СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НЕЙТРАЛИ И ПОЛОЖЕНИЯ НУЛЕВОЙ ТОЧКИ Российский патент 2008 года по МПК G01R29/16 

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при определении напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений.

Известен способ определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки при отсутствии нейтрального провода [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.], заключающийся в том, что измеряют мгновенные значения линейных напряжений, а также проводимости отдельных фаз, а напряжение нейтрали и положение нулевой точки определяют по формуле

Недостатком известного способа является многоэтапность и сложность его реализации, необходимость в дополнительных операциях по измерению линейных напряжений.

Известен способ определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки [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 измеряют мгновенные значения фазных напряжений, а также проводимости отдельных фаз и нейтрального (нулевого) провода (при наличии такового ), а напряжение нейтрали и положение нулевой точки определяют по формуле

где - мгновенные значения фазных напряжений;

- проводимости отдельных фаз и нейтрального (нулевого) провода.

Недостатком известного способа являются многоэтапность и сложность его реализации.

Задачей изобретения является создание простого, точного, информативного способа определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений.

Это достигается тем, что способ определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений включает также как в прототипе измерение мгновенных значений сигналов фазных напряжений. Согласно изобретению по массивам отсчетов мгновенных значений напряжения в режиме несимметричной нагрузки фаз и симметричной составляющей сигнала фазы А полученной путем суммирования в дифференциальном усилителе сигнала фазы A u_AO1(t_j) и суммарного сигнала трех фаз с нейтрали звезды резисторов, полученных в одни и те же моменты времени t_j=t₁, t₂,..., t_N, с шагом

где Т - период сигнала напряжения,

N - число отсчетов на периоде,

одновременно определяют действующие значения напряжений в режиме несимметричной нагрузки фаз несимметричную U_AO1 и симметричную U_A составляющие сигнала фазы А. Сохраняют каждый цифровой отсчет как текущий и предыдущий, определяют разность и сумму каждой пары текущего и предыдущего значений, перемножают их разность и сумму. Суммируют эти произведения, затем одновременно определяют реактивную квазимощность напряжений фазы А . Далее перемножают текущие отсчеты сигналов и определяют их активную квазимощность напряжений фазы А Затем определяют косинус и синус угла F расхождения векторов между напряжением U_A и между напряжением U_AO1. Далее определяют действующее значение напряжения нейтрали U_N. Затем одновременно определяют синусы углов: расхождения векторов D между напряжением U_AO1 и напряжением U_N, E между напряжением U_A и напряжением U_N.

Полученные значения D, Е, F, U_N являются исходными данными при определении напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений.

Простота предложенного способа заключается в том, что нет необходимости измерения всех фазных напряжений и проводимостей отдельных фаз и нейтрального (нулевого) провода.

Точность предложенного способа заключается в том, что нет необходимости одновременного измерения проводимостей отдельных фаз и нейтрального (нулевого) провода. В настоящее время невозможно обеспечить одновременность измерения всех проводимостей фаз и проводимости нейтрального (нулевого) провода, ввиду чего возникает погрешность.

Предложенный способ является информативным за счет того, что позволяет определять углы расхождения векторов D между напряжением U_N и напряжением U_AO1, E между напряжением U_A и напряжением U_N, а также угол расхождения векторов F между напряжением U_A и между напряжением U_AO1, действующее значение напряжения нейтрали U_N.

На фиг.1 приведена структурная схема реализации предложенного способа определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений.

На фиг.2 изображена аппаратная схема устройства, реализующего рассматриваемый способ определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений.

На фиг.3 приведена векторная диаграмма линейных и фазных напряжений.

В табл.1 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений напряжения в режиме несимметричной нагрузки фаз и симметричной составляющей сигнала фазы А

В табл.2 приведены результаты расчета углов расхождения векторов D между напряжением U_N и напряжением U_AO1, Е между напряжением U_A и напряжением U_N, а также угол расхождения векторов F между напряжением U_A и между напряжением U_AO1, результаты расчета действующего значения напряжения нейтрали U_N.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства, представленного на фиг.1. В конце ЛЭП установлены регистраторы аварийных ситуаций (РАС, на фиг.1 не показаны) для создания массивов мгновенных значений напряжений конца линии электропередачи с шагом дискретизации Δt. Устройство для определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки состоит из одного блока расчета, входы которого связаны с концом линии электропередачи, а выходы блока расчета подключены к ЭВМ.

