СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕЕ 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 линейной конденсаторной батареи на основе ее модели.

Известен способ определения параметров линейной конденсаторной батареи 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 значений) и определяют среднее значение параметров по формуле:

- при продольном включении

- при поперечном включении

где ΔU₁, ΔU₂,...,ΔU_n - потери напряжения на конденсаторной батарее при ее продольном включении, соответствующие производимым измерениям;

U₁, U₂,...,U_n - напряжения на конденсаторной батарее при ее поперечном включении, соответствующие производимым измерениям;

I₁, I₂,...,I_n - ток конденсаторной батареи, соответствующий производимым измерениям;

n - количество произведенных измерений.

Недостатком известного способа является сложность его реализации, невозможность определения значения активного сопротивления конденсаторной батареи.

Известен способ определения параметров линейной конденсаторной батареи [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, фазового сдвига между током и напряжением (аргумент комплексного сопротивления ϕ, равный разности фаз тока и напряжения) и определяют активную и реактивную составляющие тока:

I_R=I·cosϕ, I_C=I·sinϕ,

I_mR=I_m·cosϕ, I_mC=I_m·sinϕ,

где I, I_m - действующее и амплитудное значение тока.

Активное и реактивное сопротивления определяют по формулам:

где U, U_m - действующее и амплитудное значения напряжения.

Недостатком известного способа является сложность его реализации, необходимость определения значения фазового сдвига между током и напряжением линейной конденсаторной батареи.

Задачей изобретения является создание простого, точного, информативного способа определения параметров линейной конденсаторной батареи для построения ее модели.

Это достигается тем, что в способе определения параметров линейной конденсаторной батареи для построения ее модели, проводят измерение мгновенных значений сигналов напряжения и тока, затем массивы отсчетов мгновенных значений тока и напряжения полученные в одни и те же моменты времени t_j=t₁, t₂,...,t_N, с шагом дискретизации

где T - период сигнала тока / напряжения;

N - число отсчетов на периоде Т,

сохраняют как текущие, определяют разность напряжений ΔU₁₂(t_j) или как разность между напряжениями конца и начала при продольном включении конденсаторной батареи или как разность между напряжениями начала и конца при поперечном включении, далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, производят дифференцирование разности напряжений и затем определяют значение расчетной потери напряжения ΔU_12P(t_j):

далее определяют значение активной составляющей тока i_R(t_j):

затем определяют значение активного сопротивления конденсаторной батареи R_i как отношение расчетной потери напряжения ΔU_12P(t_j) к активной составляющей тока i_R(t_j), определяют значение емкости конденсаторной батареи C_i:

рассчитывают средние за период значения активного сопротивления и емкости конденсаторной батареи, которые принимают в качестве конечных результатов.

Полученные значения R и С являются исходными данными при создании модели линейной конденсаторной батареи.

Простота предложенного способа заключается в том, что нет необходимости в дополнительных измерениях и устройствах для получения значений активного сопротивления и емкости линейной конденсаторной батареи.

Точность предложенного способа заключается в том, что параметры схемы замещения линейной конденсаторной батареи определяют непосредственно (напрямую), без дополнительных устройств, вносящих погрешность измерений.

Предложенный способ является информативным за счет того, что позволяет определять все параметры линейной конденсаторной батареи.

На фиг.1 приведена структурная схема реализации предложенного способа определения параметров линейной конденсаторной батареи по массивам отсчетов мгновенных значений токов и напряжений при продольном (фиг.1,а) и поперечном (фиг.1,б) включениях.

На фиг.2 изображена аппаратная схема устройства, реализующего рассматриваемый способ определения параметров линейной конденсаторной батареи по массивам отсчетов мгновенных значений токов и напряжений.

На фиг.3 приведены схемы замещения линейной конденсаторной батареи при продольном (фиг.3,а) и поперечном (фиг.3,б) включениях.

В табл.1 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений напряжений и токов при продольном и поперечном включениях линейной конденсаторной батареи.

В табл.2 приведены результаты расчета параметров конденсаторных батарей.

