Устройство для определения параметров линии электропередачи в режиме короткого замыкания Советский патент 1986 года по МПК G01R27/08 

ния поставленной цели в устройство,; содержащее интеграторы 1-7s перемножители 8-18 и пусковой орган 27, дополнительно введены сумматоры 19-22,, блоки 23 и 24 деления блок 25 запоминания и блок 26 задания временного интервала наблюдения. Работа устройства основана на определении параметров дифференциального управления, описывающего состояние ЛЭП, в частности активного сопротивления и инИзобретение относится к электрическим измерениям з электроэнерпети- ке и может быть использовано при построении устройств определения места коротрсого зал-ыкания или защиты ,линии электропередачи.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости i-s быстродействия устройства.

На чертеже приведена структурная схема преложенного устройства.

Устройство для определения параметров линии в режиме короткого за- мыканш) содержит интег-раторы 1 - 7,, перемножители 8-18. сумматоры , блоки 23 и 24 деления,, блок 25 запоминания, блок 26 задания временного интервала наблюденг я, пусковой орган 27

Входы первого и второго 2 интег раторов являются входами устройства, причеь) вход по току соединен с входо второго интегратора 2 и с одним из входов первого су чматора непосредст-- венно, а с друг,им входом -- через блок 25 запоминания начального значе .ния тока,

Первый перемножитель 8 работа- Ю1цир1 в ре/киме квадратора, свош-н-, вхо дами соединен с выходом первого рп-г- тегратора а ,зь ходом через третий интегратор 3-е первыми вкодамк тес того 1 3 и десятого 1 7 пвремножите,

Перемножитель 10, 1зходы которого соединены с вькодами первого 1 и второго 2 интеграторов, через четвертый интегратор 4 соединен с ,объеди; енны- ми входами седьмого пepe нoкитeля

57565

ДУКТ1.ГЙНОСТИ. При этом и.е используется операция дифференцирования вход- toro сигнала., а оУ рмируются лишь интегралы вкодных величин, что повьпиа- ет помехоустойчивость устройства. Кроме того 5 по множеству замеров вкодных величин производится среднеквадратичное приближение к заданной форме уравнения состояния ЛЭП,, чтО повашает точность и помекоустойчи- зость onesiKH riapa.MeTpoB, 1 ил.

i; и первы. 4и входами де15гтого о к о,г лннадцатого 18 перемно;;;ктслей.

Третий перемнонитель 9, оба входи которого ссединекь с в) ходсм вто- рого интегратора 1;, через пятый интегратор 5 с перБым входом .восьмого перемножителл 15 DI вторым з;содог- шестого перемкоките тя 13.

Четвертый переА5но;г;н ; ель 11,; входы, которого со9га-;иены с ,цом пзрво- го интегратора 1 к з Ходоь: первого с;/мматора 19,. череп п ес гой интегратор подключен к втор .лм /-огодам вось;-::ого 15 к o,ni;- ;-;i;a;viavor :; 1В теремно- л мтелей.

Пятый nepebiHosji rejtb 12 „ входы которого соединепь с 3bixojia:. вто оого интегратора 2 к первого г;у,|мгтора

18

9

Второй сумматор 20 .гходь- кото- г:ого подключень к пыходаг-; пустого .3 и седьг-юго 14 перем1:ол; - те.ттей, со- i ifi:--mKH с первым входом цервого блока 23 деления.

го (On,KJ-::(4ClHbi к ,г;ДН ВОСЬМОГО 15

:; девятого И ) пepe ;иo;sитeJIeй. сое-д; - с BTOjjt-iMri сходами первого 23 и ivroporo 2. - б,оков дeJ7e я.

Четоер Г1; -1 сумматор 22, входы которого подключены к выхо.пам десятого . 17 и одиннадцатого 18 первь ножите- лей, соединен: с первым вхо.грм второго блока 24 деления . Ki.;;oi),nan т с-И -тк31

на,отображающая индуктивность линии, снимается с выхода первого блока 23 деления. Выходная величина, отображающая активное сопротивление контура короткого замыкания, снимается с вы- хода второго блока 24 деления,

Работа устройства основана на следующих положениях.

