Способ формирования сигнала, пропорционального обобщенному вектору трехфазной системы напряжений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 25165 А 1 9/1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ А(56) Авторское свидетельство СССРМ 298988, кл. Н 02 К 3/46, 1967,Кривицкий М,Я. и др. Датчик реактивного тока и физ, угла. - Деп. статья ЬЬ 166 ЭТ - Д 82, 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, сдвиВЕКТОРУ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ НАПРЯЖЕНИЙ(57) Изобретение относится к измеритель- но-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(5) 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 не- симметрии 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 со ставляющие, что, в принципе, можновыполнить только в установившемся, стационарном режиме трехфазной цепи, В связи с этим, наряду с упрощением, расширяется область применения предлагаемого спосо ба на случай нестационарных, аварийныхрежимов трехфазных цепей.В предлагаемом способе используютсяоперации формирования проекций обобщенного вектора, основанные на простых 15 операциях масштабирования и сложения(вычитания) сигналов, пропорциональных напряжениям в фазах контролируемой трехфазной цепи,Изобретение осуществляется следую О щим образом.Как известно, обобщенный вектор определяется по мгновенным значениям напря жений Оа, Оь, Ос (или токов) трехфазнойцепи по формуле25 Йт)= - (Оа + д Оь +д Ос), (1)23 Ф,Tгде а=еПроизведя преобразование, получим выражение:Й)= - О. -- (Оь+ О,)+2 133(4) 45проекции обобщенного вектора,В соответствие с формулами (3) и (4)проекции обобщенного вектора формируютс помощью операций масштабирования исложения (вычитания) сигналов, пропорциональных напряжениям в фазах контролируемой цепи.Обобщенный вектор(2) в показательнойформе следующий:55и(сьоГ+ 7 в 1 НфЯ 8=где О(т)= тгггк т Ог - амплитуда вектора;с/г(с ) = агссд - "- - фаза вектора.ООх Для реализации вектора производят умножение его проекций на о ртогональные напряжения опорных высокочастотных сигналов с частотой и - 3 и пс и соз пс,В результате получают напряжения г 01=Ох зи пс;102=0 у соз пс,(6) После сложения напряжений 01 и 02получают напряжение О =Охзи пс+Оусоз пс = Отги+ От вп гп +агото Г, ). гтгОх 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 Оа, Оь, 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 - 0 подключают на вход масштабирующего усилителя 1, на выход которого получают напряжение 2/3 О. Напряжение фаэ Ь и с подключают соответственно на входы масштабирующих усилителей 2 и 3, выходные напряжения которых 1/3 Оь 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 сигнал2 1Ох = 3 Оа - 3 (Оь + Ос), который, согласно формуле (3), пропорционален первой проекции обобщенного вектора, Напряжения фаз Ь и с подключают также на входы масштабирующих усилителей 6 и 7, с выходов которых снимают соответственно напряжения 1/ чЗ Оь и 1/ 1/3 Ос Полученный сигнал О представляет собой синусоидальное напряжение с частотой п, амплитуда которого равна амплитуде обобщенного вектора, а начальная фаза - фазе обобщенного вектора.Оа= Ов 8 и и с;Оь= Оп 1 зи (щсО); Ос= Оуп зи (в с+ 120 О). 30 35 Проекции обобщенного вектора в этом случае имеют вид О = - Оа -- (Оь+Ос) =2 13 340(8) 0 у = / - (Оь - Ос) = - Ов созвс. (9)1т 345Амплитуда обобщенного вектора приэтом определится формулой О(с) = О +Оу =О2 250а фаза обобщенного вектора формулой с/(с) = агссд - "- =ООх55=агссд ( - ссд вс) =вс - 90,так как - ссд а с = - сд (90-ол)= сд(ал). После вычитания этих напряжений в вычитателе 8 на его выходе получают сигнал Оу= (Оь-Ос), пропорциональный вто 1/з5 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 вторыевходы которых подают опорные высокочастотные сигналы зи пс и соз пс, формируемые на выходе генератора 11 опорных напряжений. Напряжения 01=Ох 3 и пс с вы хода пеРемножителЯ 9 и 02= Оу соз пС свыхода перемножителя 10 подают на входы сумматора 12, на выходе которого получают сигнал О= Ох зи пс+ Оу соз пс=О20= АР, . О вп(пт+ агота - "- ), пропорциОхональный обобщенному вектору напряжений контролируемой трехфазной системы напряжений.Рассмотрим действие способа и работу 25 устройства в случае симметричной трехфаэной системы, когда фазные напряжения определяются формулами5 10 20 Используя предлагаемый способ, после перемножения проекций обобщенного вектора Ох и Оу на высокочастотные опорные напряжения генератора зи пс и соз пс, получают следующие напряжения: 01 = Ох зи пс = 0 5 О соз (и - в) х х с - 05 О соз (и +в) с; (10);02 = Оу соз пс = - 0,5 О соз ( и - в) хх с - 0,5 О соз ( и + в) с, (11) На фиг. 2 а, б представлены временные диаграммы напряжений 01= Ох 3 и пс, 02=0 у хсозпс в соответствии с формулами (10) и (11). Частота и= 5 в взята достаточно низкой, чтобы облегчить построение кривых и проследить действие принципа.После суммирования напряжений 01 и 02 на фиг. 2 в показано выходное напряжение Оных=01+ 02, которое отражает его математическое представление в соответствие с формулой О = 01 + 02 = Ов соз (и +в)с ==От зп(пс+(вс - 90 )1. (12) Полученный сигнал представляет собой синусоиду высокой частоты и, амплитуда которой Ол 1 равна амплитуде обобщенного вектора, а начальная фаза ф=вс - 90 равнамгновеннойфазе обобщен ного вектора.При несимметрии трехфазной системы напряжений 08, Оь 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 век 1 пра.Использование сигналов, пропорциональных обобщенным векторам напряжений и токов трехфазной системы, позволит повысить точность и оыстродействие устройств измерения и релейной защиты энер 30 35 40 45 50 госистем, Это достигается тем, что частоту сигнала обобщенного вектора и выбирают существенно вцше 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 ющ и й с я 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 трехфэзной системы, вычитают из масштабируемого сигнала, соответствующего первой фазе, сумму масштабированных сигналов, соответствующих второй и третьей фазам, и принимают результат за первую проекцию обобщенного вектора трехфэзной 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.