Фильтр симметричных составляющих Советский патент 1988 года по МПК G01R29/18 

ЛвсИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для измерения симметричных составляющих напряжений и токов прямой и об- ратной последовательностей в трехфаз- Hbfx электрических сетях, в частности при построении измерительньгх органов устройств релейной защиты и противо- аварийной автоматики.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем использования фильтра в условиях изменяющейся частоты входных сигналов и -при повьпиенной их несинусои- дальности.

На чертеже представлена блок-схема фильтра,

Фильтр содержит блок 1 измерительных преобразователей, выходы которого подключены к входам блока 2 подавления нулевой последовательности и блока 3 преобразования частоты сети в напряжение, причем первый и второй

вьпходы блока 2 подавления нулевой последовательности подключены соответственно к первым входам фазовращателя 4 и частотного фильтра 5, второй вход которого соединен с вьйсодом фазовращателя 4, при этом выход блока 3 преобразования частоты сети в на- пряжение подключен соответственно к второму входу фазовращателя 4 и тре тьему входу частотного фильтра 5.

Фазовращатель 4 содержит последо- вательно соединенные первый 6 и третий 7 сумматоры, первый перемнбжи- тель 8, первый интегратор 9 и второй перемножитель 10, выход которого соединен с входом второго интегратора 11, въкод которого подключен к второму вхбду сумматора 7, а выход первого интегратора 9 подключен к второму входу первого сумматора 6 и первому входу второго сумматора 12, второй вход которого соединен с первым входом фазовращателя 4, а выход является выходом фазовращателя 4,

Частотньй фильтр 5 содержит пбс- ледовательно соединенные четвертый 13 и пятый 14 сумматоры, третий перем- ножнтель.15, третий интегратор 16, четвертьш перемножитель 17 и четвер- тьй интегратор 18, выход которого . подключен к второму входу пятого сумматора 14, первый и второй входы четвертого сумматора являются соответственно первым и вторым входами фильт- ра 5, третий вход которого соединен

с вторыми входами третьего 15 и четвертого 17 перемножителей.

Принятые структуры фазовращателя и частотного фильтра обеспечивают легкую подстройку коэффициентов их передаточных функций при наладке устройства, а также позволяют подстраивать значения фазового сдвига Ч фазовращателя и резонансной частоты ff полосового частотного фильтра в зависимости от частоты входных сигналов устройства.

Фильтр работает следующим образом.

Входные сигналы (токи I, или напряжения и) блок а 1 измерительных преобразователей, подключенного к трехфазной,сети (фазы А, В и С), преобразуются в трехфазную систему напряжений ид , Uj и и , причем общая точка устройства является точкой нулевого потенциала. Напряжения U/, UJ и Ug подаются на входы блока 2 подавления симметричной составляющей нулевой последовательности и блока преобразования частоты сети в напряжение. Выходные напряжения U и Ug блока 2 подаются на первые входь фазовращателя А и частотного фильтра 5, при этом .д и Uj уже не содержат составляющей нулевой последов ательности несимметричной в общем случае системы напряжений Цд, U и U . На выходе блока 3 преобразования частоты в напряжение формируется постоянное напряжение

Uy Kjf

(1)

- Q -

0

где K - коэффициент преобразования блока;

f - частота трехфазной сети, подаваемое на дополнительные входы фазовращателя 4 и частотного фильтра 5 и используемое для подстройки фазового сдвига V фазовращателя 4 и резонансной частоты f частотного фильтра 5 при изменении частоты сетИ| Смена значения Uy производится автоматически через заданные промежутки времени, например через период входного сигнала; Для повышения надежности работы блока 3 при обрыве фазы и использовании измерительных- преобразователей тока, когда исчезает выходное напряжение соответствующего измерительного преобразователя тока, в данном блоке предусматривается предварительное получение сигнала U

из совокупности сигналов U, U и частота которого измеряется в блоке 3 f/U. В качестве U может быть взято, например, значение U - U Аналоговые перемуожители в фазовращателе 4 и фильтре 5 выполняют функции потенциометров с регулируемым напряжением U коэффициента передачи. Изменение последнего происходи пропорционально сигналу, подаваемому на вход X перемножителя. Выход перемножителя подключается к резистору Rg, входяи;ему в состав интегратора и подключенному к инвертирующему входу операционного усилителя интегратора, Такая структура эквивалентна, включению на входе интегратора резистора с эквиватентным сопротивлением

R

RJO, UJ

где и (р) и Uj (р) - операторные изображения выходных напряжений блока подавления нулевой последовательности,

Заменяя в соотношениях (3) и (4) параметр р на j/.ii f, пoлyчiгloт выражения для фазового сдвига Ч фазовращателя 4 и резонансной частоты f по лосового частотного фильтра 5

Ч -2

Зг .о) arctg

(6)

15

t l/(2a 2-o)

(7)

где ы 2 п f - круговая частота

Подставляя в (6) и (7) выражения 20 для постоянных времени С, и t , с учетом (1) и (2) имеют

Изобретение может быть использовано для измерения симметричных составляющих напряжений и токов прямой и обратной последовательностей в трехфазных электрических сетях, в частности, при построении измерительных органов устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики. Фильтр симметричных составляющих (СС) содержит блок 1 измерительных преобразователей, блок 2 подавления нулевой последовательности, блок 3 преобразования частоты сети в напряжение, фазовращатель 4, содержащий сумматоры 6, 7, 12, перемножителн 8, 10, интеграторы 9, 11, частотный фильтр 5, включающий сумматоры 13, 14, перемножители 15, 17 и интеграторы 16, 18. Фильтр СС не имеет частотной погрешности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. С

Учитываярсказанное, можно записать следующие выражения для передаточных функций фазовращателя W по первому 25 входу и частотного фильтра

W(p)

1 - У,р + rf р

+ г; р + c-f р

w,(p)

. S z Р

4 т,2

1 + у Tj P + -2-, P

где -г-. , и . эквивалентные постоянные времени интеграторов фазовращателя и частотного фильтра соответст- веяно;

R и R.-.-эквивалентные сопротивления по входам указанных интеграторов;

oi, JJ и у - весовые коэффициенты суммато- ров по соответствующим входам;

С, и С - емкости, входящие в указанные интеграторы.

