CC BY
10
В1СНИК ПРИ АЗОВ СЬКО ГО ДЕРЖАВНО ГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
2005 р.
Вип.№ 15
УД К 6 21.3 16
1 2 Столярчук П.Г. , Гудим В.1. , Ванько В.М.
1
з
3 АС ТО СУ В АНН Я ВЕЙВЛЕТ-ПЕРЕТВОРЕННЯДЛЯ АНАЛ13У ЕЛЕКТРОМАГН1ТИХ ПРОЦЕС1В В СИСТЕМАХ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ
3 метою отримання повтшоХ тформаци стосовно забезпечення завадостткост1 ргзноматтного електрообладнання доциьно застосовувати новтт математичт методы опрацювання для контролю напруги мереж1. Запропоновано спосчб та структуру для його peaлiзaцn, яка дозволяе видиити сумарний сигнал напруги за-вади I коливання напруги з використанням короткохвильового перетворення.
Розвиток електротехнологш з використанням потужних електротехнолопчних агрегатов, яьа споживають велику кшььасть електроенергп, призводить до попршення 1х електромагштно! сум1сност1 з системами електропостачання. Наприклад, надпотужш електродугов1 сталеварш печ1 змшногго струму викликають нерегулярш коливання напруг в трифазнш систем^ як1 при-зводять до виникнення динам1чно! несиметрП потужностей та флжер-ефекту. Кр1м того, р1зка випадкова нелш1йшсть вольт-амперних характеристик дуг е причиною появи широкого спектру частот напруг та струм1в, як1 проникаючи в контури силового електрообладнання суттево поНршують умови його експлуатацп [1]. Разом з тим, сучасний парк прилад1в для контролю якост1 електроенергп не дозволяе всеб1чно ощнити характер вказаних завад. Зокрема, з частотного спектру струм1в чи напруг визначаються лише складов!, котр1 е кратш до промислово! частота.
Такий анал1з формуеться на основ1 трансформацп Фур'е, котра мае низку обмежень стосовно анал1зу непершдичних 1 кваз1стащонарних функцш [2].
Вщома 1 використовувана методика оцшки коливання напруг в системах електропостачання легко реал1зуеться у випадку змши середньоквадратичних значень напруги у вигляд1 криво! меандра. В раз1 появи вщхилень з шшою формою не лише ускладнюеться алгоритм ощ-нки, але й пом1тно понижуеться точшсть вим1рювання.
Досягнення вищо! точност1 вим1рювань може бути забезпечене за рахунок застосування нових математичних метод1в опрацювання сигнал1в, наприклад короткохвильового перетворення, яке дозволяе отримати повшшу картину гцодо електромагштних процес1в систем поста-чання таких споживач1в [2]. У пор1внянш з перетворенням Фур'е на короткохвильове перетворення не поширюються вигцезгадаш обмеження стосовно анал1зованих функцш.
Для шдвигцення точност1 оцшки коливних процес1в та частотного спектру контрольова-них напруг доцшьно вибирати якнайбшыш тривалост1 часу контролю, для яких пропонуеться видшити сукупшсть завад напруг, використовуючи вираз
характеристики яксн вщповщають вимогам чинного стандарту.
В даному випадку функшя Аия(г) представляе собою сукупшсть вспх завад (вЫ види ко-
ливань та частотних спотворень) для кожно! фази окремо. При цьому, дослщжувану функщю можна подати у вигляд1 короткохвильового зображення, яке мае вигляд
1 НУ "Льв1вська пол1техшка", д-р техн. наук, проф.
2
Пол1техшка Ченстоховська, д-р техн. наук, проф.
НУ "Льв1вська пол1техшка", канд. техн. наук, доц.
де ы(/) - реальна напруга в мереж!, яка мютить завади; - синусоидальна напруга.
"(<) = X<>л ■ Ф> + X X Ау* ' Уу* ■ (2)
де ал 1 Ь^ - вщповШно, масштабуюч! \ детшшуюч1 коефщ!енти короткохвильового пе-ретворення; ф^ 1 ц/^ - базов1 функцп, а ] = piвнi даного перетворення.
