления и ввода всех 2 N ортогональных составляющих, когда содержимое счетчиортогональных составляющих всех вход-55 д равно нулю, проводится вьшолных сигналов с помощью мультиплексора 3 к А1ДП 4, а затем в цифровой форме через блок 6 ввода-вывода нение программы релейной защиты с использованием ортогональных составляющих . Если результат вьтолне

ввод в ЭВМ 7, где в соответствии с программой в зависимости от требуемых функций релейной защиты осуществляется дальнейшая обработка введенных данных.

При составлении блок-схемы (фиг. 6) учитывалось взаимодействие микро-ЭВМ Электроника-60 с модулем аналогового ввода типа 15 КА-60/8- 010, В данный модуль входят все указанные блоки 3- 6jмультиплексор, АЦП, буферный регистр и блок ввода- вывода. Пуск программы вычисления ортогональных составляющих осуществляется один раз в полпериода промышленной частоты с помощью импульсов, появляющихся на выходе дещифра- тора 29. Организуется счетчик С1 на количество циклов 2 N, численно равное удвоенному числу входных величин, необходимых для реализации функций релейной защиты. Затем начинается выполнение циклической части программы.

Под управлением ЭВМ 7 через блок 6 ввода-вывода проводится подключение первого входа мультиплексора 3 и пуск АЦП 4.После завершения процесса преобразования в АЦП цифровой код аналоговой величины оказывается в блоке 5 буферного регистра. Далее выполняется вычисление ортогональной составляющей, подключенной в данный момент к мультиплексору 3 величины за период промышленной частоты, что обеспечивается суммированием предыдущего значения эртогональ- ной составляющей хранящегося в ячейке YJ (i изменяется от О до 2 N), и его текущего значения,хранящегося в буферном регистре R. Roc- ле этого содержимое буферного регистра R переписывается в ячейку YJ ,а содержимое счетчика С1 уменьшается на единицу. На этом заканчивается вычисление и ввод в ЭВМ значения одной ортогональной составляющей, и в случае содержимого счетчика С1 О осуществляется подключение следующего входа мультиплексора 3 и аналогично рассмотренному обработка следующей ортогональной составляющей. После преобразования, вычисления и ввода всех 2 N ортогональных составляющих, когда содержимое счетчи д равно нулю, проводится вьшолнение программы релейной защиты с использованием ортогональных составляющих . Если результат вьтолнеПИЯ программы указывает на наличие повреждения в защищаемой зоне,то ЭВМ 7 фop иpyeт сигнал на отключение выключателя защищаемого элемента.

Формула изобретения

1. Устройство цифровой релейной защиты, содержащее промежуточные трансформаторы по числу входных сиг- налов, последовательно включенные мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок буферных регистров, блок ввода-вывода и ЭВМ, а также блок тактовых импульсов, первый, второй, третий и четвертый . выходы которого.подключены соответственно к управляющим входам мультиплексора, АЦП, блока буферных регистров и блока ввода-вывода, о т л и- чающееся тем, что, с целью повьппения точности и помехоустойчивости в него введены блок управления и блок формирования ортогональны составляющих по числу входных сигна- лов, а промежуточные трансформаторы вьшолнены с прямым и инверсным выходами, при этом пятый выход блока тактовых импульсов подключен к входу блока управления, один и другой вхо- ды каждого блока формирования ортогональных составляющих подключены к прямому и инверсному выходам соответствующего промежуточного трансформатора, выходы каждого блока формирования ортогональных составляющи подключены к соответствующим входам мультиплексора,.а управляющие входы каждого блока формирования ортогональных составляющих подключены к соответствующим выходам блока управления.

5

to 15 2о25 JQ

0

2. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся теьт, что блок формирования ортогоналыгых составляющих содержит четыре интегратора и четыр- чадцат ь управляющих ключей, причем входы первого и второго интеграторов подключены через первьш и второй ключи соответстренко к прямом и инверсному выходам промежуточного трансформатора, входы третьего и четвертого интеграторов подключены через третий и пятый ключи к прямому выходу промежуточного трансформатора, а через четвертый и шестой КТ1ЮЧИ - к инверсному выходу трансформатора, ключи с седьмого по деся- Tbrii включены между входаьт и выходами соответствующих интеграторов, а клю-. чи с одиннадцатого по четырнадцатый включены на выходах соответствуюищх интеграторов, вьгходы одиннадцатого и двенадцатого, а также тринадцатого и чс гьфнадцатого ключей попарно объединены и образуют один и другой выходы блока, а открывающие и запирающие входы всех ключей образуют управляющие входы блока формирования ортогональных составляющих,

3. Устройство по п. 1, о т л и- чающ, ееся тем, что ьлок. управления вьшолнен в виде последовательно включенных счетчика импульсов и дешифратора с двенадцатью выходами при этом вход счетчика является входом блока управления, а пары выходов дещифратора предназначены для подключения соответственно к открывающим и запираюЕ(им входам всех ключей .;в порядке нарастания их номеров в |блоке формирования ортогональных составляющих.

Фиг.З

У

о50ЮО150гОО250300 Гц

Фиг.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите элементов энергосистем. Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости. В начале каж-- дого полуиериода в устройстве выделяются и хранятся 3,33 мс ортогональные составляютцие; в четные полупериоды синусная составляющая выделяется и хранится на выходе инте ратора 10, а косинусная составляющая - на выходе интегратора 12. В нечетные полупериоды синусная составляющая выделяется и хранится на выходе интеграа % СО Откп. 8ынл. го ел to 00 О5

S d

Фиг.З

Организации счетчика С на 2fl

Подключение С-го входа М1 льти- плексора J

Пуси лип 4

Начало

Вычисление ортогонапьных соста8лаюш,1П1 за период пром1ли(енной частоты

X,- YI +R

Запись содержимого бусрерного рвгист ра П 6 ячсйк11 Y,с/ С/ -;

Нет

Праграмна релейной засщ ты с ис - пользованием ортогональны cocmaS- плющи)

СКонецJ

Редактор 0.Головач

Составитель Т.Щеголькова

Техред М.Ходанич Корректор М.Демчик

Заказ 4627/53 Тираж 612 . Подписное ВИИИШ 1 Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производс

твенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4