Дистанционный измерительный орган Советский патент 1987 года по МПК H02H3/40 H01H83/16 

134

Изобретение относится к электротехнике, а именно к релейной защите и может быть использовано в защитах линий электропередачи от коротких замыканий.

Цель изобретения - повьшение быстродействия устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема измерительного органа на фиг. 2 и 3 - геометрическое изображение функционалов для известного и предлагаемого устройств.

Дистанционный измерительный орган (фиг. 1) содержит преобразователи на- пряжение-напряжение 1 иток-напряжение 2, первую 3 и вторую 4 модели линии электропередачи, блоки 5 и 6 задержки, первый 7 и второй 8 вычита- тели, первый 9, второй 10, третий 11 и четвертый 12 умножители, первый 13 и второй 14 сумматоры, интеграторы 15 и 16 и блок 17 формирования характеристики-срабатывания, а каждая из моделей 3 и 4 линии электропередачи вьшолнена в виде двухвходового сумматора 18, двух умножителей 19 и 2С, подключенных выходами к входам сумматора 18, и дифференциатора 21, подключенного выходом к одному из входов умножителя 20, при этом выход преобразователя 1 подключен к одному входу вычитателя 7 непосредственно, а к одному входу вычитателя 8 - через один блок 6 задержки, выход преобразователя 2 подключен к основному входу первой модели 3 линии электропередачи и одному входу умножителя 9 непосредственно, а к основному входу вто- .рой модели 4 линии - через другой блок 5 задержки, выход первой моДе- ли 3 линии подключен к другому входу вычитателя 7, подключенного выходом к другим выходам умножителей 9 и 10, выход второй модели 4 линии подключен к другому входу вычитателя 8, подключенного выходом к другим входам умножителей 11 и 12, выходы умножителей 9 и 11 подключены к входам сумматора 13, а выходы умножителей 1 и 12 подключены к входам сумматора 14, выходы сумматоров 13 и 14 подключены соответственно через интеграторы 15 и 16 к входам блока 17 фор- мирования характеристики срабатывания и управляющим входам моделей 3 и 4 электропередачи.

.1

Принцип действия измерительного

органа основан на определении пара

метров защищаемого участка линии с помощью самонастраивающейся модели с параметрами g,, соответствующей схеме замещения ЛЭП. В случае линии небольшой протяженности ею может служить RL-модель. Задача устройства заключается в такой настройке модели ЛЭП, чтобы ее параметры g стремились к аналогичным параметрам Р схемы замещения ЛЭП. Поскольку параметры модели g при этом доступны измерению, то по ним можно судить о параметрах линии. Степень близости ЛЭП к схеме замещения линии в ходе настройки -устанавливается с помощью ограниченного снизу функционала Е от мгновенной ошибки

i U(t) - U(t),

(1)

где U(t) - напряжение линии около места установки органа (на входе схемы замещения)-,

U(t) - Напряжение на входе модели ЛЭП.

По мере приближения параметров модели g| к параметрам схемы замещения Р и„ - и, а , что приводит к убыванию функционала Е. Б этой связи задачу можно видеть в такой настройке модели ЛЭП, при которой достигается минимум принятого функционала. Для обеспечения однозначности настройки модели функционал должет обладать единственным минимумом в пространстве настраиваемых параметров g.

Для настройки модели используется градиентный мет.од при котором настройка каждого из параметров ведется пропорционально скорости изменения функционала Е от этого же параметра

Ea:i - у -9-Ё 1, -1 в (2} dt где Сц - положительные коэффициенты, изменением которых можно регулировать скорость настройки параметров знак минус в правой части уравнений означает, что при настройке параметров gj функционал убывает.

В интегральной форме система (2) имеет следующий вид:

-/--к

dt, ,2

agn

(3)

Уравнения (2) и (3) представляют собой общий алгоритм настройки модели; для конкретной его реализации необходимо выбрать вид функционала Е и определить коэффициенты (У/ , В известном устройстве выбран функционал

-I.C 2

где с вычисляется по формуле (1). Реле с RL-моделью пригодно для защиты линии небольшой протяженности, описываемой уравнением

U(t) i(t),

где L, и

RA fee индуктивность и ак- . тивное сопротивление.. Модель, уравнение которой

U,(t) L(t)(t)i,(t),

также содержит индуктивность и активное сопротивление (Ь„ и К„).

Поскольку i i, то в соответствии с (1) ошибка

K-Ljt) -iitUj;R R(t5i(t).

