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

Формула изобретения

Способ определения параметров линейного токоограничивающего реактора/резистора для построения его модели, включающий измерение напряжения и тока, определение активного сопротивления и индуктивности, отличающийся тем, что проводят измерение мгновенных значений сигналов напряжения и тока, 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 Т - период сигнала тока/напряжения;

N - число отсчетов на периоде Т,

сохраняют как текущие, определяют разность напряжений U₁₂(t_j), далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, производят дифференцирование тока i'₁(t _j+1) и i'₁(t_j ), определяют напряжение на активном сопротивлении U _R(t_j) по формуле

причем одновременно с определением напряжения на активном сопротивлении U_R(t _j) определяют расчетный ток i_1P(t _j)

затем определяют значение активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора R _i как отношение напряжения на активном сопротивлении U _R(t_j), к расчетному току i _1P(t_j), определяют значение индуктивности линейного токоограничивающего реактора/резистора L _i

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

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. - с.72-73], 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,..., U_n - потери напряжения на линейном токоограничивающем реакторе, соответствующие производимым измерениям;

U₁, U₂,...,U _n - напряжения на резисторе, соответствующие производимым измерениям;

I₁, I ₂,...,I_n - токи линейного токоограничивающего реактора/резистора, соответствующие производимым измерениям;

n - количество произведенных измерений.

Недостатками известного способа являются 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. - 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 , 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, индуктивность определяют по формулам

R=Z·cos ; X=Z·sin = L, .

Недостатками известного способа являются 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, также как и в прототипе, измеряют напряжение и ток, определяют активное сопротивление и индуктивность. Согласно изобретению измеряют мгновенные значения сигналов напряжения и тока, 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 Т - период сигнала тока/напряжения;

N - число отсчетов на периоде Т,

сохраняют как текущие, определяют разность напряжений U₁₂(t_j), далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, производят дифференцирование тока i'₁(t _j+1) и i'₁(t_j ), определяют напряжение на активном сопротивлении U _R(t_j) по формуле

причем одновременно с определением напряжения на активном сопротивлении U_R(t _j) определяют расчетный ток i_1P(t _j)

затем определяют значение активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора R _i как отношение напряжения на активном сопротивлении U _R(t_j) к расчетному току i _1P(t_j), определяют значение индуктивности линейного токоограничивающего реактора/резистора L _i

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

Полученные значения R и L 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 сопротивления и индуктивности 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.1, а) и поперечном (фиг.1, б) 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.3, а) и поперечном (фиг.3, б) включениях.

В табл.1 приведены цифровые отсчеты мгновенных значений напряжений и токов , , токоограничивающего реактора РБ-10-400-0,35УЗ 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, 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, L, входы которого связаны с местом подключения токоограничивающего реактора/резистора через регистратор аварийных ситуаций, а выходы блока 2 расчета R, L подключены к ЭВМ 3. На фиг.1,а представлено продольное включение реактора/резистора, а на фиг.1,б представлено поперечное включение реактора/резистора.

Блок 2 расчета R, L (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), перемножитель-делитель 10, второй программатор 11 (П 2), выходы которого подключены к ЭВМ 3. Вход четвертого устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) подключен к регистратору аварийных ситуаций. К выходу четвертого устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) последовательно подключены третий программатор 13 (П 3) и перемножитель-делитель 10. Кроме того, выход четвертого устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) связан с входами четвертого 14 (П 4), пятого 15 (П 5) и шестого 16 (П 6) программаторов. К выходу четвертого программатора 14 (П 4) подсоединены входы первого 9 (П 1) и третьего 13 (П 3) программаторов. Выход пятого программатора 15 (П 5) связан с входами первого 9 (П 1) и третьего 13 (П 3) программаторов. Кроме того, к выходу пятого программатора 15 (П 5) последовательно подключены шестой 16 (П 6) и второй 11 (П 2) программаторы. Входы шестого программатора 16 (П 6) связаны с выходом третьего устройства выборки-хранения 8 (УВХ 3) и с выходом перемножителя-делителя 10. К каждому устройству выборки-хранения подключен тактовый генератор 17 (ТГ).

