Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УКРУПНЕННЫХ ПЕРВИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХПРОВОДНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при функциональном контроле и диагностировании трехфазных линий электропередачи (ЛЭП) трехпроводного исполнения на основе ее Г-образной схемы замещения полнофазного исполнения.

Известен способ определения текущих первичных и вторичных параметров линии электропередачи для построения ее прямой Г-образной адаптивной модели [1], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что проводят измерения мгновенных значений сигналов напряжений и токов. Эти массивы отсчетов мгновенных значений тока и напряжения в начале и в конце ЛЭП, полученные в одни и те же моменты времени, с определенным шагом дискретизации, передают с конца линии в ее начало по каналу связи. Далее по измеренным массивам отсчетов тока и напряжения сохраняют пары цифровых отсчетов токов и напряжений. Затем определяют потери активной мощности на активном сопротивлении продольной ветви ЛЭП, одновременно определяя действующее значение сигнала тока в ней и потери реактивной мощности на реактивном сопротивлении этой ветви. Далее определяют значения активного и реактивного сопротивлений продольной ветви ЛЭП. Затем определяют потери активной мощности на активном сопротивлении поперечной ветви ЛЭП, одновременно определяя действующие значения сигнала тока в ней и потери реактивной мощности на реактивном сопротивлении этой ветви. Далее определяют величины активного и реактивного сопротивлений поперечной ветви ЛЭП. Затем определяют численные значения коэффициентов затухания тока и напряжения и численные значения коэффициента сдвига фазы тока и сдвига фазы напряжения. Далее определяют численные значения активных и реактивных сопротивлений продольных и поперечных ветвей ЛЭП, а также коэффициентов затухания и сдвига фаз напряжений и токов на единицу длины линии электропередачи.

Известен способ определения текущих параметров линии электропередачи для построения ее П-образной адаптивной модели (варианты) [2], заключающийся в измерении мгновенных значений сигналов тока и напряжения. Массивы отсчетов мгновенных значений тока и напряжения в начале и в конце линии электропередачи, полученные в одни и те же моменты времени, с определенным шагом дискретизации, передают в начало линии по каналу связи. По измеренным массивам сохраняют пары цифровых отсчетов токов и напряжений как текущие, определяют разность фаз текущих цифровых отсчетов токов и напряжений, изменяют разности значений сигналов токов пропорционально коэффициенту k=0; 0,1; …; 1 для определения распределения значений токов в поперечных сопротивлениях одной и другой поперечных ветвей. Затем определяют ток в продольной ветви или как разность значений тока в начале линии и тока в одной поперечной ветви, или как сумму тока в конце линии и тока в другой поперечной ветви. Далее определяют значение потери активной мощности на активном сопротивлении двух поперечных ветвей ЛЭП, одновременно определяя действующее значение сигнала тока в ней и значение потери реактивной мощности на реактивном сопротивлении этой ветви. Затем определяют значения активного и реактивного сопротивлений поперечной ветви ЛЭП как область возможных решений в зависимости от k. Далее определяют значение активной мощности на активном сопротивлении продольной ветви ЛЭП, одновременно определяя действующее значение сигнала тока в ней и значение реактивной мощности на реактивном сопротивлении этой ветви. Затем определяют значения активного и реактивного сопротивлений продольной ветви ЛЭП как область возможных решений в зависимости от k. Далее по полученным значениям сопротивлений продольной и поперечной ветвей для режима нагрузки/холостого хода определяют значения сопротивлений продольной и поперечной ветвей П-образной адаптивной модели как равенство полных сопротивлений одной и другой поперечных ветвей. В способе определения текущих параметров по второму варианту определяют значения сопротивлений продольной и поперечной ветвей П-образной адаптивной модели или как равенство полного сопротивления первой поперечной ветви и полного сопротивления второй поперечной ветви первого и второго режимов, или как равенство полного сопротивления второй поперечной ветви и полного сопротивления первой поперечной ветви первого и второго режимов.

Достоверность полученных по обоим патентам результатов возможна лишь при абсолютной синхронизации измерений мгновенных значений напряжений и токов в начале и в конце линии. Технически это пока трудно осуществимо.

Кроме того, представленный в прототипе алгоритм пригоден лишь для определения параметров однопроводной ЛЭП или симметричной многопроводной. При нарушении симметрии ЛЭП ее работа может иллюстрироваться лишь полнофазной схемой замещения [3].

