Способ управления реле защиты и реле защиты
Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности работы и увеличении срока службы реле. Реле содержит: средство для ввода входной характерной величины; средство для определения условия запуска для реле защиты с использованием вычислительного уравнения, значение которого растет, когда значение характерной входной величины превысит значение первой пороговой величины, и падает, когда значение характерной входной величины снизится ниже значения второй пороговой величины для измеренной величины перегрузки, результат вычислительного уравнения растет, когда значение характерной входной величины снизится ниже значения первой пороговой величины и снижается, когда значение характерной входной величины превысит значение второй пороговой величины для измеренной величины недогрузки; средство для сравнения результата вычисления вычислительного уравнения с заранее определенным условием срабатывания; средство для осуществления перехода состояния реле, если выполнено условие срабатывания и выработан выходной сигнал, при этом выходной сигнал зависит от результата вычислительного уравнения, для осуществления функций защиты; а срабатывание происходит, когда результат первого измерения превысит результат второго измерения. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к управлению реле защиты и, в частности, к управлению реле, работающем в электрической сети.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Реле обычно используют для защиты, например, электрических сетей и устройств. Функции реле защиты могут осуществляться как постоянно действующие функции, когда время работы не зависит от измеряемой характерной величины, такой как ток, напряжение или частота. Также функции реле защиты могут иметь обратновременную зависимость, когда время работы имеет обратную зависимость от величины измеренного сигнала.
Анализ на основе обратновременного алгоритма обычно основан на допущении, что ток или максимальный ток, превышающий заданное пороговое значение тока или заданное пороговое значение минимального тока, является постоянным в течение всего времени измерения. Это приводит к простой аналогии между теоретическими расчетами и реальным воплощением. Однако на практике флуктуации и разброс уровней характерных измеряемых величин приводит к сокращению срока службы устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для воплощения способа для устранения вышеуказанных недостатков.
Для этого предлагается способ управления реле защиты, включающий подачу характерной входной величины, определение условия срабатывания реле защиты с использованием вычислительного уравнения, причем указанная величина растет, когда характерная входная величина превысит первый пороговый уровень, и падает, когда характерная входная величина подходит к второму пороговому уровню для измерения максимального характерного значения, при этом значение вычисленного уравнения растет, когда входная характерная величина подходит к первому пороговому уровню, и уменьшается, когда входная характерная величина превысит второй пороговый уровень при измерении минимального значения.
Кроме того, предлагается реле защиты, включающее средство для приема характерной входной величины, средство для определения условия срабатывания реле защиты с использованием вычислительного уравнения, которое составлено так, что результат возрастает, когда характерная входная величина превысит первый пороговый уровень, и снижается, когда характерная входная величина подходит к второму пороговому уровню для измерения максимального характерного значения, при этом значение вычисленного уравнения растет, когда входная характерная величина подходит к первому пороговому уровню, и уменьшается, когда входная характерная величина превысит второй пороговый уровень при измерении минимального значения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно на примерах предпочтительных вариантов воплощения со ссылкой на приложенные чертежи, где:
Фиг.1 - диаграмма состояний электронного устройства;
Фиг.2 - другая диаграмма состояний электронного устройства;
Фиг.3 - пример временной зависимости амплитуды сигнала;
Фиг.4 - вариант воплощения способа; и
Фиг.5 - вариант воплощения устройства.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 представлена диаграмма состояний реле защиты. Реле защиты принимает характерную величину, по которой могут приниматься оперативные решения и предприниматься различные действия указанным реле защиты. В приведенных чертежах и описании характерной величиной является ток, но также может быть и какая-либо другая измеряемая величина, такая как, например, напряжение, частота или температура. Ниже данное изобретение поясняется на примере реле перегрузки тока, т.е. перегрузка является перегрузкой тока. Настоящее изобретение может также применяться в качестве реле недогрузки, такого как реле недогрузки тока, когда его действие обратно тому, которое описано ниже.
На упрощенной диаграмме состояний по Фиг.1 изображены четыре состояния. Состояние НАЧАЛО, устройство не включено. Когда устройство начинает работать, т.е. подсоединяется к системе, с которой будет работать, выполняется переходное состояние "1" к состоянию ВКЛЮЧЕНО. В состоянии ВКЛЮЧЕНО устройство измеряет характерную величину, от которой зависит работа устройства. Если реле срабатывает от измеренной величины, превышающей максимальную, то устройство будет реагировать на ток, превышающий пороговое значение тока. Примером реле, срабатывающим от измеренной величины, не достигшей минимальной, является реле недогрузки, которое реагирует на ток, не достигший порогового значения. Переходное состояние "2" от состояния ВКЛЮЧЕНО к состоянию СЪЕМ характеризует ситуацию, когда уровень тока превысил начальную пороговую величину. В переходных состояниях "3" и "4" устройство находится в состоянии СЪЕМ. В состоянии "3" числитель уравнения 15 растет, но величина числителя пока еще не превышают уровня знаменателя. В течение этого переходного состояния величина входной переменной выше, чем величина начальной пороговой величины.
