BR112018002781B1 - Sistema de monitoramento de um banco de capacitores - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE MONITORAMENTO PARA UM BANCO DE CAPACITORES. Uma primeira resposta elétrica de um banco de capacitores é acessada, o banco de capacitores, incluindo uma pluralidade de unidades de capacitores dispostas em uma relação espacial fixa umas com as outras, cada unidade de capacitores possuindo uma impedância nominal; um sinal elétrico de teste é fornecido ao banco de capacitores; uma segunda resposta elétrica do banco de capacitores é medida depois de fornecer o sinal elétrico de teste para o banco de capacitores; a primeira resposta elétrica do banco de capacitores e a segunda resposta do banco de capacitores são comparadas; e se uma impedância de uma ou mais unidades de capacitores no banco de capacitores mudou em relação à impedância nominal é determinada com base na comparação.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] Esta divulgação se refere a um sistema de monitoramento para um banco de capacitores.

FUNDAMENTOS

[002] Um dispositivo de correção, tal como um banco de capacitores, pode ser ligado a um sistema de energia elétrica para melhorar o fator de potência e regulação de voltagem. SUMÁRIO

[003] Em um aspecto geral, um sistema inclui um banco de capacitores, incluindo um terminal e uma pluralidade de unidades de capacitores em uma configuração relativa predeterminada e espacialmente fixa entre si, cada uma das unidades de capacitores, incluindo, pelo menos, um elemento capacitivo e que têm uma impedância nominal; e um sistema de controle ligado eletricamente com o banco de capacitores, o sistema de monitoramento incluindo um ou mais processadores eletrônicos, e um meio não transitório legível por computador, ligado aos um ou mais processadores eletrônicos, o meio incluindo instruções que, quando executadas, fazem com que os um ou mais processadores eletrônicos para: acessar dados de configuração armazenados no meio legível por computador, os dados de configuração, incluindo as informações que especificam a configuração espacial fixa da pluralidade de unidades capacitores do banco de capacitores; acessar uma primeira resposta elétrica do banco de capacitores; fornecer um sinal elétrico de teste para o banco de capacitores; medir uma segunda resposta elétrica do banco de capacitores, depois de fornecer o sinal elétrico de teste para o banco de capacitores; comparar a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica; e identificar, a partir da comparação e as informações que especificam a configuração espacial fixa da pluralidade de unidades de capacitores do banco de capacitores, um grupo de unidades de capacitores dentro do banco de capacitores, que tem uma impedância que é diferente da impedância nominal do grupo de unidades de capacitores, o grupo identificado de unidades de capacitores, incluindo menos do que todas as unidades de capacitores no banco de capacitores.

[004] Implementações podem incluir uma ou mais das seguintes características. A segunda resposta elétrica do banco de capacitores pode incluir uma amplitude e fase de uma reflexão do sinal elétrico de teste a partir de toda a pluralidade de unidades de capacitores do banco de capacitores como uma função do tempo. O grupo identificado de unidades de capacitores pode ser um único das unidades de capacitores.

[005] O banco de capacitores pode ser um banco de capacitores sem fusível. O banco de capacitores pode ser um banco de capacitores fundido externamente. O banco de capacitores pode ser um banco de capacitores fundido internamente.

[006] A segunda resposta elétrica do banco de capacitores pode ser uma impedância do banco de capacitores como uma função da frequência.

[007] O banco de capacitores pode ser um banco de capacitores sem fusível, a segunda resposta elétrica do banco de capacitores pode ser uma impedância do banco de capacitores como uma função da frequência, e o grupo identificado de unidades de capacitores pode incluir uma sequência de unidades de capacitores conectada em série.

[008] A segunda resposta elétrica do banco de capacitores pode ser uma impedância do banco de capacitores como uma função da frequência, e o grupo identificado de unidades de capacitores pode ser um único das unidades de capacitores.

[009] As instruções para comparar a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica podem incluir instruções para subtrair a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica para formar um sinal de erro. As instruções para identificar um grupo de unidades de capacitores dentro do banco de capacitores podem incluir instruções para fazer com que o processador analise o sinal de erro para extrair uma ou mais características, e as instruções para fornecer os extraídos de uma ou mais características para um classificador.

[0010] As instruções para identificar um grupo de unidades de capacitores dentro do banco de capacitores podem incluir instruções para fazer com que o processador analise a segunda resposta elétrica para extrair uma ou mais características, e as instruções para fornecer os extraídos de uma ou mais características a um classificador.

[0011] O sistema de monitoramento também pode incluir as instruções para fazer com que o processador para: gerar uma resposta elétrica modelada a partir de um modelo com base em impedância do banco de capacitores, o modelo baseado em impedância do banco de capacitores sendo com base nos valores nominais das unidades de capacitores e aos dados de configuração; e armazenar a resposta elétrica modelada no meio legível por computador, onde as instruções para acessar a primeira resposta elétrica do banco de capacitores incluem instruções para acessar a resposta elétrica modelada, e as instruções para comparar a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica incluem instruções para subtrair a resposta elétrica modelada e a segunda resposta elétrica para formar um sinal de erro. As instruções podem também fazer com que o processador ajuste um ou mais parâmetros do modelo baseado em modelos baseados em impedância depois de formar o sinal de erro e para gerar uma segunda resposta elétrica modelada a partir do modelo baseado na impedância ajustada.

[0012] O sistema também pode incluir uma interface de comunicação acoplada ao sistema de monitoramento, as interfaces de comunicação configuradas para fornecer uma indicação do grupo identificado de capacitores a uma estação remota.

[0013] Em algumas implementações, o sinal elétrico de teste é fornecido ao banco de capacitores através do terminal, e a segunda resposta elétrica do banco de capacitores é medido no terminal, depois de fornecer o sinal elétrico de teste para o banco de capacitores.

[0014] Em outro aspecto geral, uma primeira resposta elétrica de um banco de capacitores é acessado, o banco de capacitores, incluindo uma pluralidade de unidades de capacitores disposta em uma relação espacial fixa uns com os outros, cada unidade de condensador tendo uma impedância nominal; um sinal elétrico de teste é fornecido ao banco de capacitores; uma segunda resposta elétrica do banco de capacitores é medida depois de fornecer o sinal elétrico de teste para o banco de capacitores; a primeira resposta elétrica do banco de capacitores e a segunda resposta do banco de capacitores são comparadas; e se uma impedância de uma ou mais unidades de capacitores no banco de capacitores mudou em relação à impedância nominal é determinada com base na comparação.

[0015] Implementações podem incluir uma ou mais das seguintes características. A impedância de uma ou mais unidades de capacitores pode ser determinada para ter mudado, e podem ser identificadas uma ou mais unidades de capacitores dentro do banco de capacitores, que têm uma impedância identificada.

[0016] A informação que indica um arranjo espacial das unidades de capacitores do banco de capacitores pode ser acessada, e identificar as uma ou mais unidades de capacitores dentro do banco de capacitores pode ser baseada na informação acessada que indica o arranjo espacial das unidades de capacitores.

[0017] A primeira resposta elétrica pode incluir uma amplitude e fase de uma reflexão de um primeiro sinal elétrico a partir das unidades de capacitores do banco de capacitores como uma função do tempo, e a segunda resposta elétrica pode incluir uma amplitude e fase de uma reflexão do sinal de teste elétrico a partir de unidades de capacitores do banco de capacitores como uma função do tempo.

[0018] Comparar a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica pode incluir a determinação de uma resposta de erro como uma função de tempo, a resposta de erro incluindo uma diferença entre a primeira resposta e a segunda resposta, e determinar se a impedância de uma unidade de capacitor foi alterada com base na comparação pode incluir determinar se a impedância de uma unidade de capacitor foi alterada com base na resposta de erro determinado. Determinar se a impedância de qualquer uma das unidades de capacitores foi alterada com base na resposta de erro determinada pode incluir a análise da resposta de erro para identificar uma ou mais características, e proporcionando as características a um classificador.

[0019] A primeira resposta elétrica do banco de capacitores pode incluir a impedância como uma função da frequência e a segunda resposta elétrica do banco de capacitores pode incluir a impedância como uma função da frequência.

[0020] O banco de capacitores pode incluir uma pluralidade de sequências, cada cadeia incluindo uma pluralidade de unidades de capacitores ligados em série, e identificar as uma ou mais unidades de capacitores dentro do banco de capacitores, que tem uma impedância alterada podem incluir a identificação de uma sequência de entre a pluralidade de sequências.

[0021] Uma indicação de uma ou mais unidades de capacitores identificadas pode ser fornecida a uma estação de monitoramento remota.

[0022] O sinal elétrico de teste pode ser fornecido ao banco de capacitores em um terminal do banco de capacitores, e a segunda resposta do banco de capacitores pode ser medida no terminal.

