Формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения) Советский патент 1993 года по МПК H01H83/22 

Задающий блок 2 выполнен с двумя выходными шинами: первая шина задания коэффициентов 15, вторая - шина задания отсчетов переменного сигнала 16. По шине 15 идет установка коэффициентов нерекурсивных фильтров 3 и б, а по шине 16-- задание формы сигнала, воспроизводимого генератором 7. Коммутатор 9 соединяет информационный вход 17 фильтра 6 со входом 18 формирователя. Коммутатор 9 выполнен с тремя группами входов-выходов, а второй коммутатор 10-только с двумя парами входов-выходов. Выход 19 коммутатора 10 является выходом устройства. Коммутатор б соединяет задающие входы 20 нерекурсивного фильтра 2 с шиной 15, а входы генератора 8 - с шиной 16. Генераторы 7 и 8 воспроизводят период за периодом сигнал, один период которого задается блоком 2. Коммутаторы 9 и ТО управляются пусковым органом 14. На управляющий вход 21 коммутатора 6 поступает сигнал инверсного выхода пускового органа, а на управляющий вход 22 второго коммутатора 7 - сигнал прямого выхода.

Адаптивный фильтр 1 подключен к входу формирователя 18 постоянно. Так же и информационный вход 23 нерекурсивного фильтра 3. Задающие входы 24 этого фильтра подключены к первой шине 15.

Задающий блок 2 выполнен с управляющим входом 25. Функциональная особенность этого блока заключается в установке коэффициентов нерекурсивных фильтров 3 и 6 нарастающего порядка. Пусковой орган 14 может быть подключен своими входами 26 к преобразователям напряжения и тока контролируемой электрической сети, но в частном случае функции порогового органа может выполнять и пороговый элемент 5.

Нерекурсивные фильтры 3 и 6 идентичны. Они выполнены на элементах задержки 27-29, умножителях 30-32 и выходном сумматоре 33. Первые входы умножителей подключены к выходам соответствующих элементов задержки, а вторые - к шине 15.

Коммутаторы 9, 10 выполнены на основе управляемых ключей (транзисторов) 34- 42, которые открываются сигналами, поступающими на входы управления 21 и 22.

Формирователь представляет собой цифровую систему, функционирует в дискретном времени I и оперирует отсчетами входной величины u(l) (напряжения или тока электрической сети), поступающими на вход 18. Отсчеты и(1) поступают на вход 23 нерекурсивного фильтра 3. Последний обрабатывает их, преобразуя в величину

asu(l-S), О)

S 1

выставляемую на выходе сумматора 33. Коэффициенты as и порядок m нерекурсивного фильтра 3, равно как и фильтра 6, заранее не известны и определяются в ходе настройки адаптивного фильтра 1. Основную роль в настройке играет задающий блок 2, представляющий собой процессор, предназначенный для решения системы линейных алгебраических уравнений. Подобные процессоры выполняются в виде интегральной микросхемы.

Теория адаптивных фильтров, предназначенных для обработки напряжения и тока электрической сети, основывается на методе производящих уравнений. Основное его положение заключается в том, что переходные напряжения и токи описываются в дискретном времени разностным уравнением

m л

u(l)+2 asu(l-S) iiJ(l), (2)

s 1

где as - постоянные коэффициенты, и о (I ) периодическая функция частоты сети. Параметры as, m и функция наблюдателю неизвестны, но они могут быть определены по отсчетам u(l) наблюдаемого процесса. Адаптивный фильтр 1 как раз и решает эту зада- чу. На выходе его сумматора 4 образуется сигнал невязки

e() u(l)+V(l)-ui(l) или с учетом (1)

Ј(l)U(l)+2maSu(|-s)-u(l). (3)

S 1

Этот сигнал можно интерпретировать как разность левой и правой части уравнения (2), Его уровень контролируется пороговым

элементом 5. Малый уровень свидетельствует о завершении настройки адаптивного фильтра 1, т.е. о выполнении уравнения (2). При снижении уровня по отношению к порогу срабатывания элемента 5 последний

возвращается и снимает сигнал управления со входа 25 задающего блока 2, после чего тот перестает обновлять свои выходные сигналы, фиксируя их величины.