В табл.3 приведены паспортные значения параметров конденсаторных батарей.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства, представленного на фиг.1. В месте подключения конденсатора 1 к линии электропередачи 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 линейной конденсаторной батареи состоит из одного блока 2 расчета R, С, входы которого связаны с местом подключения конденсатора через регистратор аварийных ситуаций, а выходы блока 2 расчета R, С подключены к ЭВМ 3. На фиг.1,а представлено продольное включение линейной конденсаторной батареи, а на фиг.1,б представлено поперечное включение линейной конденсаторной батареи.

Блок 2 расчета R, С (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 инвертор 6, сумматор 7. Ко второму устройству выборки-хранения 5 (УВХ 2) последовательно подключены сумматор 7, третье устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3), первый программатор 9 (П 1), второй программатор 10 (П 2), третий программатор 11 (П 3), четвертый программатор 12 (П 4), выходы которого подключены к ЭВМ 3. К выходу третьего устройства выборки-хранения 8 (УВХ 3) последовательно подсоединены пятый программатор 13 (П 5), шестой программатор 14 (П 6), выход которого подключен к третьему программатору 11 (П 3). Вход четвертого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 4) подключен к регистратору аварийных ситуаций. К выходу четвертого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 4) последовательно подключены седьмой программатор 16 (П 7), четвертый программатор 12 (П 4). Кроме того, выход четвертого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 4) связан с входом шестого программатора 14 (П 6). К каждому устройству выборки-хранения подключен тактовый генератор 17 (ТГ). Кроме того, к выходу третьего устройства выборки-хранения 8 (УВХ 3) подсоединены второй 10 (П 2) и седьмой 16 (П 7) программаторы. Выход пятого программатора 13 (П 5) связан с входом второго программатора 10 (П 2). К выходу первого программатора 9 (П 1) подключены шестой 14 (П 6) и седьмой 16 (П 7) программаторы. Кроме того, к выходу третьего программатора 11 (П 3) подсоединен вход седьмого программатора 16 (П 7).

Все устройства выборки-хранения реализованы на микросхемах 1100СК2. Программатор 9 (П 1), программатор 10 (П 2), программатор 11 (П 3), программатор 12 (П 4), программатор 13 (П 5), программатор 14 (П 6) и программатор 16 (П 7) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Инвертор 6 и сумматор 7 реализованы на операционных усилителях 140УД17А. Тактовый генератор 17 (ТГ) может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.

Для исследований были выбраны конденсаторы продольной компенсации КСП-0,66-40 и поперечной компенсации КС2-0,66-40-1У3.

На входы блока 2 расчета R, С устройства, реализующего способ определения параметров линейной конденсаторной батареи для построения ее модели, с регистратора аварийных ситуаций подают следующие сигналы (табл.1):

или 1) одновременно на входные шины блока 2 расчета R, С, если продольное включение линейной конденсаторной батареи,

или 2) одновременно на входные шины блока 2 расчета R, С, если поперечное включение линейной конденсаторной батареи,

где - массив отсчетов мгновенных значений напряжения в начале линейной конденсаторной батареи,

- массив отсчетов мгновенных значений тока в начале линейной конденсаторной батареи,

- массив отсчетов мгновенных значений напряжения в конце линейной конденсаторной батареи.

При продольном включении линейной конденсаторной батареи блока 2 расчета R, С на вход первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) поступает сигнал u₁(t_j), на вход второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) поступает сигнал u₂(t_j), а на вход четвертого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 4) - сигнал i₁(t_j),