Передаточная функция (4) справедлива для каждого из входов частотного фильтра. С учетном выражения (3) и (4) операторное изображение выходного сигнала фильтра симметричных состав- ляющих принимает вид

Ugw. (Р)К (Р)Ч (P)(p)w,/p),

25

Ч -2 arctg

,oC Kf

,,C,} lOHKj

1(8)

30

f 0 Kji . -r- - ,,C.,

(5)

35

д

- . е

50

gg

где R ,д и Rj,j - сопротивления резисторов j зключаемьп-с между выходом переьг ножителя и инвертирующим входом операционного усилителя, лН тегратора, фазовр;.™ щателя и частотного фильтра coOTBeTCTBeii- но. Из (8) и (9) следует, что фазо-вый

сдвиг фазовращателя не зависит от частоты трехфазной сети (при несинусоидальном режиме - от частоты основной гармоники), а резонансная частота полосового частотного фильтра прямо пропорциональна частоте трехфазной сети. Поскольку при номинальной ча стоте сети фильтр симметричных составляющих, например фильтр обратной последовательности, настраивают так, чтобы при симметрии в трехфазной сети выходное напряжение фильтра (напряжение небаланса U) было равно нулю, то, как это следует из (5) (9), UHP равно нулю и при любой другой частоте fj KOTOpor i соответствует напряжение Ug j, не выходящее за пределы допустимого для примененного перемножителя. Аналогично заключают,, что коэффициент передачи фильтра обратной последователгьности для составляющей обратной поспедовательностиэ

ocTaei CH кеизменныг при изменении ча

стоты сети, Таким образом предлага-- (ый фильтр симь 1етричных составляю- П-ШХ не имеет частотной погрешностио

Ф о р м у л а и о б р е т е н и я

I . Фильтр симметричных составляю-- щизс. содержацщй частотный , фазоврал(атель, блок измерительных преобразователей тока; подключенный к трехфазной сети, о т л и ч а ю - щ и и с я . 4TOj с цельно расши - рения функциональных возможностей., э него введень блок подавления симметричной составляющей нулевой последо- вататьности и блок преобразования частоты сети в напряжение, а фазовращатель и частотный фильтр снабжекл дополнительным входом, причем входь блока измерительных преобразователай тока являются входаг-и устройства I выходы блока измерительных преобразО Iвателей тока соедине1ш с входами бло ка преобразования частоты в напряже-- : кие, и входами блока подавления сим- :матричной составляющей нулевой после ;довательности5 первьм выход которого :соединен -С первым входом частотного :фильтра, второй выход блока подавлени симметричной составляющей нулевой последовательности соединен с первым входом фазовращататя, згйкод которого соединам с вторьВ входом частотного фильтра.; выход бло/са преобраэозания частоть в напряжение соединен с ;.;с - полнительнььм входом фазоЕраггателя и частотного фильтра, вьжод которого является выходом устройства,

2, Филаътр но По Is о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что фазоврагцатетгь

Редактор О, Юрковецкал

Составитель Н; Михалев

Техред Л,ОЛИЙ1-ЫК Корректор Э. Лончакова

Заказ 36.50/41

Тира5к 772

5НШ 1ПИ Государственного л-гомитета СССР по делам изобретений и открьзтий ri3035s Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб. д. 4/5

5

0

-j

содер кит первый, второй и третий сумматоры, первый и второй интеграторы, первьгй и второй перемножители, причем первый вход фазовращателя соединен с первыми входами первого и второго сумматоров, выход первого сумматора соединен с первым входом третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом первого пе- ремножителя, выход,последнего соединен с входом первого интегратора, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго сумматоров и первым входом второго перемножителя, выход которого соедд1нен с входом второго интегратора, вьпход которого соединен с вторым входом третьего сумматора.; дополнительный вход фазовращателя соединен с вторыми входами первого и второго перемножителей, выход второго сумматора является выходом фазовращателя о I

За Фильтр по п. 1, отлича- ю щ и и с я тем, что ча.стотный фильтр содержит четвертый и пятый cз M :aтopЫ5 третий и четвертьш интеграторы s, третий и четвертый перемно- . ггштЕШИ; причем первый и второй входы частотного фильтра сое}:1;инены соответственно с первым и вторым входами четвертого сумматора, выход которого соединен с первым входом пятого сумматора, выход последнего соединен с первым входом третьего перемножителя, выход которого соединен с входом третьего интегратора, выход последнего соединен с третьим входом четвертого сумматора и первым входом четвертого Перемножителя, выход которого соеди кен с входом четвертого интегратора, выход последнего соединен с вторьи входом пятого сумматора, дополкитель- HbUi вход частотного фильтра соединен с вторыми входш ш третьего и четвертого перемнолсителей, выход третьего интегратора является выходом частотного фильтрао

Подписное