автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Методы и средства обработки входных величин микропроцессорных устройств релейной защиты

ЛЕНИНГРАДСКИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи УДК 621.316.025

СИДИРЯКОВ Евгений Витальевич

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ

ВХОДНЫХ ВЕЛИЧИН МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

05.14.02 —- Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЛЕНИНГРАД 1991

Работа выполнена на кафедре теоретических основ электротехники Чувашского государственного университета км. И. Н. Ульянова.

Научный руководитель—кандидат технических наук,

доцент В. М. ШЕВЦОВ

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Э. М. ШНЕЕРСОН

— кандидат технических наук, доцент А. В. БУЛЫЧЕВ

Ведущая организация — Всесоюзный научно-исследовательский, про-ектио-конструкторский и технологический институт релестроеиия (ВНИИР)

ного здания на заседании специализированного Совета К 063.38.24 Ленинградского государственного технического университета (195251, Ленинград, Политехническая, 29), ал/а £Г{ {¿¿АШск. Ш&Г.

Отзывы на автореферат в"двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим присылать по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

г. в 1у часов в а уд. глап

Автореферат разослан „

1991 года.

Ученый секретарь специализированного Совета

А. И. ТАДЖИБАЕВ

- 1 -АННОТАЦИЯ

Целью диссертационной работы является развитие методов я разработка технических средств обработки электрических величин - универсальных входных блоков микропроцессорных устройств релейной защиты.

Для досгязеякя поставленной цели необходимо репать следующие задачи:

1. Составления махроопясания и Еыбора рациональной структуры зу.сданх блоков.

2. Оптимизации параметров и характеристик кходпих трзисформатср-1шх датчиков.

3. Развития алгоритмов обработки и фильтрация входных величин, ориентированных на использование в реальном тете времени в ?»5кро-процессорных устройствах релейной запреты.

4. Анализа я оценки точностных характеристик а параметров ВХОДНЫХ бЛОКОБ.

5. Автскатнззцня исследований, отладки а диагностики входных блоков.

На защиту еуносятся:

1. Результаты анализа предлогеншого иунтсвого трансформатора тока - нового типа преобразователя тока в капрагеяке - с улучшенными техническими характеристиками.

2. Разработанные рекурсивные алгоритма фильтрации основной гармоники электрических величину имеющие минимальное число операций.

3. Способ адаптивной фильтрации основной гармоники токов и напряжения, обеспечивающий повышенную точность в условиях интенсивных переходных процессов в сети.

4. Аналитическое описание погрешюста входных блоков с использованием как детерминированных, так и вероятностных методов.

5. Структура автоматизированного диагностического комплекса, предназначенного для исследований, отладки и контроля параметров входных блоков в условиях проектирования и производства.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Интенсивное развитие электроэнергетики выдвигает задачу обеспечения иадеетой работы и повышения уровня эксплуатация энергосистем. На реиение дайной задачи направлено дальнейшее совершенствование устройств релейной защиты и противоава-риЯиой автоматики путем реализации их иа базе микропроцессорной техники. Это открывает широкие возиовностм по реализации перспективных алгоритмов цифровой фильтрации, слоаных характеристик изме-

рительшх органов и логических функций современной релелшй защиты.

Выполнение одакх из наиболее ответственных и сложных операций в алгоритмах функционирования микропроцессорных устройств - осуществление аналого-цифрового преобразования, аналоговой и цифровой фильтрации, рада других функциональных преобразований входных электрических величии - вторичных токов и напряжении, параметры которых несут информацию о ревииах защищаемых энергообьектов (линий электропередач, генераторов, трансформаторов и т.д.), - в цифровых защитах возлагается на входные блоки. Вследствие этого точность параметров срабатызаыкя всей защиты во многом определяется функциональным к техническим совершенством ВБ. Б связи с этим тема диссертационной работы является весьма актуальной.

Данная диссертационная работа связана с выполнением Целевой комплексной научно-технической программы 0.Ц.003 (задание 03.04 подпрограмм 0.01.ОВД) н 0.Ц.027 (раздел 03 задание 0i.02.B4) ГКНТ при СМ СССР.

Обазя методика исследования. При решении поставленных задач использовались совреиенкые методы вычислительной математики, теории дифференциальных и разностных уравнений, элементы теории вероятностей, фундаментальные положения теории цепей, математическое и физическое моделирование, экспериментальные исследования.

