Способ для определения фазочастотных характеристик электроэнергетических объектов и устройство для его осуществления

Союз СОНЕТСНИСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 0 ИЕ ИЗОБРЕЛ ОП ический инсти ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О,ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Сибирский энергеттут СО АН С(.СР(56) авторское свидетельство СССР У 983572, кл, 0 01 В 25/00, 1979,Авторское свидетельство СССР В 1320772, кл, 0 01 В 27/28, 1983,е (54) СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЭОЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к технике измерений. Цель изобретения - повыше ние точности определения фазочастотных характеристик в условиях воздействия случайной помехи. Устройство, реализующее способ, .содержит генератор 1 перестраиваемой частоты, аналого-цифровой преобразователь 3, сумматоры 4, 5 и 17, цифровой делитель 6 кодов, вычислитель 7, индикатор 8 результата и частоты, блок 9 управления, регистр 1 О, генератор 11 импульсов и счетчик 12. Введенный вентиль 14 управляет поступлением тактирующих импульсов с выхода блока 9 управления. Вентили 15 и 16 пропускают тактирукщие импульсы соответственно положительным и отрицательным значениям +А: сумматоров 17 и 18, Кроме того,тв устройство введены сумматоры 18, о 9 и анализатор 13, представляющий собой лотяяесяяй деяяфратор дяя одре- Щ деления пределов суммирования. 2 с. и 1 э.п. ф-лы, 5 ил.1429048 утр Составитель Ю,М Техред Л.Олийнь 1 ерни орректор аз 5120/4 комите и откр ская н роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная ффа 3Тираж 772 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени13035, Москва, )К, Рау ПодписноеСССРийд, 4/5Изобретение относится к техникеизмерений и может быть использовано, для определения фазочастотных характеристик (ФЧХ) электроэнергетическихобъектов в натурных условиях и намоделирующих комплексах.Цель изобретения - повышение точности определения фаэочастотной ха, рактеристики н условиях ноэдейстнияслучайной помехи,На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определе ния ФЧХ; на фиг. 2 - временные диаграммы, характеризующие способ измерения фазового сдвига при определе; нии ФЧХ; на фиг. 3 - нременные диаграммы измерения мгновенных значенийвозмущающего сигнала и сигнала реакции; на фиг. 4 - временные диаграм"мы, харахтеризующие работу блока управления устройства; на фиг. 5 - временные диаграммы измерения постоянной составляющей.Способ основан на том, что для 25определения фазочастотной характеристики измеряют Р раз мгновенные значе.ния сигнала реакции с равными интерваламк времени (фиг. 3) эа период возмущающего сигнала (Рь 2),вычитают посто янную составляющую иэ сигнала реакции,измеряя ее в паузе перед началом определения фазочастотной характеристи;ски (фиг. 5), Определяют для центрированных мгновенных значений сигналареакции номер и четверти периода возмущающего сигнала, когда происходитположительный переход через ноль центрированного сигнала реакции (фиг.2).В каждый период возмущающего сигнала суммируют модули измеренных значений сигнала реакции за весь этотпериод, а отдельно - положительные иотрицательные величины измеренныхзначений за и-ю четверть этого пери"45ода, в которой происходит положительный переход через ноль сигнала реакции, и далее из одной четвертой части первой суммы вычитают модули второй и третьей сумм, делят первую разность на вторую, а арктангенс этоговотношения плюс угол (и) - принима 2ют в качестве фазового сдвига, приэтом номер и определяют по знаку измеренных значений сигнала реакции в55моменты - и ь возмущающего сигнала2в предыдущем периоде, причем если оба значения положительные, то и=1, если первое отрицательное, а второе положительное, то и=2, если оба отрицательные, то и=3, если первое положительное, а второе отрицательное, то и=4.