Способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели

Способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.1
Время t, c	Токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35У3	Резистор ШС-300
u1, B	u2, B	i1, A	u1, B	i1, A
0	0	0	-565,454	0	-0,47882
0,000625	1672,551	1633,909	-551,437	5575,17	36,69789
0,00125	3280,827	3205,028	-516,229	10936,09	72,46433
0,001875	4763,023	4652,98	-461,182	15876,74	105,446
0,0025	6062,178	5922,12	-388,413	20207,26	134,3754
0,003125	7128,367	6963,677	-300,717	23761,22	158,1409
0,00375	7920,617	7737,623	-201,464	26402,06	175,8291
0,004375	8408,482	8214,217	-94,4694	28028,27	186,7603
0,005	8573,214	8375,143	16,15565	28577,38	190,5144
0,005625	8408,482	8214,217	126,1599	28028,27	186,9471
0,00625	7920,617	7737,623	231,3158	26402,06	176,1956
0,006875	7128,367	6963,677	327,5825	23761,22	158,673
0,0075	6062,178	5922,12	411,2603	20207,26	135,0526
0,008125	4763,022	4652,98	479,1336	15876,74	106,2423
0,00875	3280,827	3205,028	528,5941	10936,09	73,34908
0,009375	1672,551	1633,909	557,741	5575,17	37,63714
0,01	-3,5E-06	-3,4E-06	565,4543	-1,2Е-05	0,478821
0,010625	-1672,55	-1633,91	551,4374	-5575,17	-36,6979
0,01125	-3280,83	-3205,03	516,2291	-10936,1	-72,4643
0,011875	-4763,02	-4652,98	461,1824	-15876,7	-105,446
0,0125	-6062,18	-5922,12	388,4128	-20207,3	-134,375
0,013125	-7128,37	-6963,68	300,7166	-23761,2	-158,141
0,01375	-7920,62	-7737,62	201,4641	-26402,1	-175,829
0,014375	-8408,48	-8214,22	94,46943	-28028,3	-186,76
0,015	-8573,21	-8375,14	-16,1556	-28577,4	-190,514
0,015625	-8408,48	-8214,22	-126,16	-28028,3	-186,947
0,01625	-7920,62	-7737,62	-231,316	-26402,1	-176,196
0,016875	-7128,37	-6963,68	-327,582	-23761,2	-158,673
0,0175	-6062,18	-5922,12	-411,26	-20207,3	-135,053
0,018125	-4763,02	-4652,98	-479,134	-15876,7	-106,242
0,01875	-3280,83	-3205,03	-528,594	-10936,1	-73,3491
0,019375	-1672,55	-1633,91	-557,741	-5575,17	-37,6371
0,02	7,03E-06	6,87E-06	-565,454	2,34Е-05	-0,47882

Табл.2
Элемент электрической цепи	I1, A	ΔP1, Вт	ΔQ1, вар	R, Ом	Х, Ом
Токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35У3	399,9997	1599,983	55640,91	0,01	0,347756
Резистор ШС-300	134,7144	2722201	6797,846	150,0002	0,374579

Табл.3
Элемент электрической цепи	Паспортные данные
UНОМ, кВ	IНОМ, A	SНОМ, МВ·А	RПАСП, Ом	XПАСП, Ом
Токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35У3	10	400	6,9	0,01	0,35
Резистор ШС-300	47,5	183	8,7	150	0,377

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.