Научна« новизна. В работе решен рад теоретических и прикладных задач по реализации входных блоков микропроцессорных устройств релейной защиты. В частности, применительно к структурам входных блоков:

-- сформулировано их какроопксааие;

- на основе макроописания выделено три основных типа преобразования входных блоков.

Для измерительных входных цепей устройств защит:

- предложен новый тип преобразователя тока в напряжение - иун-тоеой трансформатор тока, - и развита его теория;

- на уровне изобретения предложен преобразователь "напракение-напряЕекке", обладающий незначительной фазоЕой погрешностью при малых уровнях напряжения.

Применительно к алгоритмам цифровых фильтров основной гармоники:

- исследованы рекурсивные фильтры с минимальным числом операций и приведена кх классификация;

- предложен нерекурсивный алгоритм ортогонализацми электрических сигналов, имеющий минимальное число операций;

- разработано на уровне изобретение устройство адаптивной фияь-

трации сигнала основной частоты в условиях сильных переходных процессов.

Относительно точностных характеристик входных блоков:

- получено аналитическое описание погрешности на основе вероятностного анализа и произведено его сравнение с детерминированными оценками;

исследовано влияние эффектов квантования с учетом помех и шумов во входных цепях с использованием макромодели входного блока и его проходной характеристики.

Для автоматизации проектирования и испытаний входных блоков:

- создан современный автоматизированный диагностический комплекс на базе ЭВМ класса ДЕК, для которого разработаны каналы регистрации и имитации.

Практическая ценность результатов работы. В диссертации разработаны прикладные вопросы реализация технических средств обработки входных величин - универсальных входных блоков микропроцессорных устройств релейной защита.

Разработан шунтовоа преобразователь тока в напрязенйе, -имйхяцкй улучшенные технические характеристики в троком- диапазоне преобразования (угловая погреаиость 1-3 эл. градуса) при минимальных ве-согабаритккх показателях, и развита его теория.

Предложены практические алгоритма фильтрация основной гармоники сетевых величин с минимальным числом операций, которые ориентированы на использование в микропроцессорных устройствах релейной защиты, работающих в реальном тесте времени.

Реализован адапгивныЯ фильтр основной гармоники электрических величин, жепользувцай заграждающий фильтр, к поззоллюгциа точно выделять контролируемые параметры тока или напрлгенил в условиях интенсивных переходных процессов.

Создан, комплекс программных средств автоматизации и исследования входных блокоз: прогрсмиз расчета сунтозого трансформатора тока; прографи цифрового уоделироганат работы входных блоков и библиотека программ диагностирования их параметров и характеристик; рабочие програмш входных блоков.

Спроектирован согрешений автоматизированный диагностический комплекс (АДЮ на базе ЭБН класса ДВК.для: которого разработаны каналы регистрации к китацка злектрических величин релейной защиты.

На основе теоретических исследований а экспериментов на АДК создана универсальный входной блох мгновенных отсчетов для комплексной зациты генератора, а также входной блок ортогональных'состазля-

ющих на базе ыикроЭШ КР1816ВЕ31 для дистанционной защиты.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты, полненные в настоящей диссертационной работе, использованы во ВНИИРелестроения при разработке комплексной микропроцессорной систеш защиты автономных электроэнергетических систем и выполнении хоздоговорных, научно-исследовательских работ в Чувашском государственной уннперситете км. И.Н.Ульяцова, а такте при автоматизации испытаний устройств РЗА.

Апробация работы. Основные катерна ai и результата диссертационной работы докладывались и обсуздались ка совместна паучш-технк-ческих конференциях молодых учета и специалистов ВЮШР-ЧЭЛЗ-ЧуЕГУ (Чебоксары, БНИИР, 1985, 1S87), на I Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы комплексной автоматизации электроэнергетических систем на основе микропроцессорной техники" (Киев, ИЭД АН УССР, 1990), на Всесоюзном сешшаре "Кибернетика электроэнергетических систем" (Новочеркасск, НПИ, 1930), на Всесоюзной научно-технической конференции "Современная релейная защита электроэнергетических объектов" (Чебоксары, БНШР, 1891), а таксе на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Чувааского государственного университета (Чебоксары, 1983-1991).

Публикации. По тепе диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе,5 авторских свидетельств СССР.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литература из 88 наименований, прилояеиий. Общий объем работы 213с., включает: 128с. ыашшописного текста, 43 рис. и 14 табл. на 4Sc., список литературы на 9с. и 40с. приложений.

