СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ СОБЫТИЯ ОТКАЗА В СЕКТОРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ
METHOD FOR IDENTIFYING A FAILURE EVENT IN A SECTOR OF AN ELECTRICAL DISTRIBUTION NETWORK

Область техники
Настоящее изобретение относится к области электрических распределительных сетей.
В частности, настоящее изобретение относится к способу идентификации события отказа в секторе электрической распределительной сети.
Уровень техники
Как известно, современные электрические распределительные сети обычно оснащены электронными защитными устройствами (также именуемыми как «защитные реле»), предназначенными для обеспечения надлежащего функционирования конкретных секторов сети за счет выборочного управления электрическим соединением указанных секторов сети с основной сетью.
Электронное защитное устройство, как правило, встроено или функционально связано с переключающим устройством (например, прерывателем цепи), выполненным с возможностью электрического подключения или отключения сектора сети от основной сети.
Традиционно, электронное защитное устройство выполнено с возможностью приема сигналов обнаружения, отражающих электрические величины сектора сети, обработки принятых данных обнаружения и, при необходимости (например, в случае возникновения отказов или перегрузок), генерирования подходящих управляющих сигналов, вызывающих вмешательство со стороны функционально связанного с ним переключающего устройства.
Электронные защитные устройства, существующие в настоящее время и известные из уровня техники, имеют некоторые ограничения по управлению секторами сети, содержащими большое количество электроприемников, особенно в случае, когда указанные электроприемники выполнены с возможностью поглощения высоких токов во время конкретных переходных периодов в течение срока их эксплуатации (например, во время фазы запуска, когда указанные электроприемники представляют собой электрические поворотные машины).
Фактически, в большинстве случаев, эти устройства выполнены так, чтобы вызывать вмешательство со стороны связанного с ними переключающего устройства, если значения тока, поглощенного в заданном электрическом узле сектора сети, превышают предварительно заданное пороговое значение, независимо от действительных причин возникновения обнаруженного необычного поглощения тока.
Это может привезти к нежелательным отключениям сети, поскольку выявленный пик поглощения тока не обязательно обусловлен отказом в электрической цепи, он просто может быть связан с переходным рабочим состоянием электроприемника сектора сети (например, с запуском электрической поворотной машины).
Очевидно, такие нежелательные отключения сети могут оказывать соответствующее влияние на общие эксплуатационные расходы сектора сети.
Для решения этих проблем были разработаны сложные процедуры конфигурирования для надлежащей настройки параметров защиты электронных защитных устройств во время этапа их ввода в эксплуатацию.
Однако, эти решения требуют существенных временных затрат, а их реализация является весьма дорогостоящей, поскольку они предусматривают комплексные лабораторные и полевые испытания.
Раскрытие изобретения
На рынке существует большой спрос на технические решения, которые позволят надежно и эффективно управлять функционированием секторов сети, особенно, когда они содержат электроприемники, поглощающие высокие токи во время конкретных переходных периодов в течение их срока эксплуатации.
Для того чтобы удовлетворить эту потребность, в настоящем изобретении предложен способ идентификации события отказа в секторе электрической распределительной сети согласно независимому пункту 1 и соответствующим зависимым пунктам прилагаемой формулы изобретения.
В соответствии с другим аспектом в настоящем изобретении предложена компьютерная программа согласно независимому пункту 11 прилагаемой формулы изобретения.
В соответствии с еще одним аспектом в настоящем изобретении предложено компьютеризированное устройство согласно независимому пункту 12 прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Признаки и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из описания предпочтительных, но не ограничивающих вариантов осуществления, проиллюстрированных лишь для примера и без ограничения на прилагаемых чертежах, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 схематично показан сектор электрической распределительной сети.
На фиг. 2-10 представлены графики, иллюстрирующие способ согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение, проиллюстрированное на прилагаемых чертежах, относится к способу 1 идентификации события отказа в секторе 100 электрической распределительной сети.
Сектор 100 сети может представлять собой интеллектуальную сеть, микросеть или, в более широком смысле, любой участок электрической распределительной сети.
Например, сектор 100 сети может представлять собой электрическую распределительную сеть для промышленных, коммерческих или жилых зданий или предприятий.
В целом, сектор 100 сети может работать при низком или среднем уровнях напряжения.
В рамках настоящего изобретения понятие «низкое напряжение» относится к рабочим напряжениям до 1,2 кВ переменного тока и 1,5 кВ постоянного тока, а понятие «среднее напряжение» относится к рабочим напряжениям от 1,2 кВ переменного тока и 1,5 кВ постоянного тока до нескольких десятков киловольт, например, до 72 кВ переменного тока и 100 кВ постоянного тока.
Предпочтительно, сектор 100 сети содержит электрический соединительный узел РоС (Point of Coupling, Точка Соединения), в котором обеспечена возможность его электрического подключения или отключения от основной сети 200, которая может представлять собой, например, электроэнергетическую сеть общего пользования.
Сектор 100 сети может иметь электрические линии с одной или более фазами электрического тока, например, с тремя фазами электрического тока.
1
Предпочтительно, в каждом соединительном узле РоС, сектор 100 сети содержит первое переключающее устройство S, работой которого можно выборочно управлять с помощью подходящих управляющих сигналов С1.
1
Когда переключающее устройство S находится в закрытом (ON) состоянии или в открытом (OFF) состоянии, сектор 100 электрически подключен или отключен от основной сети 200, соответственно.
1
Переключающее устройство S может быть известного типа (например, прерыватель цепи, разъединитель, контактор или другое устройство) и для краткости изложения оно не будет здесь подробно раскрыто.
G
Предпочтительно, общий ток I сети, поглощенный сектором 100 сети (то есть, его электроприемниками), может быть выявлен в электрическом соединительном узле РоС с помощью подходящих средств 301 обнаружения.
