способ определения параметров т-образной схемы замещения воздушной линии электропередачи

Формула изобретения

Способ определения параметров Т-образной схемы замещения воздушной линии электропередачи, включающий измерение в режиме нагрузки мгновенных значений сигналов напряжений и токов в начале и в конце линии для одних и тех же моментов времени t_j =t₁, t₂, ,t_n с дискретностью массивов мгновенных значений , где Т - период сигнала напряжения (тока), N - число разбиений на периоде Т, передачу сигналов с конца линии в ее начало по каналу связи, сохранение пары цифровых отсчетов как текущих, определение действующих значений токов в продольной и поперечной ветвях, определение значений и потерь активных и реактивных мощностей, определение активных и реактивных сопротивлений продольных ветвей линии, отличающийся тем, что после сохранения пар цифровых отсчетов как текущих одновременно формируют массивы мгновенных значений суммарных напряжения и тока и по этим массивам определяют активную и реактивную мощности, а по массивам мгновенных значений суммарного тока определяют действующее значение тока, далее, учитывая определенные значения мощностей и тока, одновременно определяют активное и индуктивное сопротивления, которые и являются параметрами продольной ветви схемы замещения; затем одновременно определяют потери активных и реактивных мощностей, а также значения активных и реактивных мощностей в продольных ветвях схемы замещения, далее по значениям мощностей и потерь мощностей определяют активную и реактивную мощности поперечной ветви схемы замещения и формируют массив мгновенных значений тока поперечной ветви схемы замещения , определяют действующее значение тока, затем, учитывая определенные значения мощностей и тока, одновременно определяют активную и емкостную проводимости, которые и являются параметрами поперечной ветви схемы замещения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники, а именно средствам обработки информации в электротехнике, и может быть использовано при определении мест повреждения воздушной линии электропередачи (ЛЭП) на основе использования уточненных параметров Т-образной схемы замещения.

Известен способ определения текущих параметров электрического режима, например, для построения адаптивной модели ЛЭП [Мурзин П.В., Суворов А.А. Алгоритмы формирования параметров электрического режима в адаптивной модели ЛЭП // В 38 Вестник УГТУ-УПИ. Энергосистема: управление, качество, конкуренция: Сборник докладов II Всероссийской научно-технической конференции. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004. № 12 (42). С.424-428], заключающийся в том, что в начале и в конце ЛЭП с помощью регистраторов аварийных процессов получают синхронизированные во времени массивы мгновенных значений токов и напряжений, с помощью оптоволоконного или высокочастотного канала связи передают второй массив с конца ЛЭП в ее начало. Для определения параметров адаптивной модели линии необходимы следующие параметры электрического режима, полученные в начале и конце линии: токи и напряжения первой гармоники и фазовые углы между ними.

Для получения параметров электрического режима используют известное преобразование Фурье, в соответствии с которым амплитуды и фазы любой гармонической составляющей исходного сигнала определяют по его измеренным мгновенным значениям. При этом приближение исследуемой периодической функции считается наилучшим, так как в качестве коэффициентов тригонометрической суммы используют гармонические коэффициенты Фурье, предварительно найденные как:

,

,

где a_k - коэффициент при функции косинуса;

b_k - коэффициент при функции синуса;

k - номер гармоники;

y _i - мгновенное значение сигнала для i-го отсчета;

t_i - интервал от начала периода до (i+1)-го отсчета (в единицах отсчетов);

n - количество отсчетов в периоде;

t_i - шаг интегрирования.

Амплитуду и фазу k-й гармоники сигнала вычисляют следующим образом:

,

где M_k - амплитуда k-й гармоники сигнала;

_k - фаза k-й гармоники, рад.

В большинстве рассматриваемых задач определение фазы сигнала относительно момента времени начала измерений необходимо и достаточно выполнять только для первой гармоники, то есть значение коэффициента k во всех формулах в данном случае следует принять равным единице.

Находят амплитуды и фазы первых гармоник напряжения и тока в начале и конце линии, по которым производят построение адаптивной модели ЛЭП.

Недостатком данного способа являются многоэтапность и сложность реализации из-за необходимости использования линейной или параболической аппроксимации мгновенных значений при контроле границ интервала интегрирования.