При замещении короткозамкнутой линии сосредоточенными элементами ее состояние с некоторым приближением может быть описано дифференциальным уравнением первого порядка

(t))R

где X(t) Y(t) L

R

напряжение в начале линии;

ток в начале линии; суммарная индуктивность линии;

суммарное активное сопротивление линии.

Задачу определения параметров линии (L и R) решают (1 ) посредством измерений X, Y и Y в два различных момента времени. В этом случае при подстановке значений замеренных величин получают два уравнения вида (1), которые можно решать совместно, если они оказываются достаточно независимыми.

Недостатком такого подхода является необходимость формирования про20

25

30

- интеграл от контролируемого тока на текущем интервале наблюдения; параметры линии, которые необходимо оценить;

h - трансиониро- ванная матрица интегралов;

а - матрица параметров .

В процессе наблюдения может быть получено большое количество замеров, соответствующих выражению (3), например при дискретном увеличении t. Определить параметры линии по двум выражениям (3 ), взятым для фиксированных моментов t, и tji, значило бы

не полностью использовать информацию, содержащуюся в измерениях. В то же время, ввиду наличия помех в контро- изводной от тока, что приводит к су- 35 лируемых сигналах, решение задачи

по двум из возможных выражений вида (3 ) может оказаться неточным или

щественным погрешностям при наличи высокочастотных помех в контролируемом токе.

Чтобы исключить операцию дифференцирования, проинтегрируем исходное .- выражение (1 ) на интервале наблюдеt

НИН о, t. Получаем j X(t)dt L Y(t) - Y(0) +°RlY(t)dt. (2-)

о

где Y (О ) - значение тока в момент t 0. Выражение (2) можно переписать в виде

45

вовсе не иметь решения, особенно при близости t, и tj, т.е. тогда, ког- ,да два уравнения оказываются линейно зависимыми.

Для повышения точности определения параметров линии при наличи нескольких замеров вида (3) используется метод совместного решения переопределенной системы

:z(l,bci,I,(i,)-a2ly(t,(l,l-a (inl-a.XUn -aJyiinVh hnVa

(4)

иь

3a)-3toi jx(ticJt- JY uu

или

ZW OiIx-ajI j h.

где Z(t) Y(t) - Y(0)

измерение тока;

, а- j

10 Т,

X(t)dt

I

y(t)dt

(5

20

25

30

- интеграл от контролируемогонапряжения на текущем интервале наблюдения ;

- интеграл от контролируемого тока на текущем интервале наблюдения; параметры линии, которые необходимо оценить;

h - трансиониро- ванная матрица интегралов;

а - матрица параметров .

В процессе наблюдения может быть получено большое количество замеров, соответствующих выражению (3), например при дискретном увеличении t. Определить параметры линии по двум выражениям (3 ), взятым для фиксированных моментов t, и tji, значило бы

вовсе не иметь решения, особенно при близости t, и tj, т.е. тогда, ког- ,да два уравнения оказываются линейно зависимыми.

Для повышения точности определения параметров линии при наличи нескольких замеров вида (3) используется метод совместного решения переопределенной системы

50

:z(l,bci,I,(i,)-a2ly(t,(l,l-a (inl-a.XUn -aJyiinVh hnVa

(4)

Минимизация по параметру а среднеквадратичной ошибки измерений

(3)

55

1-0

(Z(t-,l-h(t-,.a

приводит к процедуре, согласно которой левая и правая часть выражения

(3) домножаются на матрицу h(t) слева и интегрируется от момента, начала до момента окончания интервала наблюдения ГО, Т

(5)

hlt1Z(i)dt hit)h4t).