в геометрической интерпретации функционал представляет собой параболический цилиндр (фиг. 2). Линии уровня

S(E,L,R,t) (t). --d-t---- Wt)i(t)-E, 0, (6)

образованные пересечением функционала (4) плоскостями уровня Q Е(1 0,1,2,...; Q 0), представляют собой два семейства параллельных пря

мых, расположенных симметрично относительно линии нулевого уровня. Так как коэффициенты уравнения (6) изменяются во времени, то фундсционал не- прерывно вращается. Ось его вращения N N , параллельная оси Е, -лрохо- дит через точку N(0, Ьд, Нд), в которой функционал минимален при всех t. Б ней поведение модели адекватно

поведению линии:

LM

-л

RK

Движение изображающей точки G на плоскости настраиваемых параметров L и R, определяемое системой (2),

5(4)

ти,

10

к- ..

5)

т).

15

343495

всегда направлено под одним и тем же углом к проекциям линий равного уровня S (на фиг. 2 плоскость ,-R - плоскость нулевого уровня Q - вьще- лена отдельно; на ней нанесены проекции линий равного уровня и траектория движения точки G в ходе настройки модели). Так как они не замкнуты, то движение точки G не совпадает с направлением на точку N. И только потому, что функционал вращается и линии S меняют свое расположение, точка S, описывая спираль, достигнет окрестности ,точки N (фиг. 2) . Движе ние по спирали занимает значительное время, в связи с чем быстродействие извест- ного устройства недостаточно высоко.

Переходные процессы в реальных линиях небольшой протяженности затухают за 39-40 мс, после чего к входам реле поступают уже синусоидальные сигналы. Поскольку в точке i отсутствует апериодическая составляющая, 25 то его информативность снижается,и устройство теряет способность правильно настроить модель ЛЭП. Если по каким-либо причинам устройство не успело настроить модель за время протекания переходного процесса в линии, то и в дальнейшем оно не сумеет настроить ее.

Б данном измерительном органе используется функционал

20

30

35

1 п г

-г /

(7)

где и вычисляется по (1), а

40

(8)

.

i uCt-Tp-u Ct-ep, о

Особенность определения ошибки ; заключается в том, что при вычислении ее используются сигналы, пос- 42 тупающие с задержкой на Tj по времени, а параметры модели ЛЭП gj (t) - в текущий момент времени t.

Б случае R и L-модели п ционал имеет вид

1. Функ

50

(9)

55

S

tl

Е.. L(/), В соответствии с (5) и (8) U(t-T,)-L,(t) R,(t).

-iCt -Т ).(10)

Б геометрической интерпретации функщюнал представляет собой пара 13

болоид вращения, полученный в результате сложения двух функционалов вида (4), развернутых относительно друг друга на угол, зависящий от величины (фиг. 3). Линии уровня функционала замкнуты и содержат внутри себя единственную точку минимума N.

При синусоидальных сигналах про

мьшшенной частоты и Т Т/4 (Т - риод сигналов) они имеют вид концентрических окружностей, а при сигналах переходного режима из-за наличия в них апериодической составляющей ли- НИИ S преображаются в эллипсы (на 15 фиг. 3 отдельно показана плоскость нулевого уровня, на которой нанесены проекции линий уровня при различных EJ и траектория движения изображающей точки G к точке N). Поскольку функционал (10) обладает ярко выраженным минимумом и линии уровня замкнуты, движение изображающей точки G всёгд - направлено в окрестность точки N. Поэтому настрока модели в реле 25 осуществляется гораздо быстрее, чем в реле с функционалом известного устройства.

Функционал (9) также, как и (4),

20

Согласно (1) и (8) ошибки и вычисляются в два этапа. Сначала с по мощью дифференциаторов 21, умножителей 19 и 20 и сумматоров 18 определяют ся напряжения U(t) и U(t- ir) на выходах

вращается вокруг оси N N , параллель- о моделей ЛЭП 3 н 4, а затем - в вычи- ной оси Е. Если в известном устройст- тателях 7 и 8 и отнимаются у напря не настройка модели бьша возможна только благодаря вращению (4), то в предлагаемом вращении (9) для настройки модели не имеет самостоятельного значения.

Измерительный орган работает следующим образом.

Если модель ЛЭП настроена, то ее параметры g равны параметрам Р/ ведение модели при этом адекватно поведению защищаемого участка линии независимо от-режима последней. Напряжения ) U(t), U(t - о:).

