Патент на изобретение №2328007

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ТОКООГРАНИЧИВАЮЩЕГО РЕАКТОРА/РЕЗИСТОРА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЕГО МОДЕЛИ

(57) Реферат:

Способ заключается в измерении мгновенных значений тока и напряжения. Массивы отсчетов мгновенных значений тока и напряжения

получают 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,

затем сохраняют как текущие, определяют разность напряжений AU₁₂(t_j).

Далее сохраняют цифровые отсчеты разности напряжений как текущие, определяют напряжение на индуктивности U_L(t_j) по формуле

производят дифференцирование тока и , причем одновременно с определением напряжения на индуктивности U_L(t_j) определяют расчетную производную тока

Затем определяют значение индуктивности реактора/резистора L_i как отношение напряжения на индуктивности U_L(t_j) к расчетной производной тока . Далее определяют значение активного сопротивления реактора/резистора

Затем рассчитывают средние за период значения активного сопротивления и индуктивности, которые принимают в качестве конечных результатов. Технический результат заключается в упрощении, повышении точности и информативности. 3 ил., 3 табл.

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, …, U_n – потери напряжения на линейном токоограничивающем реакторе, соответствующие производимым измерениям;

U₁, U₂, …, U_n – напряжения на резисторе, соответствующие производимым измерениям;

I₁, I₂, …, I_n – токи линейного токоограничивающего реактора/резистора, соответствующие производимым 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, 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 определяют по формулам

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 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, определяют напряжение на индуктивности U_L(t_j) по формуле

производят дифференцирование тока и , причем одновременно с определением напряжения на индуктивности U_L(t_j) определяют расчетную производную тока

затем определяют значение индуктивности реактора/резистора L_i как отношение напряжения на индуктивности U_L(t_j) к расчетной производной тока i_p(t_j), определяют значение активного сопротивления реактора/резистора

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-10-400-0,3 5УЗ 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, 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 первого 9 (П 1), четвертого 14 (П 4), пятого 15 (П 5) и шестого 16 (П 6) программаторов. Выходы четвертого 14 (П 4) и пятого 15 (П 5) программаторов подсоединены к входам третьего программатора 13 (П 3). Кроме того, к выходу пятого программатора 15 (П 5) последовательно подключены шестой программатор 16 (П 6) и второй программатор 11 (П 2). 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 525ПСЗ. Тактовый генератор 17 (ТГ) может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.

Для исследований были выбраны резистор ШС-300 и токоограничивающий реактор РБ-10-400-0,3 5УЗ.

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, t₂, …, t_N – моменты времени,

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 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 u₁(t_j) поступает на вход сумматора 7. С помощью сумматора 7 определяют разность значений сигналов u₁(t_j)-u₂(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)-u₂(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 9 (П 1), 13 (П 3), 14 (П 4), 15 (П 5) и 16 (П 6). На выходе первого программатора 9 (П 1) получают значение напряжения на индуктивности U_L(t_j) (фиг.3)

С выхода первого программатора 9 (П 1) значение напряжения на индуктивности поступает на вход перемножителя-делителя 10. В то же время с помощью четвертого программатора 14 (П 4) определяют значение производной сигнала

С выхода четвертого программатора 14 (П 4) значение производной сигнала поступает на вход третьего программатора 13 (П 3). Одновременно с описанным выше процессом, на выходе пятого программатора 15 (П 5) получают значение производной сигнала :

С выхода пятого программатора 15 (П 5) значение производной сигнала поступает на вход шестого программатора 16 (П 6) и на вход третьего программатора 13 (П 3). С помощью третьего программатора 13 (П 3) определяют значение расчетной производной тока

С выхода третьего программатора 13 (П 3) значение расчетной производной тока поступает на вход перемножителя-делителя 10. На выходе перемножителя-делителя 10 получают значение индуктивности линейного токоограничивающего реактора/резистора L_i (фиг.3)

С выхода третьего программатора 13 (П 3) значение индуктивности L_i подают на вход шестого программатора 16 (П 6) и на вход второго программатора 11 (П 2). С помощью шестого программатора 16 (П 6) определяют значение активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора R_i (фиг.3)

С выхода шестого программатора 16 (П 6) значение активного сопротивления R_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

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 u₁(t_j) поступает на вход сумматора 7. С помощью сумматора 7 определяют разность значений сигналов u₁(t_j)-u₂(t_j). С выхода сумматора 7 разность значений сигналов u₁(t_j)-u₂(t_j)=u₁(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 напряжения на индуктивности U_L(t_j) (фиг.3)

Затем определяют значение производной сигнала

Далее получают значение производной сигнала

Затем определяют значение расчетной производной тока

Далее получают значение индуктивности линейного токоограничивающего реактора/резистора L_i (фиг.3)

Затем определяют значение активного сопротивления линейного токоограничивающего реактора/резистора R_i (фиг.3)

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

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 а=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.2
Элемент электрической цепи	UL(tj), В	, A	, A	, A	Li, Гн	Ri, Ом	RCP, Ом	LCP, Гн	XCP, Ом
Токоограничивающий	19,41435	22462,97	5075,431	17426,19	0,001114	0,01	0,01	0,001114	0,35
	20,46532	72669,79	56423,68	18369,53	0,001114	0,01
реактор	23,80387	116618,3	102912,8	21366,19	0,001114	0,01
РБ-10-400-0,35УЗ	31,70687	150523,8	140539,1	28459,86	0,001114	0,01
Резистор ШС-300	2801,073	59578,22	59851,68	2334188	0,0012	150,0002	150,0	0,0012	0,377
	-24,4545	55353,31	57318,15	-20378,41	0,0012	150,0002	002
	-12,7194	46361,4	49848,42	-10599,34	0,0012	150,0002
	-9,12601	33376,89	38085,78	-7604,881	0,0012	150,0002

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 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, определяют напряжение на индуктивности U_L(t_j) по формуле:

,

производят дифференцирование тока и , причем одновременно с определением напряжения на индуктивности U_L(t_j) определяют расчетную производную тока:

,

затем определяют значение индуктивности реактора/резистора L_i как отношение напряжения на индуктивности U_L(t_j) к расчетной производной тока определяют значение активного сопротивления реактора/резистора:

,

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

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 22.12.2008

Извещение опубликовано: 10.08.2010 БИ: 22/2010