DE2446706C3 - Einrichtung zur Überwachung wenigstens einer im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße - Google Patents
Einrichtung zur Überwachung wenigstens einer im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- bzw. SpannungsgrößeInfo
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Description
Λ = B,
a-1, ao, a\ jeweils gleich b-1, bo, b\,
θ = 0
und wobei
θ = 0
und wobei
f\ = —2 cos 2 Φ zur Erzeugung eines Ausgangssignals
1 A2 sin2 Φ,
/i = 4 sin2 Φ zur Erzeugung eines Ausgangssignals
4 A1 sin3 Φ,
f\ = -I, /2 = 0 zur Erzeugung eines
Ausgangssignals V> A2 und
f\ = 1, /3 = —2 zur Erzeugung eines Ausgangssignals AK
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung wenigstens einer im wesentlichen sinusförmigen
elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße von vorbestimmter Periode in einem elektrischen Strumversorgungssystem,
mit einer auf Prüfimpulse mit vorbestimmter Periode ansprechenden Prüfeinrichtung zur Abtastung
der elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße und zur Erzeugung von die Abtastwerte derselben
repräsentierenden diskreten Signajen an individuellen, durch die Prüfimpulse festgelegten Abtastpunkten, und
mit einer Recheneinheit zur arithmetischen Verarbeitung der diskreten Signale in ein Ar^angssignal, das zur
Ermittlung von Fehlern in dem Sftomversorgungssystem
dessen Betriebszustand repräsentiert Ein Überwachungssteuersystem für ein elektrisches
Netzsystem muß mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, da Neizsysteme immer größer und umfangreicher und
komplizierter im Aufbau werden und die übertragenen Spannungen immer höher werden. Auf der anderen
Seite ist es bereits bekannt, daß die Digitaltechnik üei der Überwachung von Wechselstroragrößen in einem
solchen Überwachungssteuersystem vorzuziehen ist. Die Gründe dafür sind in der DE-OS 23 44 921
beschrieben. Für einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit ist es erwünscht, ein Steuersignal von einem
Überwachungssteuersystem von einer kleinen Anzahl von Analog- oder Digitalabtastwerten von den elektrischen
Größen herzuleiten. Zusätzlich ist es bisher erforderlich, die Abtastimpulse an verschiedenen
Punkten eines Überwachungssteuersystems zu rynchronisieren.
Aus der DE-OS 21 55470 ist eine Einrichtung der eiiigangs beschriebenen Art bekannt, bei der zwei
sinusförmige Signale an zwei aufeinanderfolgenden Stellen abgetastet werden und die so gewonnenen
Abtastwerte zweier aufeinanderfolgender Stellen in einem Rechner miteinander multipliziert werden, um die
ungefähre Nullstelle des Signals zu ermitteln. Ferner wird die Phasendifferenz zwischen den beiden Signalen
bestimmt und unter Verwendung des ermittelten Wertes der Phasendifferenz die Leistung berechnet. Bei
dem in dieser bekannten Einrichtung verwirklichten Verfahren wird der Verlauf der Sinuskurve in der Nähe
der Nullstellen durch Geraden approximiert. Hierdurch erg'bt sich ein unvermeidlicher Fehler in der Bestimmung
sämtlicher kritischer Werte. Außerdem beansprucht die Bes;v>nmung des ungefähren Nullpunktes
eine Zeitspanne, die bis zur Hälfte einer Periode des Sinussignals betragen kann. Ein in dem überwachten
Netzsystem auftretender Fehler wird daher erst nach einer relativ langen Zeitspanne ermittelt, die für
moderne umfangreiche Systeme mit höchsten Spannungen unzulässig ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Überwachung elektrischer Wechselstromgrößen unter
Verwendung einer kleinen Anzahl von Abtastwerten der jeweiligen Größen zu schaffen, bei der weder die
Ausgangssignale mit einem wesentlichen Fehler behaftet sind, noch eine unzulässige Verzögerung bei der
Ermittlung von Abnormalitiilen im Netzsystem auftritt. Dabei soll es in bestimmten Fällen nicht erforderlich
sein, die elektrische Größenabtastung synchron auszuführen.
Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung der ί
eingangs beschriebenen Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Recheneinheit
Einrichtungen zur arithmetischen Verarbeitung von an drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten
abgeleiteten diskreten Signalen nach der Vorschrift to
ι f f\ ■ ii„t\) - f>
■ α \b ι - (\ ■ ii\b \
;iiöi + ;) ,b
aufweist, wobei
;/ ι, .7,1, :i\ diskrete Signale an drei aufeinanderfolgenden
Abtastpunkten einer ersten, im wesentli- '' chen sinusförmigen elektrischen Strom- oder
.Spannungsgröße,
b i. bu. b\ diskrete Signale an drei aufeinanderfolgenden
Punkten einer zweiten im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- oder Spannungsgröße,
f\ = I cos Φ. f; = 0, Λ = 0 zur Erzeugung eines
Ausgangssignals 2 A B cos Θ sin2 Φ,
mit A und SaIs Amplituden Her zwei elektrischen j> Strom- oder Spannungsgrößen, θ als Phasenunterschied zwischen diesen und Φ als Phasendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastpunklen.
mit A und SaIs Amplituden Her zwei elektrischen j> Strom- oder Spannungsgrößen, θ als Phasenunterschied zwischen diesen und Φ als Phasendifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastpunklen.
/Ί = 4sin-'f/', 6 = 1. Λ = t zur Erzeugung eines «>
Ausgangssignals 4 AB cos Θ sin-' Φ,
A = — 1. /">
= 0. l\ = 0 /ur Erzeugung eines Ausgangssignals '/: /\3cos Θ
und wobei
und wobei
f\ = 1, Λ = I, Λ = 1 zur Erzeugung eines
Ausgangssignals ΛScos Θ.
Die Erfindung ist auf elektrische Wechselstromgrößen anwendbar. Es werden insbesondere sinusförmige
elektrische Größen gemeinsamer Periode als Paare behandelt. Mit der Erfindung wird es möglich, von nur
drei aufeinanderfolgenden Abtastungen von jedem Paar von im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Größen
einer gemeinsamen Periode eine Variable abzuleiten, die als Gleichstrom-Abtastwert oder als effektiver
Abtastwert bezeichnet werden kann, wobei das Wort »effektiv« hier verwendet wird wie beim »Effektivwert«
eines elektrischen Wechselstroms oder einer elektrischen Wechselspannung. Die Variable kann allein durch
die Scheitel- oder Rffektivwerte der jeweiligen elektrischen Größen, die Phasendifferenz zwischen den
elektrischen Größen und die Abtastperiode bestimmt werden. Es ist daher mit einer Einrichtung gemäß der
Erfindung möglich, einen der Scheitelwerte und die Phasendifferenz zu messen, wenn die beiden anderen
bekannt sind. In diesem Zusammenhang sei gesagt, daß der Begriff »Überwachung« hier in einer weitgehenden
Bedeutung zu verstehen ist. Wenn die ersten und zweiten Perioden differieren, dann zeigi das erste
resultierende Signal diese Tatsache an. Der Ausdruck »annähernd bzw. normalerweise im wesentlichen
gleich« im vorhergehenden Absatz wird deshalb verwendet, um zum Ausdruck zu bringen, daß die
Einrichtung zur Überwachung jeder Differenz zwischen der ersten und der zweiten Periode verwendbar ist. Sind
zwei elektrische Wechselstromgrößen einer gemeinsamen Grundfrequenz nicht sinusförmig, sondern haben
höhere Harmonische oder Gleichstromkomponente^ dann kann ein Filter verwendet werden, um ein Paar
von im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Grollen abzuleiten, wodurch die ursprünglichen elektrischen
Wcchselstromgrößen mit ausreichender Genauigkeit überwacht werden können. Die Verwendung eines
Filters oder anderer Frequenzwandlereinrichtungen ist auf zwei elektrische Wechsclstromgrößen mit zu
Grundfrequcnz.cn gehörigen Harmonischen anwendbar. Im Fall von mehr als zwei elektrischen Wechselstromgrößen
kann eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Einrichtungen verwendet werden.
Wpitrrr Merkmale und ZnCLKniäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den
Figuren zeigi
Fig. I ein Diagramm mit zwei sinusförmigen elektrischen Größen einer gemeinsamen Periode und
Abtastwerten davon zur Beschreibung des Grundprinzips, auf dem die Erfindung basiert,
Fi g. 2 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsformder
Frfindung,
Fig.3 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung und
F i g. 4 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 werden die Grundsätze,
auf denen die Erfindung basiert, zuerst an einfachen Beispielen beschrieben. Zwei sinusförmige elektrische
Größen a und b gemeinsamer Frequenz f werden dargestellt durch:
\ a — /4 sin OJi
I b = ßsin(o)/ + θ).