Для предотвращения нежелательных переходных состояний из-за тока, который пульсирует около начального порогового значения, около начального порогового значения может быть введена зона гистерезиса. При срабатывании на превышение гистерезис расширяет диапазон сигнала вниз, а при срабатывании на недогрузку - вверх. Переходное состояние "4" описывает ситуацию, при которой ток находится в зоне гистерезиса, что может составлять, например, 2% ниже начального порогового значения, если установлен 2% гистерезис. Также зона гистерезиса может быть установлена по обе стороны границ начального порогового значения, что в вышеприведенном примере создаст ширину зоны ±2%.
Гистерезис может быть величиной, заданной на заводе, которая может быть определена на основе измерения неточности преобразования, и т.п. В идеальном случае с точки зрения идеального алгоритма гистерезис может быть даже установлен равным нулю, но на практике его величина устанавливается выше нуля. В течение этого времени соотношение уравнения 15 замораживается, т.е. оно не растет и не падает.
Когда числитель уравнения 15, наконец, превысит величину знаменателя этого же уравнения, выполняется переходное состояние "5" СЪЕМ->СРАБАТЫВАНИЕ. Состояние СРАБАТЫВАНИЕ сохраняется, как показано стрелкой "6", пока величина сигнала сохраняется выше уровня порогового значения минус величина гистерезиса.
Когда величина входного сигнала опускается ниже начального порогового значения, то состояние изменяется на ВКЛЮЧЕНО, как показано стрелкой "7". Таким же образом другое значение гистерезиса чем то, которое используется в состоянии ВКЛЮЧЕНО, может быть использовано для возврата в состояние СРАБАТЫВАНИЕ. В другом варианте воплощения для этого может быть использовано уравнение обнуляющего типа. В этом случае состояние ОБНУЛЕНИЕ->СРАБАТЫВАНИЕ впервые достигается через переходное состояние "12", после чего следует обнуляющее уравнение, которое значительно снижает числитель уравнения 15 до нуля, вызывая тем самым изменение состояния ОБНУЛЕНИЕ->СРАБАТЫВАНИЕ->ВКЛЮЧЕНО, показанное стрелкой "12".
Состояние ВЫКЛЮЧЕНО может быть достигнуто из состояния СЪЕМ, когда значение тока падает ниже порогового значения минус величина гистерезиса, как показано стрелкой "8".
В состоянии ВЫКЛЮЧЕНО вводятся два внутренних перехода 9 и 10 и третий переход 14. Первый переход "9" описывает ситуацию, при которой значение входного сигнала находится в зоне гистерезиса, при этом вычисление числитель/знаменатель уравнения 15 замораживается, а осуществляется противоположное переходное состояние "14", если амплитуда сигнала снова превышает начальное пороговое значение. Переходное состояние "10" описывает ситуацию, при которой значение входного сигнала ниже начального порогового значения и находится вне зоны гистерезиса, в этом случае соотношение уравнения 15 в этом состоянии уменьшается.
Если значение числителя уравнения 15 достигает 0, то устройство обнуляется, в результате устройство возвращается в состояние ВЫКЛЮЧЕНО.
Ниже работа устройства поясняется математически. Можно определить два отдельных уравнения для реле тока: уравнение срабатывания (1) и уравнение обнуления (5) также вводятся согласно нормативу. Они зависят от сигнала, который является характерной измеренной величиной, поэтому уравнение работы справедливо только для соотношений амплитуд сигнала (I против I>) выше начального порогового значения, а уравнение обнуления справедливо только для соотношений амплитуд сигнала ниже начального порогового значения. Верхний предел уравнения работы зависит от точности измерения переходной динамики без насыщения, а нижний предел уравнения обнуления равен нулю. Из-за того, что зона гистерезиса образует естественную 'серую' зону между рабочими зонами, в каждый момент времени справедливо только одно из уравнений. Мы начинаем с приписываемых аспектов конечного уравнения 15, т.е. объяснения, как образовано уравнение срабатывания.
Уравнение работы реле перегрузки тока имеет основную форму (1):
где t(I) - время срабатывания в секундах;
k - задаваемый временной множитель функции;
a, b, p, c - параметры кривой;
I - измеренный входной ток для уравнения;
I> - начальное пороговое значение, задаваемое пользователем.
Уравнение (1) может быть также записано в форме (2):
Здесь видно, что за время работы, в течение которого достигается состояние СРАБАТЫВАНИЕ при допущении, входной сигнал с постоянной амплитудой всегда зависит от тока I. Таким образом, чем больше значение тока, тем короче время t, в течение которого реле работает. Можно построить кривые с различными параметрами для этого уравнения. Такие кривые могут быть построены как функция соотношения сигналов постоянной амплитуды. Однако на практике ток может быть подвержен флуктуациям, что приводит к возникновению кривых с последовательным суммированием.
