1

Тема: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

Здравствуйте, уважаемые коллеги!
Вопрос скорее по ЦОС, но всё-же. Раньше предполагал, что для вычисления действующих значений токов и напряжений в МП РЗА используется алгоритм Дискретного преобразования Фурье (ДПФ). Однако, поразмышляв, я пришёл к выводу, что использование стандартного алгоритма ДПФ проблематично, поскольку частота в энергосистеме постоянно колеблется, т.е. количество точек, измеренных за период, постоянно будет меняться. Подскажите, пожалуйста, какие алгоритмы используются для вычисления действующих значений токов и напряжений в МП РЗА, также буду благодарен, если поделитесь литературой, где данные алгоритмы описаны

2

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

https://habr.com/ru/post/460445/
https://habr.com/ru/post/196374/
В постах вроде была литература для "въезда".

3

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

eclipsv писал(а):
2022-02-14 08:01:40

В постах вроде была литература для "въезда".

Спасибо!

4

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

Ну да ДПФ врет при отклонении частоты, но в пределах 45-55 Гц не сильно (около процента на герц). Поэтому у некоторых производителей вы можете увидеть что "дополнительная погрешность при изменении частоты в пределах 45-55 не более 5%", что говорит о том, что результаты Фурье фильтрации не корректируются в зависимости от частоты.

Если хотите точнее, тогда надо измерять частоту и далее вносить коррективы (либо обеспечивать постоянство точек на периоде через ресемплинг, либо интегрировать столько сколько нужно, либо колдовать уже над полученными оценками вектора). Так что фильтр Фурье это самый распространенный способ.

Далее можно использовать МНК и посчитать вектор быстрее чем за период, например, но частотные свойства будут хуже. Можно как в ГОСТе по фазорам использовать треугольную взвешивающую функцию. Погрешность от отклонения частоты будет гораздо меньше, но и времени уже 2 периода нужно.

Если нужна только амплитуда без угла, то RMS или вообще средневыпрямленное значение. Какая нибудь супер быстрая ТО может работать чуть ли не по мгновенным значениям (с небольшой фильтрацией). Все зависит от целей алгоритма.

Посмотрите Шнеерсон Цифровая РЗ, Никитин Цифровая РЗ. Основы синтеза измерительной части микпропроцессорных реле.
Или гуглить phasor estimation прям в гугле или на сайте IEEE. Будет вам миллиард статей.

5

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

Осмелюсь предположить, что у каждого уважающего себя разработчика - свои алгоритмы, хотя основанные на общеизвестных законах математики и физики. Но вряд ли кто своими секретами поделится. Знаком с Э.Л.Палеем, когда-то во времена строительства эленктропередачи Выборг - Финляндия был начальником ЦСРЗАИ Ленэнерго (сейчас в очень почтенном возрасте - директор сервисного центра ЭКРА с СПб). Когда проверил характеристики АББшных защит, был поражен. Такого быстродействия на известных принципах достичь было невозможно (по крайней мере - в то время). Да и сейчас идет борьба интеллектов.

Присоединяйтесь!!! Мы в социальных сетях и на Ютуб.

6

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

zigzag писал(а):
2022-02-14 09:55:07

Можно как в ГОСТе по фазорам использовать треугольную взвешивающую функцию.

Спасибо Вам за ответ и рекомендации по литературе, подскажите, а про какой ГОСТ идёт речь ?

7

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

ScottPilgrim писал(а):
2022-02-14 11:15:13

Спасибо Вам за ответ и рекомендации по литературе, подскажите, а про какой ГОСТ идёт речь ?

Пожалуйста. C37.118.1 IEEE Standard for Synchrophasor Measurements for Power Systems. Только помните что это не релейка. Это просто как вариант, как можно уменьшить погрешность оценки вектора при отклонении частоты, за счет более плоского нуля АЧХ в кратных гармониках.

8

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

ScottPilgrim писал(а):
2022-02-14 06:57:35

Вопрос скорее по ЦОС, но всё-же.

В МКПА для ПА. Действующие значения токов и напряжение производится через вычисление гармонических составляющих синусоидального сигнала.
В результате алгоритмы устройств ПА будут иметь весь набор составляющих: акт. и реакт. токи фаз и напряжений, а из них уже вычисляются по необходимости всё что угодно: фазы, мощности, сопротивления, частота ....