JJ

При этом ввиду использования нескольких замеров на интервале наблюдения 0 матрица h(t)h(t)dt с большой вероятностью оказывается невырожденной, за счет чего повышается точность оценки параметров. Подставив в (5) матричные выражения для h(t) , Z(t) 15 и аи проинтегрировав почленно получаем

(6)

где в функциях I(t), ), Z,(t) для простоты опущены индексы t .Выражение (6) в матрргчной записи может быть переписано как

К А-а,

при этом решение, т.е. матрица параметров, находится в виде

а К.

Таким образом, для решения задачи определения параметротз линии необходимо найти обратную матрицу от мат рицы А, стоящей в правой части выражения (6) .

Приняв обозначения для интегралов на всем интервале наблюдения в виде оператора 1, вьфажение (6) можно переписать в виде

3V3s-7i

3(1.1

M-i.-iuj

(7)

3iiyi

Для нахождения матрицы обратной А необходимо записать определитель матрицы А.

b Xi rnial-3(i,-i VH4 i V

При этом выражение для определения матрицы а параметров имает вид

A -Z

Из (8) можно получить выражения для каждого из параметров;

(и)-зи 1чУМч

-з 1 УЛц-2уз(1а,уз(1, zl

ДL

Отсюда получают СООТНОЕЮНИЯ хождения искомых параметров линии в режиме короткого за

а(1)- и;1-зЧЬ 1ц)

L .

.2i-:Ki,iijV: Uu/2) Jiixi -3iix-)-J(i n:i(i,-z)

3(r)-3iI,(l,lyV3(IyZ)

В соответствии с полученными выражениями .строится устройство для оценки параметров линии.

Входными величинами для устройства являются ток Y(t) и напряжение X(t), получаемые от первичных преобразователей тока и напряжения. Величина Z(t) формируется как разность текущего значения Y(t) и его значения Y(0) в момент начала наблюдения t 0. Поэтому в устройстве предусматривается запоминание величины Y(0) в блоке 25 запоминания.При цифровой реализации устройства величины Ij, и IY вычисляются на каждом шаге во времени в промежутках между замерами X(t) и Y(t).Величины I(lJ /,I(Iu ),

40

45

50

55

)

Id,

ly), 1(1ц Z), Idx Z) могут ВЫL J-y У , -L J- Ij

числяться как на каждом шаге,так и в момент Т окончания наблюдения. Очевидно , в момент Т окончания наблюдения получается наиболее точная оценка параметров, поэтому операции перемножения и деления с последними интегралами производятся один раз в конце интервала наблюдения.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении ненормального режима работы энергосистемы срабатывает пусковой орган 27. Пусковой орган 27 может быть выполнен по одному из известных принципов, например в виде органа, реагирующего на приращение тока или напряжения или на их производные. В свою очередь пусковой орган 27 запускает блок 26 временного интервала, который на одном выходе вырабатывает сигнал начала иитсроала наб.чк дення при t - О, а на другом выходе - сигнаи окончания интервала наблюдения при t Т.

Инициирующий сигнал с блока 26 временного интервала, возникающий Щ1Н t О, включает входные блоки устройства: интегратор 1 интегрирования сигнала, пропорционального контролируемому напряжению . интегратор 2 интегрирования сигнала, про- порционального контролируемому току блок 25 запоминания начального значения тока.

Сумматор 19, начиная с t О, фомирует разность Y(t)-Y(0) текуще- го и начального значения тока. Перемножители 8 и 9 возводят в квадрат накапливаемые в интеграторах 1 и 2 значения сигналов напряжения X(t) и тока Y(t).

Од1ювременно перемножители 10, 11 и 12 формируют соответственно произведения: интеграла от сигнала напряжения и интеграла от сигнала тока 1,1 у, интеграла от сигнала нап- ряжения на приращение (замер) сигнала тока - 1х Z, а также интеграла от сигнала тока на приращение сигнала тока - 1,- Z.

Все сигналы, получаемые с пере- множителей 8 - 12, интегрируются интеграторами 3-7, выходные сигналы которых в момент окончания интервала наблюдения t Т перемножаются пе

ремножителями 3 - 18. Указанные перемножители имеют связь с блоком задания интервала наблюдения с целью их включения в момент t Т.

