автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Методы и средства восстановления входного сигнала измерительных преобразователей тока электроэнергетических систем

КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ДЕМИН АЛЕКСЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

УДК 621. 314. 224. & 621. 31?. 088. С043. 3)

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВХОДНОГО СИГНАЛА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТОКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1992

Работа выполнена в Институте электродинамики АН Украины.

Научный руководитель

академик АН Украины Б. С. СТОГНИЙ.

Официальные оппоненты г доктор технических наук, профессор

С. Г. ТАРАНОВ,

кандидат технических наук, доцент Г. П. КАСЬЯНОВ.

Ведущая организация

Харьковский политехнический институт.

Защита состоится ■■ ¿г-

1992 г. ь Л

часов на

заседании специализированного совета К 068. 14.05 по защите диссертаций в Киевском политехническом институте по адресу--252056, Киев-5б, пр. Победы, 37.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Киевского политехнического института.

Автореферат разослан

^.Л^./ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 068. 1 А. 05

кандидат технических наук, доцент

Б. Н. КОНДРА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Надежная работа электроэнергетических ус-ройств во многом определяется правильностью функционирования сис-зм управления, автоматики и защиты. В свою очередь, точность ра-5ты последних зависит от точности передачи измерительными преоб-азователями информации о режимах работы контролируемых устройств, арактеристики измерительных преобразователей в значительной сте-5ни оказывают влияние на выбор принципов построения разрабатывае-зп вторичной аппаратуры, расчет параметров вводимых в эксплуата-ио устройств и оценку их поведения в процессе эксплуатации. Кожное совершенствование вторичной аппаратуры требует повышения >чности получения информации от измерительных преобразователей.

В качестве измерительных преобразователей тока С ИПТ)-электро-(ергетических устройств широко используются трансформаторы тока 'Т). Большинство ТТ. выпускаемых поомыиленностью, имеют »рмированные характеристики только для статических режимов. Это >язано с тем, что ТТ применялись для получения информации в виде [тегральных значений и после окончания переходного процесса в ТТ. связи с увеличением интенсивности переходных процессов и умень-!нием времени отключения повреждения в электроэнергетических си-емах СЭЭС5 возросли требования к точностным характеристикам ТТ в намических режимах.

Снижение погрешностей ТТ за счет их конструктивного совер-нстьования ограничено, что привело к новым тенденциям в области зработки ИПТ. Одна из них заключается в создании ИПТ с нетради-онными для энергетики методами преобразования измеряемого тока= диоэлектронные, оптикоэлектронные, магнитные ИПТ. Другая тенден-я состоит в построении ИПТ на базе электромагнитного ТТ с элск-онными или цифровыми корректирующими устройствами СКУ). Суверенной предпосылкой для ее развития является широкое внедрение в С систем регистрации и защиты на базе аналоговой и микропроцес-рнои техники.

Аналогичные проблемы, связанные с повышением точности ИПТ, еют место при обеспечении контроля и автоматизации ряда электро-хнологических процессов. ИПТ при этом работает в динамическом киме, который является для этих_ условий нормальным рабочим томом.

Таким образом, усложнение условий работы ИПТ в ЭЭС и электро-кнологических установок СЭТУ), с одной стороны, и опережающие

темпы развития вторичных систем благодаря новой элементной базе, < другой стороны, делают задачу улучшения точностных характеристш ИПТ особенно актуальной.

