energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2020-63-4-328-339energy-1978Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGФормирование ортогональных составляющих входных сигналов в микропроцессорных защитахOrthogonal Components Forming of the Microprocessor-Based Protection Input SignalsРоманюкФ. А.RomaniukF. A.

Адрес для переписки: Романюк Федор Алексеевич – Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 65/2, 220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 331-00-51

faromanuk@bntu.by

Address for correspondence: Romaniuk Fiodar A. – Belаrusian National Technical University, 65/2, Nezavisimosty Ave.,  220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 331-00-51

faromanuk@bntu.byРумянцевВ. Ю.RumiantsevV. Yu.

г. Минск

РумянцевЮ. В.RumiantsevYu. V.

г. Минск

КаченяВ. С.KachenyaV. S.

г. Минск

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202007082020634328339Copyright © Романюк Ф.А., Румянцев В.Ю., Румянцев Ю.В., Каченя В.С., 20202020Романюк Ф.А., Румянцев В.Ю., Румянцев Ю.В., Каченя В.С.Romaniuk F.A., Rumiantsev V.Y., Rumiantsev Y.V., Kachenya V.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1978

Использование ортогональных составляющих (ОС) является основным направлением определения информационных параметров в микропроцессорной релейной защите и автоматике электроэнергетических систем. По известным ОС можно реализовать большинство измерительных органов, применяемых в современных устройствах защиты и автоматики. Для выделения ОС используются цифровые нерекурсивные частотные фильтры, в основу которых положено дискретное преобразование Фурье. Главный недостаток указанных фильтров – их невысокое быстродействие, превышающее период промышленной частоты. Для построения быстродействующих измерительных органов такое время установления истинного выходного сигнала часто является неприемлемым. В статье предлагается формировать ОС эквивалентного сигнала в микропроцессорных защитах по значениям косинусной и синусной ОС основной гармоники, сформированных с использованием дискретного преобразования Фурье, путем их умножения на корректирующий коэффициент, который является функцией значений амплитуды входного сигнала и его основной гармоники. Предлагаемый алгоритм формирования ОС входных сигналов в микропроцессорных защитах отличается высоким быстродействием в переходных режимах и обладает широкими функциональными возможностями. Разработана структурная схема формирователя ОС эквивалентного сигнала, все блоки которой могут быть реализованы по известным схемам на микроэлектронной и микропроцессорной элементной базе. В среде динамического моделирования MatLab-Simulink реализована модель формирователя ОС. Проверка функционирования модели проводилась с использованием двух видов тестовых воздействий – синусоидального сигнала с частотой 50 Гц (идеализированное воздействие), а также сигнала, приближенного к реальному вторичному току трансформатора тока при коротком замыкании. В результате выполненных расчетов установлено существенное (до двух раз) повышение быстродействия предлагаемого метода формирования ОС по сравнению с формирователями, основанными на дискретном преобразовании Фурье, при идентичности частотных свойств обоих формирователей.

The use of orthogonal components (OS) is the main direction of determining information parameters in microprocessor relay protection and automation of electric power systems. Most of the measuring devices used in modern protection and automation devices can be implemented using known operating systems. Digital non-recursive frequency filters based on discrete Fourier transform are used for OS selection. The main disadvantage of these filters is their low performance that exceeds the period of industrial frequency. For the construction of high-speed measuring devices, this time of establishing the true output signal is often unacceptable. The article proposes to form the equivalent signal OS in microprocessor defenses based on the values of the cosine and sine axes of the main harmonic formed using a discrete Fourier transform, by multiplying them by a correction factor, which is a function of the values of the input signal amplitude and its main harmonic. The proposed algorithm for generating OS input signals in microprocessor defenses is characterized by high performance in transient modes and has wide functionality. A block diagram of an OS equivalent signal generator has been developed, all blocks of which can be implemented according to known schemes on a microelectronic and microprocessor element base. The OS shaper model is implemented in the MatLab-Simulink dynamic modeling environment. The model functioning was checked using two types of test actions, viz. a sinusoidal signal with a frequency of 50 Hz (idealized action) and a signal close to the real secondary current of a short-circuit current transformer. As a result of the performed calculations, a significant (up to two times) in the speed of the proposed method of OS formation in comparison with the formers based on the discrete Fourier transform, frequency properties of both formers being identical.