Все устройства выборки-хранения реализованы на микросхемах 1100СК2. Программатор 9 (П 1), программатор 11 (П 2), программатор 13 (П 3), программатор 14 (П 4), программатор 15 (П 5) и программатор 16 (П 6) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Инвертор 6 и сумматор 7 реализованы на операционных усилителях 140УД17А. В качестве перемножителя-делителя 10 может быть использована микросхема 525ПС3. Тактовый генератор 17 (ТГ) может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.

Для исследований были выбраны резистор ШС-300 и токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35УЗ.

На входы блока 2 расчета R, L устройства, реализующего способ определения параметров реактора/резистора для построения его модели, с регистратора аварийных ситуаций подают следующие сигналы (табл.1):

или 1) одновременно , , на входные шины блока 2 расчета R, L, если продольное включение реактора/резистора,

или 2) одновременно , на входные шины блока 2 расчета R, L, если поперечное включение реактора/резистора,

где - массив отсчетов мгновенных значений напряжения в начале реактора/резистора,

- массив отсчетов мгновенных значений тока в начале реактора/резистора,

- массив отсчетов мгновенных значений напряжения в конце реактора/резистора.

При продольном включении линейного токоограничивающего реактора/резистора блока 2 расчета R, L на вход первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) поступает сигнал u₂(t_j), на вход второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) поступает сигнал u₁(t_j), а на вход четвертого устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) - сигнал i₁(t_j),

где t_j=t₁, t ₂,...,t_N - моменты времени,

- число разбиений на периоде Т,

t=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 12 (УВХ 4) и хранят там как текущие, затем с выхода устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) сигнал u₂(t _j) поступает на 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 сумматора 7. В то же время с выхода устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) значение сигнала u ₁(t_j) поступает на вход сумматора 7. С помощью сумматора 7 определяют разность значений сигналов u₁(t_j)-u ₂(t_j). С выхода сумматора 7 разность значений сигналов u₁(t_j )-u₂(t_j) поступает в третье устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3). Одновременно значение сигнала i₁(t_j ) поступает в блок выборки-хранения 12 (УВХ 4). Значения сигналов, записанные в блоки выборки-хранения 8 (УВХ 3) и 12 (УВХ 4), хранят там как текущие. С выхода устройства выборки-хранения 8 (УВХ 3) сигнал u₁(t_j)-u ₂(t_j) поступает на вход программатора 9 (П 1) и на вход программатора 16 (П 6). С выхода устройства выборки-хранения 12 (УВХ 4) сигнал i₁(t _j) поступает на входы программаторов 13 (П 3), 14 (П 4), 15 (П 5) и 16 (П 6). С помощью четвертого программатора 14 (П 4) определяют значение производной сигнала i₁ (t_j+1)

(табл.2).

С выхода четвертого программатора 14 (П 4) значение производной сигнала поступает на входы первого 9 (П 1) и третьего 13 (П 3) программаторов. Одновременно с описанным выше процессом на выходе пятого программатора 15 (П 5) получают значение производной сигнала

(табл.2).

С выхода пятого программатора 15 (П 5) значение производной сигнала поступает на входы первого 9 (П 1), третьего 13 (П 3) и шестого 16 (П 6) программаторов. На выходе первого программатора 9 (П 1) определяют значение напряжения на активном сопротивлении U_R(t_j) (фиг.3)

(табл.2).

С выхода первого программатора 9 (П 1) значение напряжения на активном сопротивлении поступает на вход перемножителя-делителя 10. В то же время с помощью третьего программатора 13 (П 3) получают значение расчетного тока i _1P(t_j)

(табл.2).

С выхода третьего программатора 13 (П 3) значение расчетного тока i_1P(t _j) поступает на вход перемножителя-делителя 10. На выходе перемножителя-делителя 10 определяют значение активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора R _i (фиг.3)

(табл.2).

С выхода перемножителя-делителя 10 значение активного сопротивления R_i подают на вход шестого программатора 16 (П 6) и на вход второго программатора 11 (П 2). С помощью шестого программатора 16 (П 6) получают значение индуктивности линейного токоограничивающего реактора/резистора L_i (фиг.3)

(табл.2).

С выхода шестого программатора 16 (П 6) значение индуктивности L_i подают на вход второго программатора 11 (П 2), с помощью которого определяют средние за период значения активного сопротивления и индуктивности реактора/резистора по формулам

(табл.2), (табл.2), где N_Ri, N _Li - соответственно количества значений R _i, L_i, найденных на периоде.