Уравнение (2) может быть записано в форме (3):
где ОТ - время срабатывания;
delayC - компенсация задержки.
Время срабатывания определяет время, которое истекло с момента превышения током величины начального порогового значения, и таким образом осуществляется переход состояния к состоянию СЪЕМ. Компенсация задержки определяет системную задержку, которая представляет собой полностью практически достигаемую задержку, когда срабатывание устройства действительно начинается в соответствии с вычислениями. В этом случае она компенсирует измеренную задержку. Другая задержка, которая может быть включена в эту же переменную, является выходной задержкой реле, которая также может быть скомпенсирована путем сокращения вычисленного времени срабатывания. Аспект, относящийся к компенсации задержки, заключается в том, что этот параметр остается постоянным в течение исполнения.
При учете того, что вычисления содержат несколько последовательных интегрирований, уравнение (3) может быть записано как (4):
где n - число исполненных последовательных интервалов.
В уравнении (4) зависимость I и I> (т.е. соотношение токов) интегрируется по времени. Интегрирование может выполняться на n последовательных интервалах. Поэтому флуктуации тока могут быть эффективно учтены.
Уравнение (4) теперь раскрывает характер подсчета приращений кумулятивного счетчика, соответствующего переходного состояния 3 на Фиг.1. Счетчик приращений работает, когда ток превышает начальное пороговое значение.
Однако во время периодов, когда значение тока ниже начального порогового значения минус гистерезис, числитель уравнения 15 уменьшается, как показано для внутреннего переходного состояния 10 на Фиг.1. Этот тип понижающей функции, т.е. функции обнуления, может быть записан в форме:
где t(I) - задает время обнуления в секундах;
k - задаваемый временной множитель функции (тот же, который используется для вычисления времени срабатывания);
tr, pr, cr - параметры кривой;
I - измеренный входной ток для уравнения;
I> - начальное пороговое значение, задаваемое пользователем.
Условие срабатывания по токовой перегрузке может быть определено термином "длительность включения", которая является переменной, что указывает на то, как далеко эта временная точка находится от начала срабатывания устройства. Например, если кривая времени срабатывания, вычисленная из уравнения (1), найдена равной 1 секунде для постоянного входного сигнала, то начиная с этого заданного уровня амплитуды входного сигнала после половины секунды "длительность включения" будет иметь значение 50%, а после 0,75 секунды это значение будет 75%. Следовательно, "длительность включения" изменяется от 0 до 100%, причем 0% соответствует обнулению устройства, а 100% соответствует готовности устройства к срабатыванию. Таким образом, переменная "длительность включения" предназначена для указания, насколько близко к точке срабатывания находится устройство при сохранении постоянного уровня сигнала. Однако, благодаря флуктуации сигнала, эта оценка необязательно может быть реализована. Периоды задержки выключения во время срабатывания также затягивают время срабатывания так, что в действительности определение "длительность включения" может быть расширено и включать также периоды задержки выключения. Поэтому "длительность включения" может быть определена следующим образом: Длительность включения=(суммарное время срабатывания - суммарное время обнуления)/общее время срабатывания. Таким образом, переход состояния ВЫКЛЮЧЕНО->СРАБАТЫВАНИЕ может иметь место, когда "суммарное время срабатывания" минус "время обнуления"=>0 и СЪЕМ->СРАБАТЫВАНИЕ имеет место, когда (суммарное время срабатывания - суммарное время обнуления)=общее время срабатывания. На основе этого условия может быть определено, что если общее время срабатывания является линейной функцией, то числитель (суммарное время срабатывания - суммарное время обнуления) как производная уравнений срабатывания и обнуления обладает растущими экспонентно характеристиками, которые могут наблюдаться в нижеследующем.
Суммарное время срабатывания из уравнений (1) и (4) и суммарное время обнуления из уравнения (5) могут быть объединены в единый счетчик следующим образом.
Если соотношение токов (I/I>) обозначить как М, то уравнение (1) может быть записано как
Уравнение (6) может быть преобразовано, обозначив n=>operCounter и включив taskTime (это синоним ранее упоминавшегося time/cycle срабатывания) в уравнение для получения неравенства срабатывания (7):
Путем определения timeShift=>delayC*1000/taskTime,
k*b*1/taskTime=>curveDelay и k*a*1/taskTime=>curveMult мы получим (8):
Кроме того, суммарная кумулятивная сумма S(Mp-c) может быть определена как sumOfS. Эти величины могут быть или заранее вычислены с помощью заданной точности соотношения токов по справочной таблице срабатываний так, чтобы они были функцией М, или они могут быть вычислены с более точной величиной соотношением токов в течение вычисления при наличии достаточной вычислительной мощности компьютера. Наконец, мы получаем (9):
Это так называемое уравнение счетчика, где параметр в левой части определяется как integTimel, а параметр в правой части как integTime2 (эти термины относятся к способу, которым они были вычислены, т.е. посредством интегрирования последовательных значений) так, что
,
.
