Патент на изобретение №2308137

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕРВАЛОВ ОДНОРОДНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области релейной защиты и решает задачу выделения стационарных частей процесса, протекающего в электрической системе. В способе осуществляется настройка адаптивного фильтра на модельный сигнал, который может видоизменяться, разделение настроенного фильтра на два преобразователя – прямой с положительными масштабными множителями и инверсный с отрицательными, формирование двумерного сигнала в составе выходного сигнала прямого преобразователя и инвертированного сигнала обратного преобразователя, подача двумерного сигнала на исполнительное реле с характеристикой, задаваемой на плоскости. Технический результат – повышение точности определения интервалов однородности. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, а именно к релейной защите энергообъектов. Задача определения интервалов однородности наблюдаемых процессов, называемая иначе задачей сегментации, требует своего решения в многочисленных приложениях [1-9]: при построении пусковых органов релейной защиты, реагирующих на факт возникновения короткого замыкания; при восстановлении сигнала, нелинейно искаженного вследствие насыщения трансформатора тока; при выделении аварийной составляющей электрической величины и других.

Настоящее предложение принадлежит к классу способов сегментации, основанных на применении заграждающего фильтра. Обычно используется нерекурсивный цифровой фильтр, настроенный на подавление заданного частотного диапазона [8]. Более общее решение заключается в применении адаптивного фильтра, который настраивается на подавление произвольной электрической величины [9]. С помощью адаптивного фильтра выполняется цифровой спектральный анализ электрической величины, и по ее спектральному составу судят об однородности и характере процесса. Ниже излагается более гибкий способ использования заграждающего фильтра; функциональные возможности нового способа шире, чем у прототипа. В предлагаемом способе могут быть задействованы произвольные модельные сигналы, соответственно он может работать с произвольными, в том числе и весьма малыми, интервалами изменения наблюдаемого процесса.

Положительный эффект достигается в первую очередь за счет применения новой операции – разделения заграждающего фильтра на две части, называемые прямым и инверсным преобразователями входной величины. Предварительно фильтр обучают, настраивая на подавление модельного сигнала, формируемого искусственно или подбираемого из архива цифровых осциллограмм наблюдаемых процессов. А после разделения бывшего фильтра получают от него не один, а два сигнала – от прямого преобразователя и отдельно от инверсного преобразователя, причем второй сигнал еще и инвертируют. Затем из двух полученных сигналов составляют общий двумерный сигнал. Понятие “двумерный” означает, что доставляемая им информация отображается на соответствующей плоскости в виде характеристики срабатывания исполнительного реле. Характеристику задают таким образом, чтобы срабатыванием реле определялось начало интервала однородности электрической величины, а возвратом – его окончание.

В дополнительных пунктах формулы изобретения предлагаются простейшие виды прямого и инверсного преобразователя, а именно те, что получаются при чисто синусоидальной модели электрической величины или при синусоиде с постоянной составляющей.

На фиг.1 приведена схема настройки нерекурсивного заграждающего фильтра; на фиг.2 – схема сегментатора, иначе говоря, структура, реализующая предлагаемый способ; на фиг.3 – фильтр для синусоидальной модели; на фиг.4 – сегментатор для такой модели; на фиг.5 – характеристика исполнительного реле и на фиг.6 – реальная цифровая осциллограмма тока короткого замыкания (КЗ) в электрической системе; ток искажен вследствие насыщения измерительного трансформатора; показан результат работы сегментатора, выделяющего интервалы однородности – участки правильной трансформации тока КЗ.

Нерекурсивный заграждающий фильтр 1 включает в свой состав функциональный блок 2 и оконечный сумматор 3. В свою очередь функциональный блок 2 состоит из инерционного модуля 4, содержащего элементы задержки, и из прямого и инверсного преобразователей 5 и 6. Прямой преобразователь 5 представляет собой масштабирующий сумматор с положительными весами, инверсный преобразователь 6 – масштабирующий сумматор с отрицательными весами. Настройка фильтра осуществляется под контролем нуль-индикатора 7.

После настройки фильтра 1 оконечный сумматор 3 из его структуры устраняется (фиг.2). Взамен в схему формируемого сегментатора вводится инвертор 8 и исполнительное реле 9. Выходным сигналом 10 служит массив номеров отсчетов, образующих в совокупности интервал однородности.

В примере, приведенном на фиг.3 и 4, инерционный модуль 4 состоит из двух элементов задержки 11 и 12, прямой преобразователь 5 представляет собой двухвходовый сумматор, а инверсный преобразователь 6 – масштабирующий элемент 13 с отрицательным множителем (-2cos₀), где ₀ – основная частота сети, – интервал дискретизации.