1
M
Сектор 100 сети содержит один или более электроприемников L, …, L, каждый из которых потребляет соответствующее количество электрической энергии, подаваемой от источника 200 электропитания.
1
M
В целом, электроприемники L, …, L могут быть любого типа, в зависимости от потребностей.
1
M
Предпочтительно, электроприемники L, …, L образованы соответствующими электрическими поворотными машинами, например, соответствующими трехфазными индукционными электродвигателями.
1
M
Электроприемники L, …, L могут быть известного типа и для краткости изложения они не будут здесь подробно раскрыты.
2
1
M
Предпочтительно, сектор 100 сети содержит одно или более вторых переключающих устройств S для электрического отключения или подключения одного или более электроприемников L, …, L от или к оставшимся участкам сектора сети.
2
Работой каждого переключающего устройства S можно управлять известным способом с помощью подходящих управляющих сигналов С2.
2
Переключающие устройства S могут быть известного типа (например, прерыватели цепи, разъединители, контакторы, интерфейсы ввода/вывода, переключатели, выключатели-разъединители или другие аналогичные устройства) и для краткости изложения они не будут здесь подробно раскрыты.
Как упомянуто выше, способ 1 согласно настоящему изобретению предназначен для того, чтобы обеспечить идентификацию события отказа в секторе 100 сети.
G
1
M
В частности, способ 1 направлен на то, чтобы определять, происходит ли обнаруженное аномальное изменение тока I сети из-за наличия характеристического переходного рабочего периода электроприемника L, …, Lили из-за отказа в электрической цепи.
1
M
Способ 1 особенно пригоден для идентификации события отказа в секторе 100 сети, содержащем электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L.
G
1
M
В этом случае, способ 1 позволяет определить то, происходит ли обнаруженное аномальное изменение тока I сети из-за запуска электрической поворотной машины L, …, L или из-за отказа в электрической цепи.
В дальнейшем, для краткости изложения способ 1 будет раскрыт в отношении конкретного варианта реализации, что, однако, не ограничивает объем защиты настоящего изобретения.
В принципе, способ 1 по существу может быть реализован в секторе 100 сети, содержащем различные типы электроприемников, и может быть применен к различным характеристическим переходным рабочим периодам для указанных электроприемников, в зависимости от фактических свойств электроприемников.
k
G
Как показано на прилагаемых чертежах, способ 1 согласно настоящему изобретению включает в себя этап (а), на котором, для каждой фазы электрического тока, получают первые значения i(n) данных, отражающие ток Iсети, протекающий в соединительном узле РоС.
k
s
s
Первые значения i(n) данных получают в последовательные моменты n выборки, каждый из которых кратен заданному периоду T выборки. На практике, как следует из фиг. 2, каждый момент n выборки может быть определен как n=n*T, где n представляет собой натуральное число.
k
s
s
Предпочтительно, первые значения i(n) данных получают путем выборки первых сигналов D1 обнаружения с заданной частотой выборки, равной Fs=1/Ts. Типовые значения для частоты F выборки и периода T выборки могут быть равны, например, Fs=10 кГц и Ts=100 мкс.
G
G
При реализации на практике способа 1, ток I сети может быть обнаружен с помощью первого сенсорного средства 301, предусмотренного в соединительном узле РоС и обеспечивающего первые сигналы D1 обнаружения, отражающие ток I сети.
Сенсорное средство 301 может быть известного типа (например, трансформаторы тока, пояс Роговского, датчики Холла или другие подобные средства) и поэтому для краткости изложения оно не будет здесь подробно раскрыто.
k
G
Предпочтительно, для каждой фазы электрического тока могут быть получены дополнительные значения v(n) данных, отражающие напряжение Vсети в соединительном узле РоС, в те же самые моменты n выборки или в интервалы времени, включающие в себя множество моментов n выборки.
G
Предпочтительно, напряжение V сети может быть определено с помощью подходящих дополнительных сенсорных средств (не показаны), которые могут быть известного типа (например, трансформаторы напряжения, шунтирующие резисторы или другие подобные средства) и поэтому для краткости изложения они не будут здесь подробно раскрыты.
k
1
R
Согласно способу 1, полученные первые значения i(n) данных разделены на последовательность временных окон TW, …, TW, заданных так, что они включают в себя одно и то же количество моментов n выборки, то есть, имеют одну и ту же ширину временного окна.
1
R
Ширина каждого временного окна TW, …, TW может быть задана в зависимости от потребностей.
1
R
Например, каждое временное окно TW, …, TW может включать в себя Р=200 моментов n выборки, то есть, иметь ширину временного окна, равную 0,02 с (период времени Ts=100 мкс).
1
R
Предпочтительно, каждое временное окно TW, …, TW имеет ширину, равную периоду сети для сектора 100 сети (например, равному 0,02 с, когда сектор сети имеет частоту сети 50 Гц).
1
R
Было обнаружено, что это техническое решение существенно снижает вычислительную загрузку для выполнения способа согласно настоящему изобретению, а также упрощает определение временных окон TW, …, TW.
1
R
1
2
R
1
На фиг. 3 показано, что упомянутая выше последовательность временных окон TW, …, TW включает в себя начальное временное окно TW и одно или более последующих временных окон TW, …, TW, которые следуют за начальным временным окном TW.
1
R
1
2
R
Временные окна TW, …, TW заданы так, чтобы начинаться в соответствующие начальные моменты t, t, t, которые могут быть установлены в зависимости от существующих потребностей.
1
2
R
1
R
Предпочтительно, начальные моменты t, t, …, t временных окон TW, …, TW равномерно распределены во времени.
1
R
На фиг. 3, для полной ясности показан пример, в котором последовательные временные окна TW, …, TW последовательно примыкают (во времени) друг к другу, причем каждое временное окно начинается в момент окончания предыдущего окна.
1
2
R
1
R
Такой пример соответствует теоретическому случаю (представленному на прилагаемых чертежах только для ясности), в котором начальные моменты t, t, …, t временных окон TW, …, TW распределены с временными интервалами, равными ширине (например, 200 моментам n выборки) временных окон.