Устройство для определения фазочастотных характеристик электроэнергетических объектов, реализующее данный способ, содержит (фиг. 1) последовательно соединенные генератор 1 перестраиваемой частоты, исследуемый четырехполюсник 2, аналого-ци роной преобразователь 3, первый 4 и второй 5 сумматоры, последовательносоединенные цифроной делитель 6 кодов,вычислитель 7 и индикатор 8 результата и частоты, блок 9 управления, регистр 10, последовательно соединенные генератор 11 импульсов и счетчик 12, выход которого соединен с вторым входом индикатора 8, анализатор 13, первый 14, второй 15 и третий 16 вентили, третий 17, четвертый 18, пятый 19 и шестой 20 сумматоры. Два входа блока 9 управления соединены соответственно с вторым и третьим выходами генератора 1, четвертый выход которого соединен с вторым входом счетчика 12, первый выход блока 9 управления соединен с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя 3, пер"ного 4 и второго 5 сумматоров и первого вентиля 14, второй выход - с управляющими входами счетчика 12, цифрового делителя 6 кодов, вычислителя 7, индикатора 8, пятого 15 и шестого 20 сумматоров, третий выход - с уп" равляющим нходом регистра 10, а четвертый выход - с управлякщим входом анализатора 13, при этом регистр 10 входом соединен с вторым выходом лерного сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом регистра 10, знаковый выход первого сумматора 4 соединен с первым входом анализатора 13 и вторыми входами второго 15 и третьего 16 вентилей, первые входы которых соединены с выходом первого вентиля 14, вход которого соединен выходом анализатора 13, выходы вентилей 15 и 16 соединены с тактовыми входами третьего 17 и четвертого 18 сумматоров, вторые входа которых соединены с выходом первого сумматора 4, а выходы - соответственно с первыми входами пятого 19 ишестого 20 суь маторов, вторые входы которых подсое5 1429048 6 ределение фазового сдвига в соответ- ных значений сиг ал р цс нала еакции А "эапериод возмущающего сигнала. Значения ствии с выражением (2).А; ост пают с основного выхода сум Работа блоков устройства осущест- А, поступаютматора 4, Сигнал управления суммато-вйяется следующим образом.е с выхо а с блока 9Управляемый генератор 21 формиру ром 5 поступает с выхода с блока . еФ возмущающий сигнал 11, приведенный управлавления (фиг. 4 д), н фиг. 2 а, За и 4 в. Закон измененияБ си нала 11 Анализатор 13 представляет собой ч стоты сигнала Бьот сигнала е иведен на фиг. а, енератор 2ф . 4 Г н тор 21 фор- логический дешифратор для определерует импульсные сигналы с аналы с частотой 10 ния пределов суммирования в суммах Р2 на выходе Ь и частотой Г; 2 н выходе с, где Р; - частота возму- (+А; ) и , (-А ), щеощего сигнала в х-м периоде. Блок Он) 1 ф /4 Р (.1 Р/ На первый вход поступают значения частотой Р 2 (фиг. 4 б), где У - 5 знакового разряда сумматора 4, а на част отоевторой вход - импульсы с выхода блоБлок 9 управления представляет со- ка 9 управления, соответствующие мобой счетчик с логическими элементами ментам измерения А и А, ( фиг. 4 з). а входе и дешифратором на выходе. Вентиль 14 управляет пбступлением ременные диаграммы работы блока 9 20 тактирующих импульсов с первого выхоравления приведены на фиг4. На да с блока 9 управления, которые по-, ступают на первый вход вентиля. Вентиль 14 открывается и пропускает так(фи 4 б) - с выхода й. тирующие импульсы по сигналу, постун 14 сАналого-цифровой преобразователь 25 лающему на второй вход вентиля 3 осуществляет измерение и преобра- выхода анализатора 13 зование в цифровую форму поступающих Вентиль 15 пропускает тактирующие на его вход мгновенных значений вы- импульсы сумматора 17, соответствую" Ходного сигнала. омгнала Команда на преобра- щие положительным значениям (+А ), Эование поступает с выходавыхода с блока 9 ЗО,Первый вход вентиля соединен с з акоуправления (фиг. д).