Способ формирования сигнала, пропорционального обобщенному вектору трехфазной системы напряжений

 

Изобретение относится к измерительно-преобразовательной технике и направлено на повышение быстродействия и точности измерительных и релейных органов автоматики энергосистем. Цель изобретения - упрощение и расширение области применения способа в нестационарных режимах трехфазных сетей. Устройство для реализации способа содержит масштабирующие усилители, сумматоры, генератор и умножители, с помощью которых реализуется алгоритм выделения обобщенного вектора . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 29/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4752138/21 (22) 17.10.89 (46) 07.04.92.Бюл. N. 13 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) А.К,Вязовский, Г,М.Торбенков и В.Г.Чечушков (53) 621.317.799 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 298988, кл. Н 02 К 3/46, 1967, Кривицкий М,Я. и др. Датчик реактивного тока и физ. угла. — Деп. статья М 166ЭТ вЂ” Д82, Информэлектро, 1982. (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА, ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ОБОБЩЕННОМУ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к измерительно-преобразовательной технике и направлено на повышение быстродействия и точности работы измерительных и-релейных органов устройств релейной защиты и автоматики энергосистем, трехфазн ых электроприводов и т.д, Известен способ формирования сигнала, пропорционального обобщенному вектору трехфазной системы напряжений (токов), согласно которому формируют первый опорный сигнал с частотой большей частоты контролируемой трехфазной цепи и перемножают его на напряжение, пропорциональное напряжению первой фазы трехфазной цепи, затем формируют второй и третий опорные переменные сигналы, сдви„„ Ы„„1725165 А1

ВЕКТОРУ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ НАПРЯЖЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительно-преобразовательной технике и направлено на повышение быстродействия и точности измерительных и релейных органов автоматики энергосистем. Цель изобретения — упрощение и расширение области применения способа в нестационарных режимах трехфазных сетей. Устройство для реализации способа содержит масштабирующие усилители, сумматоры, генератор и умножители, с помощью которых реализуется алгоритм выделения обобщенного вектора. 2 ил. нутые по отношению к первому соответственно на 1/3 и 2/3 периода их частоты и также перемножают их на напряжения, пропорциональные соответственно напряжениям второй и третьей фаз контролируемой трехфазной цепи.

Полученные после перемножения сигналы суммируют, Причем перечисленные выше операции обеспечивают реализацию обобщенного вектора только в случае симметричной трехфазной цепи. При несимметрии трехфазной цепи необходимо предварительно разложить систему напряжений (токов) на симметричные составляющие и затем указанные выше операции повторить два раза при уравновешенной системе или три раза, если трехфазная система неуравновешена и раскладывается на

1725165 три симметричные системы — прямого, обратного и нулевого следования фаз.

Известный способ имеет следующие недостатки. В нем используются три высокочастотных опорных сигнала и требуется как минимум три операции перемножения для случая симметричной трехфазной цепи.

При несимметрии число операций перемножения необходимо увеличить до шести при уравновешенной трехфазной цепи или до девяти при неуравновешенной трехфазной системе.

Кроме того, известный способ при несимметрии контролируемой трехфазной цепи требует предварительного разложения системы напряжений (токов) на симметричные составляющие, что возможно только в установившихся, стационарных режимах.

Поэтому применение известного способа ограничено именно такими режимами, Цель изобретения — упрощение известного способа и расширение области его применения на случай нестационарных режимов контролируемой сети.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу формируют второй опорный сигнал с той же частотой, что и первый, но ортогональный ему, масштабируют амплитуду сигналов, пропорциональных напряжению в фазах контролируемой трехфазной системы, вычитают из масштабированного сигнала соответствующего первой фазе сумму масштабированных сигналов, соответствующих второй и третьей фазам и принимают результат за первую проекцию обобщенного вектора трехфазной системы напряжений, вычитают из масштабированного. сигнала, соответствующего второй фазе масштабированный сигнал, соответствующий третьей фазе и результат принимают за вторую проекцию обобщенного вектора напряжений трехфазной системы, умножают сигналы, принятые за первую и вторую проекции обобщенного вектора трехфазной системы напряжений соответственно на первый и второй опорные переменные сигналы, результаты умножения суммируют и принимают за сигнал, пропорциональный обобщенному вектору напряжений контролируемой трехфазной системы.

Существенным отличием предлагаемого способа является формирование лишь двух опорных высокочастотных сигналов, сдвинутых относительно друг друга на 1/4 периода их частоты, а также использование всего двух операций перемножения, что значительно упрощает известный способ.