Диссертационные исследования выполнялись в Институте электродинамики в рамках темы "Разработать принципы пострЬения, метод* анализа схемной и программной реализации систем восстановления, регистрации и обра(<^тки электрических сигналов" Сшифр "Регистратор", ИГР 01. 8-4. 007693, постам вление ГКНТ от 25.05.84 N2323.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - анализ методов построения, исследование I разработка аппаратных и программных средств, 'обеспечивавши) высокие точностные характеристики измерительных преобразователе! тока в динамических режимах ЭЭС и ЭТУ.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующи« научно-технические задачи: 1. Выбор и обоснование принципов построения ИПТ с учетом особенностей входных сигналов и требований современных вторичных систем. 2. Исследоаание методов коррекции с учетом их применения при создании ИПТ. Д-Разработка методики построения и расчета корректирующих устройств для аппаратной и программной реализации. .4. Разработка математической модели синтезируемы) устройств для оценки основных источников их погрешности. 5. Разработка методики экспериментального определения точностных характеристик ИПТ с аппаратными и программными средствами коррекции.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении поставленных в диссертационной работе задач использовались основные положения теории электрических цепей, элементы теории вероятностей, операторный мето. расчета переходных процессов, методы спектрального анализа, фильтрации сигналов, идентификации параметров измерительных преобразователей, математического ^физического моделирования.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЕ Исследованы требования к точностны) характеристикам ИПТ, предназначенных для современных систем защиты, автоматики и регистрации в ЭЭС, и получена аналитическая зависимость спектральной характеристики от параметров обобщенной входного сигнала ИПТ, имеющего детерминированный, квазидетермини-рованныи и стохастический характер. Обоснована необходимость в качестве основного критерия точности ИПТ, работающего при динамических режимах ЭЭС, применять погрешность по мгновенным значения) полного тока.

На основе проведенной классификации ИПТ, состоящих из электромагнитных ТТ и КУ, исследованы основные способы построения КУ.

оказано, что в наибольшей степени поставленным требованиям удов-етворяют КУ, построенные по принципу восстановления сигнала.

Предложен способ формирования структуры КУ, заключающийся в интезе типовых функциональных блоков, параметры и сигналы которых меют физические аналоги в корректируемом ТТ. при этом стойчивость обеспечивается локальными отрицательными обратными вязями непосредственно в функциональных блоках КУ.

Разработана методика расчета ШТ. содержащих предложенные КУ.

Предложены и исследованы на математических и физических мо-;елях новые схемы ИПТ.

Разработаны алгоритмы и программы для цифровой коррекции ди-амических погрешностей ИПТ.

Разработаны методики метрологической аттестации ИПТ, одержащих устройства восстановления сигнала.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

- математическую модель спектральной характеристики обобщен-юго входного сигнала ИПТ-,

- способ формирования структуры ИПТ, предназначенного для 'аботы в динамических режимах;

- методику расчбта параметров ИПТ с новыми схемотехническими «тениями;

- алгоритмы и программы цифровой коррекции динамических по-решностей ИПТ;

- способ экспериментального определения параметров ИПТ на 1СНоае метода вторичного тока;

- программы и методики метрологических исследований ИПТ, со-

¡ержащих электромагнитный ТТ и аналоговое или цифровое КУ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Полученные в результате работы струк-•урные и схемотехнические решения позволили уменьшить погрешность 1змерения тока в динамических режимах ЭЭС и ЭТУ, что повысило ка-юство функционирования вторичных систем. Предложенные КУ позво-|или снизить требования к ТТ без ущерба в точности преобразования. 1пособ и устройство для определения параметров ИПТ повысил эффек-•ивность экспериментальных исследовании ИПТ в процессе разработки I эксплуатации.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Разработанные ИПТ с аналоговы-(и корректирующими устройствами серийно выпускаются с 198? года, 1ПТ с цифровой коррекцией в комплекте с многофункциональным изме-мтельным прибором ШЭ-2 серийно выпускается с 1991 года.

< АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Содержание диссертационной работы докла' давалось и обсуждалось на международных научно-технических конфе' ренциях "Средства преобразования тока. Состояние и перспектив! развития", Лодзь, 1990г., "Интерприбор-90", Москва, 1990г., на всесоюзных научно-технических конференциях "Состояние и перспектив1 развития электротехнологии", Иваново, 1985г., 1989г.. "Моделирова-ние-65. Теория, средства, применение.Киев, 1985, "Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной, преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники", Москва, 1989г., "Проблемы комплексной автоматизации ЭЭС на базе микропроцессорной техники". Киев, 1990 г., на республиканских конференциях "Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике", Харьков, 1985, 1988 г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 30 печатных работ, в том чиле б авторских свидетельств.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глаь, заключения, списка литературы С140 наименовании) и приложения, содержит 119 страниц машинописного текста, иллюстрирована 35 рисунками и 8 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследования. Изложены основные научные результаты, метода исследования, сведения об апробации работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ основных требовании к точностным характеристикам ИПТ. Показано, что современные устройства регистрации, релейной защиты и автоматики в ЭЭС требуют выполнения динамических измерений, при которых различие входного и выходного сигналов, обусловленное инерционными свойствами измерительного канала. становится определяющей составляющей погрешности измерения. При этом существенный вклад в динамические искажения вносят ТТ.

