Спосіб захисту електродвигуна з використанням векторів моніторингу

Реферат: Спосіб захисту електродвигуна з використанням векторів моніторингу включає формування двовимірного часового ряду з часткових сум квадратів діючих значень струмів електродвигуна, поділених на кількість доданків часткових сум, формування решітчастого інформаційного поля за допомогою одновимірних ортогональних векторів вкладень двовимірного часового ряду, прийняття рішення про видачу попереджувального сигналу або відключення електродвигуна від мережі живлення при перевищенні прогнозним значенням в будь-якому з елементів двовимірного часового ряду гранично припустимого рівня. Далі прогнозують наступні значення векторів моніторингу за ортогональними осями і діагоналями півтора вимірного решітчастого поля та вибирають для використання вектор моніторингу і найменшою похибкою прогнозування на час прийняття рішення. UA 116392 U (54) СПОСІБ ЗАХИСТУ ЕЛЕКТРОДВИГУНА З ВИКОРИСТАННЯМ ВЕКТОРІВ МОНІТОРИНГУ UA 116392 U UA 116392 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана для захисту електродвигуна з частими пусками і стохастичною зміною кратності та експозиції струмових перевантажень. Відомий спосіб захисту електродвигуна, що включає безперервне вимірювання струму електродвигуна, відключення електродвигуна від мережі при перевищенні гранично допустимої тривалості струмового перевантаження в будь-якій з n-контрольованих точок. При цьому струм електродвигуна підносять до квадрата, часовий ряд квадратів струму електродвигуна записують в елемент пам'яті часового ряду заданої довжини і дискретності, при надходженні чергового значення квадрата струму електродвигуна вміст елементів пам'яті зрушують на крок, останнє значення видаляють, знов виміряне значення квадрата струму ставлять на перше місце часового ряду і додають до вмісту всіх подальших елементів пам'яті часового ряду, при перевищенні суми квадратів струму в будь-якому елементі пам'яті часового ряду гранично допустимого значення електродвигун відключають від мережі. Недоліком відомого способу є низька надійність із-за відсутності прогнозу для вчинення попереджувальних дій при захисті електродвигуна з частими пусками і стохастичною зміною експозиції та різними значеннями кратності струмових перевантажень [1]. Найбільш близьким до способу, який заявляється, є спосіб захисту електродвигуна, який містить безперервне вимірювання струмів електродвигуна і піднесення їх у квадрат, запис сум квадратів струму в елементи пам'яті вихідного часового ряду заданої довжини і дискретності, видалення вмісту останнього елемента та зсовування на крок вмісту всіх елементів пам'яті часового ряду при надходженні чергового значення виміряного струму, вміщення нового значення квадрата струму на перше місце і підсумовування його до вмісту всіх подальших елементів нам'яті вихідного часового ряду, відімкнення електродвигуна від мережі при перевищенні в елементі пам'яті гранично допустимого значення суми квадратів струмів. При цьому з даних, які постійно оновлюють в елементах пам'яті вихідною часового ряду при черговому вимірюванні струмів, формують додаткові часові ряди з вибраною дискретністю та довжиною, прогнозують їх зміну, при перевищенні будь-яким прогнозованим значенням гранично припустимого рівня суми квадратів струмів відмикають електродвигун від мережі. Недоліком відомого способу є низька надійність із-за недосконалості процедури прогнозу нестаціонарних рядів для вчинення попереджувальних дій при захисті електродвигуна з частими пусками і стохастичною зміною експозиції та різними значеннями кратності струмових перевантажень [2]. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення надійності роботи захисту при стохастичній кратності та експозиції перевантажень електродвигуна шляхом підвищення точності прогнозування нестаціонарних рядів за допомогою півтора вимірних (1,5) векторів моніторингу з найменшою похибкою прогнозування на час прийняття рішення для вчинення попереджувальних дій. Поставлена задача вирішується тим, що у способі захисту електродвигуна з використанням векторів моніторингу, що включає формування двовимірного часового ряду з часткових сум квадратів діючих значень струмів електродвигуна, поділених на кількість доданків часткових сум, формування решітчастого інформаційного поля за допомогою одновимірних ортогональних векторів вкладень двовимірного часового ряду, прийняття рішення про видачу попереджувального сигналу або відключення електродвигуна від мережі живлення при перевищенні прогнозним значенням в будь-якому з елементів двовимірного часового ряду гранично припустимого рівня, згідно з корисною моделлю, прогнозують наступні значення векторів моніторингу за ортогональними осями і діагоналями півтора вимірного решітчастого поля та вибирають для використання вектор моніторингу з найменшою похибкою прогнозування на час прийняття рішення. При стохастичному характері зміни навантаження оперують не абсолютними, а еквівалентними за тепловими тратами значеннями діючих струмів. Якщо еквівалентний струм усереднюють на коротких проміжках часу (секундах), то виявити тривалі незначні 5 %…10 % струмові перевантаження неможливо. Якщо еквівалентний струм контролюють за допомогою усереднення на тривалих проміжках часу (десятках хвилин), то неможливо вчасно виявити перевантаження пусковими струмами. Для надійної роботи захисту потрібен контроль діючих значень еквівалентних струмів у всьому діапазоні часів усереднення, тобто від t до n  t , де t - крок дискретизації двовимірного часовою ряду, і кількість кроків. Для цього формують двовимірний часовий ряд з часткових сум квадратів діючих значень струмів, поділених на кількість доданків часткових сум. Таким чином здійснюють перетворення одновимірного часового ряду діючих значень квадратів струмів в двовимірний, який являє собою значення 1 UA 116392 U 5 10 15 20 квадратів еквівалентних струмів з наростаючим часом усереднення. При цьому на одній осі поєднані час і час усереднення. Як ортогональних, до двовимірного часового ряду, векторів вкладень вибрано одновимірні часові ряди (так звані ряди лінійних фільтрів). Дискретний двовимірний часовий ряд з векторами вкладень створює решітчасте інформаційне поле з півтора вимірною (1,5) інформацією. Вектори моніторингу знаходяться на кутах інформаційного поля. Прогнозування за допомогою інформації, що міститься у вузлах решітчастого інформаційного поля, можливе за ортогональними осями і діагоналями цього поля. Точність прогнозування за допомогою векторів моніторингу залежить від особливостей процесу навантаження. Цю особливість враховують тим, що з декількох векторів моніторингу вибирають той, що на момент прийняття рішення, наприклад, про видачу сигналу попереджувальної сигналізації, має найменшу похибку прогнозування. Таким чином, спосіб включає прогнозування за ортогональними осями і діагоналями векторів моніторингу, оцінювання похибки прогнозування на контрольованому інтервалі та вибір значення вектора моніторингу з максимальною вірогідністю прогнозування на час прийняття рішення. Здійснюють спосіб наступним чином. Вибирають довжину і дискретність часового ряду. Довжина ряду повинна бути в межах 3…5 сталих часу нагріву електродвигуна. Дискретно вимірюють і підносять до квадрата діючі значення струмів електродвигуна. Після чергового їх заміру на перше місце часового ряду ставлять знов виміряне значення квадpaтa діючого струму, останнє значення часового ряду видаляють. До кожного з елементів часового ряду підсумовують останнє заміряне значення квадрата струму. В кожному з елементів пам'яті двовимірного часового ряду в порядку зростання знаходитимуться наступні значення сум квадратів струму електродвигуна I , I 2 1 25      2 2 2 2  I 2 , I1  I2  I3 . . . I1  I2  ...  In . 2 2 2 Квадрат еквівалентного значення струму дорівнює 2 1   2 2 I2  I1 t1  I2t 2  ...  In tn / t1  t 2  ...  tn  . екв 2 При рівності відрізків часу t1  t2  ...  tn  t квадрати еквівалентного струму в кожному з n елементів ряду буде дорівнювати 2 I2 1  I1 ; екв   I  2 I2 2  I1  I2 / 2 ; екв 2 30  2 2 2 I2 3 екв 1  I2  I3 / 3 ; . . . . . . . . . . . . . .;  35 40 I  2 1 I 2  I2  ..  In / n 2 ... 2 1  2  I2  I3 / 3 2  2 I1 45  2 2 I2 n  I1  I2  ...  