УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКУЩИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к области систем обработки информации и может быть использована при функциональном контроле и диагностировании ЛЭП, на основе ее Т-образной адаптивной модели, перестраиваемой по текущей информации о параметрах электрического режима линии.
Известно устройство для определения текущих параметров электрического режима линии электропередачи [Патент РФ № 57016, МПК 7, G01R 25/00, опубл. 27.09.2006 Бюл. №27], выбранное в качестве прототипа, содержащее три параллельно включенных блока расчета активных и реактивных сопротивлений продольных и поперечной ветвей Т-образной схемы замещения линии электропередачи, входы которых связаны с началом линии электропередачи и через канал связи с ее концом, а выходы блоков расчета подключены к ЭВМ, при этом в двух одинаковых блоках расчета первое и второе устройства выборки и хранения подключены к входу устройства, а к первому устройству выборки-хранения последовательно подключены инвертор, сумматор; ко второму устройству выборки-хранения последовательно подключены сумматор, программатор, третье устройство выборки-хранения, четвертое устройство выборки-хранения, второй инвертор, второй сумматор, выход которого связан с перемножителем, к которому последовательно подключены интегратор, перемножитель-делитель, выход которого подключен к ЭВМ, кроме того, вход пятого устройства выборки-хранения подключен к входу устройства, а к выходу пятого устройства выборки-хранения последовательно подключены шестое устройство выборки-хранения, третий сумматор, выход которого связан с первым перемножителем; к каждому устройству выборки-хранения подключен тактовый генератор; входы третьего и пятого устройств выборки-хранения связаны со вторым перемножителем, выход которого связан со вторым интегратором, выход которого соединен со вторым перемножителем-делителем, подключенным к ЭВМ; при этом к выходу пятого устройства выборки-хранения подключены третий сумматор и преобразователь действующих значений, выходы которого подключены к третьему перемножителю, связанному с входами первого и второго перемножителей-делителей; третий блок расчета активного и реактивного сопротивлений поперечной ветви Т-образной схемы замещения линии электропередачи содержит седьмое и восьмое устройства выборки и хранения, входы которых подключены к входу устройства; при этом к седьмому устройству выборки-хранения последовательно подключены третий инвертор, четвертый сумматор, к восьмому устройству выборки-хранения последовательно подключены четвертый сумматор, второй программатор, четвертый инвертор, пятый сумматор, вход девятого устройства выборки-хранения подключен к входу устройства, к выходу девятого устройства выборки и хранения подсоединены последовательно пятый сумматор, десятое устройство выборки-хранения, одиннадцатое устройство выборки-хранения, пятый инвертор, шестой сумматор, выход которого связан с четвертым перемножителем, к которому последовательно подключены третий интегратор, третий перемножитель-делитель, выход которого подключен к ЭВМ, входы двенадцатого и тринадцатого устройств выборки-хранения подключены к входу устройства, к выходу двенадцатого устройства выборки и хранения подсоединен шестой инвертор, выход которого связан с седьмым сумматором, к выходу тринадцатого устройства выборки-хранения последовательно подключены седьмой сумматор, четырнадцатое устройство выборки-хранения, пятнадцатое устройство выборки-хранения, восьмой сумматор, выход которого связан с четвертым перемножителем; к каждому устройству выборки-хранения подключен второй тактовый генератор; входы десятого и четырнадцатого устройств выборки-хранения связаны с пятым перемножителем, выход которого связан с четвертым интегратором, выход которого соединен с четвертым перемножителем-делителем, подключенным к ЭВМ, к выходу четырнадцатого устройства выборки-хранения также подключены восьмой сумматор и второй преобразователь действующих значений, выходы которого подключены к шестому перемножителю, связанному с входами третьего и четвертого перемножителей-делителей.
Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств для определения текущих параметров линии электропередачи для построения ее Т-образной адаптивной модели.