Выходы перемножителей 13 и 14, 15 и 16, 17 и 18 подключены соответ- ственно к входам сумматоров 20, 21 и 22, формирующих величины, соответствующие числителям и знаменателям выражений (9) и (10).

Таким образом, введение дополни- тельных элементов (сумматоров, перемножителей, интеграторов и блоков деления ) позволяет повысить помехо- iустойчивости и быстродействие предло( „

женного устройства.

Результат вычисления параметров линии L и R получают на выходах блоков деления 23 и 24 соответственно. Сигналы, пропорциональные параметрами L и R, могут быть исполь- зованы для выполнения устройства определения расстояния до места повреждения или в устройстве защиты лизЮ

1520

25

0

5

0

n

5

нии. При этом апериодическая состав- ляюп(ая в контролируемом токе не является помехой и ее амплитуда {ши постоянная времени не оказывают влияния на оценку параметров линии в контуре короткого замыкания.

Длительность интервала интегрирования выбирается из условий нужного быстродействия к допустимой точности оценки параметров. Кроме того, ввиду наличия Б контролируемых сигналах в общем случае свободной затухающей колебательной составляющей интервал интегриройания может выбираться кратным периоду указанной составляккцей. При этом она будет эффективно подавляться, В то же время, заранее ее период не известен и указанную настройку можно производить, например, для коротких замыканий в конце линии, где от устройств релейной защиты, построенных на основе преложенного устройства, требуется максимальная точность,

Формула изобрет ения

Устройство для определения параметров линии электропередачи в режиме короткого замыкания, содержащее первыт; и второй интеграторы, входы которых являгптся входами устройства, третий интегратор и пусковой орган, отличающееся тем, что, с целью повьпнения помехоустойчивости и быстродействия, в него введены четыре су атора, два блока деления, блок задания временного интервала, блок запоминанияJ одиннадцать перемножителей и четвертьш, пятый, шестой и седьмой интеграторы, причем первый перемножитель, оба входа которого соединены с выходом первого интегратора, через третий интегратор подклютен к первым входам шестого и десятого перемножителей, второй перемножитель, входы которого соединены с выходами первого и второго интеграторов, через четвертый интегратор подключен к обоим входам седьмого перемножителя и к первым входам девятого и одиннадцатого перемножителей, третий перемножитель, оба входа которого соединены с выходом второго интегратора, через пятый ин- тегратор подключен к второму входу шестого перемножителя и первому вхо- . ду восьмого перемножителя, четвертый перемножитель, входы которого

соединены с выходом первого интегратора и выходом первого сумматора, через шестой интегратор подключен к вторым входам восьмого и одиннадцатого перемножителей, пятый перемнож - тель, входы которого соединены с выходом второго интегратора и выходом первого сумматора, через седьмой интегратор подключен к вторЬЕм входам девятого и десятого перемножителей, выходы шестого и седьмого перемножителей через второй сумматор соединены с первым входом первого блока деления, выходы восьмого и девятого перемножителей через третий сумматор соединер ы с вторьми входами первого и второго блоков деления, выходы де

сятого И одиннадцатого перемножителей через четвертый сумматор соединены с первьм входом второго блока деления, выходами устройства являются выходы первого и второго блоков деления, блок задания временного интервала, подключенньм к выходу пускового органа, одним выходом подключен к управляющим входам первого и второго интеграторов и блока запоминания , а другим выходом - к управляющим входам шестого, седьмого, восьмого, девятого, десятого и одиннадцатого перемножителей, один из входов первого сумматора соединен с входом второго интегратора непосредственно,а другой - через блок запоминания.

Изобретение относится к 9лек- трисгеским измерениям и может быть использовано при построении устройств определения короткого замыкания или защиты линий электропередач (ЛЭП). Целью изобретения является повышение помехозащищенности и быстродействия устройства. Для достижеJt 20 TJ 22 lUcaK u