Известны математические формулировки для определения первичных параметров ЛЭП, сформулированные на основании теории электромагнитного поля. Например, [4]. Но это несколько формализованный подход к задаче оперативного и достоверного определения первичных параметров ЛЭП, не обеспечивающий учета в полном объеме всех факторов, оказывающих влияние на величины этих параметров, а именно: изменение химического состава материала линейных проводов, поверхностного эффекта, эффекта близости, климатических условий, рельефа местности, модификации опор, влияния различного рода линейной арматуры и т.п. Это вполне может быть использовано для определения первичных параметров однородного участка ЛЭП.

Задачей изобретения является формирование простого, информативного и достоверного способа определения укрупненных первичных параметров трехпроводной линии электропередачи, а именно: укрупненных активных сопротивлений и индуктивностей линейных проводов, активных проводимостей и емкостей между проводами, а также между проводами и «землей».

Технический результат заключается в достоверном определении укрупненных первичных параметров трехпроводной линии электропередачи, а именно: активных сопротивлений и индуктивностей линейных проводов, активных проводимостей и емкостей между проводами, а также между проводами и «землей».

Технический результат достигается тем, что после замещения всей трехпроводной линии электропередачи, включающей в свой состав несколько однородных участков, опоры, линейную арматуру и прочие сопутствующие устройства, в результате выполнения серии экспериментов из четырех опытов определяются изображения на комплексной плоскости действующих значений входных и выходных фазных напряжений и токов, которые являются исходными данными для определения укрупненных первичных параметров трехпроводной линии электропередачи, вычислением на основании полученных таким образом экспериментальных данных укрупненных активных сопротивлений и индуктивностей линейных проводов, укрупненных активных проводимостей и емкостей между проводами, а также между проводами и «землей».

Вычислению и выполнению серии экспериментов предшествует представление всей трехпроводной ЛЭП, включающей в свой состав в общем случае несколько однородных участков, линейную арматуру, опоры и прочие сопутствующие устройства, полнофазной Г-образной схемой замещения. В дальнейшем предлагается определять параметры именно этой укрупненной схемы замещения ЛЭП. Поэтому они и называются укрупненными.

Полученные таким образом численные значения укрупненных первичных параметров трехпроводной ЛЭП являются ожидаемыми результатами реализации этого изобретения.

Простота и достоверность предлагаемого способа достигается в результате непосредственного измерения электрических величин, позволяющих получить сведения об изображениях действующих значений входных и выходных напряжений и токов на комплексной плоскости, которые являются исходными данными для определения укрупненных первичных параметров трехпроводной ЛЭП.

Предлагаемый способ является информативным за счет того, что при необходимости позволяет определить укрупненные первичные параметры трехпроводной ЛЭП на единицу длины линии.

На фиг.1 представлена структурная схема алгоритма способа определения первичных параметров однородного участка трехпроводной ЛЭП.

На фиг.2 показана полнофазная Г-образная схема замещения всей трехпроводной ЛЭП с набором коммутирующих устройств, которые обеспечат выполнение серии экспериментов по определению входных и выходных токов и напряжений, являющихся в данном случае исходными данными для вычисления первичных параметров трехпроводной ЛЭП.

В блоке 1 (фиг.1) выполняется представление исследуемой ЛЭП в виде полнофазной Г-образной схемой замещения так, как показано на фиг.2.

В блоках 2, 4, 5 и 6 (фиг.1) выполняется серия экспериментов по определению исходных данных для вычисления укрупненных первичных параметров трехпроводной ЛЭП. Здесь символами R_A, R_B и R_C обозначены активные сопротивления линейных проводов, символами L_A, L_B и L_C - индуктивности этих проводов. Символами G_A, G_B, G_C и С_А, С_В, С_C на фиг.2 обозначены активные проводимости и емкости между линейными проводами и «землей», а символами G_AB, G_BC, G_CA и С_АВ, С_BC, С_СА - активные проводимости и емкости между проводами.

Для выполнения серии экспериментов по определению исходных данных для вычисления укрупненных первичных параметров трехпроводной ЛЭП во избежание аварийных ситуаций рекомендуется использовать автономный источник трехфазной ЭДС или три равных по величине однофазных синусоидальных ЭДС промышленной частоты, начальные фазы которых могут быть сдвинуты относительно друг друга на треть периода, пониженного напряжения. Кроме того, в экспериментах используются показанные на схеме, изображенной на фиг.2, шесть коммутирующих устройств, в качестве которых могут быть использованы обычные выключатели или рубильники. К входу и выходу анализируемого однородного участка трехпроводной ЛЭП необходимо подключить электроизмерительные приборы, например вольтметры, амперметры и фазометры, которые обеспечат регистрацию изображений на комплексной плоскости действующих значений входных и выходных фазных напряжений и линейных токов.

