Спосіб захисту електродвигуна з використанням двовимірних векторів моніторингу

Реферат: Спосіб захисту електродвигуна з використанням двовимірних 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 ортогональних векторів вкладень, 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. Прогнозують наступні значення векторів моніторингу за ортогональними осями і діагоналями двовимірного решітчастого інформаційного поля та вибирають для використання вектор моніторингу з найменшою похибкою прогнозування на час прийняття рішення. UA 117169 U (12) UA 117169 U UA 117169 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонована корисна модель належить до електротехніки і може бути використана для захисту електродвигуна з частими пусками і стохастичною зміною кратності та експозиції струмових перевантажень. Відомо 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 елементи 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, яка обумовлена відсутністю прогнозу для вчинення попереджувальних дій при захисті електродвигуна з частими пусками і стохастичною зміною експозиції та різними значеннями кратності струмових перевантажень [1]. Найближчим аналогом до запропонованого способу є спосіб захисту електродвигуна, що включає 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 пам'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 вихідного 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, яка обумовлена недосконалістю 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 одного з двовимірних векторів моніторингу з найменшою похибкою прогнозування на час прийняття рішення для вчинення попереджувальних дій. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб захисту електродвигуна з використанням двовимірних 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 ортогональних векторів вкладень, 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. Відповідно до корисної моделі прогнозують наступні значення векторів моніторингу за ортогональними осями і діагоналями двовимірного решітчастого інформаційного 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 втратами 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 Δt до n·Δt, де Δt крок дискретизації двовимірного часового ряду, n - кількість кроків. Такий контроль можливий за допомогою двовимірних часових рядів. Для цього формують двовимірний часовий ряд з часткових сум квадратів діючих значень струмів, поділених на кількість доданків часткових сум. При цьому на одній осі поєднують час і час усереднення і перетворюють одновимірний часовий ряд в двовимірний. Двовимірний ряд квадратів струмів відповідає тепловому навантаженню 1 UA 117169 U 5 10 15 20 25 електродвигуна і являє собою значення квадратів еквівалентних струмів з наростаючим часом усереднення. Як ортогональні, до двовимірного часового ряду вибирають двовимірні ортогональні ряди векторів вкладень (так звані лінійні фільтри). Дискретний двовимірний часовий ряд з двовимірними ортогональними векторами вкладень створює решітчасте інформаційне поле з двовимірною інформацією. Прогнозування проводиться за допомогою інформації вузлів решітчастого інформаційного поля, що знаходяться на ортогональних осях і діагоналях. Вектори моніторингу знаходяться на кутах інформаційних полів. Точність прогнозування за допомогою векторів моніторингу залежить від особливостей процесу навантаження. Цю особливість враховують тим, що з декількох векторів моніторингу вибирають той, який 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 двовимірних інформаційних полів з використанням вектора моніторингу з найменшою похибкою прогнозування на час прийняття рішення. Здійснюють спосіб наступним чином. Вибирають довжину і дискретність часового ряду, яка повинна бути в межах 3…5 теплових сталих часу електродвигуна. Дискретно вимірюють і зводять у квадрат діючі значення струмів електродвигуна. Після чергового заміру на перше місце часового ряду ставлять знов виміряне значення квадрата діючого струму, останнє значення часового ряду видаляють, а 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 суми квадратів струму електродвигуна: I , I 2 1  2 1    2 2 2 2  I2 , I1  I2  I3 ,  I1  I2    In . 