При поперечном включении линейного токоограничивающего реактора/резистора работа блока 2 расчета R, L аналогична работе блока расчета при его 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 12 (УВХ 4) - сигнал i₁(t_j ).

Значения сигналов записывают в блоки выборки-хранения 5 (УВХ 2) и 12 (УВХ 4) и хранят там как текущие. С выхода второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) значение сигнала u ₁(t_j) поступает на вход сумматора 7. С помощью сумматора 7 определяют разность значений сигналов u₁(t_j)-u ₂(t_j). С выхода сумматора 7 разность значений сигналов u₁(t_j )-u₂(t_j) поступает в устройство выборки-хранения 8 (УВХ 3). Одновременно значение сигнала i₁(t_j) поступает в четвертый блок выборки-хранения 12 (УВХ 4). В остальном работа блока 2 расчета R, L при поперечном включении реактора/резистора аналогична работе блока 2 расчета R, L при продольном включении и заключается в том, что определяют значение производной сигнала

(табл.2).

Затем получают значение производной сигнала

(табл.2).

Далее определяют значение напряжения на активном сопротивлении U_R(t _j) (фиг.3)

(табл.2).

Затем получают значение расчетного тока i_1P(t_j)

Далее определяют значение активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора R _i (фиг.3)

(табл.2).

Затем получают значение индуктивности линейного токоограничивающего реактора/резистора L _i (фиг.3)

Далее определяют средние за период значения активного сопротивления и индуктивности реактора/резистора по формулам

(табл.2), (табл.2), где N_Ri, N _Li - соответственно количества значений R _i, L_i, найденных на периоде.

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=R_ПАСП (паспортное значение из табл.3).

Линейный токоограничивающий реактор

- для R

- для X

Резистор

- для R

- для Х

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, с	Токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35УЗ			Резистор ШС-300
	u1 , B	u2, B	i1, A	u 1, B	i1, A
0	0	0	-565,454	0	-0,47882
0,0003125	840,3219	820,9076	-561,148	2801,0731	18,19716
0,000625	1672,551	1633,909	-551,437	5575,1703	36,69789
0,0009375	2488,673	2431,176	-536,416	8295,5755	54,84521
0,00125	3280,827	3205,028	-516,229	10936,09	72,46433
0,0015625	4041,385	3948,015	-491,07	13471,284	89,38558
0,001875	4763,023	4652,98	-461,182	15876,742	105,446
0,0021875	5438,789	5313,134	-426,853	18129,298	120,4909
0,0025	6062,178	5922,12	-388,413	20207,259	134,3754
0,0028125	6627,184	6474,073	-346,232	22090,613	146,9659
0,003125	7128,367	6963,677	-300,717	23761,223	158,1409
0,0034375	7560,9	7386,217	-252,305	25202,999	167,793
0,00375	7920,617	7737,623	-201,464	26402,056	175,8291
0,0040625	8204,054	8014,512	-148,683	27346,848	182,1719
0,004375	8408,482	8214,217	-94,4694	28028,274	186,7603
0,0046875	8531,932	8334,814	-39,3464	28439,772	189,5501
0,005	8573,214	8375,143	16,15565	28577,38	190,5144
0,0053125	8531,932	8334,814	71,50206	28439,772	189,644
0,005625	8408,482	8214,217	126,1599	28028,274	186,9471
0,0059375	8204,054	8014,512	179,6027	27346,848	182,4499
0,00625	7920,617	7737,623	231,3158	26402,056	176,1956
0,0065625	7560,9	7386,217	280,8013	25202,999	168,2444
0,006875	7128,367	6963,677	327,5825	23761,223	158,673
0,0071875	6627,184	6474,073	371,2089	22090,613	147,5734
0,0075	6062,178	5922,12	411,2603	20207,259	135,0526
0,0078125	5438,789	5313,134	447,3511	18129,298	121,2312
0,008125	4763,022	4652,98	479,1336	15876,742	106,2423
0,0084375	4041,385	3948,015	506,3019	13471,284	90,23015
0,00875	3280,827	3205,028	528,5941	10936,09	73,34908
0,0090625	2488,673	2431,176	545,7957	8295,5755	55,76161
0,009375	1672,551	1633,909	557,741	5575,1703	37,63714
0,0096875	840,3219	820,9076	564,315	2801,0731	19,15019
0,01	-3,5Е-06	-3,4E-06	565,4543	-1,172E-05	0,478821