worin ω = 2 π(. A und B die Scheitelwerte oder
Amplituden der jeweiligen elektrischen Größen und ι und Θ die Zeit und die Phasendifferenz zwischen den
elektrischen Größen darstellen. Es wird jetzt angenommen, daß die elektrischen Größen zur Verwendung
einer einzigen Abtast- oder Taktpulsfolge einer Abtastperiode oder eines Intervalls Φ/ω zu einer
wahlweisen Bezugszeit T und an individuellen Abtastoder Taktpunkten T+ /θ/ω (i = .... -1, 0, 1, ...)
abgetastet werden. An drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten erhaltene Teilgrößen werden '"mn
dargestellt als:
f a~\ = As\n((oT — Φ)
\ 6-1 = ßsin(wr+ θ - Φ),
j a0 = A sin ω Τ
\ bo = Bsin(£t)r+ θ),
f a, = Λ sin (ω Γ+ Φ) \ bt = Ssin(tur+ θ + Φ),
f a, = Λ sin (ω Γ+ Φ) \ bt = Ssin(tur+ θ + Φ),
worin a, und b, ein Teilgrößenpaar von dem Abtastpunkt ι 7"+ /Φ/ω darstellen. Produkte der einzelnen Abtastpaare
sind:
a_, b-i = K [cos (9 - cos (2«, T + ft)cos 1Φ - sin (2<i T + Θ) sin 2Φ] .
O0 fo0 = K [cos θ - cos (2r.>
T + «)] .
a, Zj1 = K [cos ft - cos (2m T + ft) cos 2Φ + sin (2... T + ft) sin 2Φ]
a, Zj1 = K [cos ft - cos (2m T + ft) cos 2Φ + sin (2... T + ft) sin 2Φ]
(D
(2)
(3)
7
worin K = AB/2 ist. Aus den Gleichungen (I) bis (3) folgt:
worin K = AB/2 ist. Aus den Gleichungen (I) bis (3) folgt:
«_, h^, + rt, /), - 2(i0 /jn cos 2f/>
= 2AB cos « sin2'/» Aus den Gleichungen (I) und (3) ergibt sich:
ti _ ι — </i = —2/4 sin'/» cos ι» T,
(4)
{a ! (ii) [h. , - />,) = 4 K sin2'/» [cos (-) + cos(2i-i 7' + (-))]
■ nler Verwendung der Gleichungen (2) und (?) ergibt sich:
Ui ] <'|)(/» ι - M + 4 </„/),, sin2'/' = 4/4 ß cos W sin2«/»
(5)
(6)
I.s im ersichtlich, dall die rechten Seiten der üicichun-
^i :i (4) und (6) unabhängig von der Zeit ι sind und daß
die GleThupprcn (4) und (6) für jede Gruppe von drei
aufeinanderfolgenden Austastpaaren gelten. Aus der physikalischen Betrachtung der oben erhaltenen Gleichungen
ist erkennbar, dall es bei Verwendung eines Paares von Austastgrößen, wie ;i2 und b ■>
und entsprechend ui - as. und b ! — bn, die an verschiedenen
Abtastpunkten erhalten werden, anstelle eines Paares von jedem Abtastpunkt, und bei Verwendung
von verschiedenen Abtastimpulsfolgen ohne PhasenreliUioii
/wischen ihnen aber mit einer gemeinsamen Abtjstperiodc, d. h. Abtastimpulsen, die Abtastpunkic
T. + /Φ/ω und T, +■ ίφ/ω definieren, wobei T1 und Th
wahlweise Bezugszeiten darstellen, auch möglich ist. einen Punktfrequcnzabtastwert oder effektiven Abtastwert
zu erhalten, obwohl der Abtastwert oder die Variable jetzt ferner von den Phasendifferenzen
zwischen den Abtastpunkten und den Abtastimpulsfolgen abhängt. Auf jeden Fall wird die Variable gemäß
den linken Seiten der Gleichungen (4) und (6) durch algebraisches Summieren von höchstens fünf Termen
gebildet. Darüber hinaus wird einer der fünf Terme durch ein Produkt von drei Faktoren aus zwei
Teilgrößen und einer Konstanten bestimmt, während jeder der übrigen Terme durch ein Produkt von zwei
Teilgrößen gegeben ist. Die Konstante kann 1 sein.
Wird eine einzige, im wesentlichen sinusförmige elektrische Größe a betrachtet, dann werden die
Gleichungen (4) und (6) zu
ItJ1 + (ή - 2ij^cos2'/' = 2 A1 sin2'/' (7)
(α., - a,)2 + 4fl^ sin2'/» = 4 A2 sin2«/» (8)
+ O0^o = AB cos θ (10)
gungskapazilät eines Gliedes /.wiSCiici'i c'mcni ι UPiKt, an
dem jede Teilgröße erzeugt wird, und einem Ort, an dem Teilgrößen verarbeitet werden, besonders zweckmäßig.