Характеристика срабатывания 14 исполнительного реле 9 определяется в процессе обучения сегментатора и располагается в первом и третьем квадрантах плоскости двумерного сигнала вблизи биссектрисы 15.

Используемые обозначения: k – глобальные дискретное время, l – локальное время, u(k) – отсчеты электрической величины; u(l), , – (m+1) – мерная выборка отсчетов; k_нач, k_кон – границы интервала однородности. Модель электрической величины фиксируется в пределах выборки. Например, модель синусоидальной величины

или смещенной синусоиды

Рассмотрим предлагаемый способ на этих двух примерах.

Адаптивный фильтр 1 настраивается по условию подавления модельного сигнала

Если подать на вход фильтра сигнал (1), то настройка по условию (3) приведет к структуре второго порядка (фиг.3), описываемой уравнением

в чем легко убедиться, подставив (1) в (4).

После настройки схема фильтра трансформируется в схему сегментатора по фиг.4. Фильтр 1 разделяется на два преобразователя, описание которых следует из уравнения (4). К прямому преобразователю 5 относятся слагаемые с положительными множителями

а к обратному преобразователю 6 – с отрицательными. В данном случае это единственное слагаемое

дающее после инвертирования выходной сигнал обратного преобразователя. Сигналы преобразователей 5 и 6 поступают на входы исполнительного реле 9, характеристика 14 которого в случае совпадения реальных величин u(l) с моделью представляет собой два узких сектора, плотно прижатых к биссектрисе 15, а для величин, заметнее отклоняющихся от модели, – более широкие секторы.

Если в процессе обучения сегментатора выяснится, что характеристика 14 недопустимо широка, необходимо будет перейти к модели, более адекватной реальным величинам. В случае модели (2) адаптивный фильтр 1 приобретет третий порядок и будет описываться уравнением

Разделение этого фильтра на прямой и обратный преобразователи исключает из процедуры фильтрации (7) операции вычитания

Важно, что характеристика срабатывания 14 исполнительного реле 9 по мере уточнения модели сохраняет свою форму, но сокращает свою площадь.

Уточняя модель, всегда можно сузить характеристику срабатывания исполнительного реле до размеров, гарантирующих точное определение интервалов однородности в наблюдаемом процессе. В доказательство приведена осциллограмма сложного процесса в электрической системе (фиг.6). Измерительный трансформатор тока вошел в режим глубокого насыщения под воздействием тока КЗ с большой апериодической составляющей. На осциллограмме большими кружками отмечены отсчеты, которые сегментатор, функционирующий по предлагаемому способу с моделью (2), квалифицировал как однородные. Дальнейшая фильтрация множества однородных отсчетов подтвердила, что они принадлежат единому процессу с общей синусоидальной составляющей. Таким образом, данный способ решает задачу сегментации электрической величины в общем виде на основе типовой характеристики исполнительного реле.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1156165, кл. Н01Н 83/22, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР №1169042, кл. Н01Н 83/20, Н02Н 3/38, 1983.

3. Авторское свидетельство СССР №1275627, кл. Н02Н 3/38, 1985.

4. Авторское свидетельство СССР №1795508, кл. G09G 1/08, 1990.

5. Патент РФ №1817153, кл. Н01Н 83/22, 1991.

6. Патент РФ №2012086, кл. Н01Н 83/22, 1991.

7. Патент РФ №2012971, кл. Н02Н 3/38, Н01Н 83/20, 1991.

8. Патент РФ №2035815, кл. Н02Н 3/38, Н02Н 7/26, Н01Н 83/22, 1992.

9. Патент РФ №2082270, кл. Н02Н 3/38, Н02Н 7/045, 1994.

Формула изобретения

1. Способ определения интервалов однородности (сегментации) электрической величины путем ее преобразования с применением адаптивного нерекурсивного заграждающего фильтра, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, формируют модельный сигнал, настраивают на его подавление адаптивный нерекурсивный заграждающий фильтр, настроенный фильтр разделяют на прямой и инверсный преобразователи, из сигнала прямого преобразователя и инвертированного сигнала инверсного преобразователя составляют двумерный сигнал, подают двумерный сигнал на исполнительное реле, задают характеристику срабатывания исполнительного реле на плоскости двумерного сигнала и по срабатыванию и возврату исполнительного реле судят о начале и окончании интервала однородности электрической величины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что составляющие двумерного сигнала формируют по закону

u₁(k)=u(k)+u(k-2),

u₂(k)=2u(k-1)cos₀,

где u(k) – отсчеты электрической величины;

₀ – основная частота;

– интервал дискретизации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что составляющие двумерного сигнала формируют по закону

u₁(k)=u(k)+(1+2cos₀)u(k-2),

u₂(k)=(1+2cos₀)u(k-1)+u(k-3).

РИСУНКИ