Блок расчета D, E, F, U_N (фиг.2) содержит два устройства выборки-хранения. К первому устройству выборки-хранения 1 (УВХ 1) последовательно подключены третье устройство выборки-хранения 3 (УВХ 3), инвертор 4, сумматор 5, перемножитель 6, интегратор 7, первый перемножитель-делитель 8. Ко второму устройству выборки-хранения 2 (УВХ 2) последовательно подключены четвертое устройство выборки-хранения 9 (УВХ 4), второй сумматор 10, выход которого подключен ко второму входу первого перемножителя 6. Кроме того, к выходу первого устройства выборки и хранения 1 (УВХ 1) подсоединен второй вход первого сумматора 5, вход преобразователя действующих значений 11 (ПДЗ), а к выходу второго устройства выборки и хранения 2 (УВХ 2) подсоединен второй вход второго сумматора 10, второй вход преобразователя действующих значений 11 (ПДЗ). К первому выходу преобразователя действующих значений 11 (ПДЗ) подключен второй перемножитель 12, к которому последовательно подключены третий сумматор 13, второй инвертор 14, третий перемножитель 15, четвертый сумматор 16, второй перемножитель-делитель 17. Выход второго перемножителя-делителя 17 подключен к ЭВМ, а также к входу третьего 18 и четвертого 19 перемножителей-делителей. Кроме того, к первому выходу преобразователя действующих значений 11 (ПДЗ) подсоединены первый и второй входы четвертого перемножителя 20, выход которого связан с пятым сумматором 21. Также к первому выходу преобразователя действующих значений 11 (ПДЗ) подключен второй вход третьего перемножителя-делителя 18. Ко второму выходу преобразователя действующих значений 11 (ПДЗ) подсоединены первый и второй входы пятого перемножителя 22, выход которого связан со вторым входом пятого сумматора 21, подключенным ко второму входу четвертого сумматора 16. Второй выход преобразователя действующих значений 11 (ПДЗ) связан со вторым входом второго перемножителя 12 и со вторым входом четвертого перемножителя-делителя 19. Входы первого 1 (УВХ 1) и второго (УВХ 2) устройств выборки-хранения связаны с шестым перемножителем 23. Выход шестого перемножителя 23 связан со вторым интегратором 24, выход которого соединен с пятым перемножителем-делителем 25, подключенным ко второму входу третьего перемножителя 15. К каждому устройству выборки-хранения подключен тактовый генератор 26 (ТГ). Кроме того, выход второго перемножителя 12 связан со вторым входом третьего сумматора 13, вторыми входами первого 8 и пятого 25 перемножителей-делителей. Выход первого перемножителя-делителя 8 подключен к ЭВМ, к третьим входам третьего 18 и четвертого 19 перемножителей-делителей, подключенных в свою очередь к ЭВМ. Блок расчета D, E, F, U_N (фиг.2) также включает в себя резисторы, соединенные в звезду, входы которых подключены к входу устройства. К нейтрали звезды резисторов подключен второй вход дифференциального усилителя 27 (ДУ), выход которого соединен с входом второго устройства выборки-хранения 2 (УВХ 2). Второй вход дифференциального усилителя 27 (ДУ) подключен к входу устройства.

Все устройства выборки-хранения реализованы на микросхемах 1100СК2. В качестве резисторов могут быть использованы высокоомные активные сопротивления (например, 3 МОм и более). Программатор действующих значений 11 (ПДЗ) выполнен на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Дифференциальный усилитель 27 (ДУ), инверторы, сумматоры и интеграторы реализованы на операционных усилителях 140УД17А. В качестве перемножителей и перемножителей-делителей может быть использована микросхема 525ПС3. Тактовый генератор 26 (ТГ) может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.

Исследования были проведены на подстанции «Октябрьская» 110/35/10 кВ ОАО «Томскэнерго», 2-ая секция шин 10 кВ.

На входы блока расчета D, E, F, U_N устройства, реализующего рассматриваемый способ определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений, подавали одновременно следующие сигналы:

1) - режим несимметричной нагрузки фазы А,

2) - режим несимметричной нагрузки фазы В,

3) - режим несимметричной нагрузки фазы С.

На блок расчета D, E, F, U_A на вход первого устройства выборки-хранения 1 (УВХ 1) поступал сигнал u_AO1(t_j), на соответствующие резисторы поступали сигналы:

1) - на резистор фазы А,

2) - на резистор фазы В,

3) - на резистор фазы С,

на первый вход дифференциального усилителя (ДУ) сигнал u_AO1(t_j), где t_j=t₁, t₂,..., t_n - моменты времени,

- число разбиений на периоде Т,

Δt=1·10^-3 с - шаг дискретизации массивов мгновенных значений токов и напряжений в начале и в конце ЛЭП.

