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. - с.72-73], 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. - с.74], 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, емкость 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, также как и в прототипе, измеряют напряжение и ток, определяют активное сопротивление и емкость. Согласно изобретению измеряют 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 :

,

далее определяют значение реактивной составляющей тока i_C(t_j):

,

затем определяют значение емкости конденсаторной батареи C_i как отношение реактивной составляющей тока i_C(t_j) к расчетной потери напряжения , определяют значение активного сопротивления конденсаторной батареи R_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. Третье устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3) связано с пятым программатором 13 (П 5), выход которого подсоединен ко второму программатору 10 (П 2). Кроме того, к третьему устройству выборки-хранения 8 (УВХ 3) подсоединен второй 10 (П 2) и шестой 14 (П 6) программаторы. Вход четвертого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 4) подключен к регистратору аварийных ситуаций. К выходу четвертого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 4) последовательно подключены шестой программатор 14 (П 6), третий программатор 11 (П 3). Кроме того, к четвертому устройству выборки-хранения 15 (УВХ 4) последовательно подсоединены седьмой программатор 16 (П 7), четвертый программатор 12 (П 4). Причем к третьему устройству выборки-хранения 8 (УВХ 3), к первому 9 (П 1) и третьему 11 (П 3) программаторам подключен седьмой программатор 16 (П 7). К каждому устройству выборки-хранения подключен тактовый генератор 17 (ТГ).

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_о)-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 и u₂(t_j)-u₁(t_j) поступает на входы программаторов 9 (П 1), 10 (П 2), 13 (П 5), 14 (П 6) 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) 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 вход второго программатора 10 (П 2). С помощью второго программатора 10 (П 2) определяют значение расчетной потери напряжения :

.

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 реактивной составляющей тока i_C(t_j):

.

С выхода шестого программатора 14 (П 6) значение реактивной составляющей тока поступает на вход третьего программатора 11 (П 3). С помощью третьего программатора 11 (П 3) определяют значение емкости конденсаторной батареи C_i (фиг.3):

.

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

.

С выхода седьмого программатора 16 (П 7) значение активного сопротивления 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:

,

,

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 вход 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 U_1P(t_j):

.

Затем получают значение реактивной составляющей тока i_C(t_j):

.

Далее определяют значение емкости конденсаторной батареи C_i (фиг.3):

.

Затем получают значение активного сопротивления конденсаторной батареи R_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 a=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 X

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 ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕЕ МОДЕЛИВремя t, cКонденсатор продольной компенсации КСП-0,66-40Конденсатор поперечной компенсации КС2-0,66-40-1У3u₁, Bu₂, Bi₁, Au₁, Bi₁, A00085,70992085,709920,00031252801,0732892,5685,328791,4873485,330810,0006255575,175757,26484,12573182,093684,129910,00093758295,5768566,52182,11258270,946282,11880,0012510936,0911293,2879,30864357,189479,316840,001562513471,2813911,2875,74091439,992875,751010,00187515876,7416395,371,44376518,558771,455660,002187518129,318721,4366,45857592,130666,472160,002520207,2620867,2660,8333466060,848490,002812522090,6122812,1354,62225721,513354,638810,00312523761,2224537,347,88513776,077947,902940,00343752520326026,1740,68684823,168640,705730,0037526402,0627264,3933,09671862,331633,116510,004062527346,8528240,0425,18785893,189925,208350,00437528028,2728943,7217,03641915,446317,057430,004687528439,7729368,668,720908928,88658,7422270,00528577,3829510,760,321415933,3810,3428370,005312528439,7729368,66-8,08117928,8865-8,059860,00562528028,2728943,72-16,4059915,4463-16,38490,005937527346,8528240,04-24,5727893,1899-24,55220,0062526402,0627264,39-32,5028862,3316-32,4830,00656252520326026,17-40,1199823,1686-40,1010,00687523761,2224537,3-47,3506776,0779-47,33280,007187522090,6122812,13-54,1253721,5133-54,10880,007520207,2620867,26-60,3788660-60,36360,007812518129,318721,43-66,0508592,1306-66,03720,00812515876,7416395,3-71,0866518,5587-71,07470,008437513471,2813911,28-75,4379439,9928-75,42780,0087510936,0911293,28-79,0626357,1894-79,05440,00906258295,5768566,521-81,926270,9462-81,91980,0093755575,175757,264-84,0003182,0936-83,99610,00968752801,0732892,56-85,265791,48734-85,26360,01-1,2Е-05-1,2E-05-85,7099-3,8E-07-85,7099

Продолжение табл.1СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕЕ МОДЕЛИВремя t, cКонденсатор продольной компенсации КСП-0,66-40Конденсатор поперечной компенсации КС2-0,66-40-1У3,u₁, 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-0585,709927,66Е-0785,70992

Табл.2СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕЕ МОДЕЛИЭлемент электрической цепи, В/c, В/c, В/ci_C(t_j), AC_i, ФR_i, ОмR_CP, ОмС_CP, ФX_CP, ОмКонденсатор продольной компенсации КСП-0,66-40280602,7270908,3-99011,3-28,94070,00029232903,9722903,9720,000292310,89243811,1226669,1-51733,3-15,12150,00029232903,972186022,6162909,3-37181,2-10,8680,00029232903,972112213,985119,91-31109,5-9,093220,00029232903,972      Конденсатор поперечной компенсации КС2-0,66-40-1У3280603270908,6-99011,4-28,94070,00029232722,5222722,5220,000292310,89243811,3226669,4-51733,3-15,12150,00029232722,522186022,8162909,5-37181,3-10,8680,00029232722,52211221485120-31109,6-9,093220,00029232722,522      

Табл.3СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕЕ МОДЕЛИЭлемент электрической цепиПаспортные данныеu_НОМ, кВQ_НОМ, кВарtgδR_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 :

,

определяют значение реактивной составляющей тока i_C(t_j):

,

определяют значение емкости конденсаторной батареи С_i как отношение реактивной составляющей тока i_C(t_j) к расчетной потере напряжения , определяют значение активного сопротивления конденсаторной батареи R_i:

,

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 активного сопротивления и емкости, отличающийся тем, что проводят измерение мгновенных значений сигналов напряжения и тока, затем массивы отсчетов мгновенных значении 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, сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, производят дифференцирование разности напряжений и , определяют значение расчетной потери напряжения :

,

определяют значение реактивной составляющей тока i_C(t_j)

,

определяют значение емкости конденсаторной батареи С_i как отношение реактивной составляющей тока i_C(t_j) к расчетной потере напряжения , определяют значение активного сопротивления конденсаторной батареи R_i

,

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