2 2 2 Квадрат еквівалентного значення струму дорівнює:   2 2 I2  I1 t1  I2 t 2    In t n / t1  t 2    t n  . екв 2 30 При рівності відрізків часу t1  t 2    t n  t квадрати еквівалентного струму в кожному з n - елементів ряду буде дорівнювати: 2 I2 1  І1 ; екв 35   І  2 I2 2  І1  І2 / 2 ; екв 2 I2 3 екв 2 1   І2 2 2  І3 / 3 ;       ;   2 2 I2 n  І1  І2    Іn / n . екв 2 40 45 Таким чином, якщо кожну з часткових сум в елементах ряду поділити на кількість її доданків, то отримаємо ряд з значеннями квадратів еквівалентних струмів з наростаючим часом усереднення. При цьому на одній і тій же осі отримаємо поєднання двох величин - часу і часу усереднення еквівалентних струмів. Одновимірний часовий ряд при цьому перетворюється в двовимірний. Для отримання додаткової інформації, за допомогою ортогональних до двовимірного часового ряду векторів вкладень, формують решітчасте інформаційне поле. Якщо вектори вкладень одновимірні, то отримують півторавимірне інформаційне поле, яке може бути представлене наступним чином: І  2 1 2  І2  ..  Іn / n 2 І  2 1  2  І2  І3 / 3 2 І 2 1   І2 / 2 2 2 І1 І 2 2  2 2  І3  ..  Іn 1 / n І  2 2 І 2 3 І 2 2  І2 2   І2 / 2 4   23 2  І3 / 2 2  І2  І5 / 3 4    2 3  2  І3  І2 / 3 4 І  2  І2  ..  Іn  2 / n 4 І  2 І3 2  І 2 n І 2 n  2 2  Іn 1  ..  Іn  n / n   2 2  Іn 1  ..  Іn  2 / 3 І 2 n  2  Іn 1 / 2 2 Іn UA 117169 U Вектори моніторингу нижнього кута півторавимірного інформаційного поля, які використовують інформацію вузлів решітчастого поля, можуть бути представлені наступним чином: 5 2 І1 І І 2 І1 І2 2 2 1 2 2 2 І1 І І  / 2 2 1 2 3  I2 / 2 2 2  I3 2 І3    I / 3 2  I2  I3 / 3 2  I2 4 І 2  І2    Іn / n 2 2 Іn  2  2 5 2 Іn 2 2  Іn 1    Іn 2 1    / n За допомогою ортогональних до двовимірного часового ряду двовимірних векторів вкладень формують двовимірне інформаційне поле, яке може бути представлене наступним чином: І  2 1 2  І 2    Іn / n 2   2 І1  І2 2 2    Іn 2 1  2 1  І І 2 1   2 3 2 4 І  2 1  I2 / 2 2 І   2 1  І2 / 2  I2  2 2 / 2  / 2 І  I / 2 2 1 2 n 1 2 n2  І2 2 2  І3 / 3     2 І2  І3  І2 / 3  4 2 2 2 2 І3  І4  І5 / 3 / 4 2  I3 2 І1 2 І1       2  І2 / 2  I2  I3 / 2 2 2 І  2 1 2 2 2 1  2 2 2 3   2  І2  І3 / 3  2 2  І3  І2 / 3 / 2 4 2 2 2  І2    Іn / n  2 І  І    І / n  І  І    І /n/ 3  2  I2  I3 / 3 2 І / n І  2 1 2 2  І2  І3    Іn 1 /n/ 2 2  І І 2 I3 /2/ 3  I / 3  I2 4  I2 2 2 3   2  І2    Іn / n  2 І  І    І  І 2 2 2 n  І 2 Іn   2 І1 2 2  2 2 3    Іn 1 / n 2 2 n 1    Іn  n 1  І2 2  2  І3 / 3   2  І3  І2 / 3    4 2 2  Іn 1    Іn  2 /3/ n І  І2 / 2    2 2 Іn 2  Іn1   І 2 1  /n/ n 2 1  /2/ n  2  І2    Іn / n 2 10 Векторів моніторингу нижнього кута двовимірного інформаційною поля, що використовують інформацію вузлів решітчастого поля всього два. Їх можна представити в такому вигляді: І 2 І1 2 1  2 І1 15 20 25 2 І1  І2 2 І    / 2  I2 2 2  I3  2 1  I2 / 2 2 /2/ 2 2  I2  I3 / 3 2 2 1 2  І2  І3 / 3  2 І    / 3   / 3 / 4 2 І2  І3  І2 2 4 2 2 І3  І2  І5 4 І 2 1   I  2  І2    Іn / n 2  2 2 2 2 2 1  I2  ...  In / n  (I2  I3  ...  2 2 2 2 In 1) / n  ...(In  In 1...  In n 1) / n] / n Відомими методами прогнозування отримують наступні значення векторів моніторингу за ортогональними осями і діагоналями півтора- та двовимірного інформаційних полів, далі оцінюють похибки прогнозування. Вибирають вектор моніторингу з найменшою похибкою прогнозування на час прийняття рішення щодо оперативного втручання в роботу електродвигуна. Рішення про відключення електродвигуна від мережі приймають за прогнозними значеннями квадратів діючих значень еквівалентних струмів. Визначення гранично припустимих значень сум квадратів струмів в 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.3.5.2.). Гранично допустиме значення сум квадратів струмів n-ного елемента пам'яті часового ряду дорівнює: 2 l I2 / n  Iном К / nt   1 , еквп n 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 3 UA 117169 U 5 10 15 20 25 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. При своєму здійсненні спосіб забезпечує підвищення надійності, а також задану точність спрацьовування захисту як при частих пусках, так і при значних короткочасних та 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 Спосіб захисту електродвигуна з використанням двовимірних 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 ортогональних векторів вкладень, 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 двовимірного решітчастого інформаційного поля та вибирають для використання вектор моніторингу з 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 4