CC BY
40
УДК 621.311.001.57
Б.Ю. Киселёв
ассистент,
кафедра электроснабжение промышленных предприятий, ФГБОУ ВО «Омский государственный технический
университет»
ПРИМЕНЕНИЕ ДИСКРЕТНОГО ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В АВТОМАТИКЕ УПРАВЛЕНИЯ ДУГОГАСЯЩИМИ РЕАКТОРАМИ
Аннотация. В сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью согласно правилам устройства электроустановок при превышении определённых значений токов необходима компенсация этих токов. Компенсация осуществляется при помощи дугогасящих реакторов. В статье кратко рассмотрены основные методы управления дуго-гасящими реакторами. Предложено использовать дискретное вейвлет-преобразование для улучшения метода, использующего частоту свободных колебаний в контуре нулевой последовательности.
Ключевые слова: дискретное вейвлет-преобразование, дугогасящий реактор, компенсация.
B.Yu. Kisselyov, Omsk State Technical University
APPLICATION OF DISCRETE WAVELET TRANSFORM IN THE AUTOMATIC CONTROL OF ARC
SUPPRESSION REACTOR
Abstract. In networks 6-35 kV isolated neutral according to rules of electrical device values in excess of certain currents of these currents requires compensation. Payment is carried out by means of arc suppression coils. The article briefly describes the main methods of management of Peterson coils. It is proposed to use a discrete wavelet transform to improve the method of using the frequency of free oscillations in the circuit zero sequence.
Keywords: discrete wavelet transform, arc suppression reactor, compensation.
Одним из основных типов повреждения в сетях с изолированной нейтралью, является однофазное замыкание на землю. Причем значение тока в месте обрыва фазы, напрямую зависит от ёмкости фаз относительно земли. Для того, чтобы обеспечить максимальную надежность сети в этом режиме, необходимо что бы ток замыкания на землю имел очень маленькие значения, для того что бы персоналу хватило времени найти и устранить данное повреждение не отключая питание потребителей [1].
Согласно [2] компенсация емкостного тока замыкания на землю должна применяться при значениях этого тока в нормальных режимах: в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ - более 10 А; в сетях, не имеющих железобетонных и металлических опор на воздушных линиях электропередачи: более 30 А при напряжении 3-6 кВ; более 20 А при напряжении 10 кВ; более 15 А при напряжении 15-20 кВ; в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков генератор-трансформатор - более 5 А. При токах замыкания на землю более 50 А рекомендуется применение не менее двух заземляющих реакторов.
Результат компенсации - снижение ёмкостного тока в месте однофазного замыкания на землю. Уменьшение тока в свою очередь ведёт за собой к ряду положительных факторов таких как снижение кратности перенапряжений, самопогасанию электрической дуги и др.
Суть компенсации заключается в настройке электрического контура ёмкость, индуктивность (реактор) в резонанс. Но так как в процессе эксплуатации электрической сети её ёмкость меняется за счёт аварийных, плановых переключений и др. То необходимо менять и индуктивность дугогасящего реактора. Поэтому для точной настройки контура в резонанс необходимо применять плавнорегулируемые дугогасящие реакторы с автоматическим регулированием [1].
На основании анализа Миронова И.А., представленного в работе [3] все методы управления дугогасящими реакторами можно классифицировать следующим образом:
1) использование фазовых характеристик контура нулевой последовательности;
2) использование амплитудных характеристик контура нулевой последовательности сети;
3) использование напряжения непромышленной частоты;
4) использование частоты свободных колебаний на нейтрали сети.
В данной работе рассмотрим последний тип регулирования, который использует частоту свободных колебаний на нейтрали сети.
Контур нулевой последовательности электрических сетей с дугогасящим реактором представляет собой аналогию КЮ контура рисунок 1. Из теоретических основ электротехники (ТОЭ) известно, что частота свободных колебаний данного контура зависит только от параметров элементов данного контура. Способ основан на введение в контур нулевой последовательности сети источника тока, с заранее известной частотой [3]. Источник тока включают последовательно с дугогасящим реактором (ДГР). Причем нет необходимости в постоянной работе источника тока, хватает короткого импульса. Образованным этим импульсом переходный процесс будет апериодическим. Далее необходимо выделить свободную составляющую введённого импульса. Затем по имеющейся осциллограмме свободной составляющей можно определить, как минимум, два параметра: логарифмический декремент затухания 1 и частоту свободных колебаний. По вычисленным из осциллограммы переходного процесса значениям необходимо определить добротность О и расстройку и контура нулевой последовательности (КНП) сети. Данные параметры используются в автоматике для управления ДГР.
Существенным недостатком данного метода являются проблемы связанные с источником тока, который входит в контур нулевой последовательности сети, что в свою очередь, заставляет учитывать и его параметры. Так же источник тока должен иметь достаточную мощность, чтобы сигнал образованный им можно было с достаточной точностью измерить на фоне собственного шума контура нулевой последовательности и дополнительных гармоник создаваемых самим источником тока. Однако каким бы мощным не был источник тока, выделить чистую свободную составляющую из сигнала без применения фильтров невозможно.
В данной работе предлагается использовать дискретное вейвлет-преобразование, для фильтрации сигнала напряжения контура нулевой последовательности с целью выделения чистой свободной составляющей.
