Коррекция амплитудной и фазовой погрешностей сигнала в микропроцессорных системах автоматизации и релейной защиты при изменении частоты

В микропроцессорных системах автоматизации и релейной защиты в качестве контролируемых параметров электрических величин достаточно широко используются амплитудные (действующие) значения и фазовые сдвиги входных сигналов. Они в большинстве случаев определяются по выборкам одной или двух ортогональных составляющих основной гармоники названных сигналов. В существующих микропроцессорных системах для их формирования преимущественно применяются нерекурсивные цифровые фильтры Фурье. При номинальной частоте в энергосистеме выделенные указанными фильтрами ортогональные составляющие не вносят дополнительных погрешностей в определяемые по ним амплитуды и фазовые сдвиги. В режимах с отклонением частоты от номинального значения количество выборок входного сигнала за период становится дробным числом, и дискретизация превращается в асинхронную. По этой причине в амплитуде и фазе сигнала появляются соответствующие погрешности. Основным вопросом их коррекции является непосредственная или косвенная оценка частоты. В настоящей статье реализуется косвенная оценка мгновенной частоты по динамическому косинусу угла одной выборки, который вычисляется по трем смежным мгновенным значениям косинусной ортогональной составляющей сигнала. Использование информации о мгновенной частоте при определении амплитуд и фазовых сдвигов позволяет осуществить полноценную коррекцию соответствующих погрешностей. При этом следует отметить, что в переходных режимах из-за влияния различных факторов динамический косинус определяется с большими погрешностями. Это делает нецелесообразной коррекцию амплитудной и фазовой погрешностей в указанных режимах, ограничивая ее использование только установившимися режимами. Для указанных режимов предложен и исследован функциональный алгоритм коррекции амплитудной и фазовой погрешностей сигналов в микропроцессорных системах автоматизации и релейной защиты при отклонении частоты от номинальной. Результаты выполненных исследований показали, что разработанный алгоритм коррекции обеспечивает практически полное исключение проявления амплитудной и фазовой погрешностей в установившихся режимах в диапазоне изменения частоты 47–52 Гц.

1. Федосеев, А. М. Релейная защита электроэнергетических систем / А. М. Федосеев. М.: Энергоатомиздат, 1984. 520 с.

2. Шнеерсон, Э. М. Цифровая релейная защита / Э. М. Шнеерсон. М.: Энергоатомиздат, 2007. 594 с.

3. Фадке, А. Г. Компьютерная релейная защита в энергосистемах / А. Г. Фадке, Д. С. Торп; пер. с англ. под ред. Г. С. Нудельмана. 2-е изд. М.: Техносфера, 2019. 370 с.

4. Обработка сигналов в интеллектуальных сетях энергосистем / П. Ф. Рибейро [и др.]. М.: Техносфера, 2020. 496 с.

5. Румянцев, Ю. В. Быстродействующий метод определения амплитуды сигнала в микропроцессорных системах автоматизации и управления при колебаниях частоты / Ю. В. Румянцев, Ф. А. Романюк, В. Ю. Румянцев // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2024. Т. 67, № 1. С. 5–15. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2024-67-1-5-15.

6. 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/10.21122/1029-7448-2020-63-1-42-54.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

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

11. Фадке, А. Г. Синхронизированные векторные измерения и их применения / А. Г. Фадке, Д. С. Торп; пер. с англ. 2-е изд. М.: Техносфера, 2021. 320 с.

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

13. Бондаренко, В. Ф. MATLAB. Основы работы и программирования, компьютерная математика: учеб. курс / В. Ф. Бондаренко, В. Д. Дубовец. Минск: Харвест, 2010. 256 с.

14. Гилат, А. MATLAB. Теория и практика / А. Гилат; пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2016. 416 с.