Исследованы принципы построения ИПТ с учетом результатов анализа входных сигналов во временной и частотной областях. Показано, что наиболее перспективным для рассматриваемых вторичных систем представляется построение ИПТ на базе электромагнитного ТТ и аналогового или цифрового КУ.

Проведена классификация КУ и на ее основе проанализированы возможные варианты построения, отличающиеся целью коррекции Спол-ная компенсация погрешности ТТ, компенсация погрешности по отдель-

ным составляющим или параметрам сигнала), принципом коррекции Своздеиствие на электромагнитные процессы в ТТ или на его выходной сигнал), режимом работы (непрерывный, кратковременный, повторно-кратковременный), типом ТТ, питанием, элементной базой, входными каналами и выходными цепями Ссиловые, аналоговые ил;1 цифровые).

Показано, что наиболее удовлетворяет поставленным требованиям КУ на основе методов восстановления сигнала. Реализация этих методов требует определения полных динамических характеристик СПЛЮ ТТ. В работе используется параметрическое описание ПДХ, основанное на схемах замещения ТТ.

В общем случав связь выходного сигнала * и входного * измерительного преобразователя можно представить в виде у-гх, где г -оператор измерительного преобразователя, выражающий совокупность его динамических свойств. Восстановление сигнала формально сводится к применению обратного оператора связи, то есть

х-Г 'у. СП

Решение С1) в любой его конкретной форме откосится к числу некорректно поставленных обратных задач. Проблема получения устойчивых решений при восстановлении входного сигнала преобразователя и его идентификация с математической точки зрения аналогична, что позволяет применять общие метода решения.

Анализ известных методов построения устойчивых приближенных решений некорректных задач показал, что общей и необходимой для всех методов предпосылкой возможности построения таких решений являются различая в спектральном составе информативной составляющей сигнала и помехи. Любсй метод построения устойчивого приближенного решения сводится, в конечном счете, к использованию предположения о существовании в спектре входного сигнала областей, в которых значения спектральной плотности помехи превосходят по величине значения спектральной плотности информативной части. Следовательно, общей процедурой, независимо от конкретного способа ее реализации, является уменьшение или устранение вклада таких спектральных компонентов в искомом решении.

Сформулированы основные этапы построения ИПТ на основе выбранных принципов. Для синтеза КУ, ,реализующего восстановление входного сигнала ТТ с некоторым масштабным коэффициентом, требуется: провести анализ входных сигналов и на его основе определить требуемый частотный диапазон; выбрать схему замещения ТТ, ссотв&т-

ствуюшую частотному диапазону входных сигналов; определить параметры схемы замещения ТТ; выбрать метод восстановления и средства для его реализаций; рассчитать параметры КУ.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассмотрены вопросы построения КУ для ИПТ.

Исходной информацией для восстановления сигнала является ПЯХ первичного датчика и его выходной сигнал. Если в качестве ПДХ использовать передаточную функиню ТТ, то восстановление сигнала на выходе ТТ реализуется КУ с передаточной функцией вида

* СрЭ-к IV Ср>)"4, с 23

ку ну тт

где *нуср5» *ттср1 - передаточные функции КУ и ТТ: кку~ масштабный коэффициент преобразования. Результирующая передаточная функция всего ИПТ ,*иптср3 при выполнении С2} будет иметь вид

«г СрЭ«к » £р> *г СрЭ С3>

ИПТ ку тт ну ^

и представлять собой безынерционный масштабный преобразователь. Однако, для реального измерительного преобразователя в диапазоне высоких частот амплитудно-частотная херактеристика САЧХЭ имеет спад и, следовательно, АЧХ КУ - подъем.. Такое построение КУ в области высоких частот приводит к низкой помехозащищенности, что требует дополнительных фильтров. При этом, разумеется, в преобразования вносится некоторая методическая погрешность вследствие измененения спектральной плотности информативного сигнала.

Особенность» АЧХ ИПТ на базе ТТ является кроме спада на верхних частотах еще и спад на нижних частотах. от которого погрешность ИПТ зависит гараздо существенней. Следовательно, условие С2) на основания физической реализуемости может выполняться только в конечном частотном диапезоне.

