СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА/РЕЗИСТОРА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕГО МОДЕЛИ Российский патент 2008 года по МПК G01R27/00 

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 производимым измерениям;

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

I₁, I₂, ..., I_n - токи линейного токоограничивающего реактора/резистора, соответствующие производимым 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, фазового сдвига 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

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 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), далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, определяют напряжение на индуктивности U_L(t_j) по формуле

производят дифференцирование тока и , причем одновременно с определением напряжения на индуктивности U_L(t_j) определяют расчетную производную тока

затем определяют значение индуктивности реактора/резистора L_i как отношение напряжения на индуктивности U_L(t_j) к расчетной производной тока i_p(t_j), определяют значение активного сопротивления реактора/резистора

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

Полученные значения R и L 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 сопротивления и индуктивности 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.1, а) и поперечном (фиг.1, б) 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.3, а) и поперечном (фиг.3, б) включениях.

В табл.1 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений напряжений и токов токоограничивающего реактора РБ-10-400-0,3 5УЗ 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, L, входы которого связаны с местом подключения токоограничивающего реактора/резистора через регистратор аварийных ситуаций, а выходы блока 2 расчета R, L подключены к ЭВМ 3. На фиг.1, а представлено продольное включение реактора/резистора, а на фиг.1, б представлено поперечное включение реактора/резистора.

Блок 2 расчета R, L (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), перемножитель-делитель 10, второй программатор 11 (П 2), выходы которого подключены к ЭВМ 3. Вход четвертого устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) подключен к регистратору аварийных ситуаций. К выходу четвертого устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) последовательно подключены третий программатор 13 (П 3) и перемножитель-делитель 10. Кроме того, выход четвертого устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) связан с входами первого 9 (П 1), четвертого 14 (П 4), пятого 15 (П 5) и шестого 16 (П 6) программаторов. Выходы четвертого 14 (П 4) и пятого 15 (П 5) программаторов подсоединены к входам третьего программатора 13 (П 3). Кроме того, к выходу пятого программатора 15 (П 5) последовательно подключены шестой программатор 16 (П 6) и второй программатор 11 (П 2). Входы шестого программатора 16 (П 6) связаны с выходом третьего устройства выборки-хранения 8 (УВХ 3) и с выходом перемножителя-делителя 10. К каждому устройству выборки-хранения подключен тактовый генератор 17 (ТГ).

Все устройства выборки-хранения реализованы на микросхемах 1100СК2. Программатор 9 (П 1), программатор 11 (П 2), программатор 13 (П 3), программатор 14 (П 4), программатор 15 (П 5) и программатор 16 (П 6) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Инвертор 6 и сумматор 7 реализованы на операционных усилителях 140УД17А. В качестве перемножителя-делителя 10 может быть использована микросхема 525ПСЗ. Тактовый генератор 17 (ТГ) может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.

Для исследований были выбраны резистор ШС-300 и токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,3 5УЗ.

На входы блока 2 расчета R, L устройства, реализующего способ определения параметров реактора/резистора для построения его модели, с регистратора аварийных ситуаций подают следующие сигналы (табл.1):

или 1) одновременно на входные шины блока 2 расчета R, L, если продольное включение реактора/резистора,

или 2) одновременно на входные шины блока 2 расчета R, L, если поперечное включение реактора/резистора,

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

- массив отсчетов мгновенных значений тока в начале реактора/резистора,

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

При продольном включении линейного токоограничивающего реактора/резистора блока 2 расчета R, L на вход первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) поступает сигнал u₂(t_j), на вход второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) поступает сигнал u₁(t_j), а на вход четвертого устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) - сигнал i₁(t_j),

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

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 12 (УВХ 4) и хранят там, как текущие, затем с выхода устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) сигнал u₂(t_j) поступает на 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 сумматора 7. В то же время с выхода 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) поступает в третье устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3). Одновременно значение сигнала i₁(t_j) поступает в блок выборки-хранения 12 (УВХ 4). Значения сигналов, записанные в блоки выборки-хранения 8 (УВХ 3) и 12 (УВХ 4) хранят там как текущие. С выхода устройства выборки-хранения 8 (УВХ 3) сигнал u₁(t_j)-u₂(t_j) поступает на вход программатора 9 (П 1) и на вход программатора 16 (П 6). С выхода устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) сигнал i₁(t_j) поступает на входы программаторов 9 (П 1), 13 (П 3), 14 (П 4), 15 (П 5) и 16 (П 6). На выходе первого программатора 9 (П 1) получают значение напряжения на индуктивности U_L(t_j) (фиг.3)

С выхода первого программатора 9 (П 1) значение напряжения на индуктивности поступает на вход перемножителя-делителя 10. В то же время с помощью четвертого программатора 14 (П 4) определяют значение производной сигнала

С выхода четвертого программатора 14 (П 4) значение производной сигнала поступает на вход третьего программатора 13 (П 3). Одновременно с описанным выше процессом, на выходе пятого программатора 15 (П 5) получают значение производной сигнала :

С выхода пятого программатора 15 (П 5) значение производной сигнала поступает на вход шестого программатора 16 (П 6) и на вход третьего программатора 13 (П 3). С помощью третьего программатора 13 (П 3) определяют значение расчетной производной тока

С выхода третьего программатора 13 (П 3) значение расчетной производной тока поступает на вход перемножителя-делителя 10. На выходе перемножителя-делителя 10 получают значение индуктивности линейного токоограничивающего реактора/резистора L_i (фиг.3)

С выхода третьего программатора 13 (П 3) значение индуктивности L_i подают на вход шестого программатора 16 (П 6) и на вход второго программатора 11 (П 2). С помощью шестого программатора 16 (П 6) определяют значение активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора R_i (фиг.3)

С выхода шестого программатора 16 (П 6) значение активного сопротивления R_i подают на вход второго программатора 11 (П 2), с помощью которого определяют средние за период значения активного сопротивления и индуктивности реактора/резистора по формулам

где N_Ri, N_Li - соответственно количества значений R_i, L_i, найденных на периоде.