Wenn die elektrischen Größen in 15°-Abtastintervallen ausgetastet werden, was bei einer Überwachungssteuerung
eines elektrischen Netzsystems nicht selten ist. dann kann jeder andere 15° -Intervallteilwert verwendet
werden, wie sie als die Teilwerte in den Gleichungen (9) und (10) verwendet werden. Die Gleichungen (7) und (8)
werden einfach:
weil « = 0 ist. Auf der anderen Seite werden die Gleichungen
(4) und (6) einfacher, nämlich
i0 = {AB cos B)Il (9)
bO
fl-l P-, + O1 fc, -
wenn die Abtastperiode 30° in Termen des Phasenwinkels
der elektrischen Größen ist, d. h. V12 der Periode U1
der elektrischen Größen. Zur Überwachung von elektrischen Wechselstromgrößen und bei der Steuerung
eines elektrischen Netzsystems zum Schutz desselben und für andere Zwecke ist eine 30° -Abtastperiode
in bezug auf die Genauigkeit und die Übertraft + (i2 -U = Az/2
(«_, - ii,)2 + «t2, = A2
(«_, - ii,)2 + «t2, = A2
(II)
(12)
(12)
wenn die einzelne elektrische Größe a in 30°-Austastintervallen ausgetastet wird. Praktische Anwendungen
von Gleichungen (7), (8),(II) und (12) werden später
im Zusammenhang mit einer Anordnung gemäß einer zweiten in Fig.3 beschriebenen Ausführungsform
beschrieben.
Im folgenden wird insbesondere auf Fig. 2 Bezug genommen. In dieser Figur ist eine Vorrichtung gemäß
einer ersten Ausführungsform der Erfindung zum Unterscheiden der Richtungen oder Polaritäten eines
elektrischen Wechselstroms, der durch eine Übertragungsleitung 10 fließt, in bezug auf eine elektrische
Wechselspannung auf der Leitung 10 gezeigt, die einen Stromwandler 11, welcher auf den elektrischen Strom
zum Ableiten eines im wesentlichen sinusförmigen Stromsignals a einer Frequenz gleich der Grundfrequenz
des Stroms anspricht, eine Spannungsteilereinrichtung 12, die auf die Spannung zum Ableiten eines im
wesentlichen sinusförmigen Spannungssignals b der obengenannten Frequenz anspricht, und Analog-Digital-Wandlerschaltungen
13 und 14, die auf Abtastimpulse einer vorbestimmten Periode Φ von einer Abtastimpulsquelle
(nicht gezeigt) zum Abtasten von Strom- und Spannungssignalen ansprechen und die Strom- und
Spannungs-Analog-Abtastwerte in Strom- und Spannungs-Digital-Abtastwerte
a, und b, umwandeln, aufweist. Die Anordnung weist ferner ein Multiplizierglied
16 zum Errechnen eines ersten Produktes a,b, eines Paares von Strom- und Spannungs-Digital-Teilgrößen
als Antwort auf jeden Abtastimpuls und zum Multiplizieren jedes ersten Produktes mit einem erhaltenbleibenden
Faktor 2 cos 2 Φ zum Erzeugen eines zweiten Pfoduktes 2 a,fe, cos 2 Φ, ein Addier-Subtrahierglied 17,
welches auf die Abtastimpulse zum Halten der ersten
und zweiten Produkte und zum Berechnen an jedem Abtastpunkt von der algebraischen Summe
a_i/»-i + a\b\ — 2 3o6ocos2 Φ
auf der linken Seite der Gleichung (4) anspricht, und einen Diskriminator oder ein Entscheidungsglied 18,
welches auf das Vorzeichen jeder algebraischen Summe zum Liefern eines Diskriminator- oder Entscheidungssignals an eine Ausgangsklemme 19 anspricht, auf.
Durch das Diskriminierungssignal wird es möglich, die Stromrichtung zu überwachen. Wenn es erwünscht ist,
einen nicht gezeigten Leistungsschalter in Betriebsstellung zu schaiten, wenn der Strom eine gegenüber der
Spannung entgegengesetzte Polarität besitzt, dann kann das Diskriminierungssignal eines bestimmten Pegels
über die Ausgangsklemme 19 einer nicht gezeigten Betätigungsschaltung für den Leistungsschalter zum
Ausschalten desselben zugeführt werden. Der Diskrimi-PiäiOi
ιο kann CiüCn "CiCrCnZpCgC! 2 /Λ ίί COS ÖD Si". '" !Π
bezug auf die Scheitel- oder Effektivwerte von Strom und Spannung und einen vorbestimmten Wert θο der
Phasendifferenz θ zwischen diesen zur Erzeugung eines Diskriminatorsignals eines bestimmten Pegels für den
Fall, wenn die Phasendifferenz den vorbestimmten Wert übersteigt, beibehalten.