Описание ПДХ было получено на основании схем замещения ТТ. Измеряемые сигналы, как правило, имеют ограниченный спектр частот, что позволяет исследовать схему замещения по отдельным частотным участкам, которые условно можно разбить на нижние, средние и верхние частоты. При таком подходе в области нижних частот можно пренебречь емкостью и индуктивностью рассеивания, в области высоких частот - индуктивностью намагничивания.

Как показал спектральный анализ токов в ЭЭС и многих ЭТУ. верхняя граница частотного диапазона тока не превышает значения 10 кГц, что позволяет упростить схему замещения ТТ. Так. для схемы замещения линейного одноступенчатого ТТ передаточная функция опре-

целяется выражением

Тр

« <р> . - , С4)

тт 1-КТЧТ Эр

I *

-де т1-сих+ия5^ск1-»кя5; ьо, индуктивность на-

магничивания. индуктивность рассеивания вторичной обмотки и индук-гивность нагрузки: к,. к„ - сопротивление вторичной обмотки и нагрузки. Все параметры в (4} приведены ко вторичной стороне ТТ.

Обеспечить компенсацию влияния инерционных свойств данного ТТ ножет КУ ка базе интегратора и сумматора. Устойчивость работы КУ обеспечивает фильтр нижних частот СФНЧЭ в цепи обратной связи интегратора. Передаточная функция КУ примет вид

*куСрЭ - 1+С Тфр-И ) ТУ1 ТрС Тфр+15 Г-»Й1, с 5)

где «• - порядок ФНЧ, <5 - коэффициент регуляризации. Оптимальные параметры будут при минимальных значениях погрешности

» ■ т!п 1т»х|*,С1 СО <5 г> I ♦ 18 си <55 ¡1. С65

с < & > • • 1 1 СМ СМ' ' •

где - методическая погрешность КУ при входном токе £см -

погрешность, определяемая величиной напряжения смещения "см. В работе отмечается, что при проведении измерений в ограниченном интервале времени, например при регистрации токов короткого замыкания. момент достижения максимума может находиться за пределами этого интервала. При этом в С65 учитывалось максимальное значение погрешности в данном интервале.

В общем случае характеристика намагничивания ТТ имеет нелинейный характер. Уравнения относительно первичного тока, описывающие работу одноступенчатого ТТ, примут ьид

I

*СО"1. 4 СО+СИ -»К Э (Ч СОеН с х г и ■> г '

С 50

4 -««0. í СО»< СО** СО о '1 1 о '

где * - результирующее потокосцепление в магнитопроводе ТТ. Функциональная схема КУ при этом должна иметь блок нелинейности. В работа использовалась кусочно-линейная аппроксимация характеристики намагничивания, что позволило реализовать блок нелинейности на базе диодных линеек.

В ЭЭС к ТТ кроме регистрирующих устройств, как правило, подключаются другие элементы вторичных систем, среди которых есть и с переменным входным сопротивлением. В работе проведено исследование

влияния изменения нагрузки ТТ на величину погрешности восстановления сигнала. Показано, что в ряде случаев этим влиянием пренебрегать недопустимо. Исключить его позволяет введение дополнительного канала, осуществляющего отслеживание величины напряжения на вторичной обмотке При таком построении КУ уравнение с ко в СТО имеет вид

•КО-Ь I СО-» Пей I СО-»и С») «О.

2 3 Л > а н

о

Функциональную схему такого алгоритма илл;эстр:фует рис. 1.

С8Э

Рис. 1.

На линиях сверх- и ультравысокого напряжения используются в качестве ИПТ каскадные ТТ. Упрощенная схемная модель трехступенчатого ТТ приведена на рис. 2 Предложенная структура КУ для таких ТТ представляет собой совокупность типовых функциональных блоков, параметры и сигналы которых имеют аналогию с параметрами схемы замещения. Блок-схема КУ. реализованная таким способом, приведена на рис. 3 где выходные напряжения блоков 1.3,6 пропорциональны магнитной индукции 3-еи, 2-ои и 1-ой ступеням ТТ. выходные непряжения блоков 2,4. б пропорциональны токам намагничивания тех же ступеней, выходное напряжение блока 7 - току в компенсирующей обмотке, а блока 8 - первичному току ТТ. Первая группа блоков включает в себя интегратор и сумматор, блок 7 является фильтром второго порядка, блок 8 - сумматор, остальные блоки в общем случае являются нелинейными функциональными преобразователями, а для ТТ с линейной характеристикой намагничивания эти блоки представляют собой просто масштабные усилители.