In / n . екв 2 Таким чином, якщо кожну з часткових сум в елементах ряду поділиш на кількість її доданків, то отримаємо ряд з значеннями квадратів еквівалентних струмів з наростаючим часом усереднення. Одновимірний часовий ряд перетворюється в двовимірний часовий ряд квадратів еквівалентних струмів з наростаючим часом усереднення. При цьому на одній і тій же осі маємо поєднання двох величин часу і часу усереднення. Для отримання додаткової інформації за допомогою ортогональних до двовимірного часового ряду векторів вкладень формують інформаційне поле. Одновимірні ортогональні вектори вкладень з лінійними фільтрами. Інформаційне поле може бути представлене наступним чином.  I2 2 2 I1 / 2 I 2 2  2 2  I3  ..  In1 / n ... I 2 2  2  I3  I2 / 3 4  I2 2 2  I3 I2 2 / 2 I 2 3  2  I2  ..  In 2 / n 4 ... I 2 3  2  I2  I5 / 3 4  2 I3  I2 4 2 I3 / 2 ... ... ... ... ... I 2 n I 2 n  2 2  In1  ..  Inn / n ...  2 2  In1  ..  In 2 / 3  2 In 2  In1 2 In / 2 Півтора вимірні (1,5) вектори моніторингу нижнього кута інформаційного поля, які використовують інформацію вузлів решітчастого поля, мають наступний вигляд: 2 UA 116392 U 2 I1 I I 2 I1 2 1 2 2 2 I1 5 10 15 I2 2   I / 2  I2 / 2 2 2 3 I I 2 1 2 3 2 I3   I / 3 ... 2  I2  I3 / 3 2 ...  I2 4 ... 2 5 I I 2 1 2 n2 2 In  2  I2  .. .  In / n 2  2 2  In1  .. .  In / n Прогнозують зміну значень векторів моніторингу за ортогональними осями і діагоналями інформаційного поля. Оцінюють похибку прогнозування на контрольованому інтервалі. Вибирають вектор моніторингу з максимальною вірогідністю прогнозування на час прийняття рішення щодо оперативного втручання в роботу електропривода. За допомогою вектора моніторингу, з максимальною вірогідністю прогнозу, визначають зміну значень в двовимірному часовому ряду. Рішення про відключення електродвигуна від мережі приймають по прогнозних значеннях квадратів діючих значень еквівалентних струмів. Визначення гранично припустимих значень сум квадратів струмів і кожному елементі двовимірного часового ряду проводять, наприклад, виходячи з рекомендацій для реле з залежною витримкою часу, час відключення якого зменшується відповідно до збільшення характеристичної величини (ГОСТ 27918-88, п.З.5.2.). Гранично допустиме значення сум квадратів струмів n-ного елемента пам'яті часового ряду дорівнює 2 1I2 / n  Iном(К / nt)  1, еквn n 20 25 30 де n - порядковий номер елемента пам'яті часового ряду, Iном - номінальний струм електродвигуна, К - постійна величина, t - період дискретизації. Порівнюють прогнозні квадрати діючих значень еквівалентних струмів в елементах двовимірного часового ряду з їх гранично припустимими значеннями. При виході поточного значення за межі хоча б в одному з елементів двовимірного часового ряду відключають електродвигун від мережі. При виході прогнозованого значення за гранично припустимі межі приймають рішення про включення сигналізації та оперативного втручання в процес. Спосіб забезпечує підвищення надійності роботи захисту, як при частих пусках, так і при великих короткочасних і малих тривалих перевантаженнях електродвигуна при стохастичній зміні кратності та експозиції шляхом підвищення точності прогнозування нестаціонарних рядів на час прийняття рішення для вчинення попереджувальних дій. Джерела інформації: 1. Патент України на корисну модель № 42964 U, МПК (2009) Н02Н 7/08. Дубовик В.Г., Лебедев Л.М. "Спосіб захисту електродвигуна", опубл. 27.07.2009. 2. Патент України на корисну модель № 43034 U, МПК (2009) Н02Н 7/08. Дубовик В.Г., Лебедев Л.М., Розен В.П. "Спосіб захисту електродвигуна", опубл. 27.07.2009. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 Спосіб захисту електродвигуна з використанням векторів моніторингу, що включає формування двовимірного часового ряду з часткових сум квадратів діючих значень струмів електродвигуна, поділених на кількість доданків часткових сум, формування решітчастого інформаційного поля за допомогою одновимірних ортогональних векторів вкладень двовимірного часового ряду, прийняття рішення про видачу попереджувального сигналу або відключення електродвигуна від мережі живлення при перевищенні прогнозним значенням в будь-якому з елементів двовимірного часового ряду гранично припустимого рівня, який відрізняється тим, що прогнозують наступні значення векторів моніторингу за ортогональними осями і діагоналями півтора вимірного решітчастого поля та вибирають для використання вектор моніторингу і найменшою похибкою прогнозування на час прийняття рішення. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3