В ходе работы над диссертацией автор пользовался научными консультациями канд. техн. наук,'доцента Лямеца В.Я.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражены актуальность проблемы, научная новизна, практическая, ценность и очерчен круг вопросов, рассмотренных в диссертации.

В пер, вой главе дан анализ современного состояния и рассмотрены тенденции развития методов и средств обработки электрических величин - входных блоков микропроцессорных устройств релейной защиты.

Основной цель» данной главы явилось рассмотрение наиболее харак-

терных алгоритмов обработки сигналов и реализующих их соответствующих средств - входных блоков. Затем, на этой основе прослеживались тенденции развитая средств обработки сигналов в микропроцессорных устройствах.

Основу анализа алгорггаоа обработка величин релейной защиты составляет их макроописанае. Это связано с тем, что вне зависимости от используемой элементной базы контролируемые параметры релейной защиты остаются веизыешшаи. Последней обстоятельство поззоляет Еыделить три типа входных блоков, реализующие основные алгоритмы преобразования (или наделения): а) интегральных параметров - для защит,реагирующих на полные ток или напряжения; б) мгновенных выборок - для всех типов защит, включая я дифференциальную; б) ортогональных составлявших - для защит, реагирующих на основную гармонику (например, дистанционная или другие направленные защити).

Различные алгортгш преобразования входных величии в релейной защите нхеют разную чувствительность к помехам, которые обычно ограшгшгаптся соответствующими аналоговыми или аналого-дискретшага предварительными фильтра:.«. Описание процессов з ана-лого-дискретных фильтрах является важной задачей. Оно выполнено на основе теории ыатричпых дифференциальных и разностных уравнений, что позволило подучить АЧХ этих фильтров

Здесь Е - единичная катргца, - катрща состояния фильтра ка г*-ом интервале гладкости,/г- число интервалов гладкости, / -коэффициент связи импульсного воздействия и пережита состояния. Для аналого-дискретных фильтров микропроцессорных устройств релейной защиты число интервалов гладкости,как правило, равно Д = 2 (резвш выборки и хранения), тогда вырагенио (I) дает

и,- 1 гН&ЩЯ* е'"Т1Е-1, 7 £ч г )[, -рщ-1, * ~^-4У

Определение параметров электрических величия методами цифровой обработка при их дискретизация с фиксированной частотой в случае изменения частота сети приводит к возникновению погрешностей. В связи с этил в дайной главе проанализированы различные варианты устройств синхронизации и предложена практическая схема, в наибольшей степени учитывающая процесс изменения частоты в электрической сети (рис.1).

Основной тенденцией дальнейаего развития и совершенствования входных блоков является использование структур с препроцессором, которые достаточно многофункциональны и позволяют реализовать наиболее перспективные алгоритмы преобразования-- выделения ортогональных составляющих.

Вторая глава посвящена анализу и оптимизации трансформаторных датчиков входных величин релейной защиты.

Одшш аз путей ее ргаешя является применение так называемого шунтового трансформатора тока, иыекдгго измерительные обмотки и короткозагашутую, вшолнешу» в виде сшюаного медного контейнера.

Моделирование щунтозой обиотки в виде цепи с распределенньага параметрами (рис.2) позволяет прийти к уравнению Бзсселг.

«о

¿2г £ а^Г где.£Г - обобщенная переменная, равная

Тогда формула передаточных сопротивлений, связанных соответственно с внешней и внутренней измерительными обмотками, имеет вид

Z8f(HS ß/4 ' - l (3)

А= Тс ' Тс

где Ig и ка иодифкцкров«шше функции Кельвина. Дл.1- аналитического исследования Солее пригодно упрощгнное описание

b'jvUfiLsitäte-sA-Tl' 1 (4)

№ = ß ^^г csc^ > J

являющееся результатом разлогения функций Кельвина в выражении (3). АЧХ шунтового трансформатора, (для типоразмера К15Х10Х4, ыапштопро-вод пермалой 79ЛМ, а« 0.6ш) й зависимость передаточных характеристик ог голщи;:ы (трансформаторов двух габаритов К15Х10Х4 - 1 и 1(100X90X20 - 2), полученное по формулам (3) и (4), из расчета цепочечной схемы и экспериментально доны на рте.З и рис.4. Расчеты проведены на промышленной частоте для медной ьунтовой обмотки - кон-тейнера-по цепочечной схеме (РЦС) и гиперболическим функциям (РГФ). Причем номера на '-рафике оиотЕетствукт(через тирс даются габариты): i - arg 2f1 ', РЦС-i; 2 - *rg Jfi , РГ5Н.; 3 - btz ^ , РЦС к PH&-2

Рас.!. Вариант устройства синхронизации.