Вейвлет-преобразование - это сравнительно новый математический аппарат, предназначенный для анализа нестационарных сигналов. В настоящее время он находит широкое применения в различных областях науки и техники в том числе и в энергетике [4].
Дискретное вейвлет-преобразование (ДВП) позволяет представить сигнал в виде суммы аппроксимирующей и детализирующих функций.
Разложение происходит итерационным методом, причем каждой итерации соответствует всё более глубокий уровень разложения[5].
Любой дискретный сигнал размерностью N можно разложить на п = 1од2 N уровней. Данные функции получаются при помощи умножения исходного (исследуемого) сигнала на ко-
Рисунок 1 - Схема замещения контура нулевой последовательности сети
т
S(t) = Ат(0 + 7. й().
(1)
эффициенты фильтра ¡10 и Эти коэффициенты фильтра однозначно определяют функции материнского ср({) и отцовского у) вейвлета [7].
Разложение сигнала получается путём умножения исходной функции размерностью N на коэффициенты фильтра, тем самым получаем две последовательности первая аппроксимирующих Ат-1 вторая детализирующих йт-1 коэффициентов на уровень ниже. Причем длина этих последовательностей будет в два раза меньше длины исходного сигнала N/2. Алгоритм можно продолжать до тех пор, пока не получим 1 аппроксимирующий коэффициент с00 и N-1 детализирующих коэффициентов d [6].
Весь алгоритм декомпозиции сигнала происходит по алгоритму Малла, схема которого представлена на рисунке 5.
На рисунке 2 приведена осциллограмма напряжения контура нулевой последовательности UN до момента инжекции. На рисунке видно, что в составе сигнала UN присутствуют различные помехи.
2С
1 О
-1 О
-20
0.12
0.14
0.16
О 0.02 0.04 О.Об 0.08 0.1
Время, с
Рисунок 2 - Осциллограмма напряжения контура нулевой последовательности UN до момента инжекции
На рисунке 3 показана осциллограмма напряжения после инженкции кратковременный импульс тока. Данная осциллограмма иметь три характерных участка: 1 - до момента инженкции тока, 2 - в момент инжекции и 3 - после прекращения действия источника тока. Визуально достаточно проблематично в этом рисунке увидеть свободную составляющую. Поэтому находим её, вычитая из 2 участка, участок 1. На рисунке 4 представлен результат.
Рисунок 3 - Осциллограмма напряжения контура нулевой последовательности ^
после инжекции
Рассмотреть свободную составляющую на этом рисунке невозможно по причине присутствия в сигнале помех.
0.14
0.16
Рисунок 4 - Результата выделения свободной составляющей из сигнала напряжения иы
Применим к сигналу напряжения контура нулевой последовательности иы ДВП. Для
анализа сигнала будет применен вейвлет Добеши 24 порядка (^24), так как он имеет достаточно маленькую погрешность при расчетах.
Рисунок 5 - Дерево дискретного вейвлет разложения
Выбираем частоту дискретизации равную fД = 1600 Гц и раскладываем сигнал до 3
уровня разложения (рис. 4). Частота питающей сети равна 50 Гц, а частота свободной составляющей как правило не превышает 100 Гц. Отсюда следует, что нас интересуют только коэффициенты 3 уровня разложения и\ и ий2 . Восстанавливаем сигнал напряжения иы по вейвлет-
коэффициентам 3 уровня, остальные коэффициенты детализации соответствующие высокочастотным составляющим мы отбрасываем. После чего вновь производим выделение свободной составляющей. Результат приведён на рисунке 6.
Время (с)
Рисунок 6 - Результат выделения свободной составляющей после ДВП
После того как выделили чистую свободную составляющую есть возможность найти логарифмический декремент затухания 1 и частоту свободных колебаний, а затем и настроить
реактор в резонанс.
В заключении можно сказать, что ДВП довольно успешно позволяет исключить недостаток рассмотренного метода, связанный с присутствием различного рода помех в сигнале.
Список литературы:
1. Зацепин, Е.П., Калинин, Е.В. Компенсация ёмкостных токов в распределительных электрических сетях // Вести высших учебных заведений Черноземья. - 2010. - № 3 (21). -С. 17-22.
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) изд. 7, утв. Прик. Минэнерго России от 08.07.2002 № 204. М.: Сфера, 2002.
3. Миронов, И.А. Дугогасящие реакторы в сетях 6-35 кВ. Автоматическая компенсация ёмкостного тока // Новости элетротехники. - 2007. - № 5 (47). - С. 56-59.
4. Мисриханов, А.М.Применение методов вейвлет-преобразования в электроэнергетике / А.М. Мисриханов // Автоматика и телемеханика. - 2006. - № 5. - С. 5-23.
5. Дьяконов, В.П. Вейвлеты. От теории к практике / В.П. Дьяконов.- М.: Солон-Р, 2002. -
448 с.
6. Карпенко, С.В. Математическое моделирование нестационарных электрических процессов в электротехнических системах на основе численных методов вейвлет-анализа: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ / Карпенко Степан Викторович; рук. работы С.П. Мочалов. - Новокузнецк, 2006. - 164 с.
7. Яковлев, А.Н. Введение в вейвлет-преобразования: учеб. пособие / А.Н. Яковлев. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. - 104 с.