Устройство для определения текущих параметров линии электропередачи, также как в прототипе, содержит четыре устройства выборки-хранения, подключенные через канал связи к регистраторам аварийных ситуаций в начале и в конце линии электропередачи, два инвертора, три сумматора, тактовый генератор. При этом к первому устройству выборки-хранения последовательно подключены первый инвертор, первый сумматор. Ко второму устройству выборки-хранения подключен первый сумматор, первый программатор. К каждому устройству выборки-хранения подсоединен тактовый генератор. Согласно полезной модели, к первому программатору последовательно подключены второй и третий программатор, четвертый программатор, выходы которого подключены к ЭВМ. Ко второму программатору подсоединен четвертый программатор. Кроме того, ко второму устройству выборки-хранения последовательно подключены пятый, шестой, седьмой и восьмой программаторы. К первому устройству выборки-хранения подключен пятый программатор, выход которого подключен к седьмому программатору. К первому программатору подсоединены третий и пятый программаторы. К пятому и шестому программаторам подсоединен восьмой программатор. К седьмому и восьмому программаторам подключен четвертый программатор. К первому сумматору последовательно подключены девятый программатор, десятый программатор, выход которого подсоединен к четвертому программатору. К третьему устройству выборки-хранения последовательно подключены второй инвертор, второй сумматор, а к четвертому устройству выборки-хранения подключен второй сумматор, выходы которого связаны с седьмым и восьмым программаторами. Кроме того, к четвертому устройству выборки-хранения последовательно подключены одиннадцатый программатор, двенадцатый программатор, выход которого связан с четвертым программатором. К третьему устройству выборки-хранения подсоединен тринадцатый программатор, выход которого связан со вторым и третьим программаторами. Кроме того, к третьему устройству выборки-хранения подсоединены второй и третий программаторы. К девятому программатору подсоединены пятый и двенадцатый программаторы. К четвертому устройству выборки-хранения подключены десятый и двенадцатый программаторы. К одиннадцатому и двенадцатому программаторам подключен десятый программатор.
С помощью предложенной схемы устройства можно определить текущие параметры Т-образной схемы замещения линии электропередачи (фиг.3):
'
”
'
”
1i
1i
1i
1i
1) активные сопротивления R , R  и индуктивности L , L  продольных ветвей линии;
0i
0i
2) активное сопротивление R и емкость C поперечной ветви линии.
На фиг.1 представлена структурная схема включения устройства для определения текущих параметров линии электропередачи в линии электропередачи и к системе (ЭВМ).
На фиг.2 изображена аппаратная схема устройства для определения текущих параметров линии.
На фиг.3 представлена Т-образная схема замещения линии электропередачи.
'
'
”
”
1cp
1cp
1cp
1cp
0cp
0cp
Устройство (фиг.1) для определения текущих параметров линии электропередачи 1 содержит блок 2 расчета R , L , R , L , R, C, входы которого подключены через канал связи (КС) к регистраторам аварийных ситуаций в начале и в конце линии электропередачи (на фиг.1 не показаны), а выходы блока расчета 2 подключены к ЭВМ 3.
