СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА/РЕЗИСТОРА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕГО МОДЕЛИ Российский патент 2008 года по МПК G01R25/00 

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при функциональном контроле и диагностировании линейного токоограничивающего реактора/резистора на основе его модели.

Известен способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора с помощью метода амперметра - вольтметра [Справочник по наладке электрооборудования электростанций и подстанций / Н.А.Воскресенский, А.Е.Гомберг, Л.Ф.Колесников и др.; Под ред. Э.С.Мусаэляна. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 344 с.: ил.] заключающийся в том, что проводят измерения при нескольких действующих значениях тока и напряжения (не менее 3-5) и определяют среднее значение параметров по формуле:

- линейного токоограничивающего реактора

- резистора

где ΔU₁, ΔU₂, ..., ΔU_n - потери напряжения на линейном токоограничивающем реакторе, соответствующие проводимым измерениям;

U₁, U₂, ..., U_n - напряжения на резисторе, соответствующие проводимым измерениям;

I₁, I₂, ..., I_n - токи линейного токоограничивающего реактора/резистора, соответствующие проводимым измерениям;

n - количество произведенных измерений.

Недостатком известного способа является сложность его реализации, невозможность определения значения активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора и реактивного сопротивления резистора.

Известен способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора [Основы теории цепей: Учебник для вузов / Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. - 5-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 528 с.: ил.], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что проводят измерения амплитудных или действующих значений тока и напряжения, фазовый сдвиг между током и напряжением (аргумент комплексного сопротивления ϕ, равный разности фаз напряжения и тока) и определяют полное сопротивление по формуле:

где U, I - действующие значения напряжения и тока;

U_m, I_m - амплитудные значения напряжения и тока.

Активное и реактивное сопротивления определяют по формулам:

R=Z·cosϕ; X=Z·sinϕ.

Недостатком известного способа является сложность его реализации, необходимость определения значения фазового сдвига между током и напряжением линейного токоограничивающего реактора/резистора.

Задачей изобретения является создание простого, точного, информативного способа определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели.

Это достигается тем, что в способе определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели, измеряют мгновенные значения сигналов напряжений и токов в одни и те же моменты времени

t_j=t₁, t₂, ..., t_N, с шагом дискретизации ,

где Т - период сигнала тока/напряжения,

N - число отсчетов на периоде T,

затем одновременно сохраняют цифровые отсчеты напряжений как текущие, определяют их разность, далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений и тока как текущие и предыдущие, определяют разность текущего и предыдущего значений разности напряжений, суммируют текущее и предыдущее значения тока, перемножают разность значений разности напряжений и сумму тока, суммируют эти произведения, определяют потери реактивной мощности на реактивном сопротивлении линейного токоограничивающего реактора/резистора, одновременно перемножают текущие отсчеты сигналов и определяют потери активной мощности на активном сопротивлении линейного токоограничивающего реактора/резистора, и действующее значение тока, используя которые определяют активное и реактивное сопротивления.

Полученные значения R и Х являются исходными данными при создании модели линейного токоограничивающего реактора/резистора.

Простота предложенного способа заключается в том, что нет необходимости в дополнительных измерениях и устройствах для получения значений активного и реактивного сопротивлений линейного токоограничивающего реактора/резистора.

Точность предложенного способа заключается в том, что параметры схемы замещения линейного токоограничивающего реактора/резистора определяются непосредственно (напрямую), без дополнительных устройств вносящих погрешность измерений.

Предложенный способ является информативным за счет того, что позволяет определять все параметры линейного токоограничивающего реактора/резистора.

На фиг.1 приведена структурная схема реализации предложенного способа определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора по массивам отсчетов мгновенных значений токов и напряжений при продольном (фиг.1а) и поперечном (фиг.1б) включениях.

На фиг.2 изображена аппаратная схема устройства, реализующего рассматриваемый способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора по массивам отсчетов мгновенных значений токов и напряжений.

На фиг.3 приведены схемы замещения линейного токоограничивающего реактора/резистора при продольном (фиг.3а) и поперечном (фиг.3б) включениях.