Относительно уравнения обнуления начиная с (5) и определяя аналогично с помощью sumOfS другое значение справочной таблицы (LUT обнуления) или вычисляя непосредственно в течение вычисления кумулятивную сумму, обозначаемую 
и 
, что приводит к неравенству обнуления (12):
Также может существовать так называемый параметр resetCounter (эквивалент operCounter параметру в уравнении срабатывания) так, что действительно уравнение примет вид (13), где resetCounter может быть исключен:
Теперь значения обоих факторов параметра "длительность включения" вычислены для представления условия срабатывания. В результате получено объединенное уравнение счетчика путем объединения обоих уравнений счетчика срабатывания и обнуления. Теперь значение длительности включения в двух системах счетчиков может быть вычислено как
Это может быть преобразовано в
Теперь видно, что счетчик срабатывания и счетчик обнуления объединены в один счетчик - счетчик "длительность включения". Этот счетчик "длительность включения" представлен в виде выражения в скобках умноженное на 100%. В результате условие размыкания для перехода в состояние СРАБАТЫВАНИЕ происходит при 100% и достигается, когда выражение в скобках равно 1. Однако, как пояснено ранее, деление в уравнении (15) не вычислено, а условие размыкания (срабатывания) происходит, когда значение числителя превысит значение знаменателя в уравнении 15. Соответственно переход в состояние ВЫКЛЮЧЕНИЕ->ВКЛЮЧЕНИЕ происходит, когда значение числителя снижается до нуля.
Это же уравнение может быть также использовано для кривых, для которых выбран некоторый другой тип уравнения обнуления, а не основанный на уравнении обнуления. Это упрощает процесс вычисления, когда многие выражения уравнения могут быть заменены константами. Например, decOfS имеет значение, равное нулю, обуславливая то, что второе выражение числителя также равно нулю. Необходимо отметить, что в этом конкретном случае выражение resetMult и в числителе, и в знаменателе может быть исключено.
Другим аспектом, который может быть принят здесь во внимание, является компенсация задержки относительно таймера выключения. Если сравнивать уравнение (7) и уравнение (13), можно заметить, что компенсация задержки не влияет на операцию обнуления и, таким образом, resetCounter может быть исключен из уравнения. По сути компенсация задержки может также влиять на операцию обнуления счетчика посредством сокращения времени обнуления таким образом, что действительный начальный выход может быть отключен в нужный момент времени. Однако это будет означать, что необходимо закончить вычисление периода обнуления прежде, чем сама функция обнаружит, что период выключения задержан на заданное время обнуления, а это недопустимо. Таким образом, в варианте воплощения изобретения компенсацией задержки можно пренебречь при вычислении условия обнуления.
Ниже приведены переменные, используемые в уравнениях;
- operCounter является кумулятивным тактовым счетчиком прерываний для функции съема.
- timeShift равен delayC*1000/taskTime (где delayC может быть задана в секундах). Оно представляет собой фиксированную величину в течение операции съема.
- curveMult является k*a*1/taskTime. Оно представляет собой фиксированную величину в течение операции съема.
- curveDelay является k*b*1/taskTime. Оно представляет собой фиксированную величину в течение операции съема.
- resetMult является k*tr*1/taskTime. Оно представляет собой фиксированную величину в течение операции съема.
- sumOfs является S(Mp-с). Эти значения могут сохраняться в матрице (LUT) заранее. Эта LUT матрица ниже называется LUT-срабатывание.
- decOfs является S(Mpr-cr). Эти значения могут сохраняться в матрице заранее. Эта LUT матрица ниже называется LUT-обнуление.
Уравнение (15) может быть записано в следующем виде:
(Уравнение 16)
Далее объясняется управление перегрузкой с помощью уравнения (16). В первом варианте воплощения уменьшается знаменатель. Одним из способов этого является деление обеих частей уравнений на resetMult какой-либо другой соответствующий делитель. После деления обеих частей на resetMult уравнение (16) может быть записано:
(Уравнение 17)
Если переменная curveDelay/resetMult замещается на BrerTR и curveMult/resetMult замещается на AperTR, уравнение может быть записано как
В особом случае, где значение tr равно нулю, его нельзя применять, чтобы избежать деления на ноль. Параметр tr, равный нулю, по сути, означает немедленный переход к уравнению обнуления и, следовательно, последняя часть уравнения (14) будет равна нулю, в результате уравнение (14) может быть представлено в более простой форме:
(Уравнение 20)
При сравнении этого уравнения с уравнением (15) можно видеть, что вместо задания resetMult, равным нулю (подразумевая tr, равным нулю), resetMult задается единицей. Другой проблемой является то, что если значения AperTR и BrerTR слишком велики, когда значение resetMult задано очень малым. Действительно, высокие значения AperTR и BrerTR случаются, когда значение resetMult минимально. Для очень малых величин tr в уравнении (18) либо а, либо b могут быть ограничены, или напротив наименьшее значение tr или все три параметра могут быть ограничены. Типично диапазон значений параметров уже обозначается на этапе производства и поэтому представляется возможным сертифицировать уже заранее эти фиксированные ограниченные значения на этапе исполнения. Однако, можно использовать подобный подход, как это описано ниже с ограничением sumOfs и decOfs, если это нужно, для ограничения также AperTR и BrerTR.