Блок расчета 2 (фиг.2) состоит из первого 4 (УВХ 1), второго 5 (УВХ 2), третьего 6 (УВХ 3) и четвертого 7 (УВХ 4) устройств выборки и хранения, входы которых подключены к регистраторам аварийных ситуаций. К первому устройству выборки-хранения 4 (УВХ 1) последовательно подключены первый инвертор 8, первый сумматор 9. Ко второму устройству выборки-хранения 5 (УВХ 2) последовательно подключены первый сумматор 9, первый программатор 10 (П 1), второй программатор 11 (П 2), третий программатор 12 (П 3), четвертый программатор 13 (П 4), выходы которого подключены к ЭВМ 3. Ко второму программатору 11 (П 2) подсоединен четвертый программатор 13 (П 4). Кроме того, ко второму устройству выборки-хранения 5 (УВХ 2) последовательно подключены пятый 14 (П 5), шестой 15 (П 6), седьмой 16 (П 7) и восьмой 17 (П 8) программаторы. К первому устройству выборки-хранения 4 (УВХ 1) подключен пятый программатор 14 (П 5), выход которого подключен к седьмому программатору 16 (П 7). К первому программатору 10 (П 1) подсоединены третий 12 (П 3) и пятый 14 (П 5) программаторы. К пятому 14 (П 5) и шестому 15 (П 6) программаторам подсоединен восьмой программатор 17 (П 8). Выходы седьмого 16 (П 7) и восьмого 17 (П 8) программаторов связаны с четвертым программатором 13 (П 4). К первому сумматору 9 последовательно подключены девятый программатор 18 (П 9), десятый программатор 19 (П 10), выход которого подсоединен к четвертому программатору 13 (П 4). К третьему устройству выборки-хранения 6 (УВХ 3) последовательно подключены второй инвертор 20, второй сумматор 21, а к четвертому устройству выборки-хранения 7 (УВХ 4) подключен второй сумматор 21, выходы которого связаны с седьмым 16 (П 7) и восьмым 17 (П 8) программаторами. Кроме того, к четвертому устройству выборки-хранения 7 (УВХ 4) последовательно подключены одиннадцатый программатор 22 (П 11), двенадцатый программатор 23 (П 12), выход которого связан с четвертым программатором 13 (П 4). Причем к третьему устройству выборки-хранения 6 (УВХ 3) подсоединен тринадцатый программатор 24 (П 13), выход которого связан со вторым 11 (П 2) и третьим 12 (П 3) программаторами. Кроме того, к третьему устройству выборки-хранения 6 (УВХ 3) подсоединены второй 11 (П 2) и третий 12 (П 3) программаторы. К девятому программатору 18 (П 9) подсоединены пятый 14 (П 5) и двенадцатый 23 (П 12) программаторы. Выход четвертого устройства выборки-хранения 7 (УВХ 4) связан с десятым 19 (П 10) и двенадцатым 23 (П 12) программаторами. Входы десятого программатора 19 (П 10) соединены с одиннадцатым 22 (П 11) и двенадцатым 23 (П 12) программаторами. К каждому устройству выборки-хранения подсоединен тактовый генератор 25 (ТГ).
Все устройства выборки-хранения реализованы на микросхемах 1100СК2. Программаторы выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Инверторы и сумматоры реализованы на операционных усилителях 140УД17А. Тактовый генератор 25 (ТГ) может быть реализован на микроконтроллере АТ80С2051.
'
'
”
”
1cp
1cp
1cp
1cp
0cp
0cp
1cp
1cp
1cp
1cp
0cp
0cp
Устройство работает следующим образом. В режиме нагрузки на входы блока 2 расчета R , L , R , L , R, C устройства от регистраторов аварийных ситуаций подают одновременно сигналы  на входные шины блока 2 расчета R', L', R”, L”, R, C,
где  - массив отсчетов мгновенных значений напряжения в начале линии электропередачи,
- массив отсчетов мгновенных значений тока в начале ЛЭП,
- массив отсчетов мгновенных значений напряжения в конце линии,
- массив отсчетов мгновенных значений тока в конце линии электропередачи.
'
'
”
”
1cp
1cp
1cp
1cp
0cp
0cp
2
j
1
j
2
j
1
j
На блок 2 расчета R , L , R , L , R, C нa вход первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) поступает сигнал u(t), на вход второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) сигнал u(t), а на вход третьего устройства выборки-хранения 6 (УВХ 3) сигнал i(t), а на вход четвертого устройства выборки-хранения 7 (УВХ 4) сигнал i(t),
j
1
2
N
где t=t, t,…,t - моменты времени,
N=T/Δt - число разбиений на периоде Т,
-3
Δt=0,625·10 с - шаг дискретизации массивов мгновенных значений тока / напряжения в начале и в конце ЛЭП.