[0023] Acessar a primeira resposta elétrica do banco de capacitores pode incluir fornecer o primeiro sinal elétrico para o banco de capacitores e medir a resposta do banco de capacitores para o primeiro sinal elétrico.

[0024] Em outro aspecto geral, um sistema de monitoramento para um banco de capacitores inclui um ou mais processadores eletrônicos e um meio não transitório legível por computador, ligado aos um ou mais processadores eletrônicos, o meio incluindo instruções que, quando executadas, fazem com que um ou mais processadores eletrônicos: acessem dados de configuração armazenados no meio legível por computador, os dados de configuração, incluindo as informações que especificam uma configuração espacial das unidades de capacitores no banco de capacitores, a configuração espacial indicando um arranjo predeterminado e espacialmente fixo das unidades de capacitores em relação umas às outras e uma impedância nominal de cada unidade de capacitor; acessem uma primeira resposta elétrica do banco de capacitores; forneçam um sinal elétrico de teste para o banco de capacitores; meçam uma segunda resposta elétrica do banco de capacitores, depois de fornecer o sinal elétrico de teste para o banco de capacitores; comparem a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica; e identifiquem, a partir da comparação e das informações que especificam a configuração espacial fixa de entre a pluralidade de unidades de capacitores do banco de capacitores, um grupo de unidades de capacitores dentro do banco de capacitores, que têm uma impedância que é diferente da impedância nominal do grupo de unidades de capacitores, o grupo identificado de unidades de capacitores, incluindo menos do que todas as unidades de capacitores no banco de capacitores; e uma interface de comunicações configurada para fornecer uma indicação das unidades de capacitores identificados para uma estação remota que é separada a partir do sistema de monitoramento.

[0025] Implementações de qualquer uma das técnicas acima descritas podem incluir um aparelho, um sistema, um banco de capacitores, um sistema de monitoramento para um banco de capacitores e/ou um método. Os detalhes de uma ou mais implementações estão estabelecidos nos desenhos acompanhantes e na descrição abaixo. Outras características serão aparentes a partir da descrição e desenhos, e a partir das reivindicações.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0026] A FIG. 1A é um diagrama de blocos de um sistema de energia elétrica que inclui um banco de capacitores exemplar e um sistema de monitoramento.

[0027] A FIG. 1B é um diagrama de blocos do banco de capacitores da FIG. 1A.

[0028] A FIG. 2 é um diagrama de blocos de um banco de capacitores exemplar e o sistema de monitoramento.

[0029] As FIGs. 3A e 3B são diagramas de blocos de um banco de capacitores exemplar e o sistema de monitoramento em dois diferentes momentos.

[0030] A FIG. 4A é um gráfico de um sinal de entrada exemplar como uma função do tempo que o sistema de monitoramento fornece ao banco de capacitores das FIGs. 3A e 3B.

[0031] A FIG. 4B é uma resposta de reflexometria de domínio de tempo basal exemplar (TDR) do banco de capacitores da FIG. 3 A.

[0032] A FIG. 4C é uma ilustração exemplar da resposta TDR do banco de capacitores da FIG. 3B.

[0033] A FIG. 4D é um sinal de erro exemplar determinado com base nas respostas de TDR das FIGs. 4B e 4C.

[0034] As FIG. 5A-5C são diagramas de blocos de um banco de capacitores exemplar e o sistema de monitoramento em três momentos diferentes.

[0035] A FIG. 6 mostra gráficos de ilustrações exemplares de respostas da frequência de impedância do banco de capacitores das FIGs 5A-5C.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0036] As técnicas para a identificação de unidades de capacitores que falharam ou degradados dentro de um banco de capacitores utilizando um sistema de monitoramento são divulgados. Para identificar as unidades de capacitores com falha ou degradadas, o sistema de monitoramento analisa um sinal de resposta de reflexometria no domínio do tempo (TDR) e/ou uma resposta de frequência de impedância do banco de capacitores. O sistema de monitoramento também pode utilizar e/ou gerar um modelo baseado na impedância do banco de capacitores. O sistema de monitoramento permite que unidades de capacitores que falharam e/ou degradadas sejam identificadas a partir de entre as várias (por exemplo, centenas) unidades de capacitores no banco de capacitores a partir de uma medição elétrica, que caracteriza o estado geral de todo o banco de capacitores.

[0037] Com referência à FIG. 1A, um diagrama de blocos de um sistema de energia elétrica 100 exemplar é mostrado. O sistema de energia 100 inclui um banco de capacitores 120 que está ligado a uma linha de energia 108 no sistema de alimentação 100 quando um interruptor 140 é fechado e é desligado quando o interruptor 140 está aberto. Quando ligado ao sistema de energia 100, o banco de capacitores 120 melhora o desempenho do sistema de energia 100 através de, por exemplo, aumentando o fator de potência. O fator de potência é uma proporção da potência real (fornecida para a carga, medida em watts) para a potência aparente (medida em volt-amperes). O fator de potência fornece uma indicação de quão eficazmente a eletricidade está sendo utilizada dentro do sistema de energia 100. Quando o banco de capacitores 120 é desligado do sistema de alimentação 100 (por exemplo, quando existe degradação inaceitável dentro do banco 120), o fator de potência do sistema reduz e a eletricidade adicional deve ser fornecida ao sistema de energia 100 para manter a mesma potência real liberada para a carga, resultando em custos de geração e transmissão mais elevados.

[0038] Assim, aumentando a porção de tempo em que o banco de capacitores 120 está ligado ao sistema de energia 100 pode resultar em uma melhoria global no desempenho do sistema 100. O sistema de monitoramento 150 permite a identificação rápida de unidades de capacitores com falha e/ou degradadas dentro do banco de capacitores 120, reduzindo a quantidade de tempo que o banco de capacitores 120 é desligado do sistema de energia 100. Desta forma, o sistema de monitoramento 150 pode melhorar o desempenho do sistema de energia 100.

[0039] O sistema de energia 100 inclui uma fonte de energia 105 que fornece energia elétrica ao equipamento elétrico 110 através da linha de alimentação 108. O sistema de energia 100 pode ser, por exemplo, uma rede elétrica, e sistema elétrico, ou uma rede elétrica multifásica que fornece eletricidade para clientes comerciais e/ou residenciais. O sistema de energia 100 pode ter uma voltagem de funcionamento de, por exemplo, pelo menos 1 quilovolt (kV) ou uma voltagem de funcionamento de 69 kV ou superior. O sistema de energia 100 pode operar a uma frequência fundamental de, por exemplo, 50-60 Hertz (Hz). O equipamento elétrico 110 pode ser qualquer equipamento elétrico comercial ou residencial que recebe energia elétrica do sistema de energia 105 ou equipamento elétrico que transfere ou distribui a eletricidade no sistema de energia 100. Por exemplo, o equipamento elétrico 110 pode incluir transformadores, religadores ou equipamento que está em uma instalação de fabricação.

[0040] Com referência também à FIG. 1B, o banco de capacitores 120 inclui uma pluralidade de unidades de capacitores 130, cada uma das quais inclui, pelo menos, um elemento capacitivo 132. O elemento capacitivo 132 pode ser qualquer componente elétrico que armazena uma carga elétrica, tal como um capacitor. Em exemplos em que a unidade de capacitor inclui mais do que um elemento capacitivo 132, os elementos capacitivos 132 podem ser conectados em série ou em paralelo, ou com uma configuração que inclui ambas as ligações paralelas e em série.

[0041] O banco de capacitores 120 inclui um grande número (por exemplo, centenas ou milhares) de unidades de capacitores 130 que são dispostas em uma relação espacial fixa entre si. A relação espacial fixa pode ser referida como a geometria do banco de capacitores 120. As unidades de capacitores 130 podem ser conectadas em série ou em paralelo, ou em uma configuração que inclui ambas as ligações paralelas e em série. O banco de capacitores 120 pode ser ligado à terra ou sem ligação à terra. As unidades de capacitores 130 podem ser dispostas de tal modo que o banco de capacitores 120 está em uma ligação em Y à terra, em Y sem ligação à terra, ou configuração delta. O banco de capacitores 120 pode ser um banco de capacitores sem fusível, um banco de capacitores fundido internamente, ou um banco de capacitores fundido externamente. O sistema de monitoramento 150 pode ser usado com um banco de capacitores de fase única ou de múltiplas fases. Por exemplo, o sistema de monitoramento 150 pode ser usado com um banco de capacitores sem fusível de três fases (como mostrado na FIG. 2) ou um banco de capacitores de duas fases.