Если N есть число отсчетов на периоде основной частоты f0, то периодическая величина и о-( I ) определяется своими отсчетами. Таким образом, общее число неизвестных параметров наблюдаемого переходного предаварийного процесса составляет m + N + 1. Эти параметры (сам порядок т, затем m коэффициентов as и N

отсчетов и о (I) определяет задающий блок 2. Из отсчетов величины u(l), поступают щих на его вход, в блоке 2 формируются коэффициенты следующей системы алгебраических уравнений

Ј(l)0, 1 гтГГп, (4)

или

и (т - 1)ai + и(т-2)а2 +... + u(0)am -ud(m) -u(m)v ;

u(m-2)ai + u(m-3)a2 +... + u(1)am -ui (m+1) -u(m+1)

1/

u(rr-2)a2 ... + u(m-n)am - Uo(n)

u(n-1)ar -u(n)

где n - момент снятия последнего отсчета, а может 0 относится к началу настройки адаптивного фильтра 1 в доаварийном режиме. Настройка производится в форме рекурсии по порядку т. Задающий блок решает систему уравнений (4) сигнала при m 0, когда нет неизвестных коэффициентов нерекурсивного фильтра 3,а имеется только N неизвестных отсчётов периодического сигнала и о П ) ,1 -т--, i,, :4 ..

т + N - 1

Передав по второй шине 16 N полученных отсчетов программируемому генератору 7, задающий блок 2 завершает свою работу на данном этапе. Выходной сигнал V(l) нерекурсивного фильтра 3 имеет при этом нулевой уровень (коэффициенты as в (1) сохраняют нулевые значения), и выходной сигнал e(l) сумматора 4 определяется согласно (3) как в (I ) U (I ) - и о (I). Если входная величина u(l) представляет собой периодическую функцию известной частоты, то она будет уже на этом нулевом этапе настройки распознана совершенно точно, и тогда сигнал невязки Е (I) будет иметь нулевой уровень. Пороговый элемент 15, сработав сначала от сигнала u(l) проходящего через сумматор 4, и запустив задающий блок 2, после завершения его работы вернется и снимете его управляющего входа 25 разрешающий сигнал. В дальнейшем данное состояние адаптивного фильтра 1 изменяться не будет. Но если в составе входного сигнала u(l) имеются еще и затухающие слагаемые, то этим дело не ограничится, по

Q

5

0

5

0

0

5 5 0 5 .

скольку уровень сигнала Ј() будет отличаться от нулевого и, следовательно, не допустит возврата порогового элемента 5. Поддержание управляющего сигнала на входе 25 задающего блока 2 будет означает. ; / переход к следующему порядку настройк г m 1. На этом новом этапе будет задейЬт Г вовэн один элемент задержки 27 и одни умножитель 30 нерекурсивного фильтра 3. Задающий блок 2 формирует и решает систему уравнений (4а) при m 1, в которой i неизвестными являются отсчеты новой rVeH;-

риодической функциии:Цо ( I )один коэффи4. „ циент ai. Сигнал ai передается по первой шине 15 на вход умножителя 30, а новые

отсчеты и } (I ) передаются по второй шине 16 генератору 7. Сумматор 4 сформирует обновленный сигнал Ј (I). Сравнение его с t порогом элемента 5 покажет, достаточен Ли порядок m 1. Если в составе входной величины присутствует помимо периодической слагаемой только одна экспоненциальная ; слагаемая, то данного порядка будет достаточно. Но если апериодический процесс в контролируемой сети сложнее, то некото- : рые отсчеты е (I) превысят порог элемента 5, который своим выходным сигналом побудит задающий блок 2 перейти к следующему порядку m 2. На некотором значении процесс настройки адаптивного фильтра 1 завершится. Сигнал невязки е() на выходе сумматора 4 будет при этом настолько низкого уровня, что не сможет вызвать срабатывание порогового элемента 5 и тот снимет сигнал с управляющего входа 25 задающего блока 2, который в результате зафиксирует . текущее состояние и прекратит наращивание; порядка. Настраиваясь таким образом на входную величину u(l). адаптивный у фильтр 1 по сути дела распознает его структуру, отображая ее своими коэффициентами, .- as, порядком m и периодической Функ- цией;Ы(|) .