(ф 4) вым разрядом сумматора 4, а на второйСумматор 4 предназначен для полу- вход поступают тактирующие импульсы чения среднего значения постоянной с выхода вентиля 14,Вентиль 16 пропускает тактирующие ,составляющеи=, -вс Ц,о; - - Е А в паузе 35 импульсы сумматора 18, соответствующие отрицательным значениям (-А 2; )в начале посылки и для получения мо- Первык вход вентиля соединен с знадулей и знака центрированных мгновен- ковым разрядом сумматора 4, а на втоных значений сигнала реакции четырех- рой вход поступают тактирующие имполюсника 2 после вычитания из мгно пульсы с выхода вентиля 14, венных значений выходного сигнала Сумматор 17 предназначен для полуАв, среднего значения постоянной составляющей 13. На вхоц сумматора чения суммы(+А), На вход сум 4 поступает цифровой код с выхода ьАЦП, Сигнал управления сумматором 4 45 матора поступают модули значений А поступает с выхода с блока 9 управле- сигнала реакции с основного выхода(ф 4) сумматора 4. Суммирование осуществляиия (фиг. д).В регистре 10 хранится среднее ется с приходом тактирующих импульн чение постоянной составляющей сов с выхода вентиля 15, которые соэ ась. э . ени3 сь. этого значения осущест ответствуют положительным значе ям. апись. э впяется регистром 10 с второго выхо- (+А 2,1). да сумматора в к п 4 в онце паузы по ко- Сумматор 18 предназначен для полуьЬ маиде, поступающей с выхода о, блока9 управления (фиг. 4 е). Значение чения суммы,У (-А; ), На вход сум.с выхода регистра 1 О в дополни (зч-а) Р 1тельном коде поступает на второй матора поступают модули значений вход Ь сумматора Ь 4 А " с основного выхода сумматора 4.Ю 15 едназначен для полу- Суммирование осуществляется с прихоСумматор предназ а чения суммы отсчетов модулв модулей мгновен- дом тактирующих импульсов с выхода7 1429048 Я соответствуют от- мущающего сигнала, а на счетный вход ям (-А, ), счетчика 12 поступают импульсы стаЬ 1 еназначен для полу- бнльной частоты с выхода генератора1 Р 11. В конце каждого периода возмущающего сигнала на выходе счетчика 21:5образуется код Б, пропорциональный Рвыи вход сУммато частоте этого периода, Счетчик 12 устанавливается в "О в конце каждого ного выхода сумма- периода по команде с выхода блока 91 10 управления (фиг. 4 ж), которая посту 4 1 )1 ф пает на управляющий вход счетчика,.Индикатор 8 результата и частотыпредназначен для хранения дискретных иода сумматоразначений ФЧХ (Р, и, кода 1)1;, отщеделя(+А") в дополни 15 ющего частоту О;, которые Поступаютв каждый период возмущающего сигналауправления сум- соответственно из вычислителя 7 и т с выхода блокасчетчика 12, Команда на запись в ине каждого периодадлкаторы 8 поступают в каждый период с а (фиг. 4 ж).20 с выхода е блока 9 управления фиг,4 ждл и лУ Устройство работает следующим об) Р 4(А - -А;разом,й : ( АБ 1)" После запуска посылки возмущающегосигнала во время паузы, т.е. При нуатора поступает 25 левом возмущающем сигнале, осуществляется измерение среднего значения с дополнительного постоянной составляющей выходногосигнала. За время лауэы Р (4 иуг. 5 б)на второй вход с . АцП осуществляет измерение Э 2-х мгно 30 венных значений выходного сигнала(фиг, 4 д) А),(фиг.5 в). Эти значенияпоступают на вход сумматора 4, гдеза время паузы образуется суммаумматором 20 по- ыблока 9 управлеА , епенне на 32 дпя пепученняг вентиля 1 б, которыерицательным значениСумматор 19 предчения разности сумми Р 4.) Р(4ра 19 с дополнительтора 5 поступает знна второй вход с вьй Р 417 - значение(ь 1 (4Сигнал управления сступает с выхода ения (фиг, 4 ж).Делитель 6 цифровых кодов предназначен для осуществления операции де"ления кодов чисел, получившихся навыходе сумматоров 19 и 20, Сигнал уп- яе 0равпения делителем поступает с выходае блока 9 управления (фиг. 4 ж).Вычислитель 7 осуществляет вычисление тригонометрической функции (2),определяя фазовые сдвиги для исследуе мой ФЧХ. Аргумент функции поступаетс делителя 6 цифровых кодов. Выходнойкод вычислителя 7 поступает в регистриндикатора 8. Сигнал управления вычислителем поступает с выхода блока 9 50управления (фиг. 4 ж),Генератор 11 предназначен для генерирования импульсов стабильной частоты, которые в счетчике 12 служатдля определения частоты в каждый период возмущающего сигнала, На разрешающий вход счетчика 12 поступает сигнал с выхода Ъ генератора 21, равныйпо длительности текущему периоду возсреднего значения постоянной составляющей 13= -" А осуществляетсяфн сдвигом сумматора на пять разрядов вправо, Полученное значение Бс второго (сдвинутого на пять разрядов) выхода сумматора 4 поступает в конце паузы на вход регистра 1 О, где хранится до конца посыпки. После паузы блок 9 управления пропускает четыре периода возмущающего сигнала для окончания переходного процесса в исследуемом четырехполюснике 2. В пятом периоде АЦП осуществляет измерение мгновенных значений сигнала реакции Аи А . при К=16 и р=32, соответствулцих и - ивозмуща" ющего сигнала для выбора пределов сум) )6мирования значений .