В табл.1 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений напряжений и токов , , токоограничивающего реактора РБ-10-400-0,35У3 и резистора ШС-300.

В табл.2 приведены результаты расчета параметров линейного токоограничивающего реактора и резистора.

В табл.3 приведены паспортные значения параметров линейного токоограничивающего реактора и резистора.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства, представленного на фиг.1. В месте подключения токоограничивающего реактора/резистора 1 к шинам генераторного напряжения установлен регистратор аварийных ситуаций (РАС, на фиг.1 не показан) для создания массивов мгновенных значений напряжения и тока с шагом дискретизации Δt. Устройство для определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора состоит из одного блока 2 расчета R, X, входы которого связаны с местом подключения токоограничивающего реактора/резистора через регистратор аварийных ситуаций, а выходы блока 2 расчета R, Х подключены к ЭВМ 3. На фиг.1а представлено продольное включение реактора/резистора, а на фиг.1б представлено поперечное включение реактора/резистора.

Блок 2 расчета R, Х (фиг.2) состоит из первого 4 (УВХ 1) и второго 5 (УВХ 2) устройств выборки и хранения, входы которых подключены к регистратору аварийных ситуаций. К первому устройству выборки-хранения 4 (УВХ 1) последовательно подключены первый инвертор 6, первый сумматор 7. Ко второму устройству выборки-хранения 5 (УВХ 2) последовательно подключены первый сумматор 7, третье устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3), четвертое устройство выборки-хранения 9 (УВХ 4), второй инвертор 10, второй сумматор 11, выход которого связан с первым перемножителем 12. К первому перемножителю 12 последовательно подключены первый интегратор 13, первый перемножитель-делитель 14, выход которого подключен к ЭВМ 3. Вход пятого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 5) подключен к регистратору аварийных ситуаций. Кроме того, к выходу третьего устройства выборки и хранения 8 (УВХ 3) подсоединен второй вход второго сумматора 11. К пятому устройству выборки-хранения 15 (УВХ 5) последовательно подключены шестое устройство выборки-хранения 16 (УВХ 6), третий сумматор 17, выход которого связан с первым перемножителем 12. К каждому устройству выборки-хранения подключен тактовый генератор 18 (ТГ). Входы третьего 8 (УВХ 3) и пятого 15 (УВХ 5) устройств выборки-хранения связаны со вторым перемножителем 19. Выход второго перемножителя 19 связан со вторым интегратором 20, выход которого соединен со вторым перемножителем-делителем 21, подключенным к ЭВМ 3. К выходу пятого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 5) также подключены третий сумматор 17 и преобразователь действующих значений 22 (ПДЗ), выходы которого подключены к третьему перемножителю 23, связанному с входами первого 14 и второго 21 перемножителей-делителей.

Все устройства выборки-хранения реализованы на микросхемах 1100СК2. Программатор действующих значений 22 (ПДЗ) выполнен на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Инверторы, сумматоры и интеграторы реализованы на операционных усилителях 140УД17А. В качестве перемножителей и перемножителей-делителей может быть использована микросхема 525ПСЗ. Тактовый генератор 18 (ТГ) может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.

Для исследований были выбраны резистор ШС-300 и токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35У3.

На входы блока 2 расчета R, Х устройства, реализующего способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели, подают следующие сигналы:

1) одновременно , , на входные шины блока 2 расчета R, Х при продольном включении линейного токоограничивающего реактора/резистора,

2) одновременно , на входные шины блока 2 расчета R, Х при поперечном включении линейного токоограничивающего реактора/резистора,

где - массив отсчетов мгновенных значений напряжения в начале линейного токоограничивающего реактора/резистора,

- массив отсчетов мгновенных значении тока в начале линейного токоограничивающего реактора/резистора,

- массив отсчетов мгновенных значений напряжения в конце линейного токоограничивающего реактора/резистора.