[0042] O sistema de monitoramento 150 está eletricamente acoplado ao banco de capacitores 120. O sistema de monitoramento 150 identifica unidades e/ou grupos de capacitores individuais de uma ou mais unidades de capacitores que falharam e/ou são degradados pela identificação de unidades de capacitores que possuem uma alteração na impedância. Quando estiverem totalmente operacionais e operando como esperado, as unidades de capacitores 130 têm um valor nominal, basal ou de impedância nominal (qualquer um dos quais pode ser considerado uma impedância “saudável”). As unidades de capacitores 130 podem degradar ao longo do tempo e/ou falham devido a, por exemplo, impurezas de material, as variações no processo de fabricação, os efeitos ambientais, utilização e/ou envelhecimento. Uma unidade de capacitor não é uma que tem uma impedância que mudou de uma percentagem da impedância nominal (ou saudável). Uma unidade de capacitor 130 pode ser considerada como uma unidade que falhou quando a unidade 130 se tornou um curto-circuito. Uma unidade de capacitor degradada é uma unidade 130 que inclui elementos capacitivos que falharam 132, mas ainda não falharam ainda para um curto completo. Por exemplo, uma unidade de capacitor 130 que é degradada pode ter um ou mais elementos capacitivos internos que falharam ou curto-circuito 132, mas também tem elementos capacitivos saudáveis suficientes 132 para permitir que a unidade de capacitor 130 continue a funcionar de forma segura. Quando um elemento capacitivo no interior de uma unidade de capacitor falha, a impedância da unidade capacitiva muda. A impedância de uma unidade de capacitor degradada pode continuar a mudar em incrementos discretos como elementos capacitivos adicionais 132 dentro da unidade de capacitor 130 falha.

[0043] A falha ou a degradação de uma unidade de capacitor podem fazer com que a voltagem sobre as outras unidades de capacitores no banco de capacitores 120 aumente. Se o banco de capacitores 120 continua a operar sob estas condições, as outras unidades de capacitores 130 no banco de capacitores 120 podem degradar e/ou falhar, e essas falhas sucessivas podem conduzir à falha de todo o banco de capacitores 120. Para impedir a falha do todo banco de capacitores 120, unidades de capacitores falhadas ou degradadas devem ser identificadas e substituídas. No entanto, a inspeção manual e/ou teste de cada uma das unidades de capacitores individuais 130 do banco de capacitores 120 manual pode ser demorado (por exemplo, 1 a 2 dias). Porque essa inspeção das unidades de capacitores individuais é realizada enquanto o banco de capacitores está desligado do sistema de energia 100, a inspeção pode ainda resultar em desempenho diminuído do sistema de energia 100 para uma duração de tempo relativamente grande.

[0044] O sistema de monitoramento 150 monitora o banco de capacitores 120 e identifica ou localiza unidades de capacitores que falharam no banco 120 sem a necessidade de inspeção manual das unidades de capacitores individuais 130. O sistema de monitoramento 150 proporciona um sinal elétrico de entrada 152 para o banco de capacitores 120 e recebe uma saída de sinal 154, que é a resposta elétrica de todo o banco de capacitores 120. O sistema de monitoramento 150 analisa o sinal de saída 154 para identificar as unidades de capacitores individuais 130 ou um grupo de unidades de capacitores 130 no banco de capacitores 120 que tem uma impedância que mudou relativa à impedância saudável. Assim, o sistema de monitoramento 150 elimina a necessidade de inspecionar ou testar unidades capacitivas individuais 120 uma por uma. Assim, o sistema de monitoramento 150 pode reduzir o tempo para o banco de capacitores 120. Uma vez que o banco de capacitores 120 melhora o desempenho do sistema de energia 100, o sistema de monitoramento 150 também melhora o desempenho do sistema de energia 100, permitindo que o banco de capacitores 120 seja ligado ao sistema de energia 100 para uma porção superior do tempo.

[0045] Além disso, o sistema de monitoramento 150 pode ser utilizado off-line (quando o banco de capacitores 120 é desligada do sistema de alimentação com o interruptor 140 aberto) ou online (quando o banco de capacitores 120 está ligado ao sistema de energia 100 com o interruptor 140 fechado). Quando usado on-line, o sistema de monitoramento 150 pode avaliar continuamente a saúde e o status do banco de capacitores 120 e as unidades de capacitores 130 para determinar se a impedância de qualquer uma das unidades de capacitores 130 está começando a mudar.

[0046] Quando a impedância de qualquer uma das unidades de capacitores 130 começa a mudar, o sistema de monitoramento 150 pode estimar quanto a unidade 130 pode ser utilizado com segurança e/ou pode monitorar unidades particulares ao longo de um período de tempo para determinar a rapidez com que a mudança de impedância está ocorrendo. Estas informações sobre a quantidade esperada de utilização restante da unidade de capacitor podem ser utilizadas para, por exemplo, agendar uma equipe de trabalho, solicitar as peças de reposição e/ou agendar uma hora para remover o banco de capacitores 120 de serviço desconectando o banco 120 a partir da linha de alimentação 108. Desta forma, o sistema de monitoramento 150 pode proporcionar uma indicação antecipada de um possível modo de falha de agravamento, o qual pode permitir que o banco 120 seja retirado de serviço em um momento conveniente antes de falha e, quando o trabalho de manutenção pode ser completado rapidamente e com um impacto mínimo no desempenho do sistema de energia 100. Por exemplo, durante a noite, o consumo de energia pode ser menor e o fator de potência pode ser maior do que é normalmente o caso durante o dia. Assim, o agendamento de manutenção para o banco de capacitores 120 durante a noite pode minimizar o impacto da remoção do banco 120 do serviço.

[0047] O sistema de monitoramento 150 pode utilizar reflexometria no domínio do tempo (TDR) para identificar determinadas unidades de capacitores que falharam ou degradadas 130 de entre as muitas unidades de capacitores 130 no banco de capacitores 120. Nestes exemplos, o sinal de entrada 152 é um passo ou pulso de energia elétrica, e o sinal de saída 154 é uma resposta do banco de capacitores 120 (e as unidades de capacitores 130) para o sinal de entrada 152 como uma função do tempo. Um exemplo do uso de TDR para identificar as unidades de capacitores que falharam e/ou degradadas é discutido com referência às FIGs. 3A e 3B e 4A- 4D. A implementação de TDR pode ser usada para identificar as unidades de capacitores que falharam ou degradadas em um banco de capacitor sem fusível, um banco de capacitores fundido externamente, ou um banco de capacitores fundido internamente.

[0048] Em algumas implementações, tal como discutido em relação às FIGs. 5A-5C e 6, o sistema de monitoramento 150 utiliza uma varredura de frequência para identificar as unidades de capacitores degradadas ou que falharam. Em implementações que empregam a varredura de frequência, o sinal de entrada 152 é, por exemplo, um sinal de voltagem, que inclui uma pluralidade de frequências e o sinal de saída 154 é um sinal de corrente que representa a resposta de impedância do banco de capacitores 120 (e as unidades de capacitor 130) como uma função da frequência. No exemplo das FIGs. 5A-5C e 6, a identificação das unidades de capacitores degradadas ou que falharam ou sequências de unidades de capacitores que incluem uma ou mais unidades de capacitores que falharam ou degradadas em um banco de capacitores sem fusível é discutida. Um banco de capacitores sem fusível inclui sequências de unidades de capacitores que são ligadas em série, e as sequências são ligadas a outras sequências em paralelo. No entanto, a varredura de frequência pode ser aplicada para identificar as unidades de capacitores degradadas ou que falharam ou grupos de unidades de capacitores em, por exemplo, bancos de capacitores fundidos externamente ou bancos de capacitores fundidos internamente que são configurados de uma forma diferente do que um banco de capacitores sem fusível e não incluem sequências de unidades de capacitores.

[0049] As abordagens de TDR e varredura de frequência podem ser usadas em conjunto para identificar determinadas unidades de capacitores que falharam ou degradadas. Além disso, o sistema de monitoramento 150 pode modelar as propriedades elétricas do banco de capacitores 120 e utilizar o modelo para determinar se o banco de capacitores 120 inclui uma ou mais unidades de capacitores que falharam ou degradadas. Em algumas implementações, uma ou mais características são extraídas a partir do sinal de saída 154 e fornecidas a um classificador (tal como um classificador de estatística ou da rede neural) para identificar as unidades degradadas ou que falharam.

[0050] O sistema de monitoramento 150 pode proporcionar informações que identificam as unidades de capacitores que falharam ou degradadas através de um caminho de comunicação 160 a uma estação remota 170 (FIG. 1 A). O caminho de comunicações 160 pode ser um caminho sem fios, uma ligação com fios entre o sistema de monitoramento 150 e a estação remota 170, ou um caminho que inclui porções com e sem fios.

