Устройство контроля разности фаз для противоаварийной автоматики энергоситсем

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РАЗНОСТИ ФАЗ ДЛЯ ПРОТИВОАВАРИЙНОЙ АВТОМАТИКИ ЭНЕРГОСИСТЕМ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого(72) Авторы Курганов Владимир Васильевич Крышнев Юрий Викторович Баранов Алексей Геннадьевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О. Сухого(57) Устройство контроля разности фаз для противоаварийной автоматики энергосистем,содержащее шесть фазовых детекторов напряжений двух трехфазных источников питания, три вычитателя сигналов одноименных фаз двух источников питания и сумматор, отличающееся тем, что содержит генератор тактовых импульсов, элемент блокировки и два пороговых органа напряжения, причем первые входы каждого из фазовых детекторов предназначены для подключения к входным напряжениям двух трехфазных источников питания, вторые входы каждого из фазовых детекторов соединены с выходом тактового генератора, выходы первого, второго и третьего фазовых детекторов соединены с первыми входами соответственно первого, второго и третьего вычитателей сигналов одноименных фаз двух источников питания, выходы четвертого, пятого и шестого фазовых детекторов соединены со вторыми входами соответственно первого, второго и третьего вычитателей сигналов одноименных фаз двух источников питания, выходы вычитателей сигналов соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен со вторым 41272007.12.30 входом элемента блокировки, первый вход элемента блокировки соединен с выходом первого порогового органа напряжения, тремя входами подключенного к входным напряжениям первого трехфазного источника питания, третий вход элемента блокировки соединен с выходом второго порогового органа напряжения, тремя входами подключенного к входным напряжениям второго трехфазного источника питания, а фазовые детекторы выполнены на основе прямого преобразования Фурье без подстройки периода преобразования под период входных напряжений трехфазных источников питания.(56) 1. Техническое описание 40.002 устройств релейной защиты питающих линий(фидеров) и двигателей 40. - Разд. 2.1. Принципы работы цифровой техники защиты. Размещено на сайте производителя //////40 2. СССР 1576985, МПК 3 Н 02 9/06, 1990. Полезная модель относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики, и может быть, в частности, использована в устройствах быстродействующего автоматического включения резервного электропитания потребителей (БАВР) с синхронными электродвигателями. Известно устройство релейной защиты 1, которое состоит из микроконтроллера с микросхемами памяти, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блока дискретных входов, блока выходных реле. Цифровая техника обработки данных, используемая в данном устройстве, основана на алгоритме быстрого преобразования Фурье с синхронизируемой дискретизацией. Это означает, что одновременно необходимо измерять частоту сигнала и контролировать число выборок данных этого сигнала так, чтобы число отсчетов за период оставалось постоянным. Синхронизируемая дискретизация требует дополнительного блока для непрерывного измерения частоты входного сигнала и не позволяет с заданной точностью измерять разность фаз сигналов с различными частотами или при плавно изменяющейся частоте одного из сигналов. Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство 2, в котором для определения разности фаз используются три (по числу фаз) фазочувствительных блока, сумматор, фильтр и пороговый элемент с уставкой по фазе. Угол поворота векторов напряжения одного источника питания трехфазной электрической сети относительно векторов напряжения другого источника оценивается по изменению среднего арифметического значения модулей углов между соответствующими тремя парами напряжений первого и второго источников питания. Фазочувствительный блок предназначен для формирования фазоразностного сигнала, пропорционального разности фаз одноименных напряжений различных секций шин. Предлагаемое в 2 схемотехническое решение фазочувствительного блока содержит два оптоэлектронных фазовых детектора и вычитатель на основе логического элемента, что позволяет использовать для формирования фазоразностных сигналов три фазочувствительных блока. Недостатком данного решения является невысокая точность измерения разности фаз напряжений при наличии апериодической и высших гармонических составляющих в измеряемых сигналах из-за отсутствия входных фильтрующих элементов. На выходе фазочувствительных блоков и соответственно сумматоров формируется импульсный сигнал, поэтому для выделения постоянной(информационной) составляющей установлены фильтры, что вносит дополнительную инерционность в работу устройства. Задачей полезной модели является повышение быстродействия и точности измерения угла между векторами напряжений основного и резервного источников электропитания,что позволяет расширить функциональные возможности устройства. 2 41272007.12.30 Поставленная задача решается тем, что в устройство контроля разности фаз для противоаварийной автоматики энергосистем, содержащее шесть фазовых детекторов напряжений двух трехфазных источников питания, три вычитателя сигналов одноименных фаз двух источников питания и сумматор, введены генератор тактовых импульсов, элемент блокировки и два пороговых органа напряжения, причем первые (информационные) входы каждого из фазовых детекторов предназначены для подключения к входным напряжениям двух трехфазных источников питания, вторые (тактовые) входы каждого из фазовых детекторов соединены с выходом тактового генератора, выходы первого, второго и третьего фазовых детекторов соединены с первыми входами соответственно первого, второго и третьего вычитателей сигналов одноименных фаз двух источников питания, выходы четвертого, пятого и шестого фазовых детекторов соединены со вторыми