При продольном включении линейного токоограничивающего реактора/резистора блока 2 расчета R, Х на вход первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) поступает сигнал u₂(t_j), на вход второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) сигнал u₁(t_j), а на вход пятого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 5) сигнал i₁(t_j),

где t_j=t₁, t₂, ..., t_N - моменты времени,

- число разбиений на периоде T,

Δt=0,625·10^-3 с - шаг дискретизации массивов мгновенных значений тока/напряжения.

Значения сигналов записывают в блоки выборки-хранения 4 (УВХ 1), 5 (УВХ 2) и 15 (УВХ 5) и хранят там, как текущие, затем с выхода устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) сигнал u₂(t_j) поступает на первый инвертор 6. С помощью инвертора 6 отрицательное значение предыдущего сигнала u₂(t_j) преобразовывают в положительное. С выхода инвертора 6 значение сигнала u₂(t_j) поступает на вход первого сумматора 7. В то же время с выхода устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2), значение сигнала u₁(t_j) поступает на второй вход первого сумматора 7. С помощью сумматора 7 определяют разность значений сигналов u₁(t_j)-u₂(t_j). С выхода первого сумматора 7 разность значений сигналов u₁(t_j)-u₂(t_j) поступает в третье устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3) и на вход второго перемножителя 19. Одновременно значение сигнала i₁(t_j) поступает в блок выборки-хранения 15 (УВХ 5) и на второй вход второго перемножителя 19. Значения сигналов, записанные в блоки выборки-хранения 8 (УВХ 3) и 15 (УВХ 5) хранят там, как текущие. С выхода устройства выборки-хранения 8 (УВХ 3) сигнал u₁(t_j)-u₂(t_j) поступает на вход сумматора 11 и в устройство выборки-хранения 9 (УВХ 4), в котором становится предыдущим значением, а с выхода устройства выборки-хранения 15 (УВХ 5), значение сигнала i₁(t_j) поступает на первый и второй входы программатора действующих значений 22 (ПДЗ), затем поступает в устройство выборки-хранения 16 (УВХ 6) и становится предыдущим значением. На выходах программатора действующих значений 22 (ПДЗ) получают действующие значения сигналов

I₁ и

С выходов программатора действующих значений 22 (ПДЗ) действующие значения сигналов I₁ и I₁ поступают на входы перемножителя 23. С помощью третьего перемножителя 23 значения сигналов I₁ и I₁ перемножают и подают на входы первого 14 и второго 21 перемножителей-делителей. С выхода четвертого устройства выборки-хранения 9 (УВХ 4) предыдущее значение сигнала u₁(t_j)-u₂(t_j) поступает во второй инвертор 10, с помощью которого отрицательное значение предыдущего сигнала u₁(t_j)-u₂(t_j) преобразовывают в положительное. С выхода второго инвертора 10 значение сигнала u₁(t_j)-u₂(t_j) поступает на вход второго сумматора 11. В то же время с выхода третьего устройства выборки-хранения 8 (УВХ 3) текущее значение сигнала u₁(t_j)-u₂(t_j) поступает на вход второго сумматора 11, с помощью которого определяют разность текущего и предыдущего значений сигнала u₁(t_j)-u₂(t_j). Одновременно с описанным выше процессом, с выхода шестого устройства выборки-хранения 16 (УВХ 6) предыдущее значение сигнала i₁(t_j) поступает на вход третьего сумматора 17 и с выхода пятого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 5) текущее значение сигнала i₁(t_j) поступает на вход третьего сумматора 17. С помощью третьего сумматора 17 определяют сумму текущего и предыдущего значений сигнала i₁(t_j). С выхода второго сумматора 11 разность текущего и предыдущего значений сигнала u₁(t_j)-u₂(t_j) поступает на вход первого перемножителя 12, а с выхода третьего сумматора 17 сумма текущего и предыдущего значений сигнала i₁(t_j) поступает на вход первого перемножителя 12. С помощью первого перемножителя 12 значения разности и суммы сигналов перемножают и подают на вход первого интегратора 13. С помощью первого интегратора 13 суммируют произведения разности и суммы сигналов и определяют значение потери реактивной мощности ΔQ₁: . С выхода первого интегратора 13 значение потери реактивной мощности поступает на вход первого перемножителя-делителя 14. В то же время с помощью второго перемножителя 19 определяют произведения текущих значений сигналов u₁(t_j)-u₂(t_j) и i₁(t_j), которые поступают на вход второго интегратора 20. С помощью второго интегратора 20 определяют потери активной мощности ΔP₁:

С выхода второго интегратора 20 значение потери активной мощности поступает на вход второго перемножителя-делителя 21. С помощью первого перемножителя-делителя 14 определяют значение реактивного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора (фиг.3а):

С помощью второго перемножителя-делителя 21 определяют значение активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора (фиг.3а): .

При поперечном включении линейного токоограничивающего реактора/резистора работа блока 2 расчета R, Х аналогична работе блока расчета при продольном включении реактора/резистора, но на вход первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) сигнал не поступает (u₂(t_j)=0), на вход второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) сигнал u₁(t_j), а на вход третьего устройства выборки-хранения 15 (УВХ 5) сигнал i₁(t_j).

Значения сигналов записывают в блоки выборки-хранения 5 (УВХ 2) и 15 (УВХ 5) и хранят там, как текущие. С выхода второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2), значение сигнала u₁(t_j) поступает на второй вход первого сумматора 7. С помощью первого сумматора 7 определяют разность значений сигналов u₁(t_j)-u₂(t_j). С выхода первого сумматора 7 разность значений сигналов u₁(t_j)-u₂(t_j)=u₁(t_j) поступает в устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3) и на вход второго перемножителя 19. Одновременно значение сигнала i₁(t_j) поступает в пятый блок выборки-хранения 15 (УВХ 5) и на второй вход второго перемножителя 19. В остальном работа блока 2 расчета R, Х при поперечном включении токоограничивающего реактора/резистора аналогична работе блока 2 расчета R, Х при продольном включении и заключается в том, что определяют действующие значения токов I₁ и I₁ по формуле:

Затем сохраняют каждый цифровой отсчет как текущий и предыдущий, далее определяют разность и сумму каждой пары текущего и предыдущего значений, перемножают разность и сумму, затем суммируют произведения. Далее определяют потери реактивной мощности ΔQ₁ на реактивном сопротивлении X линейного токоограничивающего реактора/резистора:

Далее перемножают текущие отсчеты сигналов и определяют потери активной мощности ΔP₁ на активном сопротивлении R линейного токоограничивающего реактора/резистора:

Затем определяют параметры R и X (фиг.3, б) по формулам:

,

По результатам расчетов из табл.2 видно, что параметры линейного токоограничивающего реактора/резистора, полученные с помощью предлагаемого способа, являются близкими по значению к их паспортным значениям. Относительную погрешность ε вычисляли по формуле [Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. - М.: Наука, 1980. - 976 с.]:

где a=R (расчетное значение параметра) является приближенным значением числа z=R_ПАСП (паспортное значение из табл.3).

- линейный токоограничивающий реактор

для R

для X

- резистор

для R

для X

Таким образом, получен простой, точный и информативный способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора по массивам отсчетов мгновенных значений токов и напряжений для построения его модели.