[0051] O sistema de monitoramento 150 também inclui um processador eletrônico 157 e um armazenamento eletrônico 158. O armazenamento eletrônico 158 pode ser memória volátil, tal como memória RAM. Em algumas implementações, e o armazenamento eletrônico 158 pode incluir porções ou componentes voláteis e não voláteis. O processador eletrônico 157 pode ser um ou mais processadores adequados para a execução de um programa de computador, tais como um microprocessador de propósito geral ou especial, e qualquer um ou mais processadores de qualquer tipo de computador digital. Geralmente, um processador recebe instruções e dados a partir de uma memória apenas de leitura ou uma memória de acesso aleatório ou ambas. O processador eletrônico 157 pode ser qualquer tipo de processador eletrônico e pode ser mais do que um processador eletrônico.

[0052] O armazenamento eletrônico 158 armazena instruções, talvez como um programa de computador, que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico 157 se comunique com outros componentes no sistema de monitoramento 150, o sistema de energia 100, e/ou o banco de capacitores 120. Além disso, o armazenamento eletrônico 158 armazena os dados de configuração que especificam as informações sobre as unidades de capacitores 130. Os dados de configuração podem incluir o arranjo espacial das unidades de capacitores 130 em relação a cada outra, a impedância nominal de cada unidade de capacitor 130, o arranjo interno e os componentes de cada unidade de capacitor 130, e/ou o tipo e o comprimento do fio ou cabo elétrico entre as unidades de capacitores 130. A impedância nominal dos capacitores 130 pode ser em termos de uma caracterização RLC que modela as unidades de capacitores com resistência (R), indutância (L), e componentes de capacitância (C), ou com um ou mais destes atributos. O armazenamento eletrônico 158 pode também conter os parâmetros de dados de medição ou de classificação históricos, por exemplo, para a localização de falhas em uma base diária e para fins de prognóstico.

[0053] O sistema de monitoramento 150 ainda inclui uma interface de entrada /saída (I/O) 159 que permite que o sistema de monitoramento 150 receba comandos de, por exemplo, um operador humano ou um processo automatizado e para fornecer as informações ao caminho de comunicação 160. A interface I/O 159 pode incluir um display que está configurado para visualmente apresentar dados com relação às unidades de capacitores que falharam ou degradadas identificadas. O sistema de monitoramento 150 pode ainda se comunicar com relés ou equipamentos de detecção desequilibrados do banco de capacitores 120 para a finalidade de cronometrar as medições do banco e para desenvolver confiança maior na tomada de decisão compartilhando informação.

[0054] A FIG. 2 é um diagrama de blocos do sistema de monitoramento 150 ligado a outro banco de capacitores exemplar 220. O banco de capacitores 220 está ligado às linhas de energia 208a, 208b, 208c, cada uma das quais transporta uma única fase de eletricidade a partir de uma fonte de energia. No exemplo da FIG. 2, o banco de capacitores 220 é um banco de capacitores sem fusível trifásico, que inclui unidades de capacitores sem fusível 230 ligadas em três sequências 231a, 231b, 231c. Cada uma das sequências 231a, 231b, 231c incluem unidades de capacitores 230 ligadas em série. As sequências 231a, 231b, 231c estão ligadas em paralelo um ao outro, e as sequências 231a, 231b, 231c estão entre as linhas de energia 208a, 208b, 208c, respectivamente, e um neutro ou terra 225. O sistema de monitoramento 150 pode fornecer o sinal de entrada 152 para e receber o sinal de saída 154 a partir de cada uma das sequências 231a, 231b, 231c. Em algumas implementações, o sistema de monitoramento 150 monitora menos do que todas as fases, ou seja, o sinal de entrada 152 pode ser fornecido para e/ou o sinal de saída 154 pode ser recebido a partir de qualquer um e menos do que todas as sequências de série 231a, 231b, 231c.

[0055] Neste exemplo, cada unidade de capacitor 230 inclui vinte elementos capacitivos 232, arranjados em cinco seções de série (com cada seção de série 233 incluindo quatro elementos capacitivos 232 em paralelo), buchas 234, um resistor de descarga 235 e um alojamento 236 que inclui os elementos capacitivos 232 e o resistor de descarga 235. As unidades de capacitores 230 são conectadas a outras unidades de capacitores em série através das buchas 234. No exemplo mostrado, o elemento capacitivo mais a esquerda 232 na terceira seção de série 233 (marcada com um “X”) falhou, alterando a impedância da unidade de capacitor 230 como comparado com a impedância quando nenhum dos elementos capacitivos 232 falhou. As informações sobre a construção interna das unidades de capacitores e seus arranjos espaciais em relação a cada outro podem ser armazenadas no armazenamento eletrônico 158 (FIG. 1A) do sistema de monitoramento 150 como parte dos dados de configuração. As informações sobre a construção interna das unidades de capacitores 230 e o seu arranjo espacial em relação ao outro, podem ser armazenadas no armazenamento eletrônico 158 (FIG. 1A) do sistema de monitoramento 150, como parte dos dados de configuração. As informações sobre a construção interna das unidades de capacitores 230 podem ser utilizadas para estimar a alteração global na impedância da unidade de capacitor quando, por exemplo, um elemento capacitivo no interior da unidade de capacitor falhar.

[0056] As FIGs. 3A, 3B e 4A-4D mostram um exemplo do sistema de monitoramento 150 usando reflexometria no domínio do tempo (TDR) para identificar uma unidade de capacitor que falha ou degradada dentro de um banco de capacitores 320. Como discutido no exemplo abaixo, dado o conhecimento do arranjo espacial das unidades de capacitores em relação ao outro (por exemplo, a distância entre as unidades de capacitores), os picos do sinal de TDR refletido podem ser correlacionados com as posições conhecidas das unidades de capacitores para identificar uma unidade de capacitor que falha ou degradada dentro do banco de condensadores. O arranjo espacial das unidades de capacitores em relação ao outro, podem ser armazenados no armazenamento eletrônico 158 (FIG. 1A) como dados de configuração.

[0057] Fazendo referência às FIGs. 3A e 3B, o sistema de monitoramento 150 está ligado ao banco de capacitores exemplar 320. O banco de capacitores 320 inclui muitas (por exemplo, centenas) de unidades de capacitores, duas das quais, as unidades de capacitores 330A e 330B, são mostradas para ilustração. As unidades de capacitores 330a e 330b estão dispostas em série entre um terminal 324 do banco de capacitores 320 e 325. As unidades de capacitores 330a e 330b são uma distância conhecida entre si e o terminal 324. A distância conhecida pode ser incluída na configuração de dados e armazenada no armazenamento eletrônico 158 do sistema de monitoramento 150, juntamente com informações adicionais sobre o banco de capacitores 320.

[0058] O sistema de monitoramento 150 produz um sinal de entrada 352, que é mostrado como a amplitude em função do tempo na Fig. 4A. Neste exemplo, o sinal de entrada 352 é um pulso de voltagem que tem uma amplitude de zero, exceto durante um tempo centrado sobre um tempo t1 quando a amplitude do pulso sobe a partir de zero a um pico de amplitude P e, em seguida, retorna a zero.

[0059] Para obter uma resposta TDR basal 354 para o banco de capacitores 320, o sinal de entrada 352 é fornecido para o banco de capacitores 320 através do terminal 324, quando as unidades de capacitores 330a e 330b estão saudáveis. Por exemplo, a resposta TDR basal 354 pode ser obtida quando o banco de capacitores 320 é primeiro implantado ou montado e armazenado no armazenamento eletrônico 158. O sinal de entrada 352 reflete a partir das unidades de capacitores 330a e 330b para produzir um sinal de TDR refletido, que é a resposta TDR basal 354 e é mostrada na FIG. 4B.

[0060] A resposta TDR basal 354 inclui reflexões a partir de todas as unidades de capacitores que estão no banco de capacitores 320. Deste modo, a resposta TDR basal 354 pode ser considerada para ter componentes ou contribuições a partir de todas as unidades de capacitores do banco de capacitores 320, e a resposta TDR basal 354 é uma resposta geral do banco de capacitores 320 quando todas as unidades de capacitores no banco de capacitores 320 estão saudáveis.

[0061] A resposta TDR basal 354 inclui um pico 354a causado pelo sinal de entrada 352 que reflete a partir da unidade de capacitor 330a (que está mais próxima do terminal 324), que ocorre a um tempo t2 e um pico 354b causado pelo sinal de entrada 352 que reflete a partir da unidade de capacitor 330b (que é mais distante a partir do terminal 324), que ocorre a um tempo t3 depois. Os tempos t2 e t3 são tempos relativos medidos a partir do momento em que o sinal de entrada 352 é fornecido para o banco de capacitores 320. A amplitude e fase do reflexo indicam a impedância das unidades de capacitores 330a e 330b, com uma amplitude menor indicando uma menor impedância. O sinal de entrada 352 quando perde energia refletida a partir da unidade de capacitor 330a, assim, a amplitude do pico 354b pode ser menor do que a amplitude do pico 354a mesmo se as unidades de capacitores 330a e 330b têm a mesma impedância saudável. O sinal de TDR basal 354 pode ser armazenado no armazenamento eletrônico 158 (Fig. 1 A) para comparação com os sinais refletidos TDR medidos em momentos posteriores.