< «г

<*1 «в

МАИ*

< ■. '

11

.... 0

**

Рис.2. Схеьшые модели аунтового трансформатора.

• 4«!---

яиЫ 2{М, /тле/.

1,В

т>42.

-ааИ^А

о го" я' яг да5Гц

Рас.З. Передаточные функции. Рас.4. Зависимость передаточных

функций от толщины.

\! 4

Рис.5. Шуитовой прообразова тель.

ч <1

/ N \ \

Г V \ \

у

цэа^

г

■ч.

1

---- .X , ,.

я' с

Г

Рис.6. АЧ1 преобразователя. Рис.?. А£>Х преобразователя.

(совпадение); 4 - arg Zgft РЦС-1,2 и РГФ-1,2 (совпадение);

5 - mod 2ц , РЦС и PPJ-1 (совпадение) и nod Z2f , РЦС-i;

6 - mod ¿¿f , РГ5-1; 7 - nod 2*/ , РЦС и РГФ-2 (совпадение) я mod Zji , РЦС-2; 8 - mod 2Sf , РГФ-2.

Данные АЧХ иллюстрируют свойства трансформатора и в то se время устанавливают частотную.границу принятых допущений. Практически целесообразная голл|ина по меди нунтозой обмотки, как видно из графика, составляет 1.5 - 2ш.

Щунтовой преобразователь (рис.5) для практических применений целесообразно использовать с внешнем измерительной обмоткой (2), поскольку такое расположение обеспечивает минимальное сопротивление щунтовой обмотки (4), а операционный усилитель (1) обеспечивает согласование с остальными узлам микроэлектронных защит.

АЧХ опытных образцов шунтовых преобразователей на основе операционного усилителя приведены на рис.6. Причта кривые i и 3 соответствуют трансформатору KK15XI0M с ыагнитопроводоа - пермаллой 79Ш и d- 0.6 мы (1 - верхнее, а 3 - внутреннее расположение измерительных обмоток), а 2 - трансформатору КХ15Х10Х4.5 с магнатопрозо-доы - феррит 2000Ш и d = 1.0 «а с верхним расположением измерительной обмотки.

Экспериментальные АФХ эт^х преобразователей приводятся па рис .7, где номера 1 и 2 соответствух)т характеристикам трансформаторов рис.6.

В третьей главе рассмотрены зозгюяности упрощения алгоритмов цифровых фильтров с разными типами опорных сигналов и решены две основные задачи. Первая - анализ и синтез минимальных по числу операций фильтров ортогональных составляющих с конечной и бесконечной импульсными характеристиками. Вторая --синтез адаптивных фильтров ортогональных составлявших входных величин, обеспечивающих повышенную точность в условиях интенсивных переходных процессов а сета.

Все многообразие структур рекурсивных алгоритмов выделения основной гармоники в самом общем плане различается местом компенсации побочмда-арюыих, образующихся в процессе ушюгеяия входной величины ¿(&) на опорный вектор ФКйУ

Y<k>'- ¿(i) ?><£>, ■ ■ . (5)

что и образует начальный этап преобразования.

Упрощение алгоритмов фяльтроз может быть достигнуто как за счет

- iO -

соответствующей организации второго этапа преобразования, так и за счет операции умножения (5). Последнее приводит к различным аппроксимациям гармонического сигнала, в качестве которых при N = 12 рассмотрены: 1 - гарионичесние; 2 - трапецеидальные; 3 - трехзначные, пркнииаккцие значения Он 14 - двузначное функции Уолта.

Второй этап преобразования определяет, как будут компенсироваться -побочные гаргокики в (5) - рекурсивной или нерекурсивной частью фильтра ортогональных составляющих.

Возыоевд различный варианты рекурсизиого механизма компенсации, которые связаны с те!Л1 нла ¡шл-ж вспомогательны!,ш преобразованиями У<£> в У<*> или . Для первого варианта выходной вектор определяется но соотношению

¡<k)*yr<k'>*ßi<4rnt (6)

в котором подавление побочной второй гармоник» в (5) осуществляет заграждающий фильтр, например, второго порядка

W<i > s V<*>"ScosS*LY<6~rt * Y<&'S*>

или

W<fo* r<k > +Y<*+J/Ir>.