Первый опыт, опыт короткого замыкания выполняется в блоке 2 (фиг.1) и позволяет определить укрупненные продольные параметры исследуемой ЛЭП. Для этого замыкаются ключи S4-S6 (фиг.2) и S7-S9. При этом во избежание аварийной ситуации напряжение источника электрической энергии должно быть понижено.

При выполнении этого опыта напряжение на выходе анализируемой ЛЭП будет отсутствовать:

.

Изображения на комплексной плоскости входных линейных токов İ_1A11, İ_1B11 и İ_1C11 определяются из показаний соответствующих электроизмерительных приборов, а именно амперметров и фазометров.

В таком случае будут справедливы реализуемые в блоке 3 (фиг.1) равенства:

; ; ,

где , и - укрупненные полные сопротивления линейных проводов.

Эти равенства позволяют определить фактические укрупненные продольные параметры трехпроводной ЛЭП.

Активные сопротивления линейных проводов определяют вещественные части их полных сопротивлений:

; ; .

Индуктивность каждого линейного провода анализируемой ЛЭП определяется так:

; ; .

В индуктивностях, найденных при выполнении опыта короткого замыкания, учтены явления самоиндукции и взаимоиндукции, то есть учтены собственные и взаимные индуктивности. Так, в величине L_A учтены укрупненная собственная индуктивность линейного провода А и электромагнитное влияние индуктивностей соседних проводов В и С; в величине L_B учтены укрупненная собственная индуктивность линейного провода В и электромагнитное влияние индуктивностей соседних проводов А и С; в величине L_C учтены укрупненная собственная индуктивность линейного провода С и электромагнитное влияние индуктивностей соседних проводов А и В. Иначе говоря, в каждой индуктивности из последних трех равенств учтены укрупненные собственные индуктивности каждого линейного провода и взаимные индуктивности между соответствующими проводами.

Трехфазное короткое замыкание - достаточно тяжелый режим работы ЛЭП. Его выполнение может быть связано с техническими сложностями, связанными с техникой безопасности или другими техническими ограничениями. В таком случае этот режим (опыт) можно избежать, а продольные параметры ЛЭП можно определить и из опыта холостого хода или опыта с полной или частичной нагрузкой.

Для выполнения опыта холостого хода необходимо разомкнуть ключи S4-S6, а ключи S1-S3 оставить в разомкнутом состоянии, для выполнения опыта с нагрузкой ключи S1-S3 следует замкнуть (фиг.2). Эти действия должны выполняться в блоке 2 (фиг.1). В результате таких мероприятий будут справедливы уравнения:

где , , İ_1A12, İ_1B12, İ_1C12, и , , - изображения на комплексной плоскости фазных напряжений и линейных токов на входе и на выходе исследуемой трехпроводной ЛЭП, определяемых из показаний электроизмерительных приборов.

Из этих уравнений получаются равенства, позволяющие определить в блоке 3 (фиг.1) укрупненные продольные параметры линии:

; ; .

Затем из этих равенств определяются активные сопротивления и индуктивности каждого линейного провода.

Для определения укрупненных поперечных параметров ЛЭП, в состав которой входит несколько однородных участков, следует продолжить выполнение экспериментов.

Второй опыт выполняется в блоке 4 (фиг.1) при разомкнутых ключах S1-S3. Кроме того, должен быть разомкнут ключ S4 и должны быть замкнуты ключи S5 и S6. В таком случае будут отсутствовать выходные фазные напряжения и , а также токи İ_2A2, dİ_B2, dİ_C2 и dİ_BC2:

;

.

При таких условиях справедливы уравнения:

Входные линейные токи İ_1A2, İ_1B2, İ_1C2, выходные токи İ_2B2, İ_2C2 и выходное фазное напряжение определятся из показаний электроизмерительных приборов.

Из второго уравнения системы уравнений (1) определяется ток dİ_АВ2:

dİ_AB1=İ_2B2 -İ_1B2.

А из третьего уравнения этой же системы уравнений определится ток dİ_CA2:

dİ_CA2=İ_1C2-İ_2С2.

При известных токах dİ_АВ2 и dİ_CA2 из первого уравнения системы уравнений (1) определится ток dİ_А2:

dİ_А2=İ_1A2-dİ_АВ2+dİ_CA2.