Кроме того, при несимметрии контролируемой трехфазной системы напряжений в предлагаемом способе отсутствуют операции разложения ее на симметричные со5 ставляющие, что, в принципе, можно выполнить только в установившемся, стационарном режиме трехфазной цепи. В связи с этим, наряду с упрощением, расширяется область применения предлагаемого спосо1О ба на случай нестационарных, аварийных режимов трехфазных цепей.

В предлагаемом способе используются операции формирования проекций обобщенного вектора, основанные на простых

15 операциях масштабирования и сложения (вычитания) сигналов, пропорциональных напряжениям в фазах контролируемой трехфазной цепи.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Как известно, обобщенный вектор определяется по мгновенным значениям напря жений Ua, Ub, Uc (или токов) трехфазной цепи по формуле

Q(t)= (Оа + а Оь +а Ос), (1)

3 э,T где а=е >

Произведя преобразование, получим выражение:

Q(t)= — U, — — (Оь + U, ) +

2 1

3 3

+) 1(ub — о,) =о, + 0„, (г) ч3 в котором

4О u,= О, (Оь+О )

2 1

3 (3) = 0(т)е " (), (5) Оу = — - а (ОЬ Ос )

3 (4)

45 и роекции обобщен ного вектора.

В соответствие с формулами (3) и (4) проекции обобщенного вектора формируют с помощью операций масштабирования и сложения (вычитания) сигналов, пропорциональных напряжениям в фазах контролируемой цепи.

Обобщенный вектор (2) в показательной форме следующий:

55 и(с» u. + Д 1 я =

1725165 где U(t)= т отк + U„— амплитуда еектора;

g(t ) = arctg — "- — фаза вектора.

Ux

Для реализации вектора производят умножение его проекций на о ртогональные напряжения опорных высокочастотных сигналов с частотой n — sin nt u

cos nt, В результате получают напряжения

r 01 — ux Sin nt;

t (U2=Uy cos м, (6) После сложения напряжений 01 и U2 получают напряжение

U — ux sin nt + uy cos й1 =

+ U„nin (nt + arctg U) . (7)

Ох

На фиг. 1 приведено устройство для реализации способа; на фиг. 2 — график его работы.

Исходным материальным объектом является трехфазная система напряжений (токов) генератора или сети. Сначала из мгновенных значений фазных напряжений

ua, Ub, Ос фоРмиРУют с помоЩью опеРаЦий масштабирования и сложения (вычитания) и роек ции обобщен ного вектора согласно формулам (3) и (4), Для этого напряжение фазы а — Ua подключают на вход масштабирующего усилителя 1, на выход которого получают напряжение 2/3 иа. Напряжение фаэ Ь и с подключают соответственно на входы масштабирующих усилителей 2 и 3, выходные напряжения которых 1/3 Ub и 1/3

Ос после суммирования в сумматоре 4 подаются на вычитатель 5, на второй вход которого подключено напряжение 2/3 Оа с выхода усилителя 1. Таким образом, на выходе вычитателя 5 формируется сигнал

2 1

Ux = — 3 Ua — — 3 (Ub + Ос ), котоРый, согласно формуле (3), пропорционален первой проекции обобщенного вектора, Напряжения фаз b и с подключают также на входы масштабирующих усилителей 6 и

7, с выходов которых снимают соответственно напряжения 1/ V3 Ub и 1/ V3 Uc, Полученный сигнал 0 представляет собой синусоидальное напряжение с частотой й, амплитуда которого равна амплитуде обобщенного вектора, а начальная фаза— фазе обобщенного вектора.

Оа= Um sin ккй а;

Оь= Um sin (вс-120О);

Ос= um sin (в 1+ 120 ).

35 Проекции обобщенного вектора в этом случае имеют вид

u = — u à — — (ub+uñ) =

2 1

3 3

=Ua =От sinма; (8) Uy = / — (Ub — Ос) = — Um cos N t. (9)

3

Амплитуда обобщенного вектора при этом определится формулой

0(С)= u,+uy =um, 2 2

50 а фаза обобщенного вектора формулой

g(t) =агсщ — "- =

Ux

= а rclg (— ctg в t ) = N t — 90, так как — ctg ж t = — tg (90О-ал)= tg(on-90 ).

После вычитания этих напряжений в вычитателе 8 на его выходе получают сигнал

Uy= (Оь-Ос), пропорциональный вто1 /з

5 рой проекции обобщенного вектора в соответствие с формулой (4).