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

- число разбиений на периоде T,

Δt=0,3125·10^-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 4) и хранят там как текущие, затем с выхода устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) сигнал u₁(t_j) поступает на инвертор 6. С помощью инвертора 6 отрицательное значение предыдущего сигнала u₁(t_j) преобразовывают в положительное. С выхода инвертора 6 значение сигнала u₁(t_j) поступает на вход сумматора 7. В то же время с выхода устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2), значение сигнала u₂(t_j) поступает на вход сумматора 7. С помощью сумматора 7 определяют разность значений сигналов u₂(t_j)-u₁(t_j). С выхода сумматора 7 разность значений сигналов u₂(t_j)-u₁(t_j) поступает в третье устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3). Одновременно значение сигнала i₁(t_j) поступает в блок выборки-хранения 15 (УВХ 4). Значения сигналов, записанные в блоки выборки-хранения 8 (УВХ 3) и 15 (УВХ 4), хранят там как текущие. С выхода устройства выборки-хранения 8 (УВХ 3) сигнал u₂(t_j)-u₁(t_j) поступает на входы программаторов 9 (П 1), 10 (П 2), 13 (П 5) и 16 (П 7). С выхода устройства выборки-хранения 15 (УВХ 4) сигнал i₁(t_j) поступает на входы программаторов 14 (П 6) и 16 (П 7). На выходе первого программатора 9 (П 1) получают значение производной сигнала

С выхода первого программатора 9 (П 1) значение производной сигнала поступает на входы второго 10 (П 2), шестого 14 (П 6) и седьмого 16 (П 7) программаторов. В то же время с помощью пятого программатора 13 (П 5) определяют значение производной сигнала

С выхода пятого программатора 13 (П 5) значение производной сигнала поступает на входы второго 10 (П 2) и шестого 14 (П 6) программаторов. С помощью второго программатора 10 (П 2) определяют значение расчетной потери напряжения ΔU_12P(t_j):

С выхода второго программатора 10 (П 2) значение расчетной потери напряжения поступает на вход третьего программатора 11 (П 3). В то же время с помощью шестого программатора 14 (П 6) определяют значение активной составляющей тока i_R(t_j):

С выхода шестого программатора 14 (П 6) значение активной составляющей тока поступает на вход третьего программатора 11 (П 3). С помощью третьего программатора 11 (П 3) определяют значение активного сопротивления конденсаторной батареи R_i (фиг.3):

С выхода третьего программатора 11 (П 3) значение активного сопротивления конденсаторной батареи поступает на входы четвертого 12 (П 4) и седьмого 16 (П 7) программаторов. С помощью седьмого программатора 16 (П 7) получают значение емкости конденсаторной батареи С_i (фиг.3):

Ф (табл.2).

С выхода седьмого программатора 16 (П 7) значение емкости конденсаторной батареи поступает на вход четвертого программатора 12 (П 4), с помощью которого определяют средние за период значения активного сопротивления и емкости конденсаторной батареи по формулам:

Ом (табл.2),

Ф (табл.2),

где N_Ri, N_Ci - соответственно количества значений R_i, C_i, найденных на периоде.

При поперечном включении линейной конденсаторной батареи работа блока 2 расчета R, С аналогична работе блока расчета при ее продольном включении, но на вход первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) сигнал не поступает (u₂(t_j)=0), на выход второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) поступает сигнал u₁(t_j), а на вход четвертого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 4) - сигнал i₁(t_j).

Значения сигналов записывают в блоки выборки-хранения 5 (УВХ 2) и 15 (УВХ 4) и хранят там, как текущие. С выхода второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2), значение сигнала u₁(t_j) поступает на вход сумматора 7. С помощью сумматора 7 определяют разность значений сигналов u₁(t_j)-u₂(t_j). С выхода сумматора 7 разность значений сигналов u₁(t_j)-u₂(t_j)=u₁(t_j) поступает в устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3). Одновременно значение сигнала i₁(t_j) поступает в четвертый блок выборки-хранения 15 (УВХ 4). В остальном работа блока 2 расчета R, С при поперечном включении конденсаторной батареи аналогична работе блока 2 расчета R, С при продольном включении и заключается в том, что определяют значение производной сигнала

Затем получают значение производной сигнала

Далее определяют значение расчетной потери напряжения ΔU_1P(t_j):

Затем получают значение активной составляющей тока

Далее определяют значение активного сопротивления конденсаторной батареи R_i (фиг.3):

Затем получают значение емкости конденсаторной батареи C_i (фиг.3):

Далее определяют средние за период значения активного сопротивления и емкости конденсаторной батареи по формулам:

где N_Ri, N_Ci - соответственно количества значений R_i, C_i, найденных на периоде.