1
2
R
1
R
1
R
Однако, на практике, начальные моменты t, t, …, t временных окон TW, …, TW распределены с временными интервалами, включающими в себя только несколько моментов n выборки, то есть, они разнесены во времени на несколько сотен микросекунд. Очевидно, что в этом случае каждое временное окно TW, …, TW будет частично перекрываться с заданным числом последовательных временных окон.
1
R
-
+
+
-
+
Из фиг. 3-5 следует, что вся последовательность временных окон TW, …, TW может быть рассмотрена в виде последовательности следующих друг за другом пар последовательных временных окон TW, TW, причем каждая пара образована заданным временным окном TWи предыдущим временным окном TW, предшествующим временному окну TW.
1
2
R
-
+
В качестве примера, последовательность временных окон TW, TW, …, TW может быть задана смещением во времени пар временных окон TW, TW.
2
R
1
2
R
2
R
-
+
Очевидно, что для характерной пары временных окон TW, …, TW, временное окно TW может представлять собой начальное временное окно W или временное окно, входящее в последовательные временные окна TW, …, TW, а временное окно TWможет представлять собой временное окно, входящее в последовательные временные окна TW, …, TW.
k
k
G
-
+
После получения первых значений i(n) данных способ 1 предусматривает обработку первых значений i(n) данных, полученных в одну или более последовательных пар следующих друг за другом временных окон TW, TWдля проверки того, подвергается ли ток I сети аномальному изменению от одного временного окна к другому.
k
k
+
+
-
-
+
В частности, способ 1 содержит этап (b), на котором обрабатывают первые значения i[n] данных, полученные в первые моменты выборки, по меньшей мере частично входящие во временное окно TW, и первые значения i[n] данных, полученные во вторые моменты выборки, которые предшествуют указанным первым моментам выборки и по меньшей мере частично входят в предыдущее временное окно TW, предшествующее временному окну TW.
k
k
G
-
+
+
-
Упомянутые выше значения i[n], i[n] данных обрабатывают для проверки того, повергается ли ток I сети во временном окне TWаномальному изменению относительно предыдущего временного окна TW.
+
+
-
-
-
k
k
G
На практике, как показано на фиг. 4-5, для характерного момента n выборки, входящего в характерное временное окно TW, первые значения i[n] данных, по меньшей мере частично полученные во временном окне TW, и первые значения i[n] данных, по меньшей частично полученные в предыдущем временном окне TW, обрабатывают для проверки того, подвергается ли ток Iсети аномальному изменению относительно предыдущего временного окна TW.
+
+
-
+
-
+
k
k
G
G
В частности, для характерного момента n выборки, входящего в характерное временное окно TW, первые значения i[n] данных, полученные в первые моменты n выборки, по меньшей мере частично входящие во временное окно TW, и первые значения i[n] данных, полученные во вторые моменты n выборки, которые предшествуют указанным первым моментам выборки и по меньшей мере частично входят в предыдущее временное окно TW, обрабатывают для вычисления статистической величины СН[n], отражающей изменение тока I сети во временном окне TWотносительно предыдущего временного окна TW. Такую статистическую величину затем сравнивают с пороговым значением для определения того, происходит ли во временном окне TWаномальное изменение обнаруженного тока I сети.
+
Предпочтительно, этап (b) способа 1 содержит последовательность подэтапов, осуществляемых для одного или более характерных моментов n выборки, входящих в характерное временное окно TW.
Предпочтительно, этап (b) способа 1 содержит следующие подэтапы для каждой фазы электрического тока сектора 100 сети:
k
k
+
+
- выбирают первый вектор i[n] первых значений i(n) данных, полученных в первые моменты n выборки, по меньшей мере частично входящие во временное окно TW;
k
k
-
- выбирают второй вектор i[n] первых значений i(n) данных, полученных во вторые моменты n выборки, по меньшей частично предшествующие указанным первым моментам выборки;
k
k
k
G
+
-
-
- обрабатывают выбранные векторы i[n], i[n] для вычисления значения CH[n] изменения фазного тока, отражающего изменение фазного тока для тока Iсети относительно предыдущего временного окна TW.
k
+
Предпочтительно, для каждой фазы электрического тока сектора 100 сети, первый вектор i[n] может быть задан следующим соотношением:
+
k
где n представляет собой характерный момент выборки, входящий во временное окно TW, k представляет собой индекс фазы электрического тока, а Р представляет собой количество первых значений i(n) данных, входящих в каждое временное окно.
k
-
Предпочтительно, для каждой фазы электрического тока сектора 100 сети, второй вектор i[n] может быть задан следующим соотношением:
+
k
где n представляет собой характерный момент выборки, входящий во временное окно TW, k представляет собой индекс фазы электрического тока, а Р представляет собой количество первых значений i(n) данных, входящих в каждое временное окно.
k
Предпочтительно, для каждой фазы электрического тока сектора 100 сети, значение CH[n] изменения фазного тока можно вычислить следующим образом:
+
где n представляет собой характерный момент выборки, входящий во временное окно TW, а k представляет собой индекс фазы электрического тока.
k
k
Однако, в целом, значение CH[n] изменения фазного тока представляет собой показатель изменения тока Ig сети, при этом оно может быть вычислено как сумма абсолютных значений (как указано выше), или как сумма разности квадратов, или как взвешенное усредненное значение с различными весовыми значениями, или как другая функция отобранных значений. Выбор способа вычисления значения CH[n] может зависеть от фактического типа сектора 100 сети (например, номинальной поглощенной мощности, типа электроприемника, и т.д.).
k
k
G
G
-
После вычисления значения CH[n] изменения фазного тока для каждой фазы электрического тока (для характерного момента n выборки) сектора 100 сети, этап (b) способа 1 предпочтительно содержит дополнительный подэтап, на котором обрабатывают значения CH[n] изменения фазного тока, вычисленные для каждой фазы электрического тока, для вычисления общего значения СН[n] изменения тока, отражающего общее изменение ΔI тока I сети относительно предыдущего временного окна TW.