Современные вторичные системы характеризуются незначительным потреблениэм мощности от первичных датчиков, что позволяет решать

\

ь к

и _12

Ч о* Ц <

ОIV о ч ог » оэ !

1 К

V

Рис. 2.

вход i

выход

Рис. 3.

задачи реализации КУ на базо операционных усилителен. С учетом применения такой элементной базы проведены исследования основных источников погрешности ИПТ в динамических режимах и предложены некоторые пути их устранения.

Исследование точностных характеристик ИПТ проводилось с применением разработанного для этих целей- пакета прикладных программ СПППЭ, которьт содзряэт модель входного сигнала, модель ТТ и КУ Срис. 4) В основу модели входного сигнала положено выражение

л -а г <ЬУт >

Г =х|'

хСО « |

Ц

й!пСш т <КУт >« !

1« « I

где х

г <*, - параметры составляющих сигнала; ти, т к - параметры, используемые для характеристики повторно-кратковременного режима.. Модель входного сигнала С95 позволяет описать практически всо виды токов в ЭЭС и ЭТУ. Модели ТТ и КУ дают возможность учитывать основные схемные варианты, отклонение параметров от расчетных значений, влияние помех <5у<о Ссмецения в операционных усилителях, пум на входе КУЭ. ППП позволяет получить информацию об изменениях погрешностей ТТ и всего ИПТ и«,,/15 во временной области,

об их глобальных максимумах и на заданных временных участках. Кроме погрешностей по мгновенным значениям определяются интегральные

параметры

при при

составляющих

ГцСк-П*1<тцСк-15+ти

тцСГ-,5*Ги*1<ктц •

С 9)

сигнала; т

Рис. 4.

значения погрешности и ее составляющие. Полученные результаты были использованы при подготовке к метрологическим исследованиям ИПТ.

Работа ИПТ на ЭЗО характеризуй ся длительным установившимся и достаточно редкими переходными процессами во входных цепях. В то же время для ряда ЭТУ динамический режим является нормальным,рабочим режимом, что оказывает существенное влияние на процессы в ТТ и. следовательно, на синтез КУ. Особое значение это имеет в том случае, ;:огда период следования измеряемых сигналов значительно меньше длительности затухания переходного процесса в ИПТ. Работа ИПТ в этом случае характеризуется квазистационарным режимом. В данной главе такой режим рассмотрен на примере измерения токов контактных сварочных машин.

Проведенный анализ измерения разнополярных импульсов и одно-полярных, но с малой частотой следования, показал, что погрешность ИПТ существенно меньше, чем у электромагнитного ТТ. Однако, с ростом частоты следования однополярных импульсов погрешность ИПТ возрастает и может достигнуть величины, соизмеримой с погрешностью ТТ.

Обеспечить эффективную работу ИПТ в таком режиме предложено путем периодической автоподстройки КУ по дополнительной априорной информации о процессе, а именно, о наличии бестоховых пауз, достоверное определение временных интервалов бестоковых пауз дает возможность применять элементы адаптации к подстройке КУ, которая осуществляется перед прохождением очередного импульса.

В результате проведенных исследований предложены схемные реализации КУ и примеры расчета для одноступенчатых и каскадных ТТ с линейными и нелинейными характеристиками намагничивания.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена построению и анализу цифровых корректирующих устройств. Восстановление входного сигнала ТТ возможно осуществить путем преобразований как во временной, так и

в частотной областях. Алгоритм последних заключается в выполнении преобразовании Фурье выходного сигнала ТТ и умножения результата на ряд накопленных' в памяти комплексных спектральных выборок, а затем в выполнении обратного преобразования Фурье. Алгоритм восстановления сигнала ВО' временной области может быть основан на решении интегральных уравнении связи. В работе рассмотрено построение алгоритма на основе уравнении Вольтерра с применением экспоненциального метода интегрирования, • проведена сравнительная характеристика с другими методами.