Використовуючи вирази (1) 1 (2) у вигляд( масштабних та детал1зуючих дискретних вщо-бражень контрольованих напруг, отримуемо
Д«я(/)= ■ф]к 'У* ' О)
к *
як1 характеризуватимуть процеси швидких 1 випадкових (миттевих) змш як коливних, так 1 час-тотних складових дослщжуваних лшшних та фазних напруг. При цьому, для кожно! контро-льовано! напруги трифазно! системи отримують р1зницев1 вектори коеф1щент1в
та |Дай| , (4)
котр1 вщображають на кожному у -у р1вш короткохвильового перетворення двопараметричш (в час! 1 частот!) змши напруги, причому ¡з зростанням у ширина частотного д1апазону контро-лювання зменшуеться в два рази.
Разом з тим, через масштабу юч1 1 дeтaлiзyючi коефщ^енти короткохвильового перетворення легко оцшити енерпю сумариих завад на шдстав! виразу
V 4 Мо *
Таким чином, завдяки одночасному застосуванню (4) 1 (5) отримаемо методику оцшки завад 1 коливань напруг анал1зовано1 мережь
Моделювання короткохвильового перетворення реальных сигпал'ш
Практика дослщжень сигнал1в напруги шд час роботи р1зномаштного електротехшчного обладнання шдтверджуе наявшеть суттевих спотворень форми, викликаних гармошчними складовими, в тому числ1 також - штергармошками [3]. Запропоновану методику оцшювання якост1 електроенергп було експериментально апробовано на приклад1 сигналу
+ ■(), (6)
де та (l>\>й}g\•:Cl)gl ~ амгштуди та кругов! частота основноУ промисловоУ га-
рмошки 1 двох гармошк, що вгдтворюють коливання та частотну заваду напруги. Причому, значения вказаних величин складали 1/т1 = 220■ 72 В; -22-42 В\ ищ1 = 30-л/2 Я; щ-ЮО-я Гц\ая1 =20-я Гщсо=440-^ Гц.
При цьому, спочатку було викори-стано короткохвильове перетворення вцщовщно до виразу (2) для дослщжу-ваного сигналу з параметрами згщно (6) та стосовно еталонного синусо1дального сигналу. В якост1 базово! для даного дискретного перетворення взято функ-щю йЪ2 (I. БаиЬесЫев) [2]. Пот1м за (3) 1 (4) отримаш р1зницев1 вектори масшта-буючих та детал1зуючих коеф1щент1в, як1 вщповщно до (1) вщображають су-купшеть характеристик завад 1 коливань дослщжувано! напруги мережь Граф1ч-не зображення цих результапв показано на рис.1
Рис.1 - Граф1чне вщображення результатав короткохвильового перетворення (р1зницев1 вектори ма-сштабуючих та детал1зуючих коефпценпв)
Анагпз граф1ка показуе, що розкид значень детал1зуючих коефщкнт1в ДЪ}к по у ршнях та масштабуючих А<зл ф1ксуе розподш енергп сигналу и(г) як по частотних д1апазонах р!вн1в, так 1 по зм¡нi в час1 криво/.
Вигценаведеш алгоритми покладеш в основу створення анал1затора завад 1 коливань на-пруги мережь
Структура багатофункщонального анал'иатора коливань напруги
Узагальнена структура анал1затора зображена на рис.2 та м1стить вхщний пристрш I, аналоговий мультиплексор 2, аналого-цифровий перетворювач 3, блок управлшня 4, пристрш штерфейсу системно! шини 5, пристрш обробки 1 вщображення шформацп 6, пристрш попере-днього опрацювання даних 7, пристрш енергонезалежно! пам'ят1 8, формувач еталонних сиг-нал1в 9.
вхоли
Рис. 2 - Узагальнена структура анал1затора коливань напруги
Контрольоваж сигнал и електромереж! Ь'А , 11в, 1/с, иАв, иве > ^сл спочатку надходять на входи анал1затора та масштабуються за допомогою вхщного пристрою 1 до необхщного р1вня. В подальшому даш сигнали через мультиплексор 2 почергово в чаи шдключаються до входу аналого-цифрового перетворювача 3, за допомогою якого комплекс миттевих значень напруг електричноУ мереж1 трансформуеться в масиви вщповщних цифрових код!в. Одночасно одна з контрольованих напруг, наприклад и а, надходить на блок управлшня 4 з метою формування
ним сигнал1в синхрошзацп процесу вим1рювання 1 управлшня вс1ма основними вузлами аналь затора.