Предпочтительно, общее значение СН[n] изменения тока может быть вычислено как:
+
k
где n представляет собой характерный момент выборки, входящий во временное окно TW, k представляет собой индекс фазы электрического тока, а CH[n] представляет собой значение изменения фазного тока, вычисленное для каждой фазы электрического тока сектора 100 сети.
Предпочтительно, этап (b) способа 1 содержит дополнительный подэтап, на котором сравнивают общее значение СН[n] изменения тока, вычисленное в характерный момент n, с первым пороговым значением ТН1.
+
Предпочтительно, этап (b) способа 1 содержит дополнительный подэтап, на котором повторяют раскрытые выше подэтапы для первого количества N1 (например, N1=10) моментов n выборки, входящих во временное окно TW.
1
M
Первое пороговое значение ТН1 и первое количество N1 могут быть установлены в зависимости от фактических свойств электроприемников L, …, L.
+
Предпочтительно, этап (b) способа 1 содержит дополнительный подэтап, на котором проверяют, превышает ли общее значение СН[n] изменения тока первое пороговое значение ТН1 для по меньшей мере одного первого количества N1 следующих друг за другом моментов n выборки, входящих во временное окно ТW.
G
+
-
+
Если общее значение СН[n] изменения тока не превышает первое пороговое значение ТН1 для количества N1 следующих друг за другом моментов n выборки, то определяют, что ток I сети во временном окне TWне демонстрирует какое-либо аномальное изменение относительно предыдущего временного окна TW. Это значит, что в секторе 100 сети во временном окне TWне произошли никакие аномальные события (фиг. 4).
G
событ.
+
-
+
Если общее значение СН[n] изменения тока превышает первое пороговое значение ТН1 для количества N1 следующих друг за другом моментов (n) выборки, то определяют, что ток I сети во временном окне TWдемонстрирует аномальное изменение относительно предыдущего временного окна TW. Это значит, что в секторе 100 сети в момент n события, входящий во временное окно TW, произошло аномальное событие (фиг. 5).
событ.
Следует отметить, что фактическая природа указанного аномального события не идентифицируется на этой стадии способа 1. Однако, обработка данных, осуществляемая до этой стадии, в частности, вычисление статистической величины СН[n], позволяет понять, что аномальное событие продолжается, начиная с момента n события.
G
1
M
На фиг. 2-7 показаны примеры поведения тока I сети, выявленного в соединительном узле РоС в секторе 100 сети, содержащем электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L.
G
событ.
Очевидно, что ток I сети демонстрирует аномальную тенденцию в момент n события.
k
На фиг. 6 показаны соответствующие примеры значений CH[n] изменения фазного тока, вычисленных для каждой фазы электрического тока того же самого сектора 100 сети.
k
событ
G
Очевидно, что вычисленные значения CH[n] изменения фазного тока резко увеличиваются в момент n. события, когда ток I сети начинает демонстрировать аномальную тенденцию.
G
Таким образом, общее значение СН[n] изменения тока представляет собой надежный показатель для проверки того, подвергается ли ток I сети аномальному изменению относительно нормального фонового уровня.
G
1
R
k
+
-
+
-
+
Если определено, что ток I сети для рассмотренных моментов n выборки временного окна TWне подвергается каким-либо аномальным изменениям относительно предыдущего временного окна TW, способ 1 содержит этап (с), на котором повторяют раскрытый выше этап (b) для последующих моментов n выборки, которые могут входить во временное окно TWили в дополнительное временное окно из последовательных временных окон TW, …, TW. В этом последнем случае, для обработки первых значений i(n) данных, полученных для каждой фазы электрического тока, будет принята во внимание следующая пара временных окон TW, TW.
G
событ.
k
событ.
к
G
G
событ.
+
-
e
очищ.
Если определено, что ток I сети, начиная с момента n события временного окна TW, подвергается аномальному изменению относительно предыдущего временного окна TW, способ 1 содержит этап (d), на котором обрабатывают, для каждой фазы электрического тока сектора 100 сети, одно или более первых значений i[n] данных, полученных в моменты n выборки, следующие за моментом n события, для вычисления вторых значений i[n] данных, отражающих аномальное изменение ΔI с тока I сети (начиная с указанного момента n события).
G
G
событ.
Предпочтительно, на этапе (с) способ 1 предусматривает вычисление изолированного изменения ΔI тока для тока I сети, вызванного аномальным событием (еще не идентифицированным), произошедшим в момент n события.
G
Как будет понятно из нижеследующего описания, такое изолированное изменение ΔI тока представляет собой своего рода «сигнатуру» упомянутого выше аномального события, которая позволяет определить типологию последнего.
G
событ.
G
1
M
На фиг. 8 показан пример поведения изолированного изменения ΔI тока в моменты n выборки, следующие за моментом n события, для фазы электрического тока I сети, обнаруженного в соединительном узле РоС в секторе 100 сети, содержащем электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L.
G
G
В проиллюстрированном примере изолированное изменение ΔI тока имеет форму кривой типового пускового тока электрической поворотной машины. Таким образом, изолированное изменение ΔI тока может указывать на то, что упомянутое выше аномальное событие представляет собой запуск (переходный рабочий период) электрической поворотной машины сектора 100 сети.
G
G
k
событ.
e
Предпочтительно, способ (d) предусматривает вычисление изолированного изменения ΔI тока I сети посредством подходящей «очистки» одного или более первых значений i[n] данных, полученных в моменты n выборки, следующие за моментом n события.
k
событ.
k
e
r
Такой процесс «очистки» первых значений i[n] данных, полученных в моменты n выборки временного окна, следующего за моментом n события, предпочтительно состоит в вычитании одного или более соответствующих первых опорных значений i[n] данных из указанных первых значений данных.
k
событ.