Суммарный сигнал трех фаз с нейтрали звезды резисторов поступал на второй вход дифференциального усилителя 27 (ДУ). С помощью дифференциального усилителя 27 (ДУ) суммировали сигнал фазы А и суммарный сигнал трех фаз с нейтрали звезды резисторов. На выходе дифференциального усилителя 27 (ДУ) получали симметричную составляющую сигнала фазы A u_A(t_j). Значения сигналов подавали на соответствующие входы шестого перемножителя 23 и записывали в блоки выборки-хранения 1 (УВХ 1), 2 (УВХ 2) и хранили там, как текущие. Массивы значений сигналов с ЛЭП представлены в табл.1. С выхода устройства выборки-хранения 1 (УВХ 1) сигнал U_AO1(t_j) поступал на второй вход сумматора 5, на первый вход программатора действующих значений 11 (ПДЗ) и в устройство выборки-хранения 3 (УВХ 3), в котором становился предыдущим значением. В то же время с выхода устройства выборки-хранения 2 (УВХ 2), значение сигнала u_A(t_j) поступало на второй вход второго сумматора 10, на второй вход программатора действующих значений 11 (ПДЗ) и в устройство выборки-хранения 9 (УВХ 4), в котором становилось предыдущим значением. На выходах программатора действующих значений 11 (ПДЗ) получали действующие значения сигналов u_AO1(t_j) и U_A(t_j)

(табл.2),

(табл.2).

С выхода устройства выборки-хранения 3 (УВХ 3) предыдущее значение сигнала U_AO1(t_j) поступало в инвертор 4, в котором отрицательное значение предыдущего сигнала U_AO1(t_j) преобразовывалось в положительное. С выхода инвертора 4 значение сигнала U_AO1(t_j) поступало на вход сумматора 5. С помощью сумматора 5 определяли разность текущего и предыдущего значений сигнала U_AO1(t_j). С выхода сумматора 5 разность текущего и предыдущего значений сигнала U_AO1(t_j) поступала на вход перемножителя 6. В то же время с выхода устройства выборки-хранения 9 (УВХ 4) предыдущее значение сигнала и u_A(t_j) поступало на первый вход второго сумматора 10. С помощью второго сумматора 10 определяли разность текущего и предыдущего значений сигнала u_A(t_j). С выхода второго сумматора 10 разность текущего и предыдущего значений сигнала u_A(t_j) поступала на второй вход перемножителя 6. С помощью перемножителя 6 значения разности и суммы сигналов перемножали и подавали на вход первого интегратора 7. С помощью первого интегратора 7 суммировали произведения разности и суммы сигналов и определяли значение реактивной квазимощности

(табл.2).

С выхода первого интегратора 7 значение реактивной квазимощности поступало на вход первого перемножителя-делителя 8. Одновременно с описанным выше процессом в шестом перемножителе 23 сигналы u_AO1(t_j) и u_A(t_j) перемножали и подавали на вход второго интегратора 24. С помощью второго интегратора 24 суммировали произведения сигналов и определяли значение активной квазимощности

(табл.2).

С выхода второго интегратора 24 значение активной квазимощности поступало на вход пятого перемножителя-делителя 25. В то же время с первого выхода программатора действующих значений 11 (ПДЗ) действующее значение сигнала U_AO1 поступало на первый вход второго перемножителя 12, на первый и второй входы четвертого перемножителя 20, на второй вход третьего перемножителя-делителя 18. Со второго выхода программатора действующих значений 11 (ПДЗ) действующее значение сигнала U_A поступало на второй вход второго перемножителя 12, на первый и второй входы пятого перемножителя 22, на второй вход четвертого перемножителя-делителя 19. Значения сигналов U_AO1 и U_A перемножали с помощью четвертого 20 и пятого 22 перемножителей и подавали на первый и второй входы пятого сумматора 21, в котором суммировали произведения сигналов U_AO1 и U_A. С выхода пятого сумматора 21 сумма произведений сигналов U_AO1 и U_A поступала на второй вход четвертого сумматора 16. Одновременно с описанным выше процессом во втором перемножителе 12 сигналы U_AO1 и U_A перемножали и подавали на второй вход пятого перемножителя-делителя 25, на второй вход перемножителя-делителя 8, на первый и второй входы третьего сумматора 13. С помощью пятого перемножителя-делителя 25 определяли значение косинуса угла расхождения векторов F между напряжением U_A и между напряжением U_AO1, которое затем подавали на первый вход третьего перемножителя 15.

(табл.2).

С помощью первого перемножителя-делителя 8 определяли значение синуса угла расхождения векторов F между напряжением U_A и между напряжением U_AO1 (см. фиг.3), которое затем подавали на первые входы третьего 18 и четвертого 19 перемножителей-делителей.

(табл.2).