В уравнении (18) избыток кумулятивных сумм, т.е. sumOfs и decOfs, могут быть проанализированы. Другим нефиксированным параметром на этапе исполнения в уравнении (18) является operCounter, потому что параметры timeShift и curveMult могут быть зафиксированы в процессе вычисления.
Ниже описан вариант воплощения процесса определения граничного значения кумулятивной суммы. Сам процесс тот же самый и для кумулятивной суммы обнуления. Сначала анализируют содержание LUT составляющей для нахождения максимального значения, которое нужно включить в кумулятивную сумму sumOfs. Уравнением LUT-срабатывание (и содержанием составляющей) является МР-с и представление его фиксированной точки зависит от выбранных целого числа и длин фрагментов двоичных знаков, где выбранная длина это сумма целого числа и длин фрагментов двоичных знаков. Затем может быть вычислен рабочий избыточный предел путем решения неравенства log2 (кумулятивная сумма + максимальное значение составляющей) = выбранная длина двоичных знаков для кумулятивной суммы. Теперь можно выбрать предел избытка так, чтобы он был меньше log2 (кумулятивная сумма), а максимальное допустимое значение LUT-вставки тогда равно разности между 2selectedBitLength и пределом избытка. Аналогично для программируемых кривых пользователя максимальные значения параметров р и с могут быть выбраны такими, чтобы максимальные значения LUT были также ограничены. С точки зрения повышения точности вычислений целесообразно использовать большее число фрагментов двоичных знаков для LUT-составляющей, чем позже используется для кумулятивной суммы.
В уравнении (18) присутствует произведение sumOfs*decOfs*BrerTR. Если принять, что длина двоичных знаков кумулятивной суммы равна 28, то для результата можно использовать 64-бит представление, если 36-бит также существенно для значения произведения sumOfs*decOfs*BrerTR. Конечно, этот выбор сильно зависит от характеристик процессора. В одном варианте воплощения, например, 22-бит представление может быть зарезервировано для decOfs, a 22-бит для BrerTR так, чтобы в худшем случае использовалось 28+18+12=58. Теперь, если все эти три переменные имеют свое максимальное значение, то все еще имеется некоторый незначительный запас для избытка. Если полученное целое число используется для регистрации, то может использоваться суммарное число 63 бит, причем 5 дополнительных бит могут использоваться для увеличения предела избытка срабатывания и предела избытка обнуления.
Таким образом, наибольший возможный предел составляющей LUT и кумулятивной суммы для обеих частей уравнений размыкания и обнуления может быть определен. Если в части уравнения размыкания sumOfs превысит предел избытка, то sumOfs может быть поделена на делитель N. Делитель N может быть любым числом, но предпочтительно кратным 2, 4, 8 и т.д., что приводит к простоте реализации сдвига бита (двоичной единицы). Затем в уравнении предыдущее значение sumOfs может быть заменено sumOfs/N. Для сохранения величины уравнения все множители в уравнении неравенства могут быть разделены на N, что дает:
Так как первоначальная sumOfs поделена на N, то впоследствии вместо LUT-составляющей необходимо использовать LUT-составляющую /N/, чтобы сохранить размерность уравнения. Если впоследствии предел избытка вновь будет превышен, потребуется новое значение sumOfs, равное sumOfsf(N+N), если сравнивать с первоначальным значением уравнения. Далее значение LUT-вставки будет соответственно равно LUT-вставка/N. Таким образом, можно избежать избытка.
Чтобы избежать избытка decOfs, можно использовать аналогичные операции, что и вышеописанные для sumOfs, но здесь decOfs замещается значением decOfs/L, где правильным выбором для L будет 2, а следующими альтернативами будут 4, 8 и т.д. L может также быть равно N. В этом случае уравнение (18) будет иметь вид:
После подстановки decOfs/L=>decOfs его можно преобразовать:
Также теперь оно может быть далее преобразовано посредством последовательных делений (а именно сдвига бита) на L, как и в случае суммы размыкания. Соответственно значение LUT-вставки может быть также поделена на L, L+L, и т.д.