G
событ.
G
r
Опорные значения i[n] данных, которые предпочтительно образованы одним или более первыми значениями данных, полученными в моменты n выборки, предшествующие моменту n события, указывают на нормальное поведение тока I сети, имевшееся до момента n события. Таким образом, они отражают фоновый уровень тока I сети до возникновения упомянутого выше аномального события.
k
k
событ.
e
Предпочтительно, этап (d) способа 1 содержит подэтап, на котором выбирают, для каждой фазы электрического тока, первый набор i[n] данных первых значений i(n) данных, полученных в один или более моментов выборки, следующих за моментом n события.
k
G
r
Предпочтительно, этап (d) способа 1 содержит этап, на котором выбирают, для каждой фазы электрического тока сектора 100 сети, второй набор i[n] данных первых опорных значений данных, отражающих нормальное поведение указанного тока I сети.
k
k
со6ыт
r
Как упомянуто выше, опорные значения i[n] данных предпочтительно содержат первые значения i(n) данных, полученные в моменты n выборки, предшествующие указанному моменту n события.
k
событ.
k
k
r
-
r
-
Предпочтительно, первые опорные значения i[n] данных совпадают с первыми значениями данных, входящими в последнее временное окно TW, предшествующее моменту n события, поскольку они на самом деле отражают фоновый уровень тока (фиг. 7). В этом случае, второй набор i[n] данных первых опорных значений данных по существу может быть создан повторением второго вектора i[n], вычисленного на этапе (b) способа 1.
k
k
k
G
G
событ.
e
r
очищ.
Предпочтительно, этап (с) способа 1 содержит этап, на котором обрабатывают первые и вторые наборы i[n], i[n] данных для вычисления третьего набора i[n] данных вторых значений данных, отражающих аномальное изменение ΔI тока I сети (начиная с указанного момента n события).
k
очищ.
Предпочтительно, для каждой фазы электрического тока сектора 100 сети, третий набор i[n] данных вторых значений данных может быть задан следующим соотношением:
событ.
k
k
-
где n представляет собой характерный момент выборки временного окна, следующего за моментом n события, к представляет собой индекс фазы электрического тока, Р представляет количество первых значений i(n) данных, входящих в каждое временное окно, a i[n] представляет собой второй вектор, вычисленный на этапе (b) способа 1.
k
k
событ.
событ.
очищ.
-
Из приведенного выше соотношения следует, что каждый элемент третьего набора i[n] данных из вторых значений данных вычисляют в виде разницы между соответствующими первыми значениями i(n) данных, входящими во временное окно, следующее за моментом n события, и в последнее временное окно TW, предшествующее моменту n события, соответственно.
k
G
G
1
M
очищ.
После вычисления вторых значений i[n] данных (для характерного момента n выборки), способ 1 предусматривает выполнение этапа (е), на котором обрабатывают указанные вторые значения данных для проверки того, обусловлено ли аномальное изменение ΔI тока I сети характеристическим переходным рабочим периодом электроприемника L, …, L.
k
1
M
очищ.
На практике, этап (е) направлен на проверку того, соответствуют ли вторые значения i[n] данных вторым опорным значениям, отражающим ток, поглощенный электроприемником L, …, L во время конкретного переходного рабочего периода указанного электроприемника.
k
1
M
G
G
очищ.
Соответствие между вторыми значениями i[n] данных и вторыми опорными значениями, относящимися к электроприемнику L, …, L, будет указывать на то, что аномальное изменение ΔI тока I сети обусловлено возникновением такого характеристического переходного рабочего периода для указанного электроприемника, а не из-за отказа в электрической цепи.
k
1
M
G
очищ.
С другой стороны, несоответствие между вторыми значениями i[n] данных и вторыми опорными значениями, относящимися к каждому электроприемнику L, …, L, будет указывать на то, что аномальное изменение тока I сети обусловлено наличием отказа в электрической цепи.
1
М
G
событ.
Например, в секторе 100 сети, содержащем электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L, аномальное изменение тока I сети, начиная с момента n события, может происходить из-за высокого тока (пускового тока), поглощенного при запуске электрической поворотной машины, или из-за отказа в электрической цепи.
k
G
G
очищ.
Соответствие между вторыми значениями i[n] данных и вторыми опорными значениями, описывающими электрический ток, поглощенный конкретной электрической поворотной машиной в фазе запуска (переходный рабочий период), будет указывать на то, что идентифицированное аномальное изменение ΔI тока I сети обусловлено запуском указанной электрической поворотной машины. На практике, это значит, что аномальное событие, обнаруженное на этапе (b) способа 1, представляет собой запуск указанной конкретной электрической поворотной машины.
k
G
G
очищ.
Между тем, если вторые значения i[n] данных не совпадают ни с какими вторыми опорными значениями, описывающими поведение тока, поглощенного каждой электрической поворотной машины в фазе запуска, идентифицированное аномальное изменение ΔI тока I сети происходит из-за отказа в электрической цепи. На практике, это значит, что аномальное изменение, обнаруженное на этапе (b) способа 1, является отказом в электрической цепи.
k
событ.
G
G
событ.
очищ.
очищ.
Предпочтительно, этап (е) способа 1 содержит подэтап, на котором обрабатывают вторые значения i[n] данных, вычисленные для каждой фазы электрического тока, в момент n выборки, следующий за моментом n события, для вычисления третьих значений I[n] данных, отражающих аномальное изменение ΔI тока I сети (начиная с указанного момента n события).
1
М
Обработка данных, осуществляемая на указанном подэтапе этапа (е), по существу зависит от фактических свойств электроприемника L, …, L.
1
M
k
G
G
очищ.
очищ.
очищ.