В то же время с помощью третьего сумматора 13 определяли сумму произведений сигналов U_AO1 и U_A. С выхода третьего сумматора 13 сумма произведений сигналов U_AO1 и U_A поступала во второй инвертор 14, с помощью которого отрицательное значение суммы произведений сигналов U_АО1 и U_A преобразовывалось в положительное. С выхода второго инвертора 14 значение суммы произведений сигналов U_AO1 и U_A поступала на второй вход третьего перемножителя 15. С помощью третьего перемножителя 15 значения сигналов перемножали и подавали на первый вход четвертого сумматора 16, в котором суммировали произведения сигналов. С выхода четвертого сумматора сигнал поступал на первый вход второго перемножителя-делителя 17. При этом третий вход второго перемножителя-делителя 17 имеет отрицательную обратную связь со своим выходом. С помощью второго перемножителя-делителя 17 определяли действующее значение напряжения нейтрали

(табл.2).

С выхода второго перемножителя-делителя 17 действующее значение напряжения нейтрали поступало на третьи входы третьего 18 и четвертого 19 перемножителей-делителей. С помощью третьего перемножителя-делителя 18 определяли значение синуса угла расхождения векторов D между напряжением U_N и напряжением U_AO1 (см. фиг.3)

(табл.2).

С помощью четвертого перемножителя-делителя 19 определяли значение синуса угла расхождения векторов E между напряжением U_A и напряжением U_N (см. фиг.3)

(табл.2).

Для наглядного представления полученных результатов на фиг.3 изображена векторная диаграмма линейных и фазных напряжений.

Таким образом, получен простой, точный и информативный способ определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки по массивам отсчетов мгновенных значений фазных напряжений.

Табл.1Время t, сu_A(t_j), кВu_AO1(t_j), кВ002406,2650,0012523,1264251,1350,0024799,255679,8670,0036605,5966552,6110,0047765,3356783,9440,0058164,9666351,220,0067765,3355296,7950,0076605,5963723,8830,0084799,251786,4530,0092523,126-325,8620,010-2406,260,011-2523,13-4251,130,012-4799,25-5679,870,013-6605,6-6552,610,014-7765,33-6783,940,015-8164,97-6351,220,016-7765,33-5296,80,017-6605,6-3723,880,018-4799,25-1786,450,019-2523,13325,86170,0202406,265

Табл.2U_A, кВU_AO1, кВcos Fsin FU_N, кВsin Dsin E37648,5514030,35,77354,80250,9351350,3484922,10570,955520,79482

Способ заключается в измерении массивов отсчетов мгновенных значений фазных напряжений в режиме несимметричной нагрузки фаз и симметричной составляющей сигнала фазы A полученной путем суммирования в дифференциальном усилителе сигнала фазы A u_AO1(t_j) и суммарного сигнала трех фаз с нейтрали звезды резисторов, полученных в одни и те же моменты времени t_j=t₁, t₂,..., t_N, с шагом где Т - период сигнала тока (напряжения); N - число отсчетов на периоде, одновременно определяют несимметричную U_AO1 и симметричную U_A составляющие сигнала фазы А. Определяют реактивную квазимощность напряжений фазы A перемножают текущие отсчеты сигналов и определяют их активную квазимощность напряжений фазы А Определяют косинус и синус угла F расхождения векторов между напряжением U_A и между напряжением U_AO1. Определяют напряжение нейтрали U_N. Определяют синус угла расхождения векторов D между напряжением U_AO1 и напряжением U_N; и синус угла расхождения векторов Е между напряжением U_A и напряжением U_N. Технический результат заключается в повышении точности и простоты вычислений. 3 ил., 2 табл.

Способ определения напряжения нейтрали и положения нулевой точки, включающий измерение массивов отсчетов мгновенных значений фазных напряжений, отличающийся тем, что по массивам отсчетов мгновенных значений напряжения в режиме несимметричной нагрузки фаз и симметричной составляющей сигнала фазы А , полученной путем суммирования в дифференциальном усилителе сигнала фазы A u_AO1(t_j) и суммарного сигнала трех фаз с нейтрали звезды резисторов, полученных в одни и те же моменты времени t_j=t₁, t₂,..., t_n, с шагом ,

где Т - период сигнала тока (напряжения);

N - число отсчетов на периоде,

одновременно определяют действующие значения напряжения в режиме несимметричной нагрузки фаз несимметричную U_AO1 и симметричную U_A составляющие сигнала фазы А, сохраняют каждый цифровой отсчет как текущий и предыдущий, определяют разность и сумму каждой пары текущего и предыдущего значений, перемножают их разность и сумму, суммируют эти произведения, затем одновременно определяют реактивную квазимощность напряжений фазы A , перемножают текущие отсчеты сигналов и определяют их активную квазимощность напряжений фазы А , затем определяют косинус и синус угла F расхождения векторов между напряжением U_A и между напряжением U_AO1, определяют действующее значение напряжения нейтрали U_N, затем для определения положения нулевой точки одновременно определяют синус угла расхождения векторов D между напряжением U_AO1 и напряжением U_N; и синус угла расхождения векторов Е между напряжением U_A и напряжением U_N.