Известен способ определения текущих параметров электрического режима воздушной ЛЭП для построения ее Т-образной адаптивной модели [патент РФ № 2308729, МПК (2006.01), G01R 27/04; G06G 7/63; опубликован 20.10.2007], выбранный в качестве прототипа, включающий также измерение мгновенных значений сигналов напряжений и токов в начале и в конце линии в режиме нагрузки и в режиме холостого хода, передачу массивов с конца линии в ее начало по каналу связи. Исходными данными при создании Т-образной адаптивной модели являются параметры электрического режима: значения активных и реактивных сопротивлений продольной и поперечной ветвей ЛЭП.

Для получения параметров электрического режима обрабатывают сигналы токов и напряжений, полученных в начале и конце ЛЭП в нагрузочном режиме и в режиме холостого хода. В режиме нагрузки с использованием коэффициента пропорциональности k=0; 0,1 1 распределения значений падений напряжений на продольных сопротивлениях определяют активное и реактивное сопротивления продольной , , , и R₀, X₀ поперечной ветвей, представляющих собой область возможных решений определения параметров продольной и поперечной ветвей Т-образной адаптивной модели при распределениях значений продольных падений напряжений. В режиме холостого хода с помощью блоков расчета продольных активного и реактивного сопротивлений линии электропередачи , поперечных активного и реактивного сопротивлений линии электропередачи R₀, X₀ при коэффициенте k=1 получают суммарные значения активных , и реактивных сопротивлений и по полученным значениям сопротивлений продольных и поперечной ветвей для режима нагрузки и для режима холостого хода определяют значение сопротивления продольных и поперечной ветвей Т-образной адаптивной модели: или

По найденным параметрам продольной и поперечной ветвей , , , и R₀, X₀ производят построение адаптивной модели ЛЭП.

Этот способ является сложным, требует дополнительных затрат времени и может быть использован не для каждой ЛЭП.

Задачей изобретения является разработка более простого и точного способа определения параметров Т-образной схемы замещения воздушной линии электропередачи.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе определения параметров Т-образной схемы замещения воздушной линии электропередачи, так же как в прототипе измеряют в режиме нагрузки мгновенные значения сигналов напряжений и токов в начале и в конце линии для одних и тех же моментов времени t_j =t₁, t₂, ,t_n с дискретностью массивов мгновенных значений ,

где Т - период сигнала напряжения (тока),

N - число разбиений на периоде Т,

передают сигналы с конца линии в ее начало по каналу связи, сохраняют пары цифровых отсчетов как текущие, определяют действующие значения токов в продольной и поперечной ветвях, определяют значения и потери активных и реактивных мощностей, определяют активные и реактивные сопротивления продольных ветвей схемы замещения линии.

Согласно изобретению после сохранения пар цифровых отсчетов как текущих одновременно формируют массивы мгновенных значений суммарных напряжения и тока и по этим массивам определяют активную и реактивную мощности, а по массивам мгновенных значений суммарного тока определяют действующее значение тока. Далее, учитывая определенные значения мощностей и тока, одновременно определяют активное и индуктивное сопротивления, которые и являются параметрами продольной ветви схемы замещении. Затем одновременно определяют потери активных и реактивных мощностей, а также значения активных и реактивных мощностей в продольных ветвях схемы замещения. Далее по значениям мощностей и потерь мощностей определяют активную и реактивную мощности поперечной ветви схемы замещения и формируют массив мгновенных значений тока поперечной ветви схемы замещения , определяют действующее значение тока. Затем, учитывая

определенные значения мощностей и тока, одновременно определяют активную и емкостную проводимости, которые и являются параметрами поперечной ветви схемы замещения.

Простота и точность предложенного способа по сравнению с прототипом заключаются в том, что достаточно использовать только один режим: нагрузочный.

Предложенный способ является информативным за счет того, что позволяет определять все параметры продольных и поперечной ветвей Т-образной схемы замещения линии электропередачи.

На фиг.1 представлена структурная схема реализации способа определения параметров Т-образной схемы замещения линии электропередачи.

На фиг.2 показана аппаратная схема блока устройства, реализующего рассматриваемый способ определения параметров Т-образной схемы замещения линии электропередачи (R, Х, G, В).

На фиг.3 представлена Т-образная схема замещения линии электропередачи, состоящая из двух продольных ab и bc и одной поперечной bd ветвей.

В таблице 1 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений напряжений и токов в начале и в конце линии для фазы А.

В таблице 2 приведены результаты расчета параметров продольной ветви Т-образной схемы замещения линии.

В таблицах 3 и 4 представлены результаты расчета параметров поперечной ветви Т-образной схемы замещения ЛЭП.