Es wird weiter auf Fig. 2 Bezug genommen. Es ist erkennbar, daß das Addier-Subtrahierglied 17 durch
Zeit- oder Taktimpulse betreibbar ist, die unabhängig von den Abtastimpulsen sind, die in den Analog-Digital-Wandlerschaltungen
13 und 14 verwendet werden. Die Multiplizier- und Addier-Subtrahier-Glieder 16 und 17
können eine arithmetische Einheit eines elektronischen Digitalcomputers sein. Ferner kann der Diskriminator
18 Teil eines Computers sein. Die Glieder 16 bis 18 können ein elektronischer Analogcomputer sein, wenn
anstelle von Digitalaustastwerten Analogabtastwerte verarbeitet werden. Das Diskriminatorsignal eines
bestimmten Pegels kann in Übereinstimmung mit seiner Verwendung als Steuer- oder Alarmsignal bezeichnet
werden. Wird der obengenannte Referenzpegel auf 2 AB sin2 Φ eingestellt, dann ist es möglich, ein die
Phasendifferenz θ repräsentierendes Signal zu erzeugen, indem die algebraische Summe durch den
Referenzpegel dividiert und der arc cos des Quotienten im Diskriminator oder in der Entscheidungsschaltung 18
wie hierin genannt errechnet wird. Es ist leicht erkennbar, daß in dieser Ausführungsform nur die
Analog-Digital-Umwandlung ausgeführt ist, weil das in vielen Fällen vorzuziehen ist. Zusätzlich ist zu
erwähnen, daß die die Abtastwerte repräsentierenden Signale, die Produkte, die algebraische Summe usw. zur
Abkürzung der Beschreibung nur durch die dadurch repräsentierten Werte bezeichnet sind.
In Fig.3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung zum Feststellen eines fehlerhaften Problems
in einer Übertragungsleitung 10 durch Überwachen eines hindurchfließenden elektrischen Wechselstromes
an Punkten neben den beiden Enden der Leitung 10 gezeigt. Die Anordnung weist einen ersten Stromwandler
11, welcher auf den Strom in der Nähe des einen Endes der Leitung 10 zum Herleiten eines im
wesentlichen sinusförmigen Signals a<'> einer Periode
gleich der Grundperiode des Stromes anspricht, einen zweiten Stromwandler 21, welcher auf den Strom in der
Nähe des anderen Leitungsendes zum Herleiten eine« zweiten im wesentlichen sinusförmigen Signals a<2>
derselben Periode anspricht, Analog-Digitalwandler 13 und 14 der im Zusammenhang mit der ersten
Ausführungsform beschriebenen Art zum Erzeugen erster und zweiter Strom-Digital-Abtastwerte a/>
> und a/2> und ein Subtrahierglied 26 zum Errechnen einer
Differenz zwischen den ersten und zweiten Abtastwer-
') ten von jedem Abtastpunkt zur Erzeugung eines
Stromdifferenz-Digitalabtastwertes a, auf. Das Subtrahierglied
kann in einem elektronischen Digital- oder auch Analogcomputer enthalten sein. Es ist hier zu
sagen, daß die Stromdifferenz-Digitalabtastwerte eine
in einzelne elektrische Größe an den entsprechenden
Abtastpunkten repräsentieren und daß die einzelne elektrische Größe im wesentlichen sinusförmig ist. Die
einzelne elektrische Größe kann als ein Differenzstrom bezeichnet werden. Es folgt jetzt, daß die Gleichung (7),
r> (8), (11) oder (12) auf die Stromdifferenz-Abtastwerte
anwendbar ist. Folglich weist die Anordnung gemäß ler zweiten Ausführungsform ferner ein Multipliüiergüed
16 ähnlich dem im Zusammenhang mit der ersten Aüsführungsform hp'chriphpnen 7iir Bildung der Ona-
_>i> drate a? und der Produkte 2 a,- cos 2 Φ, ein Addier-Subtrahierglied
17 der bereits beschriebenen Art zum Berechnen der algebraischen Summe
ii-r + är — 2 ao-'cos 2 Φ
r> an jedem Austastpunkt und einen Diskriminator oder eine Entscheidungsschaltung 18 der beschriebenen Art
zum Liefern eines Alarmsignals an eine Ausgangsklemme 19, für den Fall, daß die algebraische Summe nicht
null ist, auf. Im Zusammenhang mit den rechten Seiten
ιο der Gleichungen (7), (8), (11) und (12) ist jetzt zu
verstehen, daß A den Scheitelwert des Differenzstromes repräsentiert, der dann gleich null sein soll, wenn kein
Fehler auf der Übertragungsleitung 10 auftritt. Es ist ferner zu verstehen, daß bei Verwendung von
π Abtastwerten, die an verschiedenen Abtastpunkten von einer einzelnen elektrischen Größe abgeleitet werden,
an Stelle der in den Gleichungen (7), (8), (11) und (12) verwendeten Abtastwerte eine Amplitude A erhalten
wird, die zweimal so groß ist wie die der originalen elektrischen Größe, wenn die Differenz zwischen den an
180"-Intervallen abgeleiteten Abtastwerten berechnet wird.