Объединенное уравнение может быть записано как:
На Фиг.2 и 3 показано соотношение токов I/I> в зависимости от времени T (Фиг.2) и соответствующее значение накопления начальной длительности (Фиг.3) в соответствии с флуктуациями тока на Фиг.2. Необходимо отметить, что ситуация примера, показанная на Фиг.2, соответствует идеальной ситуации, когда уровни тока изменяются резко.
На Фиг.2 уровень соотношения токов, равный "1", описывает пусковой пороговый уровень, который является уровнем, когда переход в состояние ВКЛЮЧЕНО->СЪЕМ происходит в соответствии с Фиг.1. Значения большие, чем 1, описывают рабочую ситуацию, когда значение соотношения уравнения (15) растет. Таким образом, до 4000 мсек периоды срабатывания происходят во временные интервалы 0…610, 870…1550, 1770…2250 и изменяются в уровне сигнала в момент 3670 мсек. Значения, меньшие 1, описывают ситуацию обнуления, когда значение счетчика пуска падает. Таким образом, до 4000 мсек периоды обнуления происходят во временные интервалы 610…870, 1550…1770, 2250…2880. Обращаясь к диаграмме состояний на Фиг.1, в момент времени 0 мсек устройство производит переход в состояние СЪЕМ и остается в состояние СЪЕМ до истечения момента 610 мсек, после чего исполняется переход в состояние ВЫКЛЮЧЕНО.
На Фиг.3 показано значение продолжительности пуска на счетчике, как функции времени в соответствии с Фиг.2. Видно, что значение продолжительности пуска растет в течение периодов срабатывания, таких как 0…610 мсек, и падает в течение периодов обнуления, таких как 610…870 мсек. На фигуре также показано, что возникает условие разъединения в момент 3900 мсек, когда значение на счетчике пуска достигает 100%, и устройство переходит в состояние ВКЛЮЧЕНО. Когда ток падает ниже порогового значения "1-гистерезис" (которое было равно 2% при моделировании), после достижения состояния ВКЛЮЧЕНО устройство переходит в состояние СРАБАТЫВАНИЕ.
На Фиг.3 условие ВКЛЮЧЕНО возникает со ссылкой на уравнение (15), когда выражение в скобках достигает "1", означающее что числитель становится равным или большим, чем знаменатель. Когда происходит переход состояния СРАБАТЫВАНИЕ->ВЫКЛЮЧЕНО, параметры уравнения (15) обнуляются. При продолжении моделирования новый старт происходит при 6200, но после перехода в состояние СРАБАТЫВАНИЕ->ВЫКЛЮЧЕНО, а числитель в уравнении (15) постепенно снижается до нуля. После достижения нуля при 8100 происходит переход в состояние ВЫКЛЮЧЕНО->ВКЛЮЧЕНО.
На Фиг.4 показан вариант воплощения данного способа. Указанный способ может быть осуществлен посредством реле перегрузки по току на принципе определяющего минимум обратного таймера (IDMT).
В позиции 400 реле контролирует входной ток, а в позиции 402 - входной ток сравнивает с пусковым порогом защитной функции реле. Если результат сравнения указывает на то, что входной ток больше, чем пороговое значение, то способ переходит к позиции 406, когда значения счетчиков sumOfs и operCounter возрастают. Соответственно, если в позиции 404 сравнение показывает, что входной ток меньше, чем пусковое пороговое значение минус гистерезис, то значение счетчика decOfs возрастает в позиции 408. При повышении значения в позиции 406 оно проверяется в позиции 410, превышает ли значение числителя в уравнении (15) значение знаменателя. Если это происходит, то устройство срабатывает в позиции 414. При повышении значения в позиции 408 оно проверяется в позиции 410, упало ли значение числителя в уравнении (15) до нуля. Если это происходит, то устройство переходит в состояние ВКЛЮЧЕНО. После достижения состояния СРАБАТЫВАНИЕ, когда в следующий раз входной ток не достигает пускового порогового значения минус гистерезис, то происходит переход в состояние ВКЛЮЧЕНО. Поочередно, если обнуление происходит после состояния СРАБАТЫВАНИЕ на основе уравнения обнуления, то данный способ переходит к состоянию ВКЛЮЧЕНО, когда числитель в уравнении (15) падает до 0.
Счетчики, используемые в этом способе, подключены так, чтобы условие срабатывания могло осуществляться простым сравнением двух измерений. В уравнении (15) эти два измерения записываются в числитель и знаменатель. Однако, в уравнении (15) знаменатель может быть умножен на правую часть уравнения, причем снова условие отключения может быть выполнено посредством сравнения двух частей этого уравнения. Таким способом определяют это условие без проведения операции деления, которое требует больших вычислительных мощностей компьютера реле.
На Фиг.5 представлено реле защиты 500, демонстрирующее только части, допустимые для открытого показа. Реле содержит входной порт 502 для поступления характерного измерения, такого как ток, напряжение или частота. Реле также включает блок управления 504, настроенный для управления работой устройства. Блок управления может быть выполнен в виде процессора, а его функции могут быть заложены в процессор посредством, например, программного обеспечения.