В таблице 5 представлены эталонные параметры линии, рассчитанные по паспортным данным.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства, представленного на фиг.1. В начале и в конце ЛЭП 1 установлены регистраторы аварийных процессов (на фиг.1 не показаны) для создания массивов мгновенных значений токов начала и конца линии и напряжений начала и конца линии электропередачи с шагом дискретизации t. Регистраторы аварийных процессов через каналы связи связаны с системой сбора и обработки информации, которая обычно расположена в начале ЛЭП 1. Устройство для определения параметров Т-образной схемы замещения линии электропередачи представляет собой блок расчета параметров 2. Вход блока расчета параметров 2 связан с началом ЛЭП 1 и через канал связи с ее концом. Выход блока расчета параметров 2 подключен к ЭВМ 3.

Блок расчета параметров 2 (фиг.1) состоит из первого, второго, третьего и четвертого устройств выборки и хранения 4 (УВХ 1), 5 (УВХ 2), 6 (УВХ 3), 7 (УВХ 4) соответственно, входы которых подключены к регистраторам аварийных процессов. К выходу первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) подключены первый, второй программаторы 8 (П 1), 9 (П 2) и первый сумматор 10 (С 1), к выходу которого подключены третий и четвертый программаторы 11 (П 3) и 12 (П 4). К выходам третьего и четвертого программаторов 11 (П 3) и 12 (П 4) подключены первый делитель 13 (Д 1) и пятый программатор 14 (П 5).

К выходу второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) последовательно подключены первый инвертор 15 (И 1) и первый сумматор 10 (С 1), а также подключены шестой и седьмой программаторы 16 (П 6) и 17 (П 7), к выходам которых подключен второй инвертор 18 (И 2), к выходу которого подключен второй сумматор 19 (С 2), к выходу которого подключены второй и третий делители 20 (Д 2) и 21 (Д 3).

К выходу третьего устройства выборки-хранения 6 (УВХ 3) подключены первый и второй программаторы 8 (П 1) и 9 (П 2), выходы которых подключены ко второму сумматору 19 (С 2), а также третий и четвертый сумматоры 22 (С 3), 23 (С 4) и программатор действующих значений 24 (ПДЗ), к выходу которого подключены первый и второй делители 13 (Д 1), 20 (Д 2) и третий инвертор 25 (И 3), к выходу которого подключен третий делитель 21 (Д 3).

К выходу четвертого устройства выборки-хранения 7 (УВХ 4) последовательно подключены первый инвертор 15 (И 1) и четвертый сумматор 23 (С 4), а также подключены шестой и седьмой программаторы 16 (П 6), 17 (П 7), третий сумматор 22 (С 3) и программатор действующих значений 24 (ПДЗ). К выходу третьего сумматора 22 (С 3) подключены третий, четвертый программаторы 11 (П 3), 12 (П 4) и последовательно подключены программатор действующих значений 24 (ПДЗ), пятый программатор 14 (П 5) и второй инвертор 18 (И 2). К выходу четвертого сумматора 23 (С 4) подключен программатор действующих значений 24 (ПДЗ).

Все делители 13 (Д 1), 20 (Д 2) и 21 (Д 3) подключены к ЭВМ 3 (фиг.1).

Все устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1), 5 (УВХ 2), 6 (УВХ 3) и 7 (УВХ 4) могут быть реализованы на микросхемах 1100СК2. Первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой программаторы 8 (П 1), 9 (П 2), 11 (П 3), 12 (П 4), 14 (П 5), 16 (П 6), 14 (П 7) и программатор действующих значений 24 (ПДЗ) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Первый, второй и третий инверторы 15 (И 1), 18 (И 2), 25 (И 3), первый, второй, третий и четвертый сумматоры 10 (С 1), 19 (С 2), 22 (С 3), 23 (С 4), первый, второй и третий делители 13 (Д 1), 20 (Д 2), 21 (Д 3) могут быть основаны на использовании микросхемы 525ПС3. Для работы пользователя может быть предусмотрена кнопочная клавиатура FT008, имеющая 8 кнопок, предназначенных для включения питания, запуска измерения, сохранения полученных значений и сегментный индикатор SCD55100 для вывода рассчитанных параметров Т-образной схемы замещения воздушной ЛЭП.

В качестве примера способа определения параметров Т-образной схемы замещения линии электропередачи рассматривается воздушная ЛЭП 220 кВ протяженностью 100 км, выполненная проводом AC - 240/32.

