Научная статья на тему 'Анализ методов оценки гармонических составляющих напряжения в электроэнергетических системах'

Анализ методов оценки гармонических составляющих напряжения в электроэнергетических системах Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
220
71
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ / СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СИГНАЛА / ГАРМОНИЧЕСКИЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ / МЕТОД КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ФУНКЦИЙ / POWER QUALITY / SPECTRAL ESTIMATION / HARMONIOUS COMPONENTS / METHOD OF CORRELATION FUNCTIONS

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Елизаров Дмитрий Александрович

В статье приводится анализ методов оценки гармонических составляющих напряжения при натурном эксперименте. Точность полученных результатов быстрым методом корреляционных функций сопоставима с модернизированным методом корреляционных функций.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Елизаров Дмитрий Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The analysis of methods for determining harmonious component of voltage in electric power systems

The paper has analyzed methods for determining the harmonious component of the voltage at natural experiment. The accuracy of the received results by fast method of correlation functions and modernized method of correlation functions is comparable.

Текст научной работы на тему «Анализ методов оценки гармонических составляющих напряжения в электроэнергетических системах»

тального опыта. На рис. 5 представлен график, иллюстрирующий зависимость времени обработки и толщины получаемого адсорбционного слоя.

В результате эксперимента был получен адсорбционный слой на медной пластине коллектора ТЭД ТЛ-2К1 определенной толщины, порядка 4 мкм.

Для подтверждения результатов насыщения поверхности атомами углерода проведен атомно-эмис-сионный спектральный анализ с использованием стандартных образцов сравнения. Тип прибора — «Аргон — 5СФ».

Окно программы спектрометра со спектрами исходного (чистого) и науглероженного приведены на рис. 6.

На спектрограммах отмечены спектральные линии основы — меди (спектральная линия Си 182,535 нм) и углерода С 193,090 нм. Анализ сравнения спектров чистого и поверхности подвергнутой обработки экспериментальным тепловым пистолетом образцов показал, что в образце с адсорбционным слоем интенсивность выше в 2 раза, что соответствует массовой доле углерода (Сс) около 0,085 %.

Таким образом, при создании окисной пленки поверхности медных пластин коллектора тягового электродвигателя приобрела с измененными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, что непосредственно влияет на стадию приработки коллекторно-щеточного узла, сокращает ее длительность, что позволит оптимизировать процессы производства и ремонта ТЭД.

Библиографический список

1. Белая, Д. Ю. Повышение надежности работы коллек-торно-щеточного узла тяговых электродвигателей / Д. Ю. Бе-лан, А. А. Ражковский // Известия Транссиба. — 2012. — № 2 (4). - С. 14-18.

2. Авилов, В. Д. К вопросу о повышении коммутационной устойчивости коллекторных электрических машин постоянного тока / В. Д. Авилов, П. Г. Петров, Е. М. Моисеенок // Известия Транссиба. - 2010. - № 2 (2). - С. 2-6.

3. Авилов, В. Д. Методика нормирования качества коммутации в тяговых электрических машинах / В. Д. Авилов, Ш. К. Исмаилов // Известия Транссиба. - 2012. - № 2 (10). -С. 2-7.

4. Белан, Д. Ю. Повышение эксплуатационных характеристик электрических машин методом химико-термической обработки / Д. Ю. Белан, А. А. Ражковский // Известия Транссиба. - 2012. - № 2 (4). - С. 14-18.

БЕЛАН Дмитрий Юрьевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного состава».

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 28.12.2015 г. © Д. Ю. Белан

УДК 621.3.°5:519.65 Д. А. ЕЛИЗАРОВ

Омский государственный университет путей сообщения

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВЛЯЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЯ

В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ_

В статье приводится анализ методов оценки гармонических составляющих напряжения при натурном эксперименте. Точность полученных результатов быстрым методом корреляционных функций сопоставима с модернизированным методом корреляционных функций.

Ключевые слова: качество электрической энергии, спектральный анализ сигнала, гармонические составляющие, метод корреляционных функций.

Повышение качества электроэнергии (КЭ) является основным фактором повышения энергетической эффективности промышленных предприятий. Введение новых стандартов в области КЭ повлекло за собой изменение требований к составу показателей КЭ, точности их измерений, характеристикам средств измерений [1-2].