[0062] Porque a degradação e a falha de uma unidade de capacitor resultam em uma mudança na impedância da unidade, as unidades de capacitores que falharam ou degradadas podem ser identificadas através da análise de um sinal de erro que é determinada comparando a resposta TDR basal 354 para um sinal TDR refletido obtido após o banco de capacitores 320 está em uso. O sinal de erro pode ser determinado subtraindo a resposta TDR basal 354 do sinal refletido TDR obtido mais tarde. Se a impedância das unidades de capacitores 330a e 330b não foi alterada, então o sinal refletido TDR obtido em um momento posterior é substancialmente o mesmo como a resposta TDR basal 354 e o sinal de erro é zero. No entanto, se a unidade de capacitor 330a e/ou 330b foi degradada ou falhou, então o sinal de erro tem valores diferentes de zero nos tempos t2 e t3.

[0063] As FIG. 3B e FIG. 4C e 4D mostram um exemplo em que a unidades de capacitores 330a e 330b têm degradado. Com referência à FIG. 3B, após o banco de capacitores 320 está em uso, o sistema de monitoramento 150 fornece o sinal de entrada 352 para o banco de capacitores 320, para determinar se qualquer uma das unidades de capacitores degradou ou falhou. O sinal de entrada 352 é refletido a partir das unidades de capacitores 330a e 330b como um sinal refletido TDR 454, que é mostrado na FIG. 4C. O sinal refletido 454 TDR inclui valores diferentes de zero em momentos t2 e t3. Um sinal de erro 1054 (FIG. 4D) é determinado por comparação do sinal refletido TDR 454 com resposta TDR basal 354 (FIG. 4B).

[0064] No exemplo das FIGs. 3B e 4D, o sinal de erro de 1054 é diferente de zero nos tempos t2 e t3, com a magnitude do sinal de erro 1054 sendo maior no tempo t2 do que no tempo t3. Assim, embora a impedância de ambas as unidades de capacitores 330a e 330b tenham mudado relativamente à sua impedância saudável, a impedância da unidade de capacitor 330a mudou mais do que a impedância da unidade de capacitor 330b.

[0065] O sinal de erro 1054 é analisado pelo sistema de monitoramento 150 para determinar se qualquer uma das unidades de capacitores no banco de capacitores 320 falhou ou degradou. O sistema de monitoramento 150 pode analisar o sinal de erro 1054, extraindo características do sinal de erro 1054 e/ou do sinal TDR refletido 454 e fornecimento de algumas ou todas as características para um classificador estatístico para identificar quais as unidades de capacitores falharam ou degradaram. As características do sinal de erro 1154 podem incluir, por exemplo, a magnitude e/ou a fase do sinal de erro nos tempos t2 e t3 (os tempos associados com reflexões a partir das unidades de capacitores 330a e 330b, respectivamente). As características adicionais podem incluir o tempo de início e tempo de duração dos pulsos de energia do sinal de erro nos tempos t2 e t3. As características podem também incluir a magnitude e/ou fase de outras características salientes do sinal de erro que são específicas para o arranjo espacial das unidades de capacitores no interior do banco de capacitores. Classificadores estatísticos, como Support Vector Machines ou redes neurais, são treinados com dados de laboratório, de campo e/ou simulação para indicar a localização da degradação da unidade de capacitor.

[0066] No exemplo da FIG. 4D, a magnitude do sinal de erro 1054 nos tempos t2 e t3 é usada para determinar se um ou ambas as unidades de capacitores 330a e 330b se degradaram ou estas falharam completamente, com uma magnitude maior indicando que a unidade de capacitor é provável ter falhado completamente. No exemplo das FIGs. 3B e 4D, a amplitude do sinal de erro de 1054 nos tempos t2 e t3, respectivamente, pode indicar que a unidade de capacitor 330a falhou e a unidade de capacitor 330b está degradada. O sistema de monitoramento 150 pode proporcionar estas informações para a estação remota 170 (Fig. 1 A), de modo que a unidade de capacitor 330a pode ser substituída ou outras ações tomadas. A unidade de capacitor 330b também pode ser substituída, ou, dependendo da gravidade da degradação, pode permanecer no banco de capacitores 320 até que ocorra mais degradação. Uma representação visual do banco de capacitor 320 com a unidade identificada 330a mostrada como falhada ou degradada pode ser representada em um display do sistema de monitoramento 150.

[0067] Em algumas implementações, os valores saudáveis das unidades de capacitores do banco de capacitores são conhecidos. Nessas implementações, resposta TDR basal 354 pode ser estimada a partir de um modelo com base em impedância do banco de capacitores 320, em vez de, ou além de ser medido diretamente. O modelo baseado na impedância usa os valores saudáveis ou nominais conhecidos das unidades de capacitores e a configuração (arranjo espacial das unidades de capacitores em relação ao outro e o terminal 324) para estimar a amplitude e a fase da reflexão de cada unidade de capacitor no banco. Estas reflexões estimadas podem ser usadas como resposta TDR basal 354 em vez de uma resposta TDR basal medida. Deste modo, quando uma resposta TDR modelada é usada como a resposta 354 basal, uma ou mais unidades de capacitores que falharam ou degradadas no banco de capacitor 320 podem ser identificadas com apenas uma resposta TDR medida.

[0068] Assim, o sistema de monitoramento 150 analisa o sinal TDR refletido 454, que é uma medida única que inclui contribuições ou componentes de todas as unidades de capacitores no banco de capacitores 320, para identificar determinadas unidades de capacitores que são degradados ou falharam.

[0069] Como discutido acima, o banco de capacitores 320 pode incluir centenas ou milhares de unidades de capacitores, duas das quais, unidades de capacitores 330a e 330b, são mostradas nas FIGs. 3A e 3B para ilustração. As unidades de capacitores do banco de capacitores 320 são eletricamente ligadas umas as outras, com cada unidade de capacitor incluindo uma ligação elétrica através do qual a corrente flui para a unidade. Estas ligações elétricas podem tornar-se fracas ao longo do tempo ou podem ser danificadas durante a utilização do banco 320, e a impedância destas ligações pode aumentar como um resultado. O aumento da impedância conduz à geração de calor quando a corrente flui através da ligação para a unidade de capacitor, e o calor gerado pode levar a um desempenho reduzido da unidade de capacitor associado com a ligação elétrica. A localização relativa das ligações elétricas das unidades em que o banco 320 é conhecido. Assim, em algumas modalidades, uma unidade de capacitor que tem uma ligação elétrica fraca pode também ser identificada.

[0070] Além de modificar a resposta TDR, unidades de capacitores que falharam ou degradadas em um banco de capacitores também podem fazer com que a resposta do banco de capacitores de frequência de impedância mude. FIG. 5A-5C e 6 mostram um exemplo do sistema de monitoramento 150 usando a resposta de frequência de impedância de um banco de capacitores exemplar 520 para identificar unidades de capacitores que falharam ou degradadas dentro do banco 520 ou sequências de unidades de capacitores que incluem uma ou mais unidades de capacitores que falharam ou degradadas. Como discutido no exemplo abaixo, dado o conhecimento do arranjo espacial das unidades de capacitores em relação ao outro e os valores de impedância saudáveis das unidades de capacitores no banco, as unidades de capacitores que falharam ou degradadas ou sequências que incluem unidades de capacitores falhando ou que falharam podem ser identificadas através da análise da resposta de frequência do banco de capacitores 520. Em algumas implementações, um modelo de impedância do banco de capacitores 520 também é usado para identificar unidades de capacitores que falharam ou degradadas ou sequências que incluem uma ou mais unidades de capacitores que falharam ou degradadas. O banco de capacitores 520 inclui muitas unidades de capacitores, com duas cadeias, 534a e 534b, mostradas para ilustração nas FIGs. 5A-5C.

[0071] Fazendo referência às FIGs. 5A-5C, o banco de capacitores 520 inclui as duas sequências 534a e 534b de unidades de capacitores 530. As sequências 534a e 534b estão ligadas em paralelo entre um terminal 524 do banco de capacitores 520 e terra 525. Cada sequência 534a e 534b inclui unidades de capacitores 530 dispostas em série. O sistema de monitoramento 150 está ligado à bateria de capacitores 520 através de um terminal 524.