Посредством регистраторов аварийных процессов измеряют в режиме нагрузки мгновенные значения сигналов напряжений и токов в начале (табл.1) и в конце (табл.1) линии для одних и тех же моментов времени t _j=t₁, t₂, ,t_n с дискретностью массивов мгновенных значений

где Т - период сигнала напряжения (тока),

N - число разбиений на периоде Т.

Сигналы с конца линии передают в ее начало по каналу связи. Далее сигналы поступают соответственно на входы первого, второго, третьего и четвертого устройств выборки-хранения 4 (УВХ 1), 5 (УВХ 2), 6 (УВХ 3) и 7 (УВХ 4) блока расчета параметров 2 (фиг.2), где их записывают и хранят как текущие.

Затем с выхода второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) сигнал u₂ (t_j) поступает на вход первого инвертора 15 (И 1), где его преобразуют в сигнал -u₂(t_j). Сигналы u₁(t_j) с выхода первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) и -u₂(t_j) с выхода первого инвертора 15 (И 1) поступают в первый сумматор 10 (С 1), на выходе которого формируется сигнал u₁₂(t_j)=u₁ (t_j)-u₂(t_j).

Одновременно сигналы i_i(t_j) и i₂ (t_j) с выходов третьего и четвертого устройств выборки-хранения 6 (УВХ 3) и 7 (УВХ 4) соответственно поступают в третий сумматор 22 (С 3), на выходе которого формируется сигнал i₁₂ (t_j)=i₁(t_j)+i₂(t _j).

С выходов первого и третьего сумматоров 10 (С 1), 22 (С 3) сигналы u₁₂(t_j) и i ₁₂(t_j) одновременно поступают на входы третьего и четвертого программаторов 11 (П 3), 12 (П 4). На выходе третьего программатора 11 (П 3) получают значение активной мощности Р ₁₂:

(первый столбец табл.2).

На выходе четвертого программатора 12 (П 4) получают значение реактивной мощности Q₁₂:

(второй столбец табл.2).

Значения активной Р₁₂ и реактивной Q₁₂ мощностей с выходов третьего и четвертого 11 (П 3), 12 (П 4) программаторов поступают в делитель 13 (Д 1).

Одновременно с выхода третьего сумматора 22 (С 3) сигнал i₁₂(t_j) поступает на вход программатора действующих значений 24 (ПДЗ 1), на выходе которого получают действующее значение сигнала i₁₂ (t_j):

(третий столбец табл.2).

Далее с выхода программатора действующих значений 24 (ПДЗ) сигнал I₁₂ поступает в первый делитель 13 (Д 1). С помощью первого делителя 13 (Д 1) одновременно получают значения активных 26.1 и 26.2 (фиг.3):

(четвертый столбец табл.2)

и индуктивных 27.1 и 27.2 (фиг.3)

(пятый столбец табл.2)

сопротивлений продольных ветвей ab и bc Т-образной схемы замещения, которые выводятся на ЭВМ 3 (фиг.1).

Затем сигналы i₁(t _j) и i₂(t_j) с выходов третьего и четвертого устройств выборки-хранения 6 (УВХ 3), 7 (УВХ 4) соответственно поступают на вход программатора действующих значений 24 (ПДЗ), на выходе которого получают действующее значение сигналов i ₁(t_j) и i₂(t_j) соответственно:

(первый столбец табл.3);

(второй столбец табл.3).

Далее сигналы I₁, I₂ и I₁₂ c выхода программатора действующих значений 24 (ПДЗ) поступают на вход пятого программатора 14 (П 5). Одновременно на вход пятого программатора 14 (П 5) поступают сигналы Р₁₂ с выхода третьего программатора 11 (П 3) и Q₁₂ с выхода четвертого программатора 12 (П 4). На выходе пятого программатора 14 (П 5) одновременно получают значения потерь активных P_ab, P_bc и реактивных Q_ab, Q_bc мощностей в продольных ветвях ab и bc Т-образной схемы замещения линии (фиг.3):

(третий столбец табл.3);

(четвертый столбец табл.3);

(пятый столбец табл.3);

(шестой столбец табл.3).

Далее сигналы u₁(t_j), i₁(t_j) с выходов первого и третьего устройств выборки-хранения 4 (УВХ 1), 6 (УВЗ 3) соответственно поступают на входы первого и второго программаторов 8 (П 1), 9 (П 2).

На выходе первого программатора 8 (П 1) получают значение активной мощности в начале линии P_ab:

(первый столбец табл.4).

На выходе второго программатора 9 (П 2) получают значение реактивной мощности в начале линии Q_ab:

(второй столбец табл.4).