Одними из важных показателей КЭ, являются показатели, характеризующие несинусоидальность напряжения: коэффициенты гармонических составляющих напряжения и суммарный коэффи-

циент гармонических составляющих напряжения. Для анализа несинусоидальности режимов напряжения разлагаются на гармонические составляющие.

Высокую точность оценки гармонических составляющих напряжения может обеспечить цифровая обработка сигналов, в этом случае его математической основой является быстрое преобразование Фурье (БПФ) [3-4]. Применение дополнительных методов для определения гармонических составляющих напряжения обусловлено неспособностью

Рис. 1. Случай несовпадения максимума БПФ и спектра напряжения

Рис. 2. Схема внешнего электроснабжения участка Чарыш—Югачи Абаканской дистанции электроснабжения

БПФ точно определить частоту, когда максимум БПФ не совпадает со спектром сигнала (рис. 1) [5 — 7]. На рис. 1 номера отсчетов максимума БПФ и его двух соседних вершин обозначены как к, к+1 и к — 1 соответственно. Порядковый номер максимальной гармоники спектра напряжения обозначен как к . Разность между к и к обозначена как 3.

реак реак.

В качестве дополнительного метода лучше использовать разработанный автором быстрый метод корреляционных функций [8—10]. Базовым параметром быстрого метода корреляционных функций является коэффициент корреляции. Для исследуемой функции напряжения формируется набор эталонов. Далее производится анализ на наличие связи в точках между параметрами исследуемого напряжения и эталона. Наибольшее значение коэффициента корреляции показывает на эталон, параметр которого необходимо выбрать. Расчет коэффициента корреляции производиться по пяти точкам, так как для дискретного спектра энергия гармоники (порядка 80 %) сосредоточена в ближайших 3 — 5 отсчетах в районе максимума амплитудного спектра. Амплитуда г-й гармоники измеряемого напряжения определяется по следующей формуле:

А = ЕЬп(ц > (

где Е — сумма квадратов значений Ш ..;

(1)

Wj¡ = {(^Т^,..., } — набо р эталонных множеств из IV! точек (в нашем случае М = 5);

у = {У0;У1;...;Ут } — реализация ДПФ периодического сигнала, состоящая из М точек, ограниченного окном.

Значение наибольшей амплитуды гармоники соответствует коэффициенту корреляции. Максимальное значение корреляционной функции определяется согласно алгоритму Фибоначчи. Наибольшее значение модуля амплитуды гармоники показывает на пару эталон-сигнал и, соответственно, на величину отклонения 3 от базовой точки В. Частота гармоник напряжения определяются как сумма значений В и 3.

В статье приведен анализ полученных результатов оценки гармонических составляющих напряжения разработанным быстрым методом корреляционных функций при проведении эксперимента на объекте исследования.

Объектом исследования является тяговая подстанция Бискамжа и межподстанционных зонах Югачи — Бискамжа (Абаканской дистанции электроснабжения Красноярской железной дороги). Оценка гармонических составляющих напряжения производилась при нормальном режиме работы энергосистемы и при двустороннем питании межподстанционных зон. Схема внешнего электроснабжения участка Чарыш — Югачи приведена на рис. 2.

2

Рис. 3. Многофункциональный измерительный комплекс: токовые клещи, измерительный модуль, переносной компьютер

Рис. 4. Схема подключения МИК к сети

Для получения дискретных значений был использован многофункциональный измерительный комплекс (МИК) [11 — 12]. Внешний вид МИК приведен на рис. 3. Схема подключения измерительного устройства к сети представлена на рис. 4. Обмотки измерительного трансформатора соединены по схеме «треугольник» с заземленной фазой с. На МИК подаются потенциалы фаз а, Ь, заземленной фазы с и линейные токи с двух измерительных трансформаторов тока. Такая схема подключения позволяет получить в качестве первичной информации мгновенные линейные напряжения и мгновенные линейные токи.

Полученная при помощи МИК выборка исследуемого напряжения была обработана в среде пакета МаНаЬ. Для исследуемого сигнала были определены гармонические составляющие напряжения модернизированным методом корреляционных функций, методом, рекомендованным в ГОСТ 30804.4.7-2013 (метод по ГОСТу), и быстрым методом корреляционных функций.