9

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

ПАУтина писал(а):
2022-02-15 01:24:49

В МКПА для ПА. Действующие значения токов и напряжение производится через вычисление гармонических составляющих синусоидального сигнала.
В результате алгоритмы устройств ПА будут иметь весь набор составляющих: акт. и реакт. токи фаз и напряжений, а из них уже вычисляются по необходимости всё что угодно: фазы, мощности, сопротивления, частота ....

Я правильно понимаю, что гармонические составляющие вычисляются стандартным алгоритмом ДПФ?

10 (2022-02-15 12:32:35 отредактировано ПАУтина)

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

ScottPilgrim писал(а):
2022-02-15 07:45:23

Я правильно понимаю, что гармонические составляющие вычисляются стандартным алгоритмом ДПФ?

Нет.
всё проще.
измеряется текущая частота входного сигнала А=Аm*SIN(wt+fi) и подаётся на генератор, который формирует синус a=am*SIN(wt)  и косинус a=am*COS(wt), на которые умножается  входной сигнал и получим:

A1=0,5Am*aSIN(wt+fi)*SIN(wt)  = 0,5Аm*a[COS(fi) - COS(2wt+fi)]
A2=0,5Am*aSIN(wt+fi)*COS(wt) = 0,5Аm*a[SIN(fi) - SIN(2wt+fi)]
видно, что есть постоянные составляющие и переменные двойной частоты. Переменная отфильтровывается (например ФНЧ Чебышева 2-го порядка, частота среза 65 Гц) и остаются
A1=0,5Аm*aCOS(fi)
A2=0,5Аm*aSIN(fi)
первое - действительное значение, второе - мнимое, кв. кор. из суммы вк. получим величину пропорциональную действующему значению (кор. из 2 и знач. а известны), и так обрабатываются все напряжения и токи, всё.
Дальше уже можно  вычислить весь "зоопарк"

11

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

ПАУтина писал(а):
2022-02-15 12:29:54

Нет.
всё проще.
измеряется текущая частота входного сигнала А=Аm*SIN(wt+fi) и подаётся на генератор, который формирует синус a=am*SIN(wt)  и косинус a=am*COS(wt), на которые умножается  входной сигнал и получим:

A1=0,5Am*aSIN(wt+fi)*SIN(wt)  = 0,5Аm*a[COS(fi) - COS(2wt+fi)]
A2=0,5Am*aSIN(wt+fi)*COS(wt) = 0,5Аm*a[SIN(fi) - SIN(2wt+fi)]
видно, что есть постоянные составляющие и переменные двойной частоты. Переменная отфильтровывается (например ФНЧ Чебышева 2-го порядка, частота среза 65 Гц) и остаются
A1=0,5Аm*aCOS(fi)
A2=0,5Аm*aSIN(fi)
первое - действительное значение, второе - мнимое, кв. кор. из суммы вк. получим величину пропорциональную действующему значению (кор. из 2 и знач. а известны), и так обрабатываются все напряжения и токи, всё.
Дальше уже можно  вычислить весь "зоопарк"

Спасибо большое!

12

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

Хорошо только на бумаге, в переходных процессах как навычисляет частоту и пи....

13

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

L1nX писал(а):
2022-02-16 12:44:56

в переходных процессах как навычисляет частоту и пи....

частота не как число целых периодов за секунду, а как скорость изменения фазы.
в данном способе это не основное измерение частоты,
до измерения идёт полосовой фильтр с полосой 40 ... 60 Гц с малой добротностью, и не обязательно что бы частота строго равнялась текущей, надо что бы она была максимально близкой ...
формулы просты можете проверить,
можете проверить, чисто теоретически: задать сигнал с кучей гармоник, потом типа точно измерили их частоты (те которые Вы задали знаете же) и основной сигнал по перемножали на соответствующие синусы и косинусы, затем естественно полосовые фильтры на соответствующие полосы частот ... прикольно получается...

14 (2022-02-17 08:49:56 отредактировано L1nX)

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

Чтобы вычислить фазу нужно воспользоваться фильтром Фурье) фаза также вычисляется за период соответственно... При смене режима у такого способа измерения частоты будет переходный процесс в фильтрах... Симулинк в помощ

15

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

L1nX писал(а):
2022-02-17 08:49:14

При смене режима у такого способа измерения частоты будет переходный процесс в фильтрах.

У любого способа будет переходной процесс. Ну это вопрос больше не к ядру измерителя, а к "обвесу".  Должны быть алгоритмы которые валидируют значения с измерителя и принимают соответствующие меры (типа заставляют перейти на 50 Гц или сохраняют предыдущее значение).