[0072] Na FIG. 5A, todas as unidades de capacitores 530 no banco de capacitores 520 são saudáveis. O sistema de monitoramento 150 proporciona um sinal de entrada 552, que pode ser, por exemplo, um sinal de voltagem com a mesma grandeza para uma faixa de frequências (por exemplo, de 10 kHz a 100 kHz). Uma resposta 554 do banco de capacitores 520 para este sinal de entrada 552 indica a impedância do banco 520 como uma função da frequência, quando todas as unidades de capacitores 530 no banco 520 são saudáveis. A resposta de frequência saudável 554 do banco 520 é recebida no sistema de monitoramento 150 e pode ser armazenada no armazenamento eletrônico 158 (FIG. 1A) e comparada com respostas de frequência posteriormente medidas.

[0073] Depois que o banco de capacitores 520 foi usado, uma ou mais das unidades de capacitores 530 pode falhar ou começam a se degradar. FIG. 5B mostra um exemplo em que uma das unidades de capacitores da sequência 534a falhou, e a FIG. 5C mostra um exemplo em que uma das unidades de capacitores da sequência 534b falhou. Com referência à FIG. 5B, o sistema de monitoramento 150 fornece de novo o sinal de entrada 552 para o banco de capacitores 520 e mede uma resposta 555 a partir do banco de capacitores 520. A resposta 555 a partir do banco de capacitores 520 indica a impedância do banco de capacitores 520 como uma função da frequência. FIG. 5C mostra o sistema de monitoramento 150 fornecendo o sinal de entrada 552 para o banco de capacitores 520 e recebe uma resposta 556.

[0074] Com referência também à FIG. 6, que mostra ilustrações exemplares das respostas de impedância 554, 555, 556 do banco de capacitores 520 como uma função da frequência, se uma ou mais das unidades de capacitores 530 em uma sequência de unidades de capacitores falhar ou degradar, a resposta da frequência daquela unidade de capacitor ou capacitor ou unidades de capacitores muda, e a resposta de frequência de impedância da sequência que inclui a unidade ou unidades de capacitor degradadas ou que falharam e o banco de capacitores 520 também muda. Por exemplo, a impedância de uma sequência com uma ou mais unidades de capacitores com falha pode ocorrer com uma frequência menor do que a frequência em que a impedância da sequência com unidades de capacitores única saudáveis. A impedância mínima da frequência de resposta saudável 554 do banco 520 ocorre a uma frequência f0. A impedância da resposta 555 (FIG. 5B) ocorre a uma frequência f1, que é uma frequência mais baixa do que a frequência f0 em que a impedância mínima da resposta de frequência saudável 554 ocorre. A impedância mínima da resposta 556 (FIG. 5C) ocorre a uma frequência f2, que é uma frequência mais baixa do que a frequência f0 e a frequência f1.

[0075] Ao comparar as respostas 555 e 556 para a resposta de frequência saudável 554, a unidade de capacitor e/ou a sequência que contém a unidade de capacitor que falhou ou se degradou pode ser identificada. Por exemplo, a frequência em que a impedância mínima ocorre pode ser determinada a partir das respostas 555 e 556 e em comparação com a frequência em que a impedância mínima ocorre na resposta de frequência 554 saudável.

[0076] O conhecimento do efeito de uma degradação ou a falha de uma ou mais unidades de capacitores em uma particular (ou ambas) das sequências 534a, 534b na impedância do banco de capacitores 520 e a resposta da frequência do banco de capacitores 520 pode ser determinada a partir de dados de configuração (tal como os valores de impedância de unidades de capacitores saudáveis e o arranjo espacial das unidades de capacitores dentro do banco de capacitores 520) que é armazenado no armazenamento eletrônico 158 (Fig. 1A) do sistema de monitoramento 150. Além disso, o efeito de uma degradação ou falha pode ser conhecido a partir de medições ou simulações físicas do banco de capacitores 520 anteriores sob uma variedade de condições. Adicionalmente ou alternativamente, o conhecimento do efeito da falha de uma unidade de capacitor pode ser proveniente de um modelo baseado em impedância do banco de capacitores 520.

[0077] Em algumas modalidades, características diferentes de ou em adição à frequência na qual a impedância mínima ocorre são extraídas a partir das respostas 555 e 556 e fornecida a um classificador estatístico para identificar qual sequência 534a, 534b contém a unidade de capacitor que falhou ou se degradou ou qual unidade de capacitor se degradou ou falhou. Por exemplo, as características podem incluir as frequências de picos significativos e/ou mínimos da resposta de magnitude de impedância, a magnitude e/ou fase da impedância nas frequências de valores máximos e/ou mínimos da resposta de frequência de impedância e a magnitude da impedância e/ou fase em baixas frequências (por exemplo, 10 kHz). As características também podem incluir características “diferentes” relativas com relação à resposta de impedância saudável basal. Por exemplo, a diferença do pico e/ou as frequências mínimas em relação à basal, a diferença da magnitude de impedância e/ou fase nestas frequências em relação à basal e/ou a diferença em magnitude de impedância e/ou fase em frequências baixas em relação à basal pode ser usada como características.

[0078] Assim, a resposta de frequência do banco de capacitores 520 pode ser medida e comparada com a resposta basal 554 para identificar um capacitor que falhou ou se degradou ou uma sequência que inclui um capacitor que falhou ou se degradou.

[0079] Em algumas implementações, o sistema de monitoramento 150 ainda pode usar um modelo à base de impedância do banco de capacitores 520 para identificar sequências que incluem uma unidade de capacitor que falhou ou se degradou. O banco de capacitores 520 pode ser modelado usando uma resistência lotada (R), capacitância (C), e indutância (L) para representar cada sequência 534a, 534b, com os parâmetros (R,L,C) representando a impedância de todas as unidades de capacitores em uma sequência particular. Os valores de (R,L,C) para cada sequência 534a, 534b quando o banco de capacitores 520 apenas inclui unidades de capacitor saudáveis podem ser determinados a partir dos valores nominais conhecidos dos componentes das unidades de capacitores.

[0080] A Equação 1 pode ser utilizada para modelar a impedância das sequências 534a, 534b banco 520 como uma função da frequência:

Equação (1), em que Z(w) é a impedância modelada do banco de capacitores 520 como uma função da frequência, R1, L1, e C1 são os parâmetros de impedância lotada para a sequência 534a, e R2, L2, C2 são os termos de impedância lotada para a sequência 534b, R11 é uma resistência de um condutor 535 entre as sequências 534a e 534b, e L11 é a indutância do condutor 535 entre as sequências 534a e 534b.

[0081] Para alcançar modelos mais precisos, os parâmetros R, L e C podem ser modelados como uma função da frequência. Mais especificamente, a resistência dos fios de ligação e a resistência em série equivalente do capacitor, bem como a indutância dos fios de ligação e a indutância da série equivalente de capacitor podem ambas ser modeladas como parâmetros variáveis de frequência. Ao combinar as partes resistivas e reativas de todos os componentes da sequência, as sequências 534a e 534b podem ser modeladas como se segue:

em que a1 e a2 são constantes indicativas da resistência, a3 e a4 representam a reatância indutiva e a5 é indicativo da capacitância da sequência. Estes contatos dependem da geometria do banco, materiais usados e condições externas. O modelo pode ainda incorporar termos associados com a impedância e modelos de erro do sistema de medição.

[0082] Uma resposta de frequência medida que se desvia da frequência de resposta saudável medida 554 ou a partir de uma resposta de frequência modelada saudável esperada do banco 520 (determinado a partir da Equação 1) indica que uma ou mais das sequências 534a, 534b inclui uma unidade de capacitor que falhou ou degradada. Para identificar a unidade de capacitor que falhou ou degradada ou a sequência particular, que inclui a unidade de capacitor que falhou ou degradada, a resposta de frequência medida pode ser comparada com a resposta de frequência saudável para determinar uma função de erro. Os parâmetros de impedância (R,L,C) que para cada sequência 534a, 534b que produz uma resposta de frequência estimada mais semelhante à resposta de frequência medida ou para a função de erro determinado são estimadas. Os parâmetros de impedância (R,L,C) que produzem a resposta de frequência que é mais semelhante pode ser determinada através de, por exemplo, uma otimização não linear. Os parâmetros estimados de impedância (R,L,C) para cada sequência, 534a, 534b são comparados com os parâmetros de impedância saudáveis para essa sequência. A sequência 534a, 534b que tem parâmetros de impedância estimados (R,L,C), que diferem dos parâmetros de impedância saudáveis (R,L,C) é identificada como uma sequência que contém uma unidade de capacitor que falhou ou degradada.