Одним из факторов, влияющих на выбор алгоритма, является способ обработки регистрируемой информации. Восстановление сигнала цифровым КУ может осуществляться после завершения процесса регистрации или в темпе процесса. Последнее существенно ограничивает выбор, и из многочисленного набора алгоритмов применение находят только те, которые основаны на решении упрощенных разностных уравнений.

Лля линейного одноступенчатого ТТ, описываемого системой уравнений С50, алгоритма цифровой коррекции в зависимости от метода интегрирования будут иметь вид

[' . Ь 1 й Ь )

ч, ] * и ^ 2

Г V км км 0-, 1

I »14-4 — £ —К СО>У 2 + Г < СрЮ СЮ)

I ч, ®чД "■«1 )

, и в ь ч я ь , ¡-г .

- 1+ — * — + — исоэ* £ -и СрМ+ Егк^ю I,

i. ьо 31~0 ■> зьо i2 2 м«г1с 2 j

где н - цаг квантования: .1 - текущий номер дискретного значения

сигнала? м=1, ,1. Цифровому КУ, реализующему приведенные алгоритмы, за время мемду очередными считываниями значений с. АЦП необходимо выполнить одну операцию умножения, два сложения и несколько, в зависимости от < рмулы интегрирования, операции сдвига. Каждый последующий алгоритм в С103 имеет меньшую погрешность^ При этом количество операций при переходе от одной формулы к другой .существенно не возрастает. В.работе приводятся сравнительные характеристики программ цифровой коррекции СШЮ, реализующих различные методы построения алгоритмов. Показано, что в ряде случаев другие составляющие погрешности преобразования сигнала могут значительно превышать методическую погрешность ПЦК.

Алгоритм восстановления нелинейного ТТ с учетом С/О примет

вид

« ^ю "*0с j ь-ь> -к i. > с < .¡ю-ц^с ,1н-ю.

С11)

о » о *

Построение зависимости тока намагничивания от потокосиепления *0 для ПЦК. работающих в темпе процесса, осуществлялось на базе таблично-аналитических методов. При этом исходная функция »0С*'0> в рабочем диапазоне 1*0тп'*от<«1 аппроксимировалась функцией

I с* з»1 с* <д* >, с 125

О «I О Ок О »1 '

где 10с*0к5 - табличное значение 10с*01> при аргументе *ок.

блгааишем меньшем, чем *01. табличном значении; к-ЬИ; *ок< *о,< * *лк»»! " Функция табличного приближения; ок.

В большинстве случаев сказалось достаточным л10<д*01> представлять в виде *С1*С .где ь КД* - * * <* >- .

° о ок 01' ок ок«1 ок о оки о о*

Объем таблиц н, как и порядок функции табличного приближения, определяется из условия допустимой погрешности аппроксимации

пх11 С» >-( С» Л/Ч <Ф 55» , * « I* , *_ » . С13)

О 01 О Ок А 01 * о*, опт' Опмш

При реализации ПЦК учитывалось, что 1-0 . Кроме того, для ряда измерительных преобразователей можно пренебречь вторым слагаемым в С125 без нарушения условия С13). С учетом этих допущений алгоритм ПЦК реализуется без применения операции умножения, что может при определенных условиях ускорить процесс счета.

Устойчивость при длительных режимах работы обеспечивается применением доя определения потокосиепления в СП) рекурсивного цифрового фильтра, критерии выбора которого рассмотрены в предыдущей главе. Блок-схема алгоритма ПЦК, работающей в непрерывном режиме. приведена на рис. 5.

Погрешности разработанных ПЦК исследовались с учетом порождающих факторов и особенностей проявления. При этом оценивались погрешности метода обработки, дискретизации сигнала по времени, смещения и квантования по уровню в АЦП. вычислительные погрешноси и погрешности квантования констант. Показано, что погрешность отображения входного сигнала ТТ в основном определялась точностью задания параметров схемы замещения ТТ в исходных данных для ПЦК.

Рис. 5.