При поперечном включении линейного токоограничивающего реактора/резистора работа блока 2 расчета R, L аналогична работе блока расчета при его продольном включении, 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) поступает сигнал u₁(t_j), а на вход четвертого устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) - сигнал i₁(t_j).

Значения сигналов записывают в блоки выборки-хранения 5 (УВХ 2) и 12 (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 12 (УВХ 4). В остальном работа блока 2 расчета R, L при поперечном включении реактора/резистора аналогична работе блока 2 расчета R, L при продольном включении и заключается в том, что определяют значение напряжения на индуктивности U_L(t_j) (фиг.3)

Затем определяют значение производной сигнала

Далее получают значение производной сигнала

Затем определяют значение расчетной производной тока

Далее получают значение индуктивности линейного токоограничивающего реактора/резистора L_i (фиг.3)

Затем определяют значение активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора R_i (фиг.3)

Далее определяют средние за период значения активного сопротивления и индуктивности реактора/резистора по формулам

где N_Ri, N_Li - соответственно количества значений R_i, L_i, найденных на периоде.

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 а=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-10-400-0.35УЗРезистор ШС-300u₁, Bu₂, Bt₁, Au₁, Bi₁, A000-565,4540-0,478820,0006251672,5511633,909-551,4375575,1736,697890,001253280,8273205,028-516,22910936,0972,464330,0018754763,0234652,98-461,18215876,74105,4460,00256062,1785922,12-388,41320207,26134,37540,0031257128,3676963,677-300,71723761,22158,14090,003757920,6177737,623-201,46426402,06175,82910,0043758408,4828214,217-94,469428028,27186,76030,0058573,2148375,14316,1556528577,38190,51440,0056258408,4828214,217126,159928028,27186,94710,006257920,6177737,623231,315826402,06176,19560,0068757128,3676963,677327,582523761,22158,6730,00756062,1785922,12411,260320207,26135,05260,0081254763,0224652,98479,133615876,74106,24230,008753280,8273205,028528,594110936,0973,349080,0093751672,5511633,909557,7415575,1737,637140,01-3,5Е-06-3,4E-06565,4543-1,2Е-050,4788210,010625-1672,55-1633,91551,4374-5575,17-36,69790,01125-3280,83-3205,03516,2291-10936,1-72,46430,011875-4763,02-4652,98461,1824-15876,7-105,4460,0125-6062,18-5922,12388,4128-20207,3-134,3750,013125-7128,37-6963,68300,7166-23761,2-158,1410,01375-7920,62-7737,62201,4641-26402,1-175,8290,014375-8408,48-8214,2294,46943-28028,3-186,760,015-8573,21-8375,14-16,1556-28577,4-190,5140,015625-8408,48-8214,22-126,16-28028,3-186,9470,01625-7920,62-7737,62-231,316-26402,1-176,1960,016875-7128,37-6963,68-327,582-23761,2-158,6730,0175-6062,18-5922,12-411,26-20207,3-135,0530,018125-4763,02-4652,98-479,134-15876,7-106,2420,01875-3280,83-3205,03-528,594-10936,1-73,34910,019375-1672,55-1633,91-557,741-5575,17-37,63710,027,03Е-066,87E-06-565,4542,34Е-05-0,47882

Табл.2Элемент электрической цепиU_L(t_j), В, A, A, AL_i, ГнR_i, ОмR_CP, ОмL_CP, ГнX_CP, ОмТокоограничивающий19,4143522462,975075,43117426,190,0011140,010,010,0011140,35 20,4653272669,7956423,6818369,530,0011140,01   реактор23,80387116618,3102912,821366,190,0011140,01   РБ-10-400-0,35УЗ31,70687150523,8140539,128459,860,0011140,01   Резистор ШС-3002801,07359578,2259851,6823341880,0012150,0002150,00,00120,377 -24,454555353,3157318,15-20378,410,0012150,0002002   -12,719446361,449848,42-10599,340,0012150,0002    -9,1260133376,8938085,78-7604,8810,0012150,0002   

Табл.3Элемент электрической цепиПаспортные данныеU_НОМ, кВI_НОМ, AS_НОМ, МВаR_ПАСП, ОмX_ПАСП, ОмТокоограничивающий реактор РБ-10-400-0,3 5УЗ104006,90,010,35Резистор ШС-30047,51838,71500,377

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 AU₁₂(t_j).

Далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, определяют напряжение на индуктивности U_L(t_j) по формуле

производят дифференцирование тока и , причем одновременно с определением напряжения на индуктивности U_L(t_j) определяют расчетную производную тока

Затем определяют значение индуктивности реактора/резистора L_i как отношение напряжения на индуктивности U_L(t_j) к расчетной производной тока . Далее определяют значение активного сопротивления реактора/резистора

Затем рассчитывают средние за период значения активного сопротивления и индуктивности, которые принимают в качестве конечных результатов. 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 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), далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, определяют напряжение на индуктивности U_L(t_j) по формуле:

,

производят дифференцирование тока и , причем одновременно с определением напряжения на индуктивности U_L(t_j) определяют расчетную производную тока:

,

затем определяют значение индуктивности реактора/резистора L_i как отношение напряжения на индуктивности U_L(t_j) к расчетной производной тока определяют значение активного сопротивления реактора/резистора:

,

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