Способ измерения параметров периодического сигнала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 9/02 08, С 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(46) 15,11,88. Бюл. Мг 42(7 1) Институт электродинамики АН УССР(56) Будкин В.В Овчаренко Н.И; Способ повышения быстродействия измерительных органов защиты при электромагнитных переходных процессах.Электричество, 1974, У 8, с, 76-78.Авторское свидетельство СССРУ 1126888, кл, С 01 К 19/02, 1984. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СИГНАЛА, (57) Изобретение относится к области 80143794 электротехники и.может быть использовано в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем. Целью "изобретения является повьфиение точ ности измерения периодической составляющей сигнала путем отстройки от апериодической составлякщей. Способ измерения заключается в том, что на отрезке времени мезду двумя экстремумами (максимумами или минимумами) сигнала определяются параметры отрезка прямой, аппроксимирующей апериодическую составляющую сигнала. Действующее значение периодической составляющей сигнала определяется какдействующее значение разности мевду значениями сигнала и аппроксимирую" щей прямой. 6 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах релейной защиты и автоматики энергосистем.Целью изобретения является повы"5 шение точности измерения периодической составляющей сигнала путем отстройки от апериодической составляющей.Любой переменный сигнал, в частном случае, например, ток в релейной защите, можно представить в виде суммы периодической и апериодической составляющих: 10 1(е) - ,(е) +(е) (1) где Ха=э 12 1 соз (сд Т+еЬ) - периодическая состав 20 ляющая;- апериодическая состав-фменемзависимостью 1= в + 1, гдеДСЯ -в-- момент первого экстремума периодической составляющей измеряемого сигнала (тока). ляющая;1 - действующеезначение периодическойсоставляющей,И - круговая частота,01 - угол включения.На фиг. 1 представлена диаграммаизменения периодического сигнала вовременип апериодическаясоставляющаяэтого сигнала, на фиг. 2 - функциональная схема, реализующая способна фиг. 3 - пример реализации блокауправления, на фиг. 4-6 - примерыреализации функщональных блоков.Положим, начиная с момента экстремума периодической составляющей,на протяжении периода промышленнойчастоты с интервалом дТ происходитизмерение тока.Пусть период разбит на М участков, 452где М = , а измеряется М значенийЯДСтока, причем Б = М + 1.Тогда измеряемый сигнал, в частости ток, можно представить в видемассива значений у , 3 = 1 И.р 1Параметр Е связан с текущим вре массив значений периодической составляющей,- массив значений апе- риодической ау составляющей КЗ,Мк. 11эlа = --М11Знак + соответствует случаю у с у, (массив у начинается с максимального значения), а знак "-" соответствует случаю уу, (массив у начинается с минимального значения) .Аппроксимируем массив значений тока У , Е = 1 1 по методу наименьшихквадратов прямой Е = С + С ,1,уус ЕКоэффициенты С, и С вычисляютсяпо формулам:)аЦ О И аС , = Ау - В , у .1,д зЦ ЦС, =-В, у, +С,Гу,1;Ц1 1С =-В су +С у Л,1-1 При достаточно медленном изменении апериодической составляющей 1 примерно совпадает с моментом экстремума полного тока,С учетом выражения (1) массив значений тока переходного режима у может быть разбит на два массиваау=у+уТ 1Ц 1где у = 112 Е соз (ы 1+14379 ражения С1точног Д)2 У расчетаскорГ 2 1- тоги ф к оэфф ент можно 35 Г 2 1)т 40 П к коэффицвлияет на енту С, практиочность опредечения сигнала ежде всего ных значений апериодической в чески мал ления (тока) от кол и О вующего з зависитва дискре линейност е степ оставлериоде изопределеиодическоала запомийствующеетавляющей ерения, аия моменющеи на точнос акже составнания инзначение сигнала та эксляющейформаци мума п для н Б и, т.