Например, когда сектор сети содержит электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L, третьи значения I[n] данных могут быть вычислены путем расчета известного преобразования Кларка вторых значений i[n] данных, вычисленных для каждой фазы электрического тока и для момента n выборки. В этом случае, третьи значения I[n] данных могут указывать на q-d форму кривой аномального изменения ΔI тока I сети.
очищ.
В качестве другого примера, третьи значения данных могут быть рассчитаны путем вычисления оценки полных сопротивлений для каждой фазы электрического тока. При этом значения I[n] данных могут отражать эквивалентное полное сопротивление в схеме в момент n выборки.
1
M
событ.
m
-ым
Предпочтительно, этап (е) способа 1 содержит подэтап, на котором выбирают, для каждого электроприемника L, …, L, вторые опорные значения I[n] данных, отражающие, в момент n выборки, следующий за моментом n события, прогнозируемый ток, поглощенный указанным m электроприемником во время характеристического переходного рабочего периода указанного электроприемника.
1
M
m
На практике, для каждого электроприемника L, …, L, выбирают соответствующий набор вторых опорных значений I[n] данных, описывающих прогнозируемое поведение тока, поглощенного указанным электроприемником, когда последний испытывает заданный характеристический переходный рабочий период.
1
M
m
m
m
Например, когда сектор 100 сети содержит электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L, для каждой электрической поворотной машины выбирают соответствующий набор вторых опорных значений I[n] данных. Каждый набор вторых опорных значений I[n] данных описывает прогнозируемое поведение тока (пускового тока), поглощенного соответствующей электрической поворотной машиной во время фазы запуска (характеристического переходного периода) последней. Предпочтительно, вторые опорные значения I[n] данных могут указывать на q-d форму кривой прогнозируемого тока (пускового тока), поглощенного соответствующей электрической поворотной машиной.
1
M
событ.
G
G
очищ.
m
m
Предпочтительно, этап (е) способа 1 содержит подэтап, на котором, для каждого электроприемника L, …, L, обрабатывают соответствующие третьи значения I[n] данных и соответствующие вторые опорные значения I[n] данных для вычисления соответствующего значения E[n] ошибки, отражающего разницу, в момент n, следующий за моментом n события, между аномальным изменением ΔI указанного тока I сети и прогнозируемым током, поглощенным указанным электроприемником во время указанного характеристического переходного рабочего периода.
1
M
событ.
G
G
Например, когда сектор 100 сети содержит электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L, для каждой электрической поворотной машины, вычисляют соответствующее значение Е[n] ошибки, которое отражает разницу, в момент n, следующий за моментом n события, между аномальным изменением ΔI (фиг. 8) тока I сети и прогнозируемым током, поглощенным указанной электрической поворотной машиной во время фазы запуска последней.
m
1
M
Предпочтительно, значение E[n] ошибки для заданного электроприемника L, …, L может быть вычислено как:
событ.
где n представляет собой момент выборки, входящий во временное окно, следующее за моментом n события, a m представляет собой индекс электроприемника.
очищ.
m
очищ.
m
очиищ.
очиищ.
очищ.
Т
m
m
m
Т
При этом I[n], I[n] вычисляют, принимая во внимание Р последовательных моментов для I[n] и I[n], соответственно, то есть, I[n]:=[I[n], …, I[n-Р+1]] и I[n]:=[I[n], …, I[n-Р+1]], где Р представляет собой количество моментов n выборки, входящих в характерное временное окно.
*
1
M
Предпочтительно, этап (е) способа 1 содержит подэтап, на котором выбирают минимальное значение Е[n] ошибки среди значений Е[n] ошибки, вычисленных для всех электроприемников L, …, L.
*
*
m
На практике, минимальное значение Е[n] ошибки может быть вычислено как E[n]:=min E[n], где m представляет собой индекс электроприемника.
*
Предпочтительно, этап (е) способа 1 содержит подэтап, на котором сравнивают указанное минимальное значение Е[n] ошибки со вторым пороговым значением ТН2.
1
M
Второе пороговое значение ТН2 может быть установлено в зависимости от фактических свойств электроприемников L, …, L.
событ.
Предпочтительно, этап (е) способа 1 содержит подэтап, на котором повторяют упомянутые выше подэтапы для второго количества N2 моментов n выборки, следующих за моментом n события.
Второе количество N2 моментов выборки может быть предпочтительно выбрано в зависимости от времени ответа, требуемого для определения того, имеется ли отказ в электрической цепи в секторе 100 сети.
*
Предпочтительно, этап (е) способа 1 содержит подэтап, на котором проверяют, превышает ли минимальное значение Е[n] ошибки второе пороговое значение ТН2 для по меньшей мере второго количества N2 моментов n выборки.
*
*
G
G
1
M
Если минимальное значение Е[n] ошибки не превышает второе пороговое значение ТН2 для по меньшей мере второго количества N2 моментов n выборки, то определяют, что аномальное изменение ΔI тока I сети происходит из-за наличия переходного рабочего периода электроприемника L, …, L, что соответствует выбранному минимальному значению Е[n] ошибки.
1
м
G
G
1
М
*
*
Например, когда сектор 100 сети содержит электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L, для каждой электрической поворотной машины, если минимальное значение Е[n] ошибки не превышает второе пороговое значение ТН2 для по меньшей мере второго количества N2 моментов n выборки, определяют, что аномальное изменение ΔI (фиг. 8) тока Iсети происходит из-за наличия запуска электрической поворотной машины L, …, L, для которой было вычислено выбранное минимальное значение Е[n] ошибки.
k
очищ.
По сути, в этом случае имеется допустимое соответствие между вычисленными вторыми значениями i[n] данных и конкретными опорными значениями, принятыми во внимание для электроприемника сектора 100 сети.
1
2
1
2
1
*
На фиг. 9 проиллюстрировано функционирование примерного сектора сети, содержащего две электрические поворотные машины L, …, L в качестве электроприемников. Схематично показано поведение значений Е[n], Е[n] ошибки, вычисленных для двух электрических поворотных машин А, В. Из чертежа следует, что значение Е[n] ошибки может быть выбрано в качестве минимального значения Е[n] ошибки.