Табл.1Время t, cТокоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35У3Резистор ШС-300u₁, Bu₂, Bi₁, Au₁, Bi₁, A000-565,4540-0,478820,0006251672,5511633,909-551,4375575,1736,697890,001253280,8273205,028-516,22910936,0972,464330,0018754763,0234652,98-461,18215876,74105,4460,00256062,1785922,12-388,41320207,26134,37540,0031257128,3676963,677-300,71723761,22158,14090,003757920,6177737,623-201,46426402,06175,82910,0043758408,4828214,217-94,469428028,27186,76030,0058573,2148375,14316,1556528577,38190,51440,0056258408,4828214,217126,159928028,27186,94710,006257920,6177737,623231,315826402,06176,19560,0068757128,3676963,677327,582523761,22158,6730,00756062,1785922,12411,260320207,26135,05260,0081254763,0224652,98479,133615876,74106,24230,008753280,8273205,028528,594110936,0973,349080,0093751672,5511633,909557,7415575,1737,637140,01-3,5E-06-3,4E-06565,4543-1,2Е-050,4788210,010625-1672,55-1633,91551,4374-5575,17-36,69790,01125-3280,83-3205,03516,2291-10936,1-72,46430,011875-4763,02-4652,98461,1824-15876,7-105,4460,0125-6062,18-5922,12388,4128-20207,3-134,3750,013125-7128,37-6963,68300,7166-23761,2-158,1410,01375-7920,62-7737,62201,4641-26402,1-175,8290,014375-8408,48-8214,2294,46943-28028,3-186,760,015-8573,21-8375,14-16,1556-28577,4-190,5140,015625-8408,48-8214,22-126,16-28028,3-186,9470,01625-7920,62-7737,62-231,316-26402,1-176,1960,016875-7128,37-6963,68-327,582-23761,2-158,6730,0175-6062,18-5922,12-411,26-20207,3-135,0530,018125-4763,02-4652,98-479,134-15876,7-106,2420,01875-3280,83-3205,03-528,594-10936,1-73,34910,019375-1672,55-1633,91-557,741-5575,17-37,63710,027,03E-066,87E-06-565,4542,34Е-05-0,47882

Табл.2Элемент электрической цепиI₁, AΔP₁, ВтΔQ₁, варR, ОмХ, ОмТокоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35У3399,99971599,98355640,910,010,347756Резистор ШС-300134,714427222016797,846150,00020,374579

Табл.3Элемент электрической цепиПаспортные данныеU_НОМ, кВI_НОМ, AS_НОМ, МВ·АR_ПАСП, ОмX_ПАСП, ОмТокоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35У3104006,90,010,35Резистор ШС-30047,51838,71500,377

Способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели заключается в проведении измерений мгновенных значений тока и напряжения. Массивы отсчетов мгновенных значений тока и напряжения , , получают в одни и те же моменты времени t_j=t₁, t₂, ..., t_N, с шагом дискретизации , где Т - период сигнала тока/напряжения;

N - число отсчетов на периоде Т. Затем одновременно сохраняют цифровые отсчеты напряжений как текущие, определяют их разность. Далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений и тока как текущие и предыдущие, определяют разность текущего и предыдущего значений разности напряжений, суммируют текущее и предыдущее значения тока, перемножают разность значений разности напряжений и сумму тока, суммируют эти произведения. Затем определяют потери реактивной мощности на реактивном сопротивлении линейного токоограничивающего реактора/резистора. Далее одновременно перемножают текущие отсчеты сигналов и определяют потери активной мощности на активном сопротивлении линейного токоограничивающего реактора/резистора, и действующее значение тока, используя которые определяют активное и реактивное сопротивления. Технический результат заключается в упрощении, повышении точности и информативности. 3 ил., 3 табл.

Способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели, включающий измерение напряжения и тока, отличающийся тем, что проводят измерение мгновенных значений сигналов напряжения и тока, затем по массивам отсчетов мгновенных значений тока и напряжения полученным в одни и те же моменты времени t_j=t₁, t₂, ..., t_N, с шагом дискретизации

где Т - период сигнала тока/напряжения;

N - число отсчетов на периоде Т,

одновременно сохраняют цифровые отсчеты напряжений как текущие, определяют их разность, далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений и тока как текущие и предыдущие, определяют разность текущего и предыдущего значений разности напряжений, суммируют текущее и предыдущее значения тока, перемножают разность значений разности напряжений и сумму тока, суммируют эти произведения, определяют потери реактивной мощности на реактивном сопротивлении линейного токоограничивающего реактора/резистора, одновременно перемножают текущие отсчеты сигналов и определяют потери активной мощности на активном сопротивлении линейного токоограничивающего реактора/резистора, и действующее значение тока, используя которые определяют активное и реактивное сопротивления.