[0083] Em algumas implementações, os valores de capacitância utilizados no modelo à base de impedância do banco de capacitores 520 podem ser ainda mais refinados, fornecendo o sinal de entrada de varredura de frequência 552 para o banco de capacitores 520 quando todas as unidades de capacitores 530 são conhecidas por serem saudáveis para obter uma resposta de frequência saudável medida do banco de capacitores 520. Esta resposta de frequência saudável medida é comparada com a resposta de frequência modelada saudável. A resposta de frequência modelada saudável é obtida ajustando os valores RLC do modelo à base de impedância para os valores nominais, saudáveis para todos os componentes do banco de capacitores. Se os parâmetros RLC utilizadas no modelo à base de impedância são os mesmos que aqueles no banco de capacitores real 520, em seguida, a resposta de frequência saudável medida e a resposta de frequência modelada saudável são as mesmas. No entanto, se as respostas forem diferentes, os valores dos parâmetros de capacitância do modelo podem ser ajustados até que a resposta de frequência saudável modelada seja a mesma como a resposta de frequência saudável medida. Deste modo, os parâmetros do modelo à base de impedância podem ser mais refinados ou melhorados para corresponder melhor ao banco de capacitores 520 real.

[0084] Assim, o sistema de monitoramento 150 pode utilizar a resposta de frequência do banco 520 para identificar se uma ou ambas as sequências 534a, 534b contêm uma unidade de capacitor que falhou se degradou e pode também indicar o nível de gravidade da falha. O sistema de monitoramento 150 pode identificar uma unidade de capacitor que falhou ou se degradou com base em dados de resposta de frequência medidos a partir do banco de capacitores 520 sozinho (uma abordagem baseada em dados) ou com base nos dados medidos junto com um modelo baseado em impedância do banco de capacitores 520.

[0085] Além disso, em algumas implementações, a técnica de reflexometria no domínio do tempo (TDR) discutida nas FIGs. 3A, 3B e 4A-4C é utilizada com a técnica de resposta de frequência de impedância discutida nas FIGs. 5A-5C e 6. Nestas implementações, uma sequência que contém uma unidade de capacitor que falhou ou degradada é identificada utilizando o modelo baseado em impedância do banco de capacitores 520 e uma resposta de frequência medida do banco de capacitores, ou a partir de uma resposta de frequência basal medida e uma resposta de frequência posteriormente medida do banco de capacitores, e o sistema de monitoramento 150 fornece o sinal de entrada 552 para o banco de capacitores 520 para se obter uma resposta de reflexão no domínio do tempo (TDR) da sequência identificada. A resposta TDR da sequência identificada pode ser separada a partir das respostas de outras sequências por, por exemplo, aplicando um filtro que bloqueia as reflexões a partir de tempos não associados com uma das unidades de capacitores na sequência identificada.

[0086] Assim, as técnicas de sequência TDR discutidas acima com relação às FIGs. 3A, 3B, e 4A-4D podem ser usadas com a técnica de resposta da frequência de impedância das FIGs. 5A-5C e 6. Ao localizar a unidade de capacitor que falhou a uma sequência particular no banco de capacitores, a precisão e a velocidade da técnica de TDR podem ser melhoradas.

[0087] Outras implementações estão dentro do escopo das reivindicações.

[0088] Por exemplo, nas FIGs. 5A-5C, o sistema de monitoramento 150 fornece o sinal de entrada 552 para e recebe a resposta de frequência a partir do banco de capacitores 520, enquanto o banco de capacitores 520 é desligado de uma linha de alimentação 108 com um interruptor 140 na posição aberta. No exemplo da FIG. 3A e 3B, o sistema de monitoramento 150 fornece o sinal de entrada 352 para e recebe a resposta TDR a partir do banco de capacitores 320, enquanto o banco de capacitores 320 é desligado de uma linha de alimentação 108 com um interruptor 140 na posição aberta. No entanto, o sistema de monitoramento 150 pode ser utilizado enquanto o banco de capacitores 320 ou o banco de capacitores 520 são “online” (ligado à linha de alimentação 108, com o interruptor 140 na posição fechada). Nessas implementações, os filtros podem ser colocados entre o sistema de monitoramento 150 e a linha de alimentação 108 de modo que a eletricidade fluindo na linha de alimentação 108 na frequência fundamental de 50 ou 60 Hz não entra no sistema de monitoramento 150. Deste modo, o sistema de monitoramento 150 pode ser usado para monitorar o banco de capacitores 320 ou o banco de capacitores 520 enquanto os bancos estão em operação, com os filtros impedindo sinais além do sinal TDR refletido ou o sinal de resposta de frequência de entraram no sistema de monitoramento 150.

[0089] Além disso, nos exemplos das FIGs. 1A, 1B, 3A e 3B, e 5A-5C, o sistema de monitoramento 150 proporciona um sinal de entrada através do terminal 124, 324, 524, respectivamente, e recebe o sinal de saída através do terminal 124, 324, 524, respectivamente. Contudo, em outros exemplos, o sistema de monitoramento 150 fornece o sinal de entrada para o banco de capacitores 120, 320, 520 em outro local. Um ponto de medição individual (tal como o terminal 124, 324, 524) pode ser localizado em qualquer parte ou no respectivo banco de capacitores. Além disso, o sinal de entrada pode ser fornecido para o banco de capacitores a um local no banco de capacitores, que é diferente do local de onde o sinal de saída é recebido. Além disso, mais do que um sistema de monitoramento 150 pode ser usado em um único banco de capacitores, com os sistemas de monitoramento 150 sendo posicionados para monitorar os grupos das unidades de capacitores dentro do banco de capacitores 120, 320, 520. Em implementações em que mais do que um sistema de monitoramento 150 é usado, cada sistema de monitoramento 150 recebe um sinal de saída que inclui as contribuições de uma unidade de capacitor ou sequência das unidades de capacitores e identifica uma unidade de capacitor particular ou uma sequência de unidades de capacitores a partir daquele sinal de saída.

[0090] FIGs. 3A-3C mostram o banco de capacitores 320 tendo duas unidades de capacitores 330a, 330b em série. No entanto, o banco de capacitores 320 pode incluir mais do que duas unidades de capacitores, e as unidades de capacitores podem ser dispostas em série, em paralelo, ou com uma configuração que inclui ligações em série e paralelas. Embora as FIGs. 5A-5C mostrem duas sequências 534a e 534b, cada uma tendo duas unidades de capacitores 530, o banco de capacitores 520 pode incluir mais do que duas sequências e cada uma das sequências pode incluir mais do que duas unidades de capacitores 530.

[0091] Para determinar se uma ou mais das unidades de capacitores falharam ou degradaram, o sistema de monitoramento 150 pode fornecer o sinal de entrada 152 para o banco de capacitores 120 ou 220, o sinal de entrada 352 para o banco de capacitores 320, ou o sinal de entrada 552 para a bateria de capacitores 520, em uma base regular, programada, por exemplo, diária, semanal, ou em qualquer altura do banco de capacitores 520 é retirado de serviço (quando o interruptor 140 é aberto), ou o sistema de monitoramento 150 pode ser operado a pedido, por exemplo, em resposta ao comando de um operador. Quando o sistema de monitoramento 150 é utilizado online (enquanto o banco de capacitores está ligado à linha de alimentação 108), o sistema de monitoramento 150 pode proporcionar um sinal de entrada e receber um sinal de saída a partir de um banco de capacitores de forma contínua ou substancialmente contínua.

[0092] O sistema de monitoramento 150 pode ser incorporado no banco de capacitores 120, 220, 320, 520, por exemplo, quando o banco de capacitores é construído. Nestes exemplos, o sistema de monitoramento 150 e o banco de capacitores podem ser incorporados em uma única unidade e fechado em um alojamento. Em algumas modalidades, o sistema de monitoramento 150 é separado a partir do banco de capacitores e pode ser eletricamente acoplado a um banco de capacitores que já está implantado no sistema de energia 100.

[0093] As características, tais como a impedância nominal, o tamanho e estrutura interna das unidades de capacitores 130, 230, 330, e 530 nos bancos de capacitores 120, 220, 320, e 520, respectivamente, podem todos ser os mesmos ou as características das unidades de capacitores podem variar dentro de um determinado banco de capacitores.