е. д ической со будет рав ретного значения где 3 - но с 55период (тока) о гналанальныреализ Функци обработки щего диск ок 4 первично умножение тек чения сигнала етного з кого зам ния на порядко тока ко Принимая во внимание что уп1Г 2 1 сов(И 1 + а), 1 = 1, получим и 421С = +С 2 = О. При достаточно большом И С -О. Следовательно, при аппроксимации по методу наименьших квадратов сигнала (тока) (1) практически аппроксимируется участком прямой только апериодическая составляющая, а периодическая составляющая отфильтровывается:С, = С, + С, = С,а а а15С =С, +С:С Если апериодическая составляющая хорошо аппроксимируется отрезком прямой, массив значений периодической составляющей сигнала можно определить 20 как у = у - у : у - Е ,1 = 1 МН ах) т та действующее значение периодической составляющей тока можно найти из выектировать на величину + а уточненное действующее значениигнала (тока) будет равно 45 4 где у - дискретные значения сигнала (тока,И - количество точек квантова ния,4 И+2 612 Я 2 Я 2 - Я6 122Я 2 Я 2, Яз Я )Б = уГ)УНа фиг. 2 представлена функциональная схема технической реализацииспособа определения параметров периодического сигнала.Блок-схема измерителя параметровпериодического сигнала содержит датчик 1 информации, блок 2 квантования.блоки 3-5 опредепения величин Б ББ, (блоки первичной обработки), блок5 управления, блок 7 ключей, блоки8 и 9 опрецеления величины С С 2(блоки вторичной обработки) измери)тельный блок 10,Блок управления в данном устройстве определяет экстремум измеряемогосигнала, фиксирует начало выполненийцикла измерения и открывает функциональные блоки 3-5. Блок управленияпроизводит также отсчет номера дискретного значения сигнала, начинаяс начала цикла измерения, выполняетпередачу значения текущего номера вфункциональный блок 4 первичной обработки. Блок управления производитопределение окончания цикла измерения, после чего с определенной задержкой передает управляющий импульсна открытие блока 7 ключей и с определенной задержкой передает управляющий импульс на сброс информации и запирание функциональных блоков 3-5первичной обработки и блока 7 ключей.Система определения параметров .апериодической составляющей состоитиз трех функциональных блоков первичной обработки. В блоке 3 производится определение параметров Б, согласно выражению5 143 выл номер значения, который поступа- ет из блока управления, н суммирование полученных значений, т.е. реализуется определение параметра Я.иЯуД.)чФункциональныи блок 5 первичной обработки реализует возведение в квадрат текущего значения сигнала и суммирование полученных значений, тем самым реализует вычисление на периоде измерения параметра Я.кБлок 7 ключей служит для передачи информации после окончания цикла измерения о значениях параметров Я и Яв функциональные блоки 8 и 9 вторичной обработки, а также передачи информации о значениях Я, Яи Яэ в выходной измерительный блок.В функциональных блоках 8 и 9 производится определение параметров апериодической составляющей, которая на периоде измерения представляетсяВ функциональном блоке 9 производится определение параметра С согласно выражению С = -ВЯ, + СЯ , где С - постоянный коэффициент, причем 20,12 с = - ,из дФункциональны измерителььг блок10 реализует определение действующе го значения периодической составляющей тока короткого замыкания согласно выражению 11 = - , (у - 2 ) 30 2 СЯ 2 С 1 7946 6в виде отрезка прямой 2 = С, + С 3,11 НВ функциональном блоке 8 произво дится определение параметра С согласно выражению С . = АЯ, - ВЯ , гдеА и В - постоянные коэффициенты, которые зависят только от количестваточек дискретизации, причем 1 О4 М+2А = )иг. 3 представлен блока управления, 1 - устройство опр ума сигнала, 12 -14 - логический Н лизаример реагде обозна- деления люч, 13 лок, 15 -о экстрем ксчетчик, бблок задержки.Блок управления работает следующим образом.