АЧХ фильтров этого тана определяется выражением

I "Sinei cffsdeS^J -

где Jrjjf - частотные характеристики нерекурсивных частей. Для двух типов нерекурсивных частей А.ЧХ представлены на рис.8, причем номера 1 и 2 соответсвуют вариантам с ß =15/16 и S =7/8.

Во втором варианте величины подаются непосредственно на

вход рекурсивного фильтра нижних частот

(7)

а ортогональные составляющие определяются по величинам X причем не обязательно иа каждом шаге, а может быть лииь по мере необходимости

Третий вариант сводится к алгоритму рекуррентного оценивания ортогональных составляющих

/<*)*/<*'1У4£Г*)-Х<4>, . (8)

М) * Ш)~ /7<*'/>, О)

где невязка иедду входной величиной и моделью ее основной гар-

моники и А^^- функции, определяеше заранее, и называемые иногда калмановскими коэффициентами (усиления). Соответственно, вырагенкя (8)-(9) можно интерпретировать как модификацию фильтра Калкана.

В работе показано, что фильтры второго-третьего типа имеют идентичные АЧХ . ,

которое приедены на рис.9 для четырех типов опорных сигналов. ;

Если ортогональные, составляющие бываот нуты не чаще раза в период (или полпернода) н требуется поганенная избирательность в области нет,шальной частоты, то стреапейае шшкмкзацда числа операций алгоритма приводит к следусщеау закону кзяевепая кпожителя рекурсивного фильтра (6)

' / ,

/ , р-цемв. (10)

Анализ выражений (6) и (10) показывает, что здесь фильтрация осуществляется на основе связи отсчетов, отстоящих на один период (или полпериода)

Причем

Х<рл> = У<рЛ>+1X <р*-р >'

/<>У> = а ({-¿)Х<рЛ'> Т<кУ ¿(¿)<Р<6-> * У<*-0,

(и)

что означает обнуление суши в конц-го периода я ее последующее накопление в течение р~го периода с выдачей результата в его конце.

АЧХ фильтров о ктуаьснш шохжхедеи рекурсивной части определяются соотношением

и для 6 =0.5 построены яа рис.10.

Основой построения нерекурсивных фильтров является процедура текущего суммирования ^

}<к>= £ Г<1>,

(12) ы-л+г

реализующая отличный от (6) этап преобразования, но требующая при классической нерекурсивной реализация Ш-1) операций сложения.

Между тем имеется возшиюсгь быстрого вычисления текущей сука«! (12) на основе периодически обнуляемо!' вспомогательной сушы , типа (И)

¥<*>= , (13)

/< к > -- УГ<к>+т ' ¥<я-л'у. ()

Следовательно выражения (13)-(15) образуют устойчивый КИХ-фильтр с тремя операциями сложения на каддом шаге.

Вторая задача - синтез адаптивных фильтров ортогональных составляющих входных величин, оСсспсчиваадях повышенную точность в условиях интенсивных переходных процессов в сети, - рмзена применением новой структуры алгоритма адаптивной фильтрации, вклвчаадей заграх-дащиий фильтр основной гарыоншш и представленной на ряс.11. Здесь задачей заграждающего фильтра 2 является защита от подавления основной гармоники адалтквнш! фильтрон 3, тогда последний с помощью порогового элемента 13 настраивается только на помехи. Последующее выделение параметров основной гарионики осуществляется пропусканием всего сигнала через уже настроенный.адаптивный фильтр 6. Через такие же фильтры 4 и 5 пропускаются и опорные сигналы генератора 7. Затем с помощью квадраторов 8 и 9, сумматора 10, нормирующего элемента 11 и фильтра ортогонапышх составляющих 12 происходит точное определение параметров основной гармоники.

В четвертой г л а в с' да основе ыакроописания ал-

& на яр ¿Гц

Рис.8. АЧХ фильтров 3-го типа. Рас.9. АЧХ фильтров 2 и 3-го тапов.

-г?-* •"""Г4* £

> "ч \

« я а

¡о сз & ¿я т Рис.10. АЧХ фильтров о импульсным множителем.

Рис.II. Адаптивный фильтр основной гармоники.

Таблица I

Оценка диапазона кратности ведичян и разрядности АЦП.