(+А 1 ) иес") /41429048 10управляет пропуском тактирующих импульсов через вентили 15 и 16 на тактирующие входы сумматоров 17 и 18 64 п)б- , Е(а;(-(Е, (тй, )( 7 64- ,.к А;1- ,(-А;) 9Мб(-А ) в очередном периоде. ЗнаЬ-ф)/б7(1ния знаков кодов чисел Аб и А;21полученных после вычитания постоянйойоставляющей в сумматоре 4, с знаково 1 о выхода сумматора 4 поступают ванализатор 13, который на основе анатиза этих значений осуществляет выбори/бределов суммирования значения Г +А,21-А . Выбор пределов суммирова(н)16ия осуществляется открытием вентиля 14ачиная с шестого периода в каждом-м периоде возмущающего сигнала АЦПо командам с вьиода блока 9 управленя (Фиг. 4 д) через 1/64 этого перида осуществляет измерение и преобаэование в цифровую форму мгновен 1 х значений выходного сигнала Аьыначения А, в цифровой форме с вйода АЦП поступают на первый входумматора 4, в котором эти значенияСкладываются со значениями (3(о.у поступающими на второй вход сумматораЭ дополнительном коде, Таким образом,Иа вьмоде сумматора 4 образуется разность А ы; -13,=А; . Модуль этойразности поступает на входы сумматоров 5, 17, 18, а знак - на вход анализатора 13 и вентилей 15 и 16, ВСумматоре 5 эа каждый период воэмуща(1(щего сигнала образуется сумма ,64(йеДля деления етой суияяс начетыре осуществляется сдвиг сумматора на два разряда вправо, Сдвинутое64значение вА 2, с дополнительноиа а 1го выхода сумматора 5 поступает напервые входы сумматоров 19 и 20.Код знакового разряда сумматора 4,поступающий на вентили 15 и 16,которая является дискретным значениемФазочастотной характеристики, С выхода вычислителя 7 значение ;поступает на первый вход индикатора 8 результата и часготы. При коде знакового разряда сумматора 4 "1", что соответствует положительным +А , открывается вентиль915 и тактирующие импульсы поступают на тактирующий вход сумматора 17, на вход которого поступают модули значений 1 А 1 1, и осуществляется суммирование положительных значений +Ау;,Яг 1 и1т,е. Формируется сумма(+А; ),(н-(1(б При коде "0", что соответствует отрицательным -А(1, открывается вентиль 16 и. тактирующие импульсы поступают на тактирующий вход сумматора 18, на котором аналогично формируется сумма модулей отрицательных значений нб(й- /6 В конце каждого периода значения (1(б (1 Ы(+А,) и, (-А ) в дополни(дче(Ь (ь-16тельном коде поступают на вторые вхосумматоров 19 и 20, на первые входы которых поступают значениябу 4(А,"(, На выходе сумматора 19 в 1- (результате образуется разность64 п(б(йт 1 - ,. (+Ае,-) и на выходе " 1:( (мЦ 6сумматора 20 образуется разность64 (1(бс 1 Ат, (-( с (-Ас; )/. Значения рая- Ч ( Ь(6ностей поступают на делитель 6, Результат деления поступает в вычислитель 7, в котором осуществляется вычисление тригонометрической Функции,Анализ знака значений А и А,1(16 а( 3 а 55 осуществляется анализатором 13 в каж",дый период и устанавливает поеделы О/бЬ(6 суммирования (+А,") и, (-А )1429048 На второй вход индикатора 8 результата и частоты поступает цифровой код И;, пропорциональный частоте текущего периодаВ конце посылки в регистрах хранения индикаторов 8 образуются п пар значений Ч и Б,. Эти значения можно использовать для визуального наблюдения ФЧХ с помощью двух цифроаналоговых преобразователей и координатного 10 графопостроителя, а также испольэовать дискретные значения ФЧХ для построения амплитудно-фазовой характеристики или для расчетов на ЦВМ в задачах управления и идентификации, 15Использование в способе интегральных параметров сигнала реакции исследуемого объекта - плошадей выделенных участков сигнала - позволяет существенно