1
G
G
1
Поскольку Е[n] меньше выбранного второго порогового значения ТН2 для длинного временного интервала, аномальное изменение ΔI (фиг. 8) тока I сети, вероятно, происходит из-за пускового тока, поглощенного электрической поворотной машиной L при запуске последней.
*
G
G
Если минимальное значение Е[n] ошибки не превышает второе пороговое значение ТН2 для по меньшей мере второго количества N2 моментов n выборки, определяют, что аномальное изменение ΔI (фиг. 8) тока I сети происходит из-за отказа в электрической цепи.
k
очищ.
По сути, в этом случае отсутствует какое-либо соответствие между вычисленными вторыми значениями i[n] данных и конкретными опорными значениями, принятыми во внимание для каждого электроприемника сектора 100 сети.
G
G
1
M
Стоит отметить, что аномальное изменение ΔI тока I сети может быть вызвано наличием переходных рабочих периодов для множества электроприемников L, …, L.
1
M
Например, когда сектор 100 сети содержит в качестве электроприемников L, …, L электрические поворотные машины, может возникнуть ситуация, когда множество электрических поворотных машин включаются одновременно.
k
1
M
очищ.
m
Согласно способу 1, данное конкретное состояние считается эквивалентным отказу в электрической цепи, поскольку будет практически невозможно выявить соответствие между вторыми значениями I[n] данных и конкретными вторыми опорными значениями I[n], относящимися к каждому электроприемнику L, …, L. Данный подход, однако, не обеспечивает какое-либо реальное преимущество, поскольку упомянутое выше конкретное состояние не встречается часто в течение реального срока эксплуатации электрической распределительной сети.
G
G
1
М
1
Если определено, что аномальное изменение ΔI тока I сети происходит из-за наличия переходного рабочего периода одного из электроприемников L, …, L, могут быть реализованы различные подходящие стратегии управления (например, стратегии сброса нагрузки) для управления электроприемниками сектора 100 сети без активации переключающего устройства S для отключения сектора 100 сети от источника 200 электропитания.
G
G
G
Например, некоторые электроприемники сектора сети могут быть отключены или отрегулированы для компенсации аномального изменения ΔIтока I сети, поглощенного сектором 10 сети вследствие наличия переходного рабочего периода электроприемника, поскольку можно быть уверенным, что вскоре произойдет снижение тока I сети.
1
1
m
Однако, для повышения уровня защиты можно активировать переключающее устройство S для отключения сектора 100 сети и предоставления оператору информации о том, что активация переключателя S произошла из-за переходного рабочего периода электроприемников Lm. В таком случае оператор будет знать, что один из способов предотвращения последующего простоя заключается в установке в электроприемнике Lограничителя потребляемого тока, например, драйвера или устройства плавного пуска.
Другие примеры подобных технологий управления раскрыты в документе ЕР 16202531.6 от лица заявителя настоящей заявки.
G
G
1
Если определено, что аномальное изменение ΔI тока I сети обусловлено отказом в электрической цепи, могут быть сгенерированы подходящие управляющие сигналы С1, которые вынуждают переключающее устройство S обеспечить отключение сектора 100 сети от источника 200 электропитания.
k
G
k
G
В целом, вторые опорные значения данных могут быть вычислены на основании первых отобранных данных i(n), отражающих ток I сети и, возможно, на основании дополнительных отобранных данных v(n), отражающих напряжение V сети, по мере доступности.
m
1
M
Согласно предпочтительному варианту осуществления, вторые опорные значения I[n] данных вычисляют путем моделирования поведения каждого электроприемника L, …, L, используя модель с дискретным временем, описывающую функционирование указанного электроприемника в течение соответствующего характеристического переходного рабочего периода.
m
1
M
Предпочтительно, вторые опорные значения I[n] данных для заданного электроприемника L, …, L могут быть установлены посредством следующего соотношения:
m
-го
где р представляет собой набор электрических и механических параметров, рассчитанных для указанного m электроприемника, a V[n] представляет собой набор данных обнаружения, отражающих рабочее напряжение указанного электроприемника в течение указанного характеристического переходного рабочего периода.
1
M
Функция Y(), выражающая упомянутую выше модель с дискретным временем, может быть известного типа и предпочтительно может быть вычислена в зависимости от фактических свойств электроприемников L, …, L.
1
M
Например, когда сектор 100 сети содержит электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L, функция Y() может быть вычислена в соответствие с известными технологиями моделирования, раскрытыми в нижеследующих научных статьях:
- Р.С. Krause и др. «Анализ электротехнического оборудования и приводных систем» ("Analysis of electric machinery and drive systems"), издательство «John Wiley and Sins», 2013;
- С.M. Ong «Динамическое моделирование электротехнического оборудования: с использованием системы Matlab/Simulink» ("Dynamic Simulation of Electric Machinery: using Matlab/Simulink"), издательство «Prentice Hall», Нью-Джерси, 1998.
1
M
Предпочтительно, упомянутую выше модель с дискретным временем вычисляют путем реализации процедуры моделирования для каждого электроприемника L, …, L сектора 100 сети.
Предпочтительно, такая процедура моделирования включает в себя следующие этапы:
- включают электроприемник Lm сектора 100 сети;
- отключают оставшиеся электроприемники сектора 100 сети;
- для каждой фазы электрического тока, получают данные обнаружения, отражающие рабочее напряжение электроприемника Lm и ток, поглощенный электроприемником Lm в течение характеристического переходного рабочего периода электроприемника Lm;
оцен.
- обрабатывают указанные данные обнаружения для оценки одного или более фактических электрических и/или механических параметров pэлектроприемника Lm,
1
M
- повторяют раскрытые выше этапы для каждого электроприемника L, …, L сектора 100 сети.
оцен.