На Фиг.5 также показан вычислительный блок 506, который может обновлять вычислительное уравнение по поступающим характерным измерениям. Реле также может содержать модуль 508, ответственный за управлением перегрузки вычислительного уравнения. Для хранения значений таблицы LUT для их использования вычислительным уравнением реле может быть снабжено памятью 510. Вместо того, чтобы иметь отдельную память для справочной таблицы, эти значения также могут быть вычислены во время исполнения. Все эти функциональные блоки с 505 по 510 могут быть выполнены вместо отдельных блоков в блоке управления, т.е. процессоре. Устройство может также включать выходной блок 512 для выработки выходного сигнала. Выходной сигнал зависит от результата, получаемого из вычислительного уравнения. Если, например, вычислительное уравнение показывает что условие отключения или обнуления достигнуто, то выходной блок вырабатывает соответствующий выходной сигнал.
Посредством приведенных вариантов воплощения функция обнуления может быть включена с достижением высокой точности вычисления. Приведенные варианты воплощения обеспечивают корректный способ осуществления обратного отсчета времени срабатывания для вычисления времени срабатывания непосредственно из уравнений. Варианты воплощения также обеспечивают возможность снижения вычислительной сложности посредством исключения операций деления при вычислениях в реальном времени. Единственными требуемыми вычислительными операциями остаются умножение, суммирование и вычитание.
Для специалиста в данной области очевидно, что по мере развития технологии изобретательская идея может быть воплощена различными путями. Настоящее изобретение и его варианты воплощения не ограничены примерами, описанными выше, и могут изменяться в объеме формулы изобретения.
1. Способ управления реле защиты, включающий: ввод измеренного значения входной характерной величины; обновление вычислительного уравнения по измеренному значению характерной величины, определение условия запуска для реле защиты с использованием вычислительного уравнения, значение которого растет, когда значение характерной входной величины превысит значение первой пороговой величины, и снижается, когда значение характерной входной величины снизится ниже значения второй пороговой величины для измеренной величины перегрузки, при этом реле реагирует на измеренную величину, превышающую максимальную пороговую величину измеренной величины, результат вычислительного уравнения растет, когда значение характерной входной величины снизится ниже значения первой пороговой величины, и снижается, когда значение характерной входной величины превысит значение второй пороговой величины для измеренной величины недогрузки, при этом устройство реагирует на снижение измеренной величины ниже минимальной пороговой величины измеренной величины; сравнение результата вычисления вычислительного уравнения с заранее определенным условием срабатывания; осуществление перехода состояния реле, если выполнено заранее определенное условие срабатывания, и выработан выходной сигнал для срабатывания реле, при этом выходной сигнал зависит от результата вычислительного уравнения, для осуществления функций защиты; а вычислительное уравнение включает первое измерение и второе измерение, и срабатывание происходит, когда результат первого измерения превысит результат второго измерения.
2. Способ по п.1, в котором амплитуда изменения вычислительного уравнения имеет обратную зависимость от амплитуды входной характерной величины.
3. Способ по п.1, в котором вычислительное уравнение включает первое измерение и второе измерение, а запуск происходит, когда первое измерение становится больше второго измерения.
4. Способ по п.3, в котором вычислительное уравнение выражено в виде деления, причем первое измерение является числителем, а второе измерение является знаменателем операции деления.
5. Способ по п.1, в котором значения первой пороговой и второй пороговой величин равны.
6. Способ по п.1, в котором значение первой пороговой величины соответствует пусковому пороговому значению устройства при начале вычисления с помощью вычислительного уравнения.
7. Способ по п.1, в котором значение второй пороговой величины получают уменьшением установок гистерезиса со значения первой пороговой величины до измеренной величины перегрузки и добавляют установки гистерезиса к первой пороговой величине для измеренной величины недогрузки, причем область между первой пороговой величиной и второй пороговой величиной определяет область гистерезиса, в которой вычисления с помощью вычислительного уравнения прекращаются.
8. Способ по п.1, в котором вычислительное уравнение включает одну или более кумулятивно растущих сумм, которые растут в соответствии с заданным условием, а заданное максимальное значение определяют для одного или более пределов сумм, при этом предел суммы делят на делитель, если значение суммы достигает максимальной величины.
9. Способ по п.8, в котором предельные значения суммы индексируются в справочной таблице на заданных интервалах как функция характерного измерения, при этом по достижении значения кумулятивной суммы максимальной величины индексированное справочное табличное предельное значение делится на тот же делитель, что и сама кумулятивная сумма.
10. Способ по п.9, в котором заданные максимальные значения различны для разных предельных значений.
11. Способ по п.9, в котором интервалы предельных значений сумм для индексов справочной таблицы постоянны.