Отклонение значений параметров ТТ, введенных в . ПИК. от действительных значении этих параметров особенно сильно оказывает влияние на погрешность при наличии во входном сигнале апериодических составляющих с большой постоянной времени. •

Сравнительный анализ аналоговой и цифровой реализации КУ показал, что они имеют соизмеримую погрешность. При программной реализации коррекции не требуется затрат на дополнительные устрой-г ства. что является ее достоинством. Однако для вторичных систем, имеющих аналоговые входы, целесообразно использовать в настояцее время аналоговые К У.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведены результаты метрологических исследований разработанных ИПТ, предложены методики и средства для этих исследований.

Исследования точностных характеристик КУ совместно с трансформатором тока ТФРН-500 проводились при измерении токов короткого замыкани'я на стенде больших токов НИЦ ВВА. Максимальная полная погрешность по мгновенным значениям измеряемых токов во всех режимах не превысила \Х.

Измерения погрешностей прямым методом для сложных форм тока во многих случаях затруднительно в связи с отсутствием образцовых средств измерения. Поэтому при создании аналогового КУ для работы о ТТ типа ТШКС-1 и многофункционального прибора ЦИЭ-2, в котором погрешности ТТ ПТНС-10С2, 5Э/5 компенсировались программной коррекцией; применялись косвенные методы исследований.

Методика состоит в тем, что погрешность устройства определяется по измеренным значениям параметров его отдельных блоков с учетом результатов имитационного моделирования. На основании анализа входных токоз определяется ожидаемый диапазон тока намагничивания ТТ. Измерение токовых и угловых погрешностей ТТ в Установившемся режиме и измерение характеристики намагничиваня в наиденных пределах обеспечивает получение параметров схемы замещения

ТТ, которые являются исходными для исследования КУ или ПЦК. После измерения характеристик устройств коррекции вычисляются параметры, которые совместно с параметрами ТТ и других элементов Сшунта. АЦП и т. п. ) используются при определении суммарной погрешности ИПТ. Разработанная методика легла в основу метрологических испытании созданных ИПТ.

Исследования метрологических характеристик ИПТ. содержащего трансформатор типа ТШКС-1 и аналоговое КУ и предназначенного для измерения сварочных импульсов, в том числе и однополярных, показали. что максимальная погрешность по мгновенным значениям не превысила 2,5Х.

Разработанный многофункциональный прибор ШЭ-2 с программой цифровой коррекции был аттестован на 52! погрешности Сфактически образцы имеют 2-ЗЮ. В этом случае основная составляющая погрешности определялась шагом квантования по уровью на . нижней границе работы АЦП.

Испытания показали эффективность применения КУ. При наличии во входных цепях апериодических составляющих погрешность ТТ может достигать десятков процентов. КУ снижают их на порядок и более.

й работе отмечается. что существенным преимуществом восстановления сигнала по сравнению с другими методами компенсации погрешности ТТ является то, что требуемую точность измерения можно достигнуть как на проектируемых, так. и на находящихся в эксплуатации ТТ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведен анализ требовании современных систем защиты, автоматики и регистрации в ЭЭС к точностным характеристикам ИПТ. Обоснована необходимость в качестве основного критерия точности ИПТ, предназначенных для работы в динамических режимах ЭЭС, применять погрешность по мгновенным значениям полного тока.

2. Предложена классификация корректирующих устройств с целью применил их для компенсации динамических погрешностей электромагнитных ТТ. На основе сравнительной характеристики показано, что в наибольшей степени удовлетворяет поставленным требованиям построение КУ на принципе восстановления сигнала.

3. Предложен способ формирования структуры КУ. при котором осуществляется синтез типовых функцуональных блоков с параметрами, имеющими физические аналоги в корректируемом ТТ. что позволяет

упростить синтез и облегчить процесс настройки ИПТ.

4. Получена аналитическая зависимость спектральной характеристики от параметров входного сигнала, позволяющая непосредственно определять требования к частотному диапазону ИПТ.

5. Исследованы аналитически и численными методами процессы в ИПТ с предложенной структурой при переходных режимах ЭЭС и ЭТУ. В результате исследований определены основные источники погрешности и предложены схемотехнические рёшения для их устранения или ограничения.

6. Разработаны и внедрены в серийное производство ИПТ, содержащие КУ, и многофункциональный измерительный прибор, содержащий П11К, которые позволили уменьшить погрешность измерения тока в динамическом режиме на порядок и более.