Продолжение табл.1
Время t, C	Токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35УЗ			Резистор ШС-300
	u1 , B	u2, B	i1, A	u 1, B	i1, A
0,0103125	-840,322	-820,908	561,1479	-2801,0731	-18,1972
0,010625	-1672,55	-1633,91	551,4374	-5575,1703	-36,6979
0,0109375	-2488,67	-2431,18	536,4162	-8295,5755	-54,8452
0,01125	-3280,83	-3205,03	516,2291	-10936,09	-72,4643
0,0115625	-4041,39	-3948,02	491,0704	-13471,284	-89,3856
0,011875	-4763,02	-4652,98	461,1824	-15876,742	-105,446
0,0121875	-5438,79	-5313,13	426,853	-18129,298	-120,491
0,0125	-6062,18	-5922,12	388,4128	-20207,259	-134,375
0,0128125	-6627,18	-6474,07	346,2319	-22090,613	-146.966
0,013125	-7128,37	-6963,68	300,7166	-23761,223	-158,141
0,0134375	-7560,9	-7386,22	252,3053	-25202,999	-167,793
0,01375	-7920,62	-7737,62	201,4641	-26402,056	-175,829
0,0140625	-8204,05	-8014,51	148,6827	-27346,848	-182,172
0,014375	-8408,48	-8214,22	94,46943	-28028,274	-186,76
0,0146875	-8531,93	-8334,81	39,34635	-28439,772	-189,55
0,015	-8573,21	-8375,14	-16,1556	-28577,38	-190,514
0,0153125	-8531,93	-8334,81	-71,5021	-28439,772	-189,644
0,015625	-8408,48	-8214,22	-126,16	-28028,274	-186,947
0,0159375	-8204,05	-8014,51	-179,603	-27346,848	-182,45
0,01625	-7920,62	-7737,62	-231,316	-26402,056	-176,196
0,0165625	-7560,9	-7386,22	-280,801	-25202,999	-168,244
0,016875	-7128,37	-6963,68	-327,582	-23761,223	-158,673
0,0171875	-6627,18	-6474,07	-371,209	-22090,613	-147,573
0,0175	-6062,18	-5922,12	-411,26	-20207,259	-135,053
0,0178125	-5438,79	-5313,13	-447,351	-18129,298	-121,231
0,018125	-4763,02	-4652,98	-479,134	-15876,742	-106,242
0,0184375	-4041,39	-3948,02	-506,302	-13471,284	-90,2301
0,01875	-3280,83	-3205,03	-528,594	-10936,09	-73,3491
0,0190625	-2488,67	-2431,18	-545,796	-8295,5755	-55,7616
0,019375	-1672,55	-1633,91	-557,741	-5575,1702	-37,6371
0,0196875	-840,322	-820,908	-564,315	-2801,073	-19,1502
0,02	7,03E-06	6,87Е-06	-565,454	2,345E-05	-0,47882

Табл.2
Элемент электрической цепи	i' 1(tj+1), А	i' 1(tj), A	U R(tj), В	i1P (tj), A		Ri, Ом	L i, Гн		RCP , Ом		LCP, Гн	XCP, Ом
Токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35УЗ	22462,97	5075,431	19,414353	1941,453		0,01	0,001114		0,01		0,001114	0,35
	72669,79	56423,68	1,7463628	174,6379		0,01	0,001114
	116618,3 150523,8	102912,8 140539,1	0,9574732 0,7011304	95,74821 70,1137		0,01 0,01	0,001114 0,001114
Резистор ШС-300	59578,22	59851,68	2801,073	18,67379		150,0002	0,0012		150,0		0,0012	0,377
	55353,31	57318,15	2924,884	19,4992		150,0002	0,0012		002
	46361,4 33376,89	49848,42 38085,78	3363,174 4401,877	22,42113 29,3458		150,0002 150,0002	0,0012 0,0012
Табл.3
Элемент электрической цепи					Паспортные данные
					UНОМ , кВ	IНОМ , А		SНОМ , МВа		RПАСП , Ом			ХПАСП, Ом
Токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,35УЗ					10	400		6,9		0,01			0,35
Резистор ШС-300					47,5	183		8,7		150			0,377