Теперь появилась возможность определить ряд укрупненных поперечных параметров в виде полных проводимостей:

; ;

Условия выполнения третьего опыта от второго отличаются тем, что ключ S5 разомкнут, а ключ S4 замкнут. Вследствие этих переключений линии А и С в конце анализируемой ЛЭП оказываются замкнутыми на «землю». В этом случае будут отсутствовать напряжения и , а также будут отсутствовать токи İ_2B3, dİ_А3, dİ_C3 и dİ_CA3:

;

.

Входные линейные токи İ_1A3, İ_1B3, İ_1C3, выходные токи İ_2A3, İ_2C3 и выходное фазное напряжения определятся из показаний электроизмерительных приборов.

При таких условиях справедливы уравнения:

Из первого и третьего уравнений системы уравнений (2) определятся токи dİ_AB3 и dİ_BC3:

dİ_AB3=İ_1A3-İ_2A3;

dİ_BC3=İ_2C3-İ_1C3.

Из второго уравнения этой же системы уравнений определится ток dİ_B3:

dİ_B3=İ_1B3-dİ_BC3+dİ_AB3.

Рассчитанные таким образом токи дают возможность определения еще двух укрупненных поперечных параметров в виде полных проводимостей:

; .

Цель четвертого опыта заключается в определении полной проводимости . Он выполняется в блоке 6 (фиг.1). Для этого необходимо разомкнуть ключ S6 и замкнуть ключ S5. Состояние прочей коммутационной аппаратуры следует оставить без изменения. В результате этих действий линейные провода А и В окажутся замкнутыми на «землю»; напряжения и , а также токи İ_2C4, dİ_A4, dİ_B4 и dİ_AB4 будут отсутствовать:

;

İ_2C4=dİ_A4=dİ_В4=dİ_АВ4=0.

Входные линейные токи İ_1A4, İ_1В4, İ_1С4, выходные токи İ_2А4, İ_2В4 и выходное фазное напряжения определятся из показаний электроизмерительных приборов.

В таком случае будут справедливы уравнения:

Из первого и второго уравнения системы уравнений (3) определятся токи dİ_CA4 и dİ_BC4:

dİ_CA4=İ_2A4-İ_1A4;

dİ_BC4=İ_1B4-İ_2B4.

А из третьего уравнения этой же системы уравнений определится ток dİ_2C3:

dİ_2C4=İ_1C4-dİ_CA4+dİ_BC4.

Искомая полная проводимость определится так:

.

Таким образом, определены все полные проводимости, иллюстрирующие укрупненные поперечные параметры исследуемой трехпроводной линии электропередачи.

Вещественные части найденных полных проводимостей в блоке 7 (фиг.1) определят активные проводимости между линейными проводами, а также между проводами и «землей»:

; ; ;

; ; .

Мнимая часть полных проводимостей в блоке 7 (фиг.1) определит емкостную проводимость между линейными проводами, а также между проводами и «землей». Поэтому величины соответствующих емкостей определятся из равенств:

; ; ;

; ; .

Так определяются численные значения укрупненных первичных параметров трехпроводной ЛЭП, содержащей в своем составе несколько однородных участков.

Конкретизированные таким образом укрупненные параметры реальных ЛЭП создают возможность прогнозирования в первом приближении результатов передачи по ней электрической энергии на частоте каждой гармонической составляющей. Такой прогноз может оказаться достаточным для оценки эффективности той или иной передачи электрической энергии.

Источники информации

1. Способ определения текущих первичных и вторичных параметров линии электропередачи для построения ее прямой Г-образной адаптивной модели. / Д.В.Джумик, Е.И.Гольдштейн. Патент №2334990, Россия. МКИ G01R 25/00. - Томский политехнический университет. №2007117275/28; 08.05.2007.

2. Способ определения текущих параметров линии электропередачи для построения ее прямой П-образной адаптивной модели (варианты). / Е.И.Гольдштейн, Д.В.Джумик. Патент №2328004, Россия. МКИ G01R 25/00. - Томский политехнический университет. №200710206/38; 19.02.2007.

3. Большанин Г.А. Распределение электрической энергии по участкам электроэнергетических систем. В 2-х кн. - Братск: БрГУ, 2006. - 807 с.

4. Электротехнический справочник. В 4-х т.Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии. Под общ. ред. Профессоров МЭИ В.Г.Герасимов и др. (гл. ред. А.И.Попов). - 9-е изд. стер. - М.: Издательство МЭИ, 2004. - 964 с.