7. Предложен способ экспериментального определения параметров ИПТ на основе метода вторичного тока и средства для его реализации, что позволило определять точностные характеристики ИПТ без применения для этих целей силового оборудования.

8. Разработаны методики метрологических исследовании ИПТ с аналоговым КУ и прибора с цифровой коррекцией погрешности ТТ. Предложенные методики позволили косвенным путем оценить погрешности разработанных устройств при сложных входных сигналах. Созданные устройства прошли метрологическую аттестацию.

По .теме диссертации опубликовано 30 печатных работ. Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Демин А. Е. Аналоговые устройства коррекции для измерительных трансформаторов тока." Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике-' Тез. докл. и респ. науч.-техн. конф. - Харьков, 1985.-С. 41-43.

2. Демин А. Е. Восстановление сигнала трансформатора тока с применением цифровой коррекции " Проблемы комплексной автоматизации ЭЭС на базе микропроцессорной техники. Датчики и каналы информации. - Кчев: ИЭД АН УССР, 1990. - Т. 3. - С. S5-90.

3. Stogniy В. S. , Klrilenko А. V.Dyordri А. Е. Analog and Digital Current Transformer Signal Restoration in Electric Power Sys- tern у Instrument Transformers - Current State and Treds of Development.- Lodz, 12-14 Sept., 1930. - Lodz, 1990.- P. 233-240.

4. Структурные методы восстановления входного сигнала электромагнитных измерительных преобразователей тока.' Б. С. Стогний, В. С.

Годлевский, -к. В. Кириленко. А. Е. Демин" Техн. электродинамика. -1985.-NI.- С. 96-102.

5. Погрешности измерительных преобразователей тока ' Б. С. Стогнии.

B. М. Слынько. А. Е. Демин и др. Измер. техника. -1985. -н?. - С. 49-50.

6. Особенности работы и принципы построения измерительных преобразователей сварочного тока. ' Б. С. Стогний. А. В. Кириленко, А. Е. Демин. А. М. Зозуля. - Киев. 198?.- 56 с. СПрепр. АН УССР. Ин-т электродинамики, N5365.

7. Демин А. Е.. Кириленко А. В., Перепечкин А. Е. Особенности построения средств контроля лараметрог сварочного процесса. - Киев, 1990,- 45 е. - СПрепр.* АН УССР. Ин-т электродинамики, N674).

8. Стогний Б. С., Кириленко А. В., Демин А. Е. Повышение точности отображения информации в системах регистрации и защиты электроэнергетических устройств-^'' Быстродействующая релейная защита к противоаварияная автоматика электрических. систем. - Новосибирск: НЭТИ, 1987.-С. 32-89.130.

9. Демин А. Е. ; Перепечкин А. Е. Контроль параметров динамических режимов электротехнологических установок " Проблемы комплексной автоматизации ЭЭС'на базе микропроцессорной тэхники. Датчики и каналы информации. - Киев: ИЭД АН УССР. 1990. - Т. 3. -

C. 80-84.

10. A.c. 1324088 СССР, МКИ* D23R il ✓г*. Измерительный преобразователь тока. ' Б. С. Стогний, В. С. Годлевский. А. Е. Демин и др. " Опубл. 23:07. 87. Бюл. N2?.

11. A.c. 132212 СССР, МКИ4 GoiR 35^)2. Устройство для измерения погрешностей трансформаторов тока. ' Б. С. Стогний, R М. Слынько, А. Е. Демин и др. " Опубл 07. 0?. 87, Бюл. N25.

Личный вклад автора. В работах, написанных в соавторстве, соискателю принадлежат1 в С 3.8] - способ формирования структуры ИПТ; в Г 4] - методика расчета ИПТ, в 16] - результаты экспериментальных исследований; в 161 - модель сигнала; в [ 7, 91 - алгоритмы и программы,- в С10. Ш - схемотехнические решения. Соискатель

Подписано к печати 0Z.04.I99Z г. Формат 60x84^16

Бумага офсетная. Усл. печ. лист. 1,0 Уч.-изд. лист. 1,0

Тираж ISO . Заказ ЗЬЧ._Бесплатно__

ФОЛ Института электродинамики АН Украины 252680, Киев-5?. пр. Победа, 66.