входами соответственно первого, второго и третьего вычитателей сигналов одноименных фаз двух источников питания, выходы вычитателей сигналов соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого соединен со вторым входом элемента блокировки, первый вход элемента блокировки соединен с выходом первого порогового органа напряжения,тремя входами подключенного к входным напряжениям первого трехфазного источника питания, третий вход элемента блокировки соединен с выходом второго порогового органа напряжения, тремя входами подключенного к входным напряжениям второго трехфазного источника питания, а фазовые детекторы выполнены на основе прямого преобразования Фурье без подстройки периода преобразования под период входных напряжений трехфазных источников питания. Фазовые детекторы реализованы на основе преобразования Фурье без подстройки периода преобразования под период измеряемого сигнала, которое обладает фильтрующими свойствами и обеспечивает подавление помех в виде апериодической и высокочастотных составляющих во входных сигналах. Гармонические помехи, возникающие из-за несовпадения периодов напряжений трехфазных источников питания и преобразования Фурье,компенсируются путем сложения трех фазоразностных сигналов. Благодаря фильтрующим свойствам фазовых детекторов, наличию трех вычитателей и сумматора, сигнал на выходе сумматора содержит только постоянную (полезную) составляющую и не требует дополнительной фильтрации, что позволяет соединить выход сумматора со входом элемента блокировки без использования инерционного фильтра и увеличить быстродействие устройства при необходимой точности устройства. На фиг. 1 представлена функциональная схема заявленного устройства контроля разности фаз для релейной защиты, на фиг. 2 - графики помех в фазоразностных сигналах и их сумма. Устройство контроля разности фаз для противоаварийной автоматики энергосистем(фиг. 1) содержит тактовый генератор 1, выход которого соединен с фазовыми детекторами напряжений 2-4 первого и 5-7 второго трехфазных источников питания, выходы которых соединены с вычитателями 8-10 сигналов одноименных фаз двух источников питания, выходы вычитателей соединены со входами сумматора 11, выход сумматора соединен с первым входом элемента блокировки 12, второй и третий входы которого соединены с выходами пороговых органов 13, 14 напряжений двух источников питания, а выход является выходом устройства. Устройство работает следующим образом. На вход фазовых детекторов (фиг. 1) поступают линейные либо фазные напряжения двух трехфазных источников питания, например, основной и резервной секций шин электроподстанции. Фазовые детекторы 2-4 и 5-7, выполненные на программируемых логических микросхемах и имеющие общий тактовый генератор 1, выделяют фазы основных гармоник напряжений с помощью дискретного преобразования Фурье по формуле (1) где- отсчет фазы сигнала в момент времени- отсчет значения сигнала в момент времени- число отсчетов сигнала за период преобразования. Далее сигналы фазы подаются на вычитатели 8-10, на выходе которых формируются фазоразностные сигналы 1, 2, 3 одноименных напряжений основного и резервного источников питания. На сумматоре 11 фазоразностные сигналы 1, 2, 3 складываются и через элемент блокировки 12 поступают на выход устройства. Второй и третий входы элемента блокировки подключены к выходам пороговых органов 13 и 14 напряжений основного и резервного источников питания. Элемент блокировки необходим для исключения неверной работы устройства при отсутствии напряжения на основном либо резервном источнике питания, например при коротком замыкании. В исходном режиме при совпадении периода преобразования Фурье с периодом входных сигналов на выходе устройства присутствует только полезный сигнал, пропорциональный разности фаз напряжений двух трехфазных источников электропитания. В случае отклонения частоты одного из сигналов от номинального значения, например при свободном выбеге электродвигателей узла нагрузки, в фазоразностных сигналах 1, 2, 3 появляется помеха, обусловленная несовпадением периодов измеряемого сигнала и преобразования Фурье 020 где ИСТ - истинное значение фазоразностного сигнала в момент времениРАСЧ - значение фазоразностного сигнала в момент времени , найденное путем преобразования Фурье Т 0 - период преобразования Фурье Т - период измеряемого сигнала. Помеха, определяемая по формуле (2), имеет вид гармонического сигнала с амплитудой, зависящей от отношения периодов преобразования и сигнала, и фазой, зависящей от фазы входных сигналов. Так как на вход устройства подаются сигналы от трехфазных источников, углы между векторами напряжений в которых составляют 120, то и помехи на выходах вычитателей 8-10 будут сдвинуты относительно друг друга на такой же угол. При суммировании фазоразностных сигналов на сумматоре 11 гармонические помехи компенсируются (фиг. 2), и выделяется полезный сигнал в виде постоянной составляющей, пропорциональный фазовому сдвигу между одноименными напряжениями двух источников питания. Полезная модель может быть реализована на аналого-цифровой элементной базе. Фазовые детекторы напряжений первого 2-4 и второго 5-7 источников сигнала выполнены на программируемых логических интегральных схемах, тактовый генератор 1 - на микросхеме таймера, вычитатели 8-10 и сумматор 11 - на операционных усилителях, пороговые органы 13, 14 - на аналоговых компараторах блок 12 - как ключ с двумя управляющими входами, объединенными по логической схеме ИЛИ. 4 41272007.12.30 Таким образом, благодаря реализации фазовых детекторов на основе преобразования Фурье и построению схемы достигается повышение быстродействия и точности измерения угла между векторами напряжений основного и резервного источников электропитания, что позволяет расширить функциональные возможности устройства. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5