In Fig. 4 ist eine Anordnung gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung zum Diskriminieren
r. zwischen den Richtungen eines elektrischen Wechselstromes a. der durch eine Übertragungsleitung 10 fließt,
in bezug auf eine elektrische Wechselspannung 6 der Leitung 10 gezeigt. Diese weist einen Stromwandler 11,
eine Spannungsteilereinrichtung 12 und Analog-Digital-
Wandler 13 und 14 auf, die alle im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben worden sind.
Die Anordnung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung weist ferner ein erstes auf die Abtastimpulse
ansprechendes Subtrahierglied 31 zum Halten der
S5 Strom-Digital-Abtastwerte a, und zum Ableiten einer
Stromdifferenz a-i-ai an jedem Abtastpunk', ein
zweites Subtrahierglied 32 für ein entsprechendes Ableiten einer Spannungsdifferenz 6_,-6i. ein Multiplizierglied
33 zum Erzeugen eines ersten Produktes
bo (a-\-a\) (b-\-b\) an jedem Abtastpunkt, ein auf die
Abtastimpulse ansprechendes Multiplizierglied 34 zum Halten der Strom- und Spannungs-Digital-Abtastwerte
für eine Abtastperiode Φ, das ferner auf einen dadurch festgehaltenen Faktor 4 sin2 Φ anspricht, um ein zweites
Produkt 4 aobo sin2 Φ jedesmal bei der Erzeugung des
ersten Produktes (a-\-a\) (6-161) zu erzeugen, ein
Addierglied 35 zur Erzeugung einer Summe (a-\—a\) (b-\ — b])+4 aobo sin2 Φ entsprechend der linken Seite
der Gleichung (6) und einen Diskriminator oder eine Entscheidungsschaltung 18 der im Zusammenhang mit
der ersten Ausführungsform beschriebenen Art zum Liefern von beispielsweise einem Steuersignal an eine
Ausgangsklemme 19, wenn die Summe kleiner ist als ein Bezugspegel 4 ABcos θο sin2 Φ, der hierbei festgehalten
wird, auf. Wie beschrieben, können die Glieder 31 bis 35 und 18 entweder ein elektronischer Digitalcomputer
oder, falls an Stelle von Digitalaustastwerten Analogaustastwerte verarbeitet werden, ein elektronischer
Analogcomputer sein.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß die in dem Multiplizierglied 16 verwendeten Faktoren in
Übereinstimmung mit der verwendeten Abtastperiode angepaßt werden können. Dem Diskriminator- oder
Entscheidungsglied 18 kann ein einstellbarer Referenzpegel eingegeben werden. Es kann auch ein Paar von
Abtastimpulsquellen ohne Synchronisation zwischen denselben für die jeweiligen Analog-Digital-Wandler Π
und 14 verwendet werden.
