способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели
| Классы МПК: | G01R25/00 Устройства для измерения фазового угла между напряжениями или токами |
| Автор(ы): | Джумик Дмитрий Валерьевич (RU), Гольдштейн Ефрем Иосифович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2006-12-21 публикация патента:
20.06.2008 |
Способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели заключается в проведении измерений мгновенных значений тока и напряжения. Массивы отсчетов мгновенных значений тока и напряжения 
, 
, 
получают в одни и те же моменты времени t j=t1, t2, ..., tN, с шагом дискретизации 
, где Т - период сигнала тока/напряжения;
N - число отсчетов на периоде Т. 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. Затем определяют потери реактивной мощности на реактивном сопротивлении линейного токоограничивающего реактора/резистора. Далее 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. Технический результат заключается в упрощении, повышении точности и информативности. 3 ил., 3 табл. 
Формула изобретения
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, ..., tN, 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.
Описание изобретения к патенту
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 
U1, U2, ..., Un - потери напряжения на линейном токоограничивающем реакторе, соответствующие проводимым измерениям;
U1, U2, ..., U n - напряжения на резисторе, соответствующие проводимым измерениям;
I1, I 2, ..., In - 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 
, равный разности фаз напряжения и тока) и определяют полное сопротивление по формуле:
где U, I - действующие значения напряжения и тока;
Um, Im - амплитудные значения напряжения и тока.
Активное и реактивное сопротивления определяют по формулам:
R=Z·cos ; X=Z·sin .
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
tj=t1, t 2, ..., tN, 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 t. 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(tj), а на вход пятого устройства выборки-хранения 15 (УВХ 5) сигнал i1(tj),
где tj=t1, t 2, ..., tN - моменты времени,
- число разбиений на периоде T,
t=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 u 2(tj) преобразовывают в положительное. С выхода инвертора 6 значение сигнала u2 (tj) 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 u 1(tj)-u2(t j). С выхода первого сумматора 7 разность значений сигналов u1(tj)-u 2(tj) 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(tj)-u 2(tj) 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 I 1 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(tj)-u 2(tj) поступает во второй инвертор 10, с помощью которого отрицательное значение предыдущего сигнала u1(tj)-u 2(tj) преобразовывают в положительное. С выхода второго инвертора 10 значение сигнала u 1(tj)-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(tj )-u2(tj) поступает на вход второго сумматора 11, с помощью которого определяют разность текущего и предыдущего значений сигнала u1 (tj)-u2(t j). Одновременно с описанным выше процессом, с выхода шестого устройства выборки-хранения 16 (УВХ 6) предыдущее значение сигнала i1(tj) 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(tj). С выхода второго сумматора 11 разность текущего и предыдущего значений сигнала u1(tj)-u 2(tj) поступает на вход первого перемножителя 12, а с выхода третьего сумматора 17 сумма текущего и предыдущего значений сигнала i1(tj ) 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 Q1: P1:
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(tj )=0), на вход второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) сигнал u1(tj), а на вход третьего устройства выборки-хранения 15 (УВХ 5) сигнал i 1(tj).
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 u 1(tj)-u2(t j). С выхода первого сумматора 7 разность значений сигналов u1(tj)-u 2(tj)=u1(t j) поступает в устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3) и на вход второго перемножителя 19. Одновременно значение сигнала i1(tj) 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 I 1 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 Q1 на реактивном сопротивлении X линейного токоограничивающего реактора/резистора:
Далее перемножают текущие отсчеты сигналов и определяют потери активной мощности P1 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 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=RПАСП (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 | u 1, 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 | I 1, A | P1, Вт | Q1, 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 | R ПАСП, 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 |
Класс G01R25/00 Устройства для измерения фазового угла между напряжениями или токами