По результатам расчетов из табл.2 видно, что параметры линейной конденсаторной батареи, 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 а=R (расчетное значение параметра) является приближенным значением числа z=R_ПАСП (паспортное значение из табл.3).

- при продольном включении конденсаторной батареи

- для R

- для X

- при поперечном включении конденсаторной батареи

- для R

- для Х

Таким образом, получен простой, точный и информативный способ определения параметров линейной конденсаторной батареи по массивам отсчетов мгновенных значений токов и напряжений для построения ее модели.

Табл.1СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕЕ МОДЕЛИВремя t, сКонденсатор продольной компенсации КСП-0,66-40Конденсатор поперечной компенсации КС2-0,66-40-1У3u₁, Bu₂, Bi₁, Au₁, Bi₁, A00085,70992085,709920,00031252801,0732892,5685,328791,4873485,330810,0006255575,175757,26484,12573182,093684,12991,0,00093758295,5768566,52182,11258270,946282,11880,0012510936,0911293,2879,30864357,189479,316840,001562513471,2813911,2875,74091439,992875,751010,00187515876,7416395,371,44376518,558771,455660,002187518129,318721,4366,45857592,130666,472160,002520207,2620867,2660,8333466060,848490,002812522090,6122812,1354,62225721,513354,63,8810,00312523761,2224537,347,88513776,077947,902940,00343752520326026,1740,68684823,168640,705730,0037526402,0627264,3933,09671862,331633,116510,004062527346,8528240,0425,18785893,189925,208350,00437528028,2728943,7217,03641915,446317,057430,004687528439,7729368,668,720908928,88658,7422270,00528577,3829510,760,321415933,3810,3428370,005312528439,7729368,66-8,08117928,8865-8,059860,00562528028,2728943,72-16,4059915,4463-16,38490,005937527346,8528240,04-24,5727893,1899-24,55220,0062526402,0627264,39-32,5028862,3316-32,4830,00656252520326026,17-40,1199823,1686-40,1010,00687523761,2224537,3-47,3506776,0779-47,33280,007187522090,6122812,13-54,1253721,5133-54,10880,007520207,2620867,26-60,3788660-60,36360,007812518129,318721,43-66,0508592,1306-66,03720,00812515876,7416395,3-71,0866518,5587-71,07470,008437513471,2813911,28-75,4379439,9928-75,42780,0087510936,0911293,28-79,0626357,1894-79,0544,0,00906258295,5768566,521-81,926270,9462-81,91980,0093755575,175757,264-84,0003182,0936-83,99610,00968752801,0732892,56-85,265791,48734-85,26360,01-1,2E-05-1,2E-05-85,7099-3,8E-07-85,7099

Продолжение табл.1СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕЕ МОДЕЛИВремя t, сКонденсатор продольной компенсации КСП-0,66-40Конденсатор поперечной компенсации КС2-0.66-40-1У3u₁, Bu₂, Bi₁, Au₁, Bi₁, A0,0103125-2801,07-2892,56-85,3287-91,4873-85,33080,010625-5575,17-5757,26-84,1257-182,094-84,12990,0109375-8295,58-8566,52-82,1126-270,946-82,11880,01125-10936,1-11293,3-79,3086-357,189-79,31680,0115625-13471,3-13911,3-75,7409-439,993-75,7510,011875-15876,7-16395,3-71,4438-518,559-71,45570,0121875-18129,3-18721,4-66,4586-592,131-66,47220,0125-20207,3-20867,3-60,8333-660-60,84850,0128125-22090,6-22812,1-54,6223-721,513-54,63880,013125-23761,2-24537,3-47,8851-776,078-47,90290,0134375-25203-26026,2-40,6868-823,169-40,70570,01375-26402,1-27264,4-33,0967-862,332-33,11650,0140625-27346,8-28240-25,1879-893,19-25,20840,014375-28028,3-28943,7-17,0364-915,446-17,05740,0146875-28439,8-29368,7-8,72091-928,887-8,742230,015-28577,4-29510,8-0,32141-933,381-0,342840,0153125-28439,8-29368,78,081174-928,8878,0598550,015625-28028,3-28943,716,40594-915,44616,384930,0159375-27346,8-2824024,5727-893,1924,55220,01625-26402,1-27264,432,50282-862,33232,483030,0165625-25203-26026,240,11991-823,16940,101020,016875-23761,2-24537,347,35063-776,07847,332820,0171875-22090,6-22812,154,12534-721,51354,108780,0175-20207,3-20867,360,37879-66060,363640,0178125-18129,3-18721,466,05076-592,13166,037170,018125-15876,7-16395,371,08662-518,55971,074720,0184375-13471,3-13911,375,43788-439,99375,427790,01875-10936,1-11293,379,06264-357,18979,054440,0190625-8295,58-8566,5281,92598-270,94681,919760,019375-5575,17-5757,2684,00032-182,09483,996140,0196875-2801,07-2892,5685,2657-91,487385,26360,022,34E-052,42E-0585,709927,66E-0785,70992