повысить точность получения 20 ФЧХ в условиях присутствия в выходном сигнале случайной помехи,3, Устройство для определения фазочастотных характеристик электроэнергетических объектов, содержащее генератор перестраиваемой частоты, первый выход которого соединен с входной клеммой для подключения исследуемого четырехполюсника, к выходной клемме которого подключены последоваЗ 0 тельно соединенные аналого-цифровойпреобразователь, первый и второй сумматоры а также блок управления, генератор импульсов, соединенный с первым входом счетчика, регистр, тре 40 45 50 55 Формула иэ обретения 1, Способ для определения фазочастотных характеристик электроэнергетических объектов, основанный на кратном измерении в течение периода возмущающего сигнала мгновенных энаЪчений сигнала реакции, определении отношения измеренных значений и вычислении обратной тригонометрической функции результатов измерений, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения фазочастотных характеристик в условиях воздействия случайной помехи, измеряют Р раэ мгновенные значения сит нала реакции с равными интервалами времени за период возмущающего сигнала (Р)2), вычитают постоянную составляющую из сигнала реакции, измеряя ее в паузе перед началом определения фазочастотной характеристики, определяют для полученных центрированных мгновенных значений сигнала реакции номер и четверти периода возмущающего сигнала, когда происходит положительный переход через ноль сигнала реакции, в каждьй период возмущающего сигнала сумьщруют модули цейтри.,рованных измеренных значений сигналареакции за весь период, а за г.-ю четверть этого периода - отдельно положительные (вторая сумма) и отрицательные (третья сумма) величины измеренных мгновенных значений, из одной четвертой части первой суммы вычитают модуль второй (первач разность) и отдельно модуль третьей суммы (вторая разность), делят первую разность на вторую и определяют фазовый сдвиг как сумму арктангенса частного отделения и угла равного (и)-"22, Способ по п. 1, о т л и ч а 4 ю щ и й с я тем, что номер и определяют по знаку центрированных измеренных мгновенных значений сигналаПреакции в моменты - ивозмущающего2 сигнала в предыдущем периоде, причемесли оба значения положительные, топ=1, если первое отрицательное, авторое положительное, то п=2, еслиоба отрицательные, то п=З, если первое положительное, а второе отрицательное, то п=4,тий сумматор и последовательно соединенные цифровой делитель кодов, вы"числитель и индикатор результата ичастоты, с вторым входом которого соединен выход счетчика, два входа 6 локауправления соединены с вторым и третьим выходами генератора перестраиваемой частоты, четвертый выход которого соединен с вторым входом счетчика,первый выход блока управления соединен с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, первого ивторого сумматоров, второй выход - суправляющими входами счетчика, цифрового делителя кодов, вычислителя и индикатора результата и частоты, а третий выход - с управляющим входомрегистра, вход которого соединен свторым выходом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом регистра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены три сумматора, три вентиля и анализатор, первый вход которого соединен с знаковым вы 13 1429048 4ходом первого сумматора, первый вход ров, вторые входы которых подсоединепервого вентиля соединен с первым вы- ны к выходу первого сумматора, а выЖодом блока управления, четвертый вы- ходы - соответственно к первым входам Мод которого через анализатор соеди- пятого и шестого сумматоров, вторые йен с вторым входом первого вентилявходы которых подсоединены к выходу 1 зыход которого соединен с первыми вхо- второго сумматора, а выходы - соотДами второго и третьего вентилей, гетственно к первому и второму входам вторые входы которых соединены с зна- цифрового делителя кодов, управляюовым выходом первого сумматора, а щий вход которого соединен с управ 1 выходы - соответственно с тактовыми И ляющими входами пятого и шестого сум. ходами третьего и четвертого суммато- маторов.