Опредедяеше

параметры диапазон разрядность

Действ. а) ¿'р^-фу- ^¡^¡(З^/р^Г) значение /-» _ -

б) ¿¿№8-иезз-2(гр-рг) п.=1сф28в-й£5з-г(гр'/?,

Средневыир. а) (¿-р (2^1)!¡/¿^ ь*1оу2(2Ш1р+1)

б) ¿=4р(глЧ)1£

а) а-Ъ^^/рН)

Мощность ¿х ^

После а) ¿=^игр(2ЛЧ)]2^ '

горитыов функционирования входных, блоков сформирована аналитическая модель аыходной погрешности входного блока, учитывающей наиболее существенные компоненты через отношение сигнал/туи

гд* Т/мн ~ Диапазон кратности изменения сигнала.

Проэгдено сравнение детегашшрованных и вероятностных оценок погрешностей и разрядности АЦП для ааабояее характерных параметров величин РЗА. с учетом ошибок квалтоаания. Полученные соотаоаения сведена в табл.1, где а - соответствует вероятностной, а б - детерминированной оценке при Н=12, ( а - дисперсия шума АЦП).

Получено аналитическое соотноленае ыежду отношением сигиал/щи

Таблица 2

Опорные сигналы и коэффициенты точности

Опорные сигналы * 1 2 3 4

1 О 0 0 1

2 0.5 0.5 1 1

ш 3 0.836 1 1 1

4 I 1 1 1

5 0.866 1 1 1

6 0.5 0.5 1 1

а) б) 1.414 1.095 1.359 1.177 1.222 1.222 1.135 1.135

входного блока с фильтрацией, импульсной характеристикой фильтров и отношением сигнал/шуы без фильтрации ;

4°л*.г, /

где- коэффициент, характеризующий иеру точности фильтров

^ /в^ШИл ¿Я/^ЪгЧ*) .

В табл.2 приведены описание половина периода п рассчитанные значения этих коэффициентов для опорных сигналов (при N=12), рассмотренных выие. Значения коэффициентов «еры точности вычислены для двух случаев: а) бесконечной точности вычислений, б) с операцией округления в выражении (5). Причем в последнем случае в выражении для коэффициента появляется ияогдтель, равный (, где Ув - число операций округления.

Пятая глава посвящена вопросам автоматизированной диагностики и отладки входных блоков. Показано, что их разработка и исследование существенно облегчается при создании соответствующих отладочных и диагностических средств и формировании на этапе отладки и испытаний схемы расширенных вариантов.

Создана рациональная структура и рабочий вариант автоматизированного диагностического кокппекса иа основе иккроЗЕУ. класса ДВК. Для данного АДК разработаны каналы шштацки и регистрации. На основе полученных решений разработана автономная модификация быстродействующего регистратора с вариантом ББ мгновенных отсчетов, опы-

- je -

s-

ЛЦЛ

J[S ;zr la.

Рис.12. Входной блок в составе отладочно-диагностического комплекса.

Рас.13, Состав Ш отладочно-диагностического комплекса.

тная партия которых изготовлена и внедрена во ВННИИРе, а таксе поставлена на объект.

С использованием АДК проведены иселедозаиия и выявлен особенности аппаратной и програтюй реализации ВВ ортогональных составляющих на основе однокристальной ккяроЭВМ КР1816БЕ31, в результате чего создан одноплатный входной блок для дистанционной защиты ЛЭП, а такте входной блок мгновенных отсчетов для комплексной загрты генератора.

Структура входного блока ортогональных состазлгаацих, включенного з соответстзуелий АДК и расширенного отладочными средствами, показана на рис.12. Состав соответствующего программного обеспечения (ПО) АДК иллюстрируется на рис.13.

Результаты диссертационной работы использованы во ВНИИРелестро-ения при разработке комплексной защиты генератора автономных энергосистем. При непосредственном участии автора разработаны, отлажены и испытаны образцы входных блоков микропроцессорной дистанционной защиты ЛЭП, результаты испытаний которых подтверждают эффективность принятых репений.

ЗШВЧЕНЙЕ

Основные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе, могут Сыть сформулированы в следугг;ем:

1. Проведен анализ состояния и перспектив развития системообразующих элементов - универсальных входных блоков современных микропроцессорных устройств релейной защиты. Показано, что наибольший интерес для техники РЗА в настоящее■ время представляют два типа входных блоков - мгновенных отсчетов (относительно простой структуры) для ограниченного набора простых защит и ортогональных составляющих (с предпроцессором) для функционально слезных дистанционных защит, различных типов АПВ, 01Я1 и др. . Сформировано макроописание множества входных блоков, классификация возможных вариантов и основные проблемы цифровой предобработки входных величин.