Claims (15)

1. Sistema de monitoramento de um banco de capacitores, para identificar uma ou mais unidades de capacitor em falha ou danificados, no banco de capacitores que compreende uma pluralidade de unidades de capacitor, o sistema sendo caracterizado pelo fato de compreender: - um banco de capacitores configurado para ser conectado eletricamente a um sistema de energia elétrica, o banco de capacitores compreendendo um terminal e uma pluralidade de unidades de capacitores disposta em uma configuração relativa predeterminada e espacialmente fixa entre si, cada uma das unidades de capacitores compreendendo, pelo menos, um elemento capacitivo e tendo uma impedância nominal, o banco de capacitor tendo uma primeira resposta elétrica quando todas as unidades de capacitor têm a impedância nominal; e - um sistema de monitoramento ligado eletricamente com o banco de capacitores, o sistema de monitoramento configurado para localizar uma ou mais unidades de capacitor em falha ou danificadas no banco de capacitores, enquanto o banco de capacitor é conectado ao sistema de energia elétrica, o sistema de monitoramento compreendendo um ou mais processadores eletrônicos, e um meio não transitório legível por computador, ligado aos um ou mais processadores eletrônicos, o meio compreendendo instruções que, quando executadas, fazem com que um ou mais processadores eletrônicos: - acesse dados de configuração armazenados no meio legível por computador, os dados de configuração compreendendo informações que especificam a configuração espacial fixa da pluralidade de unidades de capacitor do banco de capacitores; - forneça um sinal elétrico de teste para o banco de capacitores, o sinal elétrico de teste configurado para interagir com cada unidade de capacitor no banco de capacitores para produzir uma resposta da unidade de capacitor para àquela unidade de capacitor; - meça uma segunda resposta elétrica do banco de capacitores depois de fornecer o sinal elétrico de teste para o banco de capacitores, a segunda resposta elétrica do banco de capacitores sendo baseada nas respostas da unidade de capacitor de todas as unidades de capacitor no banco de capacitores; - compare a primeira resposta elétrica do banco de capacitores e a segunda resposta elétrica do banco de capacitores para determinar um sinal de erro, o sinal de erro compreendendo características relacionadas à resposta da unidade de capacitor de cada unidade de capacitor; - analisar o sinal de erro para extrair uma ou mais das características; e - prover uma ou mais das características extraídas para um classificador configurado para determinar, com base nas características extraídas providas e na informação que especifica a configuração fixa espacialmente da pluralidade de unidades de capacitor do banco de capacitores, uma localização de um grupo de unidades de capacitores dentro do banco de capacitores que têm uma alha ou dano, o grupo de unidades de capacitor compreendendo menos do que todas as unidades de capacitores no banco de capacitores.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sinal elétrico de teste compreender um sinal de voltagem, a resposta da unidade de capacitor para uma unidade de capacitor compreender um reflexo do sinal de voltagem, o reflexo sendo refletido por aquela unidade de capacitor; - a segunda resposta elétrica do banco de capacitores compreende uma amplitude e fase da reflexão do sinal elétrico de teste a partir de toda a pluralidade de unidades de capacitor do banco de capacitores como uma função do tempo; e - as características relacionadas à resposta da unidade de capacitor de cada unidade de capacitor compreende um tempo no qual cada reflexão ocorre.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o grupo de unidades de capacitores ser uma única das unidades de capacitores.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sinal elétrico de teste compreender um sinal de voltagem que compreende uma pluralidade de frequências; o sinal elétrico de teste tem a mesma voltagem para cada uma da pluralidade de frequências; e a segunda resposta elétrica do banco de capacitor compreender uma impedância do banco de capacitores como uma função da pluralidade de frequências.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o banco de capacitores compreender um banco de capacitores de fusível, ao segunda resposta elétrica do banco de capacitores compreender uma impedância do banco de capacitores como uma função de frequência, e o grupo de unidades de capacitor compreender um fio das unidades de capacitor conectada em série.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a segunda resposta elétrica do banco de capacitores compreender uma impedância do banco de capacitores como uma função da frequência, e o grupo de unidades de capacitor compreender uma única das unidades de capacitor.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as instruções para comparar a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica compreenderem as instruções para extrair a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica para formar o sinal de erro.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda instruções para induzir o processador a:

9. gerar uma resposta elétrica modelada a partir de um modelo com base em impedância do banco de capacitores, o modelo baseado em impedância do banco de capacitores sendo com base nos valores nominais das unidades de capacitores e os dados de configuração; e

10. armazenar a resposta elétrica modelada no meio legível por computador, sendo que: 11. a primeira resposta elétrica do banco de capacitor compreende a resposta elétrica modelada; e 12. as instruções para comparar a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica compreendendo instruções para subtrair a resposta elétrica modelada e a segunda resposta elétrica para formar um sinal de erro. 9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de compreender ainda instruções para fazer com que o processador ajuste um ou mais parâmetros do modelo baseado em impedância com base no modelo depois de formar o sinal de erro e para gerar uma segunda resposta elétrica modelada a partir do modelo baseado na impedância ajustada. 10. Método de monitoramento de um banco de capacitores, para identificar um ou mais unidades de capacitor com falha ou danificados no banco de capacitor, o método caracterizado pelo fato de compreender: - prover o sinal elétrico de teste para um banco de capacitores, o banco de capacitores compreendendo uma pluralidade de unidades de capacitor arranjadas em uma relação espacial fixada uma com a outra, o sinal elétrico de teste sendo configurado para interagir com cada unidade de capacitor para produzir uma resposta da unidade de capacitor para aquela unidade de capacitor, cada unidade de capacitor tendo uma impedância nominal, e o banco de capacitores tendo uma primeira resposta elétrica quando todas as unidades de capacitor têm a impedância nominal; - medir uma segunda resposta elétrica do banco de capacitores, depois de fornecer o sinal elétrico de teste para o banco de capacitores, a segunda resposta elétrica do banco de capacitor sendo baseada nas respostas da unidade de capacitor de todas as unidades de capacitor no banco de capacitores; - comparar uma primeira resposta elétrica do banco de capacitores e a segunda resposta do banco de capacitores para determinar um sinal de erro; - analisar o sinal de erro para extrair um ou mais características relacionadas às unidades de capacitor; - acessar a informação que indica um arranjo espacial das unidades de capacitor do banco de capacitor; e - prover um uma ou mais das características extraídas para um classificador configurado para determinar se uma ou mais das unidades no banco de capacitores foram degradas ou falharam, sendo que: - o classificador é configurado para determinar se uma ou mais unidades de capacitor dentro do banco de capacitores estão em falha ou danificados com base em uma ou mais das características extraídas e na informação que indica o arranjo espacial das unidades de capacitor.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a primeira resposta elétrica compreender uma amplitude e a fase de uma reflexão de um primeiro sinal elétrico a partir das unidades de capacitores do banco de capacitores como uma função do tempo, e a segunda resposta elétrica compreender uma amplitude e a fase de uma reflexão do sinal elétrico de teste a partir das unidades de capacitor do banco de capacitores como uma função do tempo.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de um primeiro sinal elétrico para o banco de capacitores antes da provisão do sinal de teste para o banco de capacitores; e obter a primeira resposta elétrica através da medição da resposta do banco de capacitores para o primeiro sinal elétrico.

13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de comparar a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica para determinar um sinal de erro compreendendo a determinação de uma diferença entre a primeira resposta elétrica e a segunda resposta elétrica.

14. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o banco de capacitores compreender uma pluralidade de fios, cada fio compreendendo uma pluralidade de unidades de capacitor conectadas em série, e - determinar se uma ou mais unidades de capacitor no banco de capacitor estão em falha ou danificados, compreendendo a identificação de uma ou mais unidades de capacitor dentro do banco de capacitores que tem uma impedância alterada compreendendo a identificação de um fio entre a pluralidade de fios..

15. Sistema de monitoramento de um banco de capacitores, para identificar uma ou mais unidades de capacitor em falha ou danificados no banco de capacitores, o sistema de monitoramento sendo caracterizado pelo fato de compreender: - um sistema de monitoramento configurado para conectar ao banco de capacitores, o banco de capacitores compreendendo uma pluralidade de unidades de capacitor arranjadas em uma configuração espacialmente fixada, e o sistema de monitoramento compreendendo: - um ou mais processadores eletrônicos, e um meio não transitório legível por computador, acoplado a um ou mais processadores eletrônicos, o meio compreendendo instruções que, quando executadas, fazem com que um ou mais processadores eletrônicos: - acesse dados de configuração armazenados no meio legível por computador, os dados de configuração compreendendo informações que especificam uma configuração espacial das unidades de capacitores no banco de capacitores, a configuração espacial indicando um arranjo predeterminado e espacialmente fixo das unidades de capacitores em relação a cada outro e uma impedância nominal de cada unidade de capacitor; -prover um sinal elétrico de teste para o banco de capacitores, o sinal elétrico de teste sendo configurado para interagir com as unidades de capacitor para produzir uma resposta da unidade de capacitor para cada unidade de capacitor; - medir uma segunda resposta elétrica do banco de capacitores após prover o sinal elétrico de teste para o banco de capacitores, a segunda resposta elétrica sendo baseada na resposta da unidade de capacitor de todas as unidades de capacitor no banco de capacitores; - comparar a primeira resposta elétrica do banco de capacitores e a segunda resposta elétrica do banco de capacitores para determinar o sinal de erro; - analisar o sinal de erro para extrair uma ou mais caraterísticas; e - prover uma ou mais das características extraídas para um classificador configurado para localizar, com base em uma ou mais das características e das informações que especificam a configuração espacialmente fixa da pluralidade de unidades de capacitor do banco de capacitores, um grupo de unidades de capacitor dentro do banco de capacitores que estão em falha ou danificadas, o grupo das unidades de capacitor compreendendo menos do que todas as unidades de capacito no banco de capacitores.

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