Пусковой орган 14 срабатывает лишь на - заданное время после изменения режима сети, поэтому в частном случае его функции ; и могут быть переданы пороговому элемен- Ту 5. После завершения настройки адаптивного фильтра 1 пусковой орган 14 вернется ..,.., в нормальное состояние. Коммутатор 9 за- мыкается по инверсному сигналу пускового органа, т.е. при его возврате. При этом нерекурсивный фильтр 6 подключается к шине - 15 и ко входу формирователя 18, получая те же входные сигналы, что и нерекурсивный фильтр 3, и приходя, следовательно, в идён-1 У тичное состояние. Коммутатор 10, наоборот, замыкается после срабатывания порогового

элемента 14, а после возврата размыкается, при этом выход 19 отключается от схемы формирователя. Вход 17 нерекурсивного фильтра 6 связа-н с выходами обоих коммутаторов 9 и 10, но соединительные провода активируются в разных режимах: при срабатывании пускового органа 14 сигнал на вход 17 поступает от сумматора 13 через коммутатор 10, а при возврате - со хода 18 через коммутатор 9.

Рассмотрим работу формирователя после срабатывания пускового органа 14, что означает наступление аварийного режима. Перед этим адаптивный фильтр 1 был настроен на доаварийный режим, коммутатор 9 был включен, и нерекурсивный фильтр 6 обладал теми же коэффициентами as и тем же порядком т, что и нерекурсивный фильтр 3, входящий в состав адаптивного фильтра 1, а генератору 8 по шине 16 были заданы те же отсчеты периодического сигнала и } (I ) , что и генератору 7. Срабатывание пускового органа 14 приведет к размыканию коммутатора 9, отключение нерекурсивного фильтра 6 от входа 1.8 формирователя и шины 15, отключение генератора 8 от шины 16, а также к.замыканию второго коммутатора 10;и подаче на выход 19 формирователя и на вход 17 нерекурсивного фильтра 6 выходного сигнала сумматора 13. Данный сигнал сохраняет ту закономерность, которая была присуща доаварийной входной величине u(l). Хотя последняя кратила свое существование в момент срабатывания 1Ср. пускового органа 14 и ее не существует в реальной сети, сумматор 13 продолжает выдавать сигнал u(l), служащий продолжением u(l) на аварийный режим. Действительно, нерекурсивный фильтр 6 продолжает функционировать по алгоритму (1) с прежними коэффициентами as, за тем лишь исключением, что на его вход 17 поступают предсказанные ранее с его же участием выходные сигналы fl(l)УО

)§

S 1

asu(

Генератор 8 будет по-прежнему посылать на вход сумматора 13 драварийную периодическую слагаемую u0-(i), и, следовательно, выходной сигнал сумматора 13, а значит и всего формирователя, будет иметь вид

W(I) E a(l-s) + ui(l). (5); s..i

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

О том, что (5) в самом деле сохраняет закономерность изменения доаварийной входной величины, свидетельствует выражение (3). В свое время адаптивный фильтр 1 был настроен по условию малости сигнала e(l). Полагая в (3) е() 0 видим, что связь между отсчетами входной величины, устанавливаемая выражением (3), адекватна (5).