Дискретные значения сигнала тока короткого замыкания поступают в устройство определения экстремума, управ ляющий импульс подается на включение Функциональных блоков 3-5 измерителя и на замыкание ключа 12, через которые начинают поступать информация в счетчик 13, который определяет номер текущего значения сигнала. Выход счетчика связан с входом логического блока 14 и входом функционального блока 4 устройства. Логический блок срабатывает в том случае, если 1=И. Тогда через определенное время после выполнения операции определения параметров Я Я , Я в функциональных блоках 3-5 устройства подается черезн ункциональныистройства можеснове пяти уи масштабным к функционального пр змерительный блокбыть реализован жителей, сумматоэффициентами иобразователя 5 блок задержки управляющии импульс наразмыкание ключа 12, на обнулениезначения 1 в счетчике 13, на замыкание блока 7 ключей устройства, назапирание функциональных блоков 3-5 0 устройства. Через определенное времяпосле передачи значений Я Я,. Яблоком 7 ключей устройства блок задержки посыпает управляющий импульсна эапирание блока 7 ключей и обнуле ние значений Я Я, Я в блоках 3-5устройства. Затем цикл управленияначинается сначала,На фиг. 4-6 представлены примерыреализации функциональных блоков 3-5первичной обработки сигнала, где обозначено: 16-18 - ключи, 19-21 - сумматоры, 22 - умножители, 23 - квадратор.143794 бСледует подчеркнуть, что предла- Ф о р м у л а гаемый измеритель действующего значения периодической составляющей то = Способ изм ка короткого замыкания может быть, риодического5.легко реализован с использованиемв том, что за микропроцессорной техники. отсчета, фикс8Изобретения орядковый номер дискреого значения сигнала,исло точек к овани значение перигнала,6 искретническог4 И + У 2 дгПроцесс измерения происходит следующим образом,Сигнал тока короткого замыкания 10снимаемый с датчика информации, поступает на устройство дискретизациисигнала. Блок управления определяетэкстремум тока короткого замыканияи подает управляющий импульс навключение функциональных блоков 3-5 пер 1вичной обработки сигнала, куда поступают текущие дискретные значениясигнала. Блок управления производит;отсчет порядкового номера дискретного значения сигнала, которое передается на вход функционального блока 4.Блок управления выполняет отсчетцикла измерения, равного периоду измеряемой периодическои составляющейч 25тока короткого замыкания. После поступления последнего Б-го дискретного значения сигнала и окончания опре-деления в блоках 3-5 параметров Б;,.Б, Бз блок управления открывает 30блок ключей для передачи значений ББ в блоки 8, 9, а также передачийзначений Б Б , Б в функциональныйизмерительный блок 10, где определяется действующее значение периодичес- З 5кой составляющей тока. После открытия блока ключей блок управления обнуляет значения ЯЯ , Б в блоках3-5 и подает управляющий импульс назакрытие функциональных блоков 3-5. 40Затем происходит новый цикл измере.ний. ерения параметров песигнала, заключающийсядают интервал времениируют момент достижения,экстремума сигнала, от этого моментапроизводят отсчет заданного интервала и на этом заданном интервале с определенным шагом квантования производят выборку мгновенных значенийсигнала, по полученным значениямопределяют величины параметров сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерения периодической составляющейсигнала путем отстройки от апериодической составляющей, эа интервалотсчета берут период частоты периодического сигнала, апериодическую составляющую на заданном интервалепредставляют отрезком прямой,К, =С,+С,З, а действующее значение периодической составляющей 1 находят по формуле 11437946 Ап устрОостда доекреюцьацииОт бвока упрабяенияОч устройст йюлрещизор,Ходанич Корректор М.Демчик остав ехред О. Спе сивых Редакт Заказ 590/ Подписноета СССР открытиил наб., д, 4 едприя тие, г. Уж венно-полиграфич 1 е Ою усщройслдцскрещизац Ощу гойет воскр заци блока управления Тираж 651 ф ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раушск д, ул. Проектная, 4