ilicr/u I HUiti ZcichmiiiiziMi
Claims (11)
1. Einrichtung zur Überwachung wenigstens einer im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom-
bzw. Spannungsgröße von vorbestimmter Periode in einem elektrischen Stromversorgungssystem, mit
einer auf Prüfimpulse mit vorbestimmter Periode ansprechenden Prüfeinrichtung zur Abtastung der
elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße und zur Erzeugung von die Abtastwerte derselben repräsentierenden diskreten Signalen an individuellen, durch
die Prüfimpulse festgelegten Abtastpunkten, und mit einer Recheneinheit zur arithmetischen Verarbeitung der diskreten Signale in ein Ausgangssignal, das 1;
zur Ermittlung von Fehlern in dem Stromversorgungssystem dessen Betriebszustand repräsentiert,
dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (16, 17; 31, 32, 33,34,35) Einrichtungen zur
arithmetischen Verarbeitung von an drei aufeinandcrfolgenden Abtastpunkten abgeleiteten diskreten
Signalen nach der Vorschrift
n-\b-
— k - a~\b\ — h · a\b-\
35
45
aufweist, wobei
a_i, ao, a\ diskrete Signale an drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten einer ersten, im
wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- oder Spannungsgröße,
b- u bo, fci diskrete Signale an drei aufeinander- J0
folgehden Punkten einer zweiten, im wesentlichen sinusförmigen elektrischen Strom- oder
Spannungsgröße,
f\ = 2 cos 2 Φ, fr = 0, j = 0 zur Erzeugung
eines Ausgangssignals 2 Aß cos θ sin2 Φ,
mit A und B als Amplituden der zwei
elektrischen Strom- oder Spannungsgrößen, θ
als Phasenunterschied zwischen diesen und Φ
als Phasendifferenz zwischen zwei aufeinander
folgenden Abtastpunkten,
/i = 4 sin2 Φ, /j = I1 /3 = 1 zur Erzeugung eines
Ausgangssignals 4 A B cos θ sin2 Φ,
f\ = —11 /2 = 0, h = 0 zur Erzeugung eines
Ausgangssignals '/2 AB cos θ
und wobei
f\ = I1 h = 1, h = 1 zur Erzeugung eines
Ausgangssignals /ti? cos Θ.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an die Prüfeinrichtung (13) angekoppelte
Multipliziereinrichtung (16) zum Speichern einer Konstanten (2 cos 2 Φ), die durch die zu überwachende Größe und die Periode der Prüfimpulse (ω,
Φ/ω) vorbestimmt ist, und zur Berechnung eines ersten Produktes Ca-'2>
ad1, a\2) des an jedem Abtastpunkt ermittelten Abtastsignals zur Erzeugung eines ersten Produktsignals, welches das erste
Produkt repräsentiert, und eines zweiten Produktes (2 ao2 cos 2 Φ), das aus dem ersten Produkt und der
Konstanten gebildet ist, zur Erzeugung eines zweiten Produktsignals, welches das zweite Produkt
darstellt, und durch eine Additions-Subtraktions-Einrichtung (17), die an die Multipliziereinrichtung
(16) angekoppelt ist, zur Speicherung des ersten und des zweiten Produktsignals und zur Durchführung
einer algebraischen Addition aus dem ersten und dem zweiten Produkt in Abhängigkeit von den
Prüfimpulsen für die Abtastsignale an den drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkten (—Φ/ω, ο,
Φ/ω), zur Erzeugung eines Ausgangssignals (2 A2 sin3 Φ), das einen zeitunabhängigen Wert der
elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße darstellt
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Periode der
Prüfimpulse gleich V12 der Periode der elektrischen Strom- bzw. Spanwungsgröße ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Additions-Subtraktions-Einrichtung (17) die algebraische Addition
a-12 + a>2- 2ao2cos2"5
ausführt, zur Erzeugung eines zeitunabhängigen Ausgangssignals 2 A2 sin2 Φ.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar ?rüfeinrichtungen (13, 14) vorgesehen ist, welche auf die
Prüfimpulse und auf einen ersten und einen zweiten Wert (&\ aPi) einer einzelnen elektrischen Strombzw. Spannungsgröße ansprechen, zur Erzeugung
eines ersten und eines zweiten diskreten Signals an den zugehörigen Abtastpunkten, wobei diese diskreten Signale die Abtastwerte (aP\ api) des ersten
bzw. zweiten Wertes (dl\ a<2') darstellen, und daß
eine Subtrakftonseinrichtung (26) an die Prüfeinrichtungen (13, 14) angekoppelt ist zur Berechnung der
Differenz zwischen einem Paar der an jedem Abtastpunkt erzeugten Abtastwerte, wodurch das
diskrete Signal erzeugt wird, welches der Multipiiziereinrichtung (16) zugeführt wird.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite
Prüfeinrichtung (13, 14), die ansprechen auf die Prüfimpulse und jeweils eine im wesentlichen
sinusförmige elektrische Stromgröße mit der vorbestimmten Periode bzw. auf eine im wesentlichen
sinusförmige elektrische Spac.nungsgröße mit einer Signalperiode, die nominell gleich der vorbestimmten Periode der elektrischen Stromgröße ist, zur
Erzeugung von Strom- bzw. Spannungssignalen an den Abtastpunkten, welche Strom- und Spannungsabtastwerte (a„ bi) darstellen, und durch eine
Multipliziereinrichtung (16), die auf die an jedem Abtastpunkt erzeugten Strom- und Spannungsabtastwerte anspricht zur Berechnung von Produkten
der Strom- und Spannungsabtastwerte (a-\b-\, b
7. Einrichtung nach Anspruch 2,3 oder 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Additions-Subtraktions-Einrichtung(17)eine algebraische Addition ausführt,
die definiert ist durch die Beziehung
a-\b-\ + a\b\ - 2ao/»>cos2<P
wobei der zeitunabhängige Wert durch
2/locos θ sin2 Φ
gegeben ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an die Prüfeinrichtung (13) angekoppelte
Subtraktionseinrichtung (31) zur Speicherung der diskreten Signale und zur Berechnung der Differenz
Ca_i - ai) derjenigen zwei Abtastwerte, die am
ersten und am letzten der drei aufeinanderfolgenden Abtastpunkte ertastet wurden, zur Erzeugung eines
Differenzsignals, das diese Differenz darstellt, durch eine an die Subtraktionseinrichtung (31) angekoppelte erste Multipliziereinrichtung (33) zur Berech-
nung eines ersten Produkts jeder der Differenzen, so
daß ein erstes Produktsignal erzeugt wird, welches
das erste Produkt darstellt, durch eine an die Prüfeinrichtung (13) angekoppelte zweite Multipliziereinrichtung
(34) zur Speicherung einer Konstanten (4 sin2 Φ), die von der vorbestimmten Periode
der Strom- oder Spannungsgröße und der vorbestimmten Periode der Prüfimpulse vorbestimmt
wird, zur Berechnung eines zweiten Produktes aus jedem der Abtastwerte und der Konstanten und
Erzeugung eines zweiten Produktsignals in Abhängigkeit von den Prüfimpulsen, welches das zweite
Produkt (4 ao2 sin2 Φ) darstellt, und zwar eine
Abtastperiode nach Berechnung jedes der Produkte, und durch eine Additionseinrichtung (35), die an die
erste und an die zweite Multipliziereinrichtung (33, 34) angekoppelt ist, zur Berechnung einer Summe
aus dem ersten Produkt und dem zweiten Produkt zur Erzeugung eines Ausgangssignals, welches einen
zeitunabhängigen Wert darstellt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Periode der
Prüfimpulse gleich Vi 2 der vorbestimmten Periode
der elektrischen Strom- bzw. Spannungsgröße ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite
Prüfeinrichtung (13, 14) vorgesehen sind, die auf Prüfimpulse und jeweils auf eine im wesentlichen
sinusförmige elektrische Stromgröße mit der vorbestimmten Signalperiode bzw. auf eine im wesentlichen
sinusförmige elektrische Spannungsgröße mit einer zweiten Signalperiode, die nominell gleich der
vorbestimmten Signalperiode der elektrischen Stromgröße ist, anspricht, zur Erzeugung von
Strom- bzw. Spannungssignalen an den Abtastpunkten, welche die Strom- bzw. Spannungsabtastwerte
darstellen.'daß eine an die erste Prüfeinrichtung (13)
angekoppelte erste Subtraktionseinrichtung (13) zur Speicherung der Stromsignale und zur Berechnung
einer Stromdifferenz (a~\ — a\) der Stromabtastwerte für die Erzeugung eines Stromdifferenzsignals,
welches die Stromdifferenz darstellt, und eine zweite Subtraktionseinrichtung (32) vorgesehen ist,
die an die zweite Prüfeinrichtung (14) angekoppelt ist, zur Speicherung der Spannungssignale und zur
Berechnung einer Spannungsdifferenz (b\ — b\) der
Spannungsabtastwerte für die Erzeugung eines 5pannungsdifferenzsignals, welches die Spannungsdifferenz
darstellt, daß die erste Multiplizieteinrichtung (33) an die erste und zweite Subtraktionseinrichtung
(31, 32) angekoppelt ist zur Berechnung eines Produktes aus jeder der Strom- und Spannungsdifferenzen
und daß die zweite Multipliziereinrichtung (34) an die erste und an die zweite Prüfeinrichtung (13,14) angekoppelt ist zur Berechnung
eines Produktes aus jedem der Strom- und Spannungsabtastwerte und der Konstanten.
11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Überwachung von nur einer im wesentlichen sinusförmigen Strom- bzw. Spannungsgröße
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