Время формирования доаварийной слагаемой u(l), необходимое для действия устройства релейной защиты и автоматики, составляет несколько периодов промышленной частоты. Следовательно, на это время и должен срабатывать пусковой орган 14. И в течение всего этого времени нерекурсивный фильтр б, генератор 8, инвертор 12, сумматор 13 и коммутатор 10 образуют в совокупности схему рекурсивного фильтра, действующего по алгоритму (5). В это же время адаптивный фильтр 1 в соответствии с алгоритмом своего действия начинает заново настраиваться на входную величину нового, т.е. аварийного, режима. Настройка начинается, как и в доаварийном режиме, с нулевого порядка, когда в задающем блоке 2 обнуляются прежние значения коэффициентов as и отсчеты (I). По завершению настройки аварийный режим квалифицируется уже как новый доаварийный. После возврата порогового элемента 14, замыкания коммутатора 9 и размыкания коммутатора 10 формирование величин старого доава- рийного режима прекращается, а нерекурсивному фильтру 6 и генератору 8 ho шинам 15 и 16 задаются параметры, соответствующие новому доаварийного режима. Теперь .формирователь готов к экстраполяции этого нового режима после очередного изменения в контролируемой сети.

Предлагаемый формирователь по принципу своего действия в равной степени работоспособен в установившихся и в переходных доаварийных режимах. Он учитывает любое конечное число слагаемых напряжений1 и токов как экспоненциальной, так и гармонической (затухающей или нет) формы.

Формула изобретения

Формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения), содержащий адаптивный фильтр, выполненный в .виде последовательно соединенных задающего блока, первого нерекурсивного фильтра, первого сумматора и порогового элемента, выход последнего подключен к управляющему входу задающего блока, вход которого является входом формирователя и соединен с информационным входом первого нерекурсивного фильтра и вторым входом первого сумматора, второй нерекурсивный фильтр, первый генератор периодических сигналов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем придания ему способности воспроизводить как периодические, так и переходные токи дополнительно введены пусковой орган, входы которого предназначены для подключения к выходам датчиков тока и напряжения сети, два коммутатора, второй генератор периодических сигналов, два инЁертора, второй сумматор, при этом вход задающего блока через первые входы- выходы первого коммутатора соединен с информационным входом второго нерекурсивного фильтра и с первым выходом второго коммутатора, первый выход задающего блока через вторые входы-выходы первого коммутатора соединен с задающим входом

«(Ц Г

второго нерекурсивного фильтра, выход которого через первый инвертор соединен с первым входом второго сумматора, второй выход задающего блока соединен через последовательно соединенные первый генератор периодических сигналов и второй инвертор с третьим входом первого сумматора адаптивного фильтра и через третьи входы-выходы первого коммутатора соединен с входом второго генератора периодических сигналов, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход которого подключен к двум входам второго коммутатора, управляющий вход которого

соединен с прямым выходом пускового органа, инверсный выход которого соединен с управляющим входом первого коммутатора, второй выход второго коммутатора является выходом формирователя.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, выполненного на базе адаптивного фильтра, в результате чего получается формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения) как периодической, притом произвольной формы1, так и апериодической, т.е. переходной. Сущность: в устройство, содержащее .адаптивный фильтр, включающий в свой состав задающий -блок, выход которого подключен к входной клемме устройства и образует вход адаптивного фильтра, а выход выполнен в виде первой и второй шины, цифровой фильтр и сумматор, дополнительно введены генераторы переменного сигнала, пусковой орган, коммутаторы и инверторы, которые наделяют устройство способностью распознавать структуру предаварийного процесса, запоминать ее и генерировать уже после наступления нового, т.е. аварийного режима, сигнал такой же структуры.4 ил. дены принципиальные схемы первого и второго коммутаторов.. . Формирователь доаварийной слагаемой тока (напряжения) состоит из адаптивного фильтра 1, в состав которого входят задающий блок 2, первый нерекурсивный фильтр 3, первый сумматор 4 и пороговый элемент5, второго нерекурсивный фильтр 6, первого и второго генераторов периодических сигналов 7 и 8, коммутаторов 9 и 10, инверторов 11 и 12, второго сумматора 13 и порогового элемента 14. 00 V4 СЛ W

Риг. 2

Фив. 1

Редактор

Й

Составитель Ю.Лямец

Техред М.МоргенталКорректор ; А.Мотыль

i

f