Одразу шеля включения анал1затора блок управлшня 4 формуе шдготовчий цикл роботи. Шд час цього виконуються наступш операцп. Спочатку пристроем обробки 1 вщображення ш-формацп 6 за допомогою пристрою штерфейсу системно! шини 5 через другу шину обмшу останнього надсилаеться пакет цифрово! шформацп, необхцщо! для ш1щал1зацп пристрою по-переднього опрацювання даних 7 1 програма його подальшо! роботи. Також пристрш обробки 1 вщображення шформацп 6 через першу шину обмшу пристрою штерфейсу системно! шини 5 забезпечуе початкове встановлення вузл1в блока управлшня 4.
В подальшому пристрш попереднього опрацювання даних 7 здшенюе шдготовку до роботи аналогового мультиплексора 2 через блок управлшня 4, а також - аналого-цифрового перетворювача 3, пристрою енергонезалежно! пам'ят1 8 та формувача еталонних сигнал1в 9.
Кр1м цього, в даному шдготовчому цикл1 здшснюються операцп, в яких визначаються
тривалосп обох половин перюду г+ \ для кожного перюду повторения Г сигналу иА ■ Дана ¡нформашя використовуеться для розрахунку часових штервал!в дискретизаци вхщних сигна-л!в, в1дпов!дно чи гйс_. Таким чином реал1зуеться цифрова автошдстройка не лише дискретизаци контрольованих сигнал1в, але й - стосовно ¡нтервашв видавання миттевих значень еталонних сигнал1в формувачем 9.
Пюля пщготовчого виконуеться лише вим1рювальний цикл. Протягом другого та настул-них перюд1в здшснюеться як комплекс необхщних вим1рювань зпдно з виразами (4), (5), так i описана вище процедура обчислення як в першому перюдь
Масиви етапонних код1в вщображають синусо'щальш сигнали симетричномрифазноТ системы напру г 31 сталою шльюстю точок дискретизацп на перюд повторения, причому кожен з них мютить п точок апроксимащТ для половини перюду повторения. Вщмшшсть шж цими массивами полягае в тому, що зсув фази м1ж фазними (та* вцщовцщо, лшшними) складае 120°, а м1ж масивами фазних I лшшних напруг - 30". Коди ампл1тудних значень еталонних сигнал1в вцщовщають номшальним значениям напруги мереж1 або вихщних обмоток вим1рювальних трансформатор1в, визначених вцщовщними стандартами Украши.
Осюльки в даному анализатор] забезпечуегься однакове число п точок дискретизацн на кожен перюд повторения Т(а також на i О, то зручно вибрати п кратним числу 2, що при-зводить до спощення операци усереднення кожного з результате вим1рюсань. При цьому остання полягатиме у вшкиданш певноТ юлькосп розрядпв в (5), який дае значения енергп кон-трольованих сигналов Дыя(г).
Позитивною особлив1стю запропоновано! структури е також можлив1сть реал1зацп досль дження завад i коливань напруги протягом пор1вняно великих штервал1в часу - до 1.0 сек., що пояснюеться особливостями вузл1в пристрою обробки i вщображення шформацп 6 та пристрою попереднього опрацювання даних 7.
Висновки
Оскшьки крив1 напруг електричних мереж в умовах нелшшних i р1зкозмшних наванта-жень м1стять не лише гармошки, а й штергармошки — це стимулюе появу спещальних засоб1в вим1рювання, як1 забезпечують застосування ефективних заход1в для гарантування електромаг-HiTHo'i сум1сност1 р1зних споживач1в.
На сучасному еташ недолж шформацп не дозволяв оперативно реагувати на наявш елек-тромагн1тн1 завади в електричних мережах шляхом швидкого 1х виявлення i вживання заход1в для зниження 1х впливу.
Перелис посилань
1. Жежеленко И.В. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях / И.В. Жеэ/селе-нко, ММ. Рабинович, II.М. Божко - К.: Техшка, 1981. - 160с.
2. Daubechies I. The wavelet transform, time-frequency localization and signal analysis / /. Daubechies 11 IEEE Trans. Inform. Th. - 1990. - Vol. 36. - P. 961-1005.
3. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. - 4-е изд., перераб и доп. / И.В. Жежеленко - М.: Энергоатомиздат, 2000. — 331с.
Стаття надшшла 21.02.2005