Одновременно сигналы u₂(t_j), i₂(t_j ) с выходов второго и четвертого устройств выборки-хранения 5 (УВХ 2), 7 (УВЗ 4) соответственно поступают одновременно на входы шестого и седьмого 17 (П 7), 16 (П 6) программаторов.

На выходе шестого программатора 16 (П 6) получают значение активной мощности в конце линии P_bc:

(третий столбец табл.4).

На выходе седьмого программатора 17 (П 7) получают значение реактивной мощности в конце линии Q_bc:

(четвертый столбец табл.4).

Далее сигналы P_ab, P_bc, Q_ab и Q_bc с выхода пятого программатора 14 (П 5) и P_bc, Q_bc с выходов шестого и седьмого программаторов 16 (П 6), 17 (П 7) соответственно поступают на вход второго инвертора 18 (И 2), на выходе которого получают сигналы: - P_ab, - P_bc, - Q_ab, - Q_bc, -P_bc и -Q_bc.

Сигналы: - P_ab, - P_bc, - Q_ab, - Q_bc, -P_bc и -Q_bc с выхода второго инвертора 18 (И 2), P_ab с выхода первого программатора 8 (П 1) и Q_ab с выхода второго программатора 9 (П 2) поступают на вход второго сумматора 19 (С 2). На выходе второго сумматора 19 (С 2) получают значения активной P_bd и реактивной Q_bd мощностей в поперечной ветви bd Т-образной схемы замещения линии (фиг.3):

P_bd=P _ab- P_ab-P_bc- P_bc=0,167 МВт (пятый столбец табл.4);

Q_bd=Q_ab- Q_ab-Q_bc- Q_bc=-8,777 Мвар (шестой столбец табл.4).

Сигнал i₂(t_j) с выхода четвертого устройства выборки-хранения 7 (УВХ 4) поступает на вход первого инвертора 15 (И 1), где его преобразуют в сигнал -i₂ (t_j). С выхода первого инвертора 15 (И 1) сигнал -i ₂(t_j) поступает на вход четвертого сумматора 23 (С 4), туда же одновременно поступает сигнал i₁ (t_j) с выхода третьего устройства выборки-хранения 6 (УВХ 3). На выходе четвертого сумматора 23 (С 4) получают сигнал i₃(t_j)=i₁(t_j)-i ₂(t_j). Далее сигнал i₃(t_j ) с выхода четвертого сумматора 20 (С 4) поступает на вход программатора действующих значений 24 (ПДЗ), на выходе которого получают действующее значение сигнала i₃(t_j):

(седьмой столбец табл.4).

Затем сигнал P_bd с выхода второго сумматора 19 (С 2) и сигнал I ₃ c выхода программатора действующих значений 24 (ПДЗ) поступают на вход второго делителя 20 (Д 2). На выходе второго делителя 20 (Д 2) получают значение активной проводимости 28 поперечной ветви bd Т-образной схемы замещения линии (фиг.3):

(восьмой столбец табл.4), которое выводится на ЭВМ 3 (фиг.1).

Одновременно сигнал I₃ c выхода программатора действующих значений 24 (ПДЗ) поступает на вход третьего инвертора 25 (И 3), на выходе которого формируется сигнал -I₃ . Далее сигналы -I₃ с выхода третьего инвертора 25 (И 3) и Q_bd с выхода второго сумматора 19 (С 2) поступают на вход третьего делителя 21 (Д 3). На выходе третьего делителя 21 (Д 3) получают значение емкостной проводимости 29 поперечной ветви bd Т-образной схемы замещения линии (фиг.3):

(девятый столбец табл.4), которое выводится на ЭВМ 3 (фиг.1).

По результатам расчетов табл.3, 4, 5 видно, что параметры Т-образной схемы замещения воздушной ЛЭП, полученные с помощью предлагаемого способа, совпадают с их эталонными значениями. Относительную погрешность вычисляли по формуле [Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник для инженеров и учащихся ВТУзов. - М.: Наука, 1980, - 976 с.]:

где а - расчетное значение параметра (является приближенным значением числа), z - эталонное значение (табл.5).

Для активного сопротивления продольной ветви Т-образной схемы замещения:

Для индуктивного сопротивления продольной ветви Т-образной схемы замещения:

Для активной проводимости поперечной ветви Т-образной схемы замещения:

Для емкостной проводимости поперечной ветви Т-образной схемы замещения:

Таким образом, получен простой, точный и информативный способ определения параметров Т-образной схемы замещения воздушной линии электропередачи.