2
j
2
j
2
j
1
j
1
j
2
j
1
j
2
j
2
j
1
j
2
j
2
j
2
j
1
j
1
j
2
j
1
j
2
j
1
j
2
j
1
j
2
j
Значения сигналов записывают в устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1), 5 (УВХ 2), 6 (УВХ 3) и 7 (УВХ 4) и хранят там, как текущие, затем с выхода первого устройства выборки-хранения 4 (УВХ 1) сигнал u(t) поступает в пятый программатор 14 (П 5) и на первый инвертор 8, с помощью которого отрицательное значение предыдущего сигнала u(t) преобразовывают в положительное. С выхода первого инвертора 8 значение сигнала u(t) поступает на вход первого сумматора 9. В то же время с выхода второго устройства выборки-хранения 5 (УВХ 2) значение сигнала u(t) поступает на второй вход первого сумматора 9 и в пятый программатор 14 (П 5). С помощью первого сумматора 9 определяют разность значений сигналов u(t)-u(t). С выхода сумматора 9 разность значений сигналов u(t)-u(t) поступает в программаторы 10 (П 1) и 18 (П 9). Одновременно значение сигнала i(t) поступает в третье устройство выборки-хранения 6 (УВХ 3), а значение сигнала i(t) поступает в четвертое устройство выборки-хранения 7 (УВХ 4). Значения сигналов, записанные в устройства выборки-хранения 6 (УВХ 3) и 7 (УВХ 4) хранят там, как текущие. Затем с выхода третьего устройства выборки-хранения 6 (УВХ 3) сигнал i(t) поступает в программаторы 11 (П 2), 12 (П 3), 24 (П 13) и на второй инвертор 20, с помощью которого отрицательное значение предыдущего сигнала i(t) преобразовывают в положительное. С выхода второго инвертора 20 значение сигнала i(t) поступает на вход второго сумматора 21. В то же время с выхода четвертого устройства выборки-хранения 7 (УВХ 4) значение сигнала i(t) поступает в программаторы 19 (П 10), 22 (П 11), 23 (П 12) и на второй вход второго сумматора 21, с помощью которого определяют разность значений сигналов i(t)-i(t). С выхода второго сумматора 21 разность значений сигналов i(t)-i(t) поступает в седьмой 16 (П 7) и восьмой 17 (П 8) программаторы. С помощью первого программатора 10 (П 1) разность значений сигналов u(t)-u(t) изменяют пропорционально коэффициенту (1-k), причем k=0; 0,1…1. С выхода первого программатора 10 (П 1) сигнал  поступает в программаторы 11 (П 2), 12 (П 3) и 14 (П 5). Одновременно с помощью девятого программатора 18 (П 9) разность значений сигналов u(t)-u(t) изменяют пропорционально k, причем коэффициент k=0; 0,1…1. С выхода девятого программатора 18 (П 9) сигнал  поступает в программаторы 14 (П 5), 19 (П 10) и 23 (П 12). В то же время с помощью одиннадцатого программатора 22 (П 11) определяют значения производных сигнала  и :
С выхода одиннадцатого программатора 22 (П 11) значения производных сигнала  и  поступают на входы десятого 19 (П 10) и двенадцатого 23 (П 12) программаторов. Одновременно с помощью тринадцатого программатора 24 (П 13) определяют значения производных сигнала  и :
0
j
1
j
12
j
0
j
2
j
12
j
0
j
'
”
С выходов тринадцатого программатора 24 (П 13) значения производных сигнала  и  поступают на входы второго 11 (П 2) и третьего 12 (П 3) программаторов. С помощью пятого программатора 14 (П 5) определяют или разность значений сигналов u(t)=u(t)-Δu (t) или сумму значений сигналов u(t)=u(t)+Δu (t). С выхода пятого программатора 14 (П 5) сигнал u(t) поступает в шестой 15 (П 6), седьмой 16 (П 7) и восьмой 17 (П 8) программаторы. С помощью шестого программатора 15 (П 6) определяют значения производных сигнала  и :
С выхода шестого программатора 15 (П 6) значения производных сигнала  и  поступают седьмой 16 (П 7) и восьмой 17 (П 8) программаторы. С помощью двенадцатого программатора 23 (П 12) определяют значение активного сопротивления  продольной ветви линии электропередачи (фиг.3):