ПАУтина писал(а):
2022-02-15 12:29:54

Переменная отфильтровывается (например ФНЧ Чебышева 2-го порядка, частота среза 65 Гц) и остаются

То есть апериодика в токе, которая при таком преобразовании перешла примерно в 50 Гц никак не давится и довольно сильно влияет на результат? Хотя я не знаю, какие требования для ПА в этом ключе.
А какое время установления нового значения амплитуды при ее скачкообразном изменении? И какое значение максимального выброса? Все же у ФНЧ Чебышева переходная характеристика колебательная.

16 (2022-02-17 12:35:43 отредактировано L1nX)

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

В этом плане определение частоты по переходам через 0 проще... Выходные значения его проще фильтруются... Единственный недостаток этого способа это длч правильного дифференцировария нужно хранение моментов переходов через 0

17 (2022-02-17 13:27:57 отредактировано n00buK)

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

L1nX писал(а):
2022-02-17 12:34:20

В этом плане определение частоты по переходам через 0 проще... Выходные значения его проще фильтруются... Единственный недостаток этого способа это длч правильного дифференцировария нужно хранение моментов переходов через 0

Ниразу не проще, как мне кажется. При наличии гармоник переходы через ноль будут фиксировать по несколько десятков раз на период. У меня не получилось внятно отфильтровать высокие без нефиговой задержки исходного сигнала.
Лично для меня наиболее рабочим способом оказался вычислитель частоты на PLL. Если поиграться настройками коэффициентов PID, то можно получить весьма достойные результаты.

18 (2022-02-17 13:41:57 отредактировано ПАУтина)

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

zigzag писал(а):
2022-02-17 09:53:36

То есть апериодика в токе, которая при таком преобразовании перешла примерно в 50 Гц никак не давится и довольно сильно влияет на результат? Хотя я не знаю, какие требования для ПА в этом ключе.

посмотрите формулы отфильтровывается сигнал двойной частоты

сам проверял на статике от РЕТОМА, когда отлаживал алгоритм АЧР.
напряжение менял в диапазоне 2...100 В, и частоту от 40 до 60, погрешности были в диапазоне 1..2%. например на 5В - 49,96 ... 50,05 Гц. так же следил за значениями т.к. нужно было ещё за одно отлаживать и алгоритм АОСН. Там как бы вообще ни чего не отловил 1...2% как было заявлено.
С измерениями в динамике конечно хуже, но тут вообще нет ни какого способа или метода выполнить более менее точные измерения.
Например, добился, что мой алгоритм  измерения скорости изменения частоты работает не хуже 2...5% при 10...12 Гц/c., а при скорости в диапазоне 1..3 Гц/c вообще 0,3...0,5%.

с временем расчётов ни чего не скажу, т.к. один тик в МКПА - 8 мс, в это время укладывается всё: измерение-перобразование всех аналоговых сигналов - может быть 32 шт., обработка алгоритмов, приём и выдача дискретов - может быть в сумме 128 шт.
как правило МКПА не загружен и на половину, поэтому всё происходит гораздо быстрей 3...5 мс...

19

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

Для АЧР применить можно, а вот с ДАР будут проблемы... На расчет по переходам влияют только интергармоники (не кратные промышленной частоте)

20

Re: Какими методами вычисляются действующие значения величин в МП РЗА?

L1nX писал(а):
2022-02-17 19:07:35

Для АЧР применить можно, а вот с ДАР будут проблемы... На расчет по переходам влияют только интергармоники (не кратные промышленной частоте)

Поясните, что Вы имеете в виду?
Понятно, что для ДАР  нужно измерять не только частоту, но и её скорость, но скорость именно основной гармоники, а диапазон измерения до 40 Гц, если бы для ДАР были уставки типа 7...12 Гц/c, то понятно, что слишком большая скорость и суть в том, что сами органы тупо не успевали бы отработать, т.к. частота от стартовой скажем 49,5...49 Гц падала бы до нормированной 46,5 Гц быстрее чем 0,4...0,5 с, т.е. в действии ДАР нет смысла (время сраб. 0,15 ... 0,3 с + само отк. Г и АГП 0,15...0,25 с), т.к. все равно сработают технологические защиты агрегатов у которых уставки не выше 46 Гц.

НО диапазон скорости снижения частоты  в пределах 1...5 Гц/с поэтому всё успевается и преобразоваться и измерится...