35

U(t .} . Согласно (8)

0,

0. Поскольку сигналы на выходах сумматоров 13 и 14 равны нулю, настройка модели прекращается. Это состояние может длиться сколь угодно долго, если не изменится режим защищаемой ЛЭП. I

Настройка модели может быть нарушена в результате изменения нагрузочного режима ЛЭП или наступившего короткого замыкания. Поскольку параметры модели не соответствуют параметру схемы замещения ЛЭП, то ошибки Ьи fc Vj. сильно возрастут, приводя в действие каналы самонастройки. По

жений U(t) и U(t- Ci). Операции умножения, присутствующие в правой части уравнений (13), осуществляются в умножителях 9-12, а суммирование - в сумматорах 13 и 14. На выходах интеграторов 15 и 16, обладаюищх коэффициентами усиления J ft и jfj , получаются величины, пропорциональные актив- ° 40 ному.сопротивлению RM и индуктивности Ь„, которые к концу настройки примут значения Rft и Ь,д линии.

Коэффициенты Д и. системы (13) выбираются исходя из требований необходимого быстродействия и условий устойчивости. Наилучшее быстродействие реле имеет при Д L j/ рде и; - угловая частота основной гармоники входных сигналов. Установленное соотношение междуJ и Д также гарантирует и устойчивость функционирования реле, т.е. правильную настройку модели при любых начальных значениях

45

50

LM и R

м

55

е т е н и я

Формула изобр

Дистанционный измерительный орган, содержаш 1й преобразователь ток-напряжение, входные выводы которого служат

6

истечении некоторого времени параметры модели, изменяясь, снова примут значения параметров схемы замещения ЛЭП.

При этом, учитывая, что величины i(t), U(t), iCt -г,) и U(t -Т ) не вносят вклада в частные производные ошибок и .j по параметрам L и R, получаемым из (1), (5) и (10),

М- oliiti. .Э (.ч. (.

эь„ dt эк t), ui;

i5j. di(t;5lL i,- rt-T

ЭЬм dt 3R

(12)

Подстановка (11) и (12) в (2) дает систему дифференциальных уравнений настройки параметров;

(t).,i(t-7,); Ш

ЭЬи at

) г

С.г

M.(i-IlLl

ctt J(13)

ч

oft

Согласно (1) и (8) ошибки и вычисляются в два этапа. Сначала с помощью дифференциаторов 21, умножителей 19 и 20 и сумматоров 18 определяются напряжения U(t) и U(t- ir) на выходах

моделей ЛЭП 3 н 4, а затем - в вычи- тателях 7 и 8 и отнимаются у напряLM и R

м

е т е н и я

Формула изобр

Дистанционный измерительный орган, содержаш 1й преобразователь ток-напряжение, входные выводы которого служат

входами устройства, а выходом подключенный к основному входу модели линии )электропередачи, подключенной выходом к одному входу вычитателя, к другому входу которого подключен вцход пре- образователя напряжение-напряжение,. входные выводы которого служат входами устройства, первый и второй умножители, к одним входам которых под- ключен выход вычитателя, третий умножитель, два интегратора, подключенные выходами к управляющим входам модели линии электропередачи, а также к входам блока формирования характеристики срабатывания,, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения быстродействия, дополнительно введены вторая модель линии электропередачи, два блока задержки, вычитатель, умно-, житель и два сумматора, а каждая из моделей линии электропередачи выполнена 6 виде двухвходового сумматора, к входам которого подключены выходы двух умножителей, и дифференциатора, подключенного выходом к одному входу одного из умножителей, при этом выход преобразователя ток-напряжение

2

1343495

Q

подключен к другому входу первого умножителя непосредственно, а также через один блок задержки к одному входу третьего умножителя и основному входу второй модели линии электропередачи, подключенной выходом к одному входу второго вычитателя, к другому входу которого через другой блок задержки подключен выход преобразователя напряжение-напряжение, выход второго вычитателя подключен к другим входам третьего и четвер того умножителей, выходы первого и третьего умно- 5 жителей подключены к входам первого cyWaTopa, подключенного выходом к входу одного интегратора, выходы второго и четвертого умножителей подключены к входам второго сумматора, подключенного выходом К: входу другого, интегратора, выходы обеих интеграторов подключены также к управляющим входам второй модели линии электропередачи, а другие входы второго и

5 четвертого умножителей подключены соответственно к выходам дифференциаторов, содержащихся в первой и второй моделях линии электропередачи.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите. Цель изобретения - повьшение быстродействия устройства. Это дос 1 и- гается за счет использования функционала настройки, зависящего как от текущего значения сигнала, так и от его значения в предшествующий момент времени. 3 ид. (Л со 00 4: СО СП

R

и

У гт 16

ЧЯ1

Фыз.З

Составитель Т.Щеголькова Редактор Л.Гратилло Техред Л.Сердюкона Корректор А. Тяско

Заказ 4832/53 Тираж 617.Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

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

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