С выхода двенадцатого программатора 23 (П 12) значение активного сопротивления  продольной ветви линии электропередачи поступает на входы четвертого 13 (П 4) и десятого 19 (П 10) программаторов. Одновременно с помощью второго программатора 11 (П 2) определяют значение активного сопротивления  продольной ветви линии электропередачи (фиг.3):
0i
С выхода второго программатора 11 (П 2) значение активного сопротивления  продольной ветви линии электропередачи поступает на входы третьего 12 (П 3) и четвертого 13 (П 4) программаторов. В то же время с помощью седьмого программатора 16 (П 7) определяют значение активного сопротивления R поперечной ветви линии электропередачи (фиг.3):
0i
С выхода седьмого программатора 16 (П 7) значение активного сопротивления R поперечной ветви линии электропередачи поступает на входы четвертого 13 (П 4) и восьмого 17 (П 8) программаторов. С помощью десятого программатора 19 (П 10) определяют значение индуктивности  продольной ветви линии электропередачи (фиг.3):
С выхода десятого программатора 19 (П 10) значение индуктивности  продольной ветви линии электропередачи поступает на вход четвертого программатора 13 (П 4). Одновременно с помощью третьего программатора 12 (П 3) определяют значение индуктивности  продольной ветви линии электропередачи (фиг.3):
0i
С выхода третьего программатора 12 (П 3) значение индуктивности , продольной ветви линии электропередачи поступает на вход четвертого программатора 13 (П 4). В то же время с помощью восьмого программатора 17 (П 8) определяют значение емкости C, поперечной ветви линии электропередачи (фиг.3):
0i
С выхода восьмого программатора 17 (П 8) значение емкости С поперечной ветви линии электропередачи поступает на вход четвертого программатора 13 (П 4). С помощью четвертого программатора 13 (П 4) определяют средние за период значения активных сопротивлений и индуктивностей продольных ветвей, активного сопротивления и емкости поперечной ветви линии электропередачи по формулам:
=7,256876 Ом,
где , , , , ,  - соответственно количество значений , , , , , , найденных на периоде.
В режиме холостого хода работа блока 2 расчета , , , , ,  аналогична работе в режиме нагрузки, причем коэффициент k=1.
1
j
2
j
1
j
2
j
12
j
12
j
12
j
12
j
При работе блок 2 расчета , , , , ,  сохраняют пары цифровых отсчетов напряжений и токов как текущие, определяют разность значений сигналов u(t)-u(t) и i(t)-i(t), изменяют разность значений сигналов Δu'(t)=k·Δu(t) и Δu”(t)=(1-k)·Δu(t) пропорционально коэффициенту k=1. В то же время определяют значения производных сигнала  и :
Одновременно определяют значения производных сигнала  и :
0
j
1
j
12
j
0
j
2
j
12
j
'
”
Далее определяют или разность значений сигналов u(t)=u(t)-Δu (t) или сумму значений сигналов u(t)=u(t)+Δu (t). Определяют значения производных сигнала  и :
Затем определяют значение активного сопротивления  продольной ветви линии электропередачи (фиг.3):
Одновременно определяют значение активного сопротивления , продольной ветви линии электропередачи (фиг.3):
0i
В то же время определяют значение активного сопротивления R поперечной ветви линии электропередачи (фиг.3):
Далее определяют значение индуктивности  продольной ветви линии электропередачи (фиг.3):
Одновременно определяют значение индуктивности  продольной ветви линии электропередачи (фиг.3):
0i
В то же время определяют значение емкости С поперечной ветви линии электропередачи (фиг.3):
Затем определяют средние за период значения активных сопротивлений и индуктивностей продольных ветвей, активного сопротивления и емкости поперечной ветви линии электропередачи по формулам:
где , , , , ,  - соответственно количество значений , , , , , , найденных на периоде.
Таким образом, полезная модель позволяет измерять активные сопротивления ,  и индуктивность ,  продольных ветвей, активное сопротивление , и емкость  поперечной ветви Т-образной схемы замещения линии электропередачи.