2. Для преобразования токовых входных величии устройств релейной защиты предлогс-н на уровне изобретения новый тип преобразователя тока в напряжение - пунтовой трансформатор тока, резагщий проблем токовых входов ББ с покаеншаяа требованная! к точности и весогаба-ритным показателям.

Развита теорет трансформатора с пунтовой обмоткой в виде медного контейнера, на основе которой получека схемная модель и разработана

- 18 -

практическая методика расчета его параметров.

3. Исследованы вопросы синхронизации процесса дискретизации входных величин с частотой сети и рассмотрены варианты практических схек устройств синхронизации. Предложены рациональная схема и алгоритм, учитывающие инерционность из&алення частоты в электрической системе для повшенля помехоустойчивости и кыевцие простую программную реализация .

4. Проведен анализ минимизированных по числу операций рекурсивных алгоритмов выделения ортогональных составляющих. Газвита теория этих фильтров, исследованы их частотные характеристики с разными опорными сигналами и импульсных; коэффициентами рекурсивного множителя. Применение импульсного рекурсивного множителя позволяет свести. к- минимнмуму число операций при одновременном повышении избирательности фильтров.

5. Предложен модифицированный рекурсивный фильтр, реализующий нерекурсивный алгоритм §урье, требующий по сравнении с классическим алгоритмом в'три раза меиьпе операций (при 12 выборках за период) и свободный от накопления случайных ошибок и помех.

6. Для точного выделения параметров основной гармошки пр-д интенсивные переходных процессах в сети предложена структура, использующая адаптивный фильтр совместно с заграхдакщ^ фильтром основной гармоники.

7. Получено аналитическое описание к'наглядная графическая интер претация происхоздоиия погрешностей ББ на основе вероятностного по? хода и произведено его сравнение с детерминированными оценками. Ис следоваыо влияние эффектов квантования с учетом помех и шумов е входных цепях с использованием ыакрсыодели ББ на его проходную харак теристмку, которые подтвердили объективность вероятностные оценок.

8. Показано, что разработка, исследование и испытания входных бя ков значительно облегчается, если сопровождается разработкой ссот ветствующих отладочных и диагностических средств. Создан современна автоматизированный даагшстачесозй комплекс на Сазе ЭЕМ класса ДВК, для которых разработаны калслы регистрации а титагргд электрически? величин релейной .защита.

9. Разработан кошлекс прогргм.ззх средств автоигпгеацяа и иссл? дования входных блоков: программа расчета вунтового трансформатора тока; програь1ы цхфросого нодаларовапна рабсты входных блоков; библиотека програш диагностирования параметров а характеристик входных блокоз; рабочее прогргг^ы входных блоков.

10. На основе теоретических исследований и экспериментов на АД!

созданы универсальный входной блок мгновенных отсчетов для комплексной защиты генератора, а такге входной блох ортогональных составляющих на базе кикроЭВН КР1816ВЕ31 для дистанционной гацяты.

11. Теоретические и практические результаты, полученные в настоящей диссертационной работе, использованы во БЖНРелестроепкя при разработке комплексной шшропроцессораой системы зггзии автономных электроэнергетических систем я выполнения хоздоговорных дгучгю-ис-следовательских работ в Чувааском государств енпом университете им. И.Н.Ульянова, а такхе при автоматизации испытаний устройств РЗА. Регистратор электрических сигналов с входным блоком мгновенных выборок внедрен во ВНИИРелестроения и поставлен на объект.

СЛИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕЗЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сидиряков Е.В., Шевцов B.W. Входные блоки микропроцессорных систем релейной залипУ/Устройства релейной защиты и противоаварий-ной автоматики энергосистем/Труды ВЯКИР.-Чебоксары, 1989.-С.108-112.

2. Сидиряков Е.В. Входной блок на основе интегрального аналого-цифрового преобразователя с ыультиплексором//Электрические аппараты и устройства на основе кикроэяектронной техники/Чувал, ун-г.-Чебоксары, 1988. -С. 37-41.