На рис. 5 представлены графики напряжения на фидере контактной сети (ФКС), которые получились в результате восстановления исследуемо-

Рис. 5. Напряжения на фидере контактной сети при двустороннем питании участка Югачи—Бискамжа

О 1 2

Рис. 6. Относительная погрешность результатов вычисления

го сигнала при помощи рассматриваемых методов спектрального анализа и сам исследуемый сигнал. На рис. 6 представлены графики зависимости относительной погрешности результатов вычисления, полученных различными методами. Для исследуемой кривой напряжения на ФКС были определены коэффициенты гармонических составляющих. Результаты представлены на рис. 7.

На рис. 5 — 7 видно, что точность быстрого метода корреляционных функций сопоставима с точностью модернизированного метода корреляционных функций. Величина отклонения не превышает 0,5 процента.

На основе представленных в статье материалов можно сделать следующие выводы:

1) точность полученных результатов быстрым методом корреляционных функций сопоставима

Рис. 7. Коэффициенты гармонических составляющих напряжения на ФКС при двустороннем питании участка Югачи—Бискамжа (БМКФ — быстрый метод корреляционных функций, ММКФ — модернизированный метод корреляционных функций)

с модернизированным методом корреляционных функций. При этом было выявлено, что величина отклонения восстановленного напряжения быстрым методом корреляционных функций не превышает 0,5 процента отклонения восстановленного сигнала методом корреляционных функций;

2) величина среднеквадратичного отклонения быстрого метода корреляционных функций сопоставима с модернизированным методом корреляционных функций;

3) доказана воспроизводимость результатов оценки гармонических составляющих напряжения быстрым методом корреляционных функций.

Библиографический список

1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ. 2014-07-01. - Режим доступа : http://protect.gost.ru/document.aspx?control = 7&id = 184246 (дата обращения: 31.01.2016).

2. ГОСТ 30804.4.7-2013. Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. - Введ. 2014-01-01. - Режим доступа : ЬИр:// protect.gost.ru/document.aspx?control = 7&id=183990. (дата обращения: 31.01.2016).

3. Альтман, Е. А. Совершенствование метода корреляционных функций / Е. А. Альтман, Д. А. Елизаров // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве : тр. Всерос. конф. - Воронеж, 2011. С. 76-77.

4. Чижма, С. Н. Метод спектрального анализа сигналов в системах электроснабжения / С. Н. Чижма, Р. И. Газизов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. - 2013. - 1 (117). - С. 198-201.

5. Альтман, Е. А. Исследование методов определения параметров однотонального сигнала тяговой электрической сети / Е. А. Альтман, Д. А. Елизаров // Известия Транссиба. - 2010. -№ 4 (4). - С. 103-111.

6. Чижма, С. Н. Анализ точности метода спектрального анализа сигналов в системах электроснабжения / С. Н. Чижма, Р. И. Газизов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2013. — 1 (117). — С. 202 — 206.

7. Kay S. M. Fundamentals of Statistical Signal Processing: Estimation Theory / S. M. Kay. Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1993, 559 p.

8. Альтман, Е. А. Совершенствование алгоритма определения параметров гармоник сигналов в электрической сети для оценки качества электроэнергии / Е. А. Альтман, Д. А. Елизаров, С. Н. Чижма // Электротехнические комплексы и системы управления. — 2012. — № 4 (28). — C. 5 — 9.

9. Альтман, Е. А. Повышение точности оценки параметров сигналов в электрической сети в системе тягового электроснабжения / Е. А. Альтман, Д. А. Елизаров // Известия Транссиба. - 2012. - № 3(11). - С. 95-100.

10. Елизаров, Д. А. Анализ существующих методов оценки спектральных составляющих напряжения в электроэнергетических системах / Д. А. Елизаров, Ю. В. Дёмин [и др.] // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. Новосибирск. - 2014. - № 4. - С. 191-196.

11. Чижма, С. Н. Многофункциональный измерительный комплекс для анализа электрических величин на тяговых и трансформаторных подстанциях электрических железных дорог [Текст] / С. Н. Чижма, А. А. Лаврухин, В. С. Циркин // Транспорт Урала. - 2013. - № 2. - С. 67-72.

12. Пат. 88157 Российская Федерация, МПК G01R17/02. Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии [Текст] / Чижма С. Н., Грицутен-ко С. С., Альтман Е. А., Газизов Р. И., Циркин В. С.; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. -№ 2009125776/22 ; заявл. 06.07.2009 ; опубл. 27.10.2009, Бюл. № 30. - 7 с.

ЕЛИЗАРОВ Дмитрий Александрович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Автоматика и системы управления». Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 04.02.2016 г. © Д. А. Елизаров

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.