Табл.2СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕЕ МОДЕЛИЭлемент электрической цепи кВ кВΔU_12P(t_j), кВi_R(t_j), кАR_i, ОмС_i, ФR_СР, ОмС_СР, ФХ_СР, ОмКонденсатор продольной компенсации КСП-0,66-40293229,1291817,191,487240,0315042904,0160,0002922903,9830,00029210,89280602,7270908,395,603910,0329222903,9720,000292   243811,1226669,1110,03080,037892903,9720,000292   186022,6162909,3144,21220,049662903,9720,000292            Конденсатор поперечной компенсации КС2-0,66-40-1У3293229,4291817,491,487340,0336032722,5610,0002922722,5320,00029210,89280603270908,695,604010,0351162722,5220,000292   243811,3226669,4110,03090,0404152722,5220,000292   186022,8162909,5144,21230,052972722,5220,000292   

Табл.3СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕЕ МОДЕЛИЭлемент электрической цепиПаспортные данныеU_HOM, кВQ_НОМ, кВарtg δR_ПАСП, ОмХ_ПАСП, ОмКонденсатор продольной компенсации КСП-0,66-400,66400,003752903,81410,89Конденсатор поперечной компенсации КС2-0,66-40-1У30,66400,0042722,59510,89

Способ заключается в измерении 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 сохраняют как текущие, определяют разность напряжений ΔU₁₂(t_j): или как разность между напряжениями конца и начала при продольном включении конденсаторной батареи, или как разность между напряжениями начала и конца при поперечном включении. Далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, производят дифференцирование разности напряжений и . Затем определяют значение расчетной потери напряжения ΔU_12P(t_j):

Далее определяют значение активной составляющей тока i_R(t_j):

затем определяют значение активного сопротивления конденсаторной батареи R_i как отношение расчетной потери напряжения ΔU_12P(t_j) к активной составляющей тока iR(t_j), определяют значение емкости конденсаторной батареи C_i:

Далее рассчитывают средние за период значения активного сопротивления и емкости конденсаторной батареи, которые принимают в качестве конечных результатов. Технический результат заключается в упрощении, повышении точности и информативности. 3 ил., 3 табл.

Способ определения параметров линейной конденсаторной батареи для построения ее модели, включающий измерение напряжения и тока, определение активных сопротивлений и емкости, отличающийся тем, что проводят измерение мгновенных значений сигналов напряжения и тока, затем массивы отсчетов мгновенных значений тока и напряжения полученные 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,

сохраняют как текущие, определяют разность напряжений ΔU₁₂(t_j): или как разность между напряжениями конца и начала при продольном включении конденсаторной батареи, или как разность между напряжениями начала и конца при поперечном включении, далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, производят дифференцирование разности напряжений и затем определяют значение расчетной потери напряжения ΔU_12P(t_j):

далее определяют значение активной составляющей тока i_R(t_j):

затем определяют значение активного сопротивления конденсаторной батареи R_i как отношение расчетной потери напряжения ΔU_12P(t_j) к активной составляющей тока i_R(t_j), определяют значение емкости конденсаторной батареи С_i:

рассчитывают средние за период значения активного сопротивления и емкости конденсаторной батареи, которые принимают в качестве конечных результатов.