3. Сидиряков Е.В. Предварительная обработка сигналов для цифровых устройств релейной зацяты//Электротехкнческке устройства а системы на основе макропроцессоров и микроЭБМ /Чуваа. ун-т.-Чебоксары, 1985.-С.89-101.

4. Сидиряков Е.В. Устройства синхронизации микропроцессорных защит с частотой сети //Новые устройства защиты и автоматики низковольтных энергосистем /Труди ШИИР .-Чебоксары, 1988.-С.31-34.

5. Лямец 13.Я., Сидкряков Е.В. Трансформатор тока типа яунта //Электротехника. -1SB9.-H2.-C.35-43.

6. Лямец Й.Я., Сидиряков Е.В. Рекурсивная обработка напряжения (тока) фильтрами ортогональных составляющих //Изв.ЛН СССР. Энергетика и транспорт. -19S0.-N2.-C.S7-76.

7. Лямец D.H., Сидиряков Е.В. Фильтр ортогональных составляющих с минимальным числом операций //йзй. вузов. Энергетика.-1980. -N4.-C.49-53.

8. Шевцов В.М., Сидиряков Е.В. Входные блоки микропроцессорных устройств релейной зсщитн//Соврс».<онпая релейная зазцкта электроэнергетических объектов: Тез. докл. Всесоюзн. нуч.-техи. конф., 28-30 января 1991г. -Чебоксары, iS31.-C.9-ll.

9. Шевцов В.И., Сидиряков Е.В. Вариант входного блока микропроцессорного устройства релейной защита//Проблеыы комплексной автош-тизации электроэнергетических систем на основе микропроцессорной техники. В 3 ч., Ч.Ш: Датчики и каналы информации на базе микропроцессорной техники:Тез. докл. I Всесоюзн.науч.-техн. конф., 9-11 октября 1990г./-Киев:Ин-т электродинамики АН УССР, 1990.-Ч.Ш. -С;109-110.

10. Сидиряков Е.В., Ильин C.B., Смирнов D.i. Векторный входной блок - предпроцессор обработки сигналов релейной зациты //Совреиен-ная релейная защита электроэнергетических объектов: Тез. докл. Все-союзн.куч.-техи.конф., 23-30 января 1991г.-Чебоксары, 1991.-С.11-13.

И. Лямец Ю.Я., Сидиряков Е.Б. Алгоритм текущего суммирования для цифровых измерительных органов //Современная релейная защита электроэнергетических объектов: Тез. докл. Всесошн.нуч.-техн.конф., 28-30 января 1991г.-Чебоксары, 13Э1.-С.4&-50.

12. Шевцов В.М., Свдиряков Е.Б. Автоматизированная диагностика входных блоков микропроцессорных устройств релейной задагы// Киберг-нетика электрических систеы: Гез.докл.Всесошн. ceuzaspa 24-27 сентября 1990г.-Новочеркасск /Изв. вузов. Электромеханика. -1930.-N11. -С.110-111.

13. Цифровой осциллограф на базе микроЭВМ ДВК-ЗЫ/В.Н.Козлов, Е.В. Сидиряков, В.А.Солдатов, И.В.Изранов //Современная релейная занята электроэнергетических объектов:1ез.докл. Всесоюзн.куч.-техн. конф,, 28-30 января 1991г. -Чебоксары, 1991.-С.62-63.

14. A.c. 1347G25 СССР, Кл. G0ÎR 19/00. Преобразователь тока в напряжение /Е.В.Сидиряков, О.Я.Дяыец, В.Н.Козлов.-Опубл.23.10.87, Б»л. N39.-2с,

15. A.c. 1363870 СССР, Кп.С05? 1/569. Импульсный стабилизатор напряжения с защитой от перегрузки /В.Ф.Йльин, Е.В.Свдиряков. -Опубл. 23.01.88, Вюл. КЗ.-4с.

16. ПР по заявке 4600050/07(153488), Кл. GG1R 19/00, от 23.05.88. Преобразователь переменного напрязевая в ток (напряжение)/В,Я.Лямец, Е.В.Сидиряков.

17. ПР по заявке 4426900/07(079620), Н02Н 3/16, от 23.05.88. Устройство выделения ортогональных составлявших электрической величины /О.Я.Ляыец, Е.В.Сидиряков.

18. ПР по заявке 4612188/07 (165484), Кл. Н02Н 3/20, от 28.10.69 Реле наиряаення (тока) /О.Я.Ляаец, Е.В.Сидиряков.