ортогональные составляющиемикропроцессорная защитацифровые фильтрыдискретное преобразование Фурьемодельтестовое воздействиевычислительный экспериментамплитудно-частотная характеристикатрансформатор токаMatLabSimulinkorthogonal componentsmicroprocessor protectiondigital filtersdiscrete Fourier transformmodeltest effectcomputational experimentamplitude-frequency responsecurrent transformerMatLabSimulinkReferencesШнеерсон, Э. М. Цифровая релейная защита / Э. М. Шнеерсон. М.: Энергоатомиздат, 2007. 594 с.Shneerson E. M. (2007) Digital Relay Protection. Moscow, Energoatomizdat Publ. 549 (in Russian).Романюк, Ф. А. Принципы выполнения гибких формирователей ортогональных составляющих входных величин в микропроцессорных защитах электроустановок / Ф. А. Романюк, В. Ю. Румянцев, К. Ф. Романюк // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2012. № 6. С. 5–10.Romaniuk F. A., Rumjansev V. Yu., Romaniuk K. F. (2012) Principles of Fulfillment of Flexible Formers of Orthogonal Input Value Components in Micro-Processing Protection of Power Plants. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (6), 5–10 (in Russisn). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2012-0-6-76-82.Реализация цифровых фильтров в микропроцессорных устройствах релейной защиты / Ю. В. Румянцев и др. // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 5. С. 397–417. https://doi.org/10/21122/1029-7448-2016-5-397-417.Rumiantsev Yu. V., Romaniuk F. A., Rumiantsev V. Yu., Novash I. V. (2016) Digital Filters Implementation in Microprocessor-Based Relay Protection. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 59 (5), 397–417 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-5-397-417.Романюк, Ф. А. Способы формирования ортогональных составляющих входных сигналов для релейной защиты / Ф. А. Романюк, М. С. Ломан, В. С. Каченя // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 1. С. 5–14. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-5-14.Romaniuk F. A., Loman М. S., Kachenya V. S. (2019) Methods of Forming Orthogonal Components of Input Signals for Relay Protection. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (1), 5–14 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-5-14.Методика повышения быстродействия измерительных органов микропроцессорных защит электроустановок / Ф. А. Романюк и др. // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 5. С. 403–412. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-5-403-412.Romaniuk F. A., Rumiantsev V. Yu., Novash I. A., Rumiantsev Yu. V. (2019) Technique of Performance Improvement of the Microprocessor-Based Protection Measuring Element. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (5), 403–412 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-5-403-412.Schweitzer, E. O. Filtering for Protective Relays / E. O. Schweitzer, D. Hou // WESCA-NEX 93. Communications, Computers and Power in the Modern Enviroment. Conference Proceedings. IEEE, 1993. P. 15–23.Schweitzer E. O., Hou D. (1993) Filtering for Protective Relays. WESCA-NEX 93. Communications, Computers and Power in the Modern Enviroment. Conference Proceedings. IEEE, 15–23. https://doi.org/10.1109/wescan.1993.270548.SimPowerSystems. User’s Guide. Version 5. The MathWorks, 2011.SimPowerSystems. User’s Guide. The MathWorks, Inc. 2011.Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в MatLab, SimPowerSystems и Simulink / И. В. Черных. М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. 288 с.Chernykh I. V. (2008) Modeling of Electrical Devices in MatLab, SimPowerSystems and Simulink. Moscow, DMK Press; St.-Petersburg, Piter. 288 (in Russian).Romaniuk, F. A. Digital Filters of Seperate the First and Second Harmonics of Signals in Microprocessor-Bases Protection of Electrical Installations Equipped with Transformers / F. A. Romaniuk, V. S. Kachenya, K. Kierczynski // Przegląd Electrotechniczny. 2018. Vol. 1, Nо 7. Р. 48–51. https://doi.org/10.15199/48.2018.07.11.Romaniuk F. A., Kachenya V. S., Kierczynski K. (2018) Digital Filters of Seperate the First and Second Harmonics of Signals in Microprocessor-Bases Protection of Electrical Installations Equipped with Transformers. Przegląd Electrotechniczny, 1 (7), 48–51. https://doi.org/10.15199/48.2018.07.11.Цифровой измерительный орган для функционирования в условиях глубокого насыщения трансформатора тока / Ю. В. Румянцев и др. // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 6. С. 483–493. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-483-493.Rumiantsev Yu. V., Romaniuk F. A., Rumiantsev V. Yu., Novash I. V. (2018) Digital Current Measurement Element for Operation During Current Transformer Severe Saturation. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (6), 483–493 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-483-493.Снижение влияния изменений частоты на формирование ортогональных составляющих входных сигналов релейной защиты / Ф. А. Романюк и др. // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 1. С. 42–54. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-1-42-54Romaniuk F. A., Rumiantsev V. Yu., Rumiantsev Yu. V., Dziaruhina A. A. (2020) Reducing the Impact of the Frequency Change on the Formation of Orthogonal Components of the Relay Protection Input Signals. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 63 (1), 42–54 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-1-42-54.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.