Компенсация динамической фазовой погрешности при формировании ортогональных составляющих входных сигналов в микропроцессорных защитах

В микропроцессорных защитах электроэнергетических систем определение контролируемых информационных параметров входных сигналов осуществляется с использованием их ортогональных составляющих. Для формирования указанных составляющих наиболее широко применяются цифровые фильтры Фурье, которые обладают инерционностью. Вследствие этого переходные режимы формирования ортогональных составляющих сопровождаются появлением динамической погрешности. Она состоит из динамических амплитудной и фазовой погрешностей, которые могут существенно влиять на функционирование соответствующих измерительных органов и создавать возможность для их излишних срабатываний при внешних коротких замыканиях и замедления срабатывания при внутренних коротких замыканиях. Снижение влияния указанных факторов на поведение измерительных органов обеспечивается использованием для выделения ортогональных составляющих быстродействующих формирователей, а также посредством компенсации динамической фазовой погрешности. Предлагаемый метод основывается на получении ортогональных составляющих Фурье с последующим определением по их выборкам расчетных составляющих, которые совпадают или сдвинуты по фазе относительно первых соответственно в установившемся и переходном режимах. По выборкам расчетных ортогональных составляющих и составляющих Фурье вычисляются результирующие ортогональные составляющие с минимальными динамическими фазовыми погрешностями. Оценка эффективности предложенного решения выполнялась методом вычислительного эксперимента с помощью цифровой модели, реализованной в среде динамического моделирования MATLAB-Simulink. При этом в качестве тестовых воздействий использовались как синусоидальные входные сигналы, так и сложные с содержанием апериодической составляющей и высших гармоник. В результате исследований установлено, что предлагаемый метод компенсации динамической фазовой погрешности при формировании ортогональных составляющих является работоспособным и эффективным как при синусоидальном, так и при сложном входных сигналах. Разработанный метод компенсации обеспечивает снижение динамической фазовой погрешности цифровых фильтров Фурье в три-четыре раза.

1. Шнеерсон, Э. М. Цифровая релейная защита / Э. М. Шнеерсон. М.: Энергоатомиздат, 2007. 549 с.

2. Schweitzer III, E. O. Filtering for Protective Relays / E. O. Schweitzer III, D. Hou // WESCA-NEX 93. Communications, Computers and Power in the Modern Enviroment. Conference Proceedings. IEEE, 1993. P. 15–23. https://doi.org/10.1109/wescan.1993.270548

3. Совершенствование алгоритма формирования ортогональных составляющих входных величин в микропроцессорных защитах / Ф. А. Романюк [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 2. С. 95–108. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-2-95-108

4. Формирование ортогональных составляющих входных сигналов в микропроцессорных защитах с отстройкой от фазовых динамических погрешностей / Ф. А. Романюк [и др.] // Энергетическая стратегия. 2022. № 1. С. 32–34.

5. Испытания микропроцессорных токовых защит: теория, моделирование, практика / И. В. Новаш [и др.]. Минск: БНТУ, 2021. 168 с.

6. Дьяконов, В. П. MATLAB и Simulink для радиоинженеров / В. П. Дьяконов. М.: ДМК Пресс, 2011. 975 с.

7. Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimowerSystems и Simulink / И. В. Черных. М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2011. 288 с.

8. Формирование ортогональных составляющих входных сигналов в микропроцессорных защитах / Ф. А. Романюк и др. // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 4. С. 328–339. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-4-328-339

9. SimPowerSystems. User’s Guide. Version 5. The MathWorks, 2011.

10. Дэбни, Дж. Simulink 4. Секреты мастерства / Дж. Дэбни, Т. Харман; пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2003. 403 с.

11. Цифровой измерительный орган тока 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