Предпочтительно, фактические электрические и механические параметры p электроприемника Lm оценивают путем решения нелинейной задачи наименьших квадратов NLS (Non-linear Least Square), с учетом ограничений установки, предусмотренных для электроприемника Lm.
1
M
Например, когда сектор 100 сети содержит электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L, для каждой электрической поворотной машины раскрытая выше процедура запуска может включать в себя следующие этапы:
- активируют электрическую поворотную машину Lm сектора 100 сети;
- отключают оставшиеся электрические поворотные машины сектора 100
сети;
- для каждой фазы электрического тока, получают данные обнаружения, отражающие рабочее напряжение электрической поворотной машины Lm и ток, поглощенный электрической поворотной машиной Li во время запуска электрической поворотной машины Lm;
оцен.
- обрабатывают указанные данные обнаружения для оценки одного или более фактических электрических и/или механических параметров pэлектрической поворотной машины Lm.
оцен.
Фактические электрические и/или механические параметры рэлектрической поворотной машины Lm могут быть вычислены путем решения задачи NLS, заданной следующим соотношением:
qd
qd
где П представляет собой набор возможных электрических и механических параметров для электрической поворотной машины Lm, основанный на ранее полученной информации (например, сопротивлениях, реактивностях и других подобных параметрах), I представляет собой q-d значения для обнаруженного тока, поглощенного электрической поворотной машиной Lm (например, вычисленного при обработке обнаруженных значений тока посредством преобразования Кларка), a V представляет собой q-d значения (например, вычисленные при обработке обнаруженных значений напряжения посредством преобразования Кларка).
Примеры способов NLS и способов оценки электрических и/или механических параметров электрической поворотной машины раскрыты в следующей научной статье:
- Shaw, Steven R., Steven В. Leeb. «Идентификация параметров индукционного электродвигателя на основании результатов измерения неустановившегося тока статора» ("Identification of induction motor parameters from transient stator current measurements"), издательство «IЕЕЕ», журнал «Transactions on Industrial Electronics» 46.1 (1999): 139-149.
1
M
Раскрытая выше процедура моделирования предпочтительно осуществляется во время этапа ввода в эксплуатацию сектора 100 сети. Однако, может быть целесообразным осуществлять ее во время процедуры технического обслуживания для обновления упомянутой выше модели с дискретным временем для каждого электроприемника L,…, L в течение срока эксплуатации последнего.
Как можно легко понять из приведенного выше описания, способ согласно настоящему изобретению отличается универсальностью в применении и может быть легко приспособлен для различных топологий электроприемников, имеющих конкретные переходные периоды.
1
M
Как упомянуто выше, способ 1, в частности, пригоден для идентификации события отказа в секторе 100 сети, содержащем электрические поворотные машины в качестве электроприемников L, …, L.
1
М
В этом последнем случае, способ 1 может быть легко адаптирован для реализации в секторах сети, содержащих группы электрических поворотных машин L, …, L в качестве электроприемников.
Способ 1 согласно настоящему изобретению особенно пригоден для реализации посредством компьютеризированного устройства 300.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к компьютерной программе 350, содержащей инструкции программного обеспечения для осуществления способа согласно настоящему изобретению.
Компьютерная программа 350 хранится или выполнена с возможностью хранения в носителе данных, например, в памяти компьютеризированного устройства 300 (фиг. 1).
Согласно еще одному из аспектов, настоящее изобретение также относится к компьютеризированному устройству 300, содержащему компьютеризованные ресурсы (например, один или более микропроцессоров), выполненные с возможностью исполнения инструкций программного обеспечения для осуществления способа согласно настоящему изобретению.
Предпочтительно, могут быть предусмотрены сенсорные средства 301 для обеспечения первых сигналов D1 обнаружения в компьютеризированное устройство 300, выполненное с возможностью осуществления выборки указанных сигналов обнаружения и выполнения способа 1.
1
1
Согласно возможным вариантам осуществления настоящего изобретения, компьютеризированное устройство 300 может представлять собой электронное защитное устройство (электронное защитное реле) для электрической распределительной сети, которое может быть, например, встроено в переключающее устройство S или функционально связано с переключающим устройством S.
Согласно возможным вариантам осуществления настоящего изобретения, компьютеризированное устройство 300 может также представлять собой контроллер для электрической распределительной сети, установленный на месте эксплуатации или расположенный в уделенном месте относительно сектора 100 сети.
Способ согласно настоящему изобретению является довольно эффективным для идентификации отказа в электрической цепи сектора 100 сети в электрической распределительной сети.
G
В частности, способ 1 позволяет определить то, происходит аномальное изменение тока I сети из-за отказа в электрической цепи или из-за переходного рабочего периода электроприемника.
В этом последнем случае, способ 1 позволяет идентифицировать, который из электроприемников испытывает переходный рабочий период, обеспечивая, тем самым, релевантную информацию для реализации подходящих стратегий управления для контроля электроприемников сектора 100 сети без отключения последнего.
Упомянутые выше возможности способа 1 обеспечивают робастное и надежное управление функционированием сектора сети и, одновременно, позволяют исключить или уменьшить необязательные вмешательства для отключения электроприемников.
Способ согласно настоящему изобретению особенно пригоден для реализации с использованием аппаратных и программных ресурсов, которые уже установлены на месте эксплуатации для управления функционированием электрической распределительной сети.
Способ согласно настоящему изобретению особенно приспособлен для реализации в цифровых распределительных сетях (интеллектуальных сетях, микросетях и т.д.).
Способ согласно настоящему изобретению может быть относительно легко и экономически эффективно реализован на месте эксплуатации.
Способ легко настраивается под различные типы электрических сетей (промышленных, коммерческих и жилых) и типы электроприемников, например, поворотных машин, таких как индукционные машины, синхронные электрические машины, машины прямого тока, или другие типы электроприемников, например, охлаждающего и нагревательного оборудования, печей и т.п.