12. Способ по п.9, в котором интервалы предельных значений сумм для индексов справочной таблицы изменяются ступенчато так, что больше индексов расположены в крутой части кривой, представляя значения предельных сумм как функции индексов.
13. Способ по п.9, в котором оценка значения предельной суммы между предельными суммами справочной таблицы происходит посредством интерполяции величины между двумя предельными суммами.
14. Способ по п.1, в котором также отслеживают одну или две переменных в вычислительном уравнении и сравнивают значение каждой из переменных с заданным пороговым значением переменной, и одинаково снижают каждое выражение в вычислительном уравнении при достижении переменной порогового значения.
15. Способ по п.1, в котором условие переключения запускает или обнуляет реле.
16. Способ по п.1, в котором характерной величиной является ток, напряжение или частота.
17. Реле защиты, содержащее: средство для измерения значения входной характерной величины; средство для ввода значения входной характерной величины; средство для обновления вычислительного уравнения по измеренному значению характерной величины, средство для определения условия запуска для реле защиты с использованием вычислительного уравнения, значение которого растет, когда значение характерной входной величины превысит значение первой пороговой величины, и снижается, когда значение характерной входной величины снизится ниже значения второй пороговой величины для измеренной величины перегрузки; при этом реле реагирует на измеренную величину, превышающую максимальную пороговую величину измеренной величины, результат вычислительного уравнения растет, когда значение характерной входной величины снизится ниже значения первой пороговой величины, и снижается, когда значение характерной входной величины превысит значение второй пороговой величины для измеренной величины недогрузки, при этом устройство реагирует на снижение измеренной величины ниже минимальной пороговой величины измеренной величины; средство для сравнения результата вычисления вычислительного уравнения с заранее определенным условием срабатывания; средство для осуществления перехода состояния реле, если выполнено заранее определенное условие срабатывания, и выработан выходной сигнал для срабатывания реле, при этом выходной сигнал зависит от результата вычислительного уравнения, для осуществления функций защиты; а его срабатывание происходит, когда результат первого измерения превысит результат второго измерения.
18. Реле защиты по п.17, отличающееся тем, что в нем амплитуда изменения вычислительного уравнения имеет обратную зависимость от амплитуды входной характерной величины.
19. Реле защиты по п.17, в котором вычислительное уравнение включает первое измерение и второе измерение, а запуск происходит, когда первое измерение становится больше второго измерения.
20. Реле защиты по п.17, в котором вычислительное уравнение выражено в виде деления, причем первое измерение является числителем, а второе измерение является знаменателем операции деления.
21. Реле защиты по п.17, в котором значения первой пороговой и второй пороговой величин равны.
22. Реле защиты по п.17, в котором значение первой пороговой величины соответствует пусковому пороговому значению устройства при начале вычисления с помощью вычислительного уравнения.
23. Реле защиты по п.17, в котором значение второй пороговой величины получают уменьшением установок гистерезиса со значения первой пороговой величины до измеренной величины перегрузки и добавляют установки гистерезиса к первой пороговой величине для измеренной величины недогрузки, причем область между первой пороговой величиной и второй пороговой величиной определяет область гистерезиса, в которой вычисления с помощью вычислительного уравнения прекращается.
24. Реле защиты по п.17, в котором вычислительное уравнение включает одну или более кумулятивно растущих сумм, которые растут в соответствии с заданным условием, а заданное максимальное значение определяют для одного или более пределов сумм, при этом предел суммы делят на делитель, если значение суммы достигает максимальной величины.
25. Реле защиты по п.24, в котором предельные значения сумм индексируются в справочной таблице на заданных интервалах как функция характерного измерения, при этом по достижении значения кумулятивной суммы максимальной величины индексированное справочное табличное предельное значение делится на тот же делитель, что и сама кумулятивная сумма.
26. Реле защиты по п.24, в котором заданные максимальные значения различны для разных предельных значений.
27. Реле защиты по п.24, в котором интервалы предельных значений сумм для индексов справочной таблицы постоянны.
28. Реле защиты по п.24, в котором интервалы предельных значений сумм для индексов справочной таблицы изменяются ступенчато так, что больше индексов расположены в крутой части кривой, представляя значения предельных сумм как функции индексов.
29. Реле защиты по п.24, в котором оценка значения предельной суммы между предельными суммами справочной таблицы происходит посредством интерполяции величины между двумя предельными суммами.
30. Реле защиты по п.17, в котором выполняется отслеживание одной или двух переменных в вычислительном уравнении и сравнение значений каждой из переменных с заданным пороговым значением переменной, и одинаковое снижение каждого выражения в вычислительном уравнении при достижении переменной порогового значения.
31. Реле защиты по п.17, в котором реле запускается или обнуляется при выполнении условия переключения.
32. Реле защиты по п.17, в котором характерной величиной является ток, напряжение или частота.