Сигналы, пропорциональные проекциям обобщенного вектора, с выходов сумматоров 5 и 8 подключают соответственно на

10 входы перемножителей 9 и 10, на вторые входы которых подают опорные высокочастотные сигналы sin nt u cos пс, формируемые на выходе генератора 11 опорных напряжений. Напряжения U>=Ux sin nt с вы15 хода пеРемножителЯ 9 и 02= Uy cos nt c выхода перемножителя 10 подают на входы сумматора 12, на выходе которого получают сигнал U= Ux sin nt+ Uy cos nt=

= ту ОТ+U sln(nt+ nrctg — "- ), пропорциUх ональный обобщенному вектору напряжений контролируемой трехфазной системы напряжений.

Рассмотрим действие способа и работу

25 устройства в случае симметричной трехфаэной системы, когда фазные напряжения определяются формулами

1725165

10

25

Используя предлагаемый способ, после перемножения проекций обобщенного вектора Ux u Uy на высокочастотные опорные напряжения генератора sin пс и cos nt, получают следующие напряжения:

UI = Ux sin nt = 0,5 Um cos (n — в) х

x t — 0,5 0 сов (и + в) т; (10);

Uz = Uy cos nt = — 0,5 Um cos (n — в) х х с — 0,5 Um cos (n +в) t. (11) На фиг. 2а, б представлены временные диаграммы напряжений U>= Ох sin nt, Uz=Uy

cosnt в соответствии с формулами (10) и (11).

Частота n= 5а взята достаточно низкой, чтобы облегчить построение кривых и проследить действие принципа.

После суммирования напряжений 01 и Uz на фиг. 2в показано выходное напряжение U><>=U>+ Uz, которое отражает его математическое представление в соответствие с формулой

U = U) + 02 = Um cos (n + и) t =

= U sin (nt+(at — 90 )1. (12) Получен н ы и сигнал представляет собой синусоиду высокой частоты и, амплитуда которой Um равна амплитуде обобщенного вектора, а начальная фаза @=mt — 90 равна мгновеннойфазе обобщен ного вектора.

При несимметрии трехфазной системы напряжений U>, 0ь и Ос все выше приведенные операции остаются в силе. Однако амплитуда обобщенного вектора уже не будет постоянной величиной, появятся амплитудные биения, которые будут тем больше, чем больше степень несимметрии. Мгновенная фаза выходного сигнала устройства также будет сложной функцией времени, определяющей неравномерность вращения обобщенного вектора.

Использование сигналов, пропорциональных обобщенным векторам напряжений и токов трехфазной системы, позволит повысить точность и аыстродействие устройств измерения и релейной защиты энер30

50 госистем. Это достигается тем, что частоту сигнала обобщенного вектора и выбирают существенно выше частоты сети в. Поэтому измерение мощности, частоты, сдвига фаз и т.д, производится с помощью обобщенных векторов многократно за период частоты сети, что обеспечивает повышение быстродействия. Усреднения выходного сигнала преобразователей и реле на периоде основной частоты сети при многократном измерении приводит к повышению их тОчнОсти.

Формула изобретения

Способ формирования сигнала, пропорционального обобщенному вектору трехфазной системы напряжений, заключающийся в том, что формируют сигналы, пропорциональные напряжению в фазах контролируемой трехфазной системы, формируют первый опорный переменный сигнал с частотой, большей частоты контролируемой трехфазной системы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения способа и расширения области его применения на случай нестационарных режимов контролируемой сети, формируют второй опорный сигнал с той же частотой, что и первый, но ортогональный ему, масштабируют амплитуду сигналов, пропорциональных напряжению в фазах контролируемой трехфазной системы, вычитают из масштабируемого сигнала, соответствующего первой фазе, сумму масштабированных сигналов, соответствующих второй и третьей фазам, и принимают результат за первую проекцию обобщенного вектора трехфазной системы напряжений, вычитают из масштабированного сигнала, соответствующего второй фазе, масштабированный сигнал, соответствующий третьей фазе, и результат принимают за вторую проекцию обобщенного вектора напряжений трехфазной системы, умножают сигналы, принятые эа первую и вторую проекции обобщенного вектора трехфазной системы напряжений, соответственно на,первый и второй опорные переменные сигналы, результаты умножения суммируют и принимают за сигнал, пропорциональный обобщенному вектору напряжений контролируемой трехфазной системы.

1725165