АННОТАЦИЯ 2
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ
ГАРМОНИЧЕСКИХ ИСКАЖЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ 8
1.1 Проблема гармонических искажений 8
1.2 Типы искажения формы сигнала 9
1.3 Источники появления нежелательных гармоник и их негативное
воздействие 10
1.4 Анализ сигналов на гармонические искажения 11
Выводы по первой главе 12
2 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ГАРМОНИЧЕСКИХ ИСКАЖЕНИЙ 14
2.1 Метод Прони. Метод «Скользящего окна» 14
2.2 Дискретное и быстрое преобразование Фурье (ДПФ/БПФ) 16
2.2.1 Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) 17
2.2.2 Быстрое преобразование Фурье (БПФ) 18
2.2.3 Математическая реализация ДПФ/БПФ 18
2.3 Сравнение методов анализа сигналов 22
2.3.1 Сравнение ДПФ и БПФ 22
2.3.2 Сравнение Метода Прони и БПФ 22
Выводы по второй главе 24
3 РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ОЦЕНКИ ЧАСТОТНЫХ КОМПОНЕНТ и ЕГО
ИССЛЕДОВАНИЕ НА МОДЕЛИ СИГНАЛА 25
3.1 Реализация метода оценки частот и моделей сигнала на языке
MATLAB 25
3.2 Описание работы кода разработанной программы 26
3.3 Модель I «Синтетическая» и оценка ее параметров 27
3.4 Модель II «Запись напряжения с распределителя» и оценка ее
параметров 29
3.5 Модель III «дуговая печь» и оценка ее параметров 31
Выводы по третьей главе 33
4. ОЦЕНКА ЧАСТОТНЫХ КОМПОНЕНТ РЕАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ 34
4.1 Описание экспериментальной установки 34
4.1.1 Осциллограф 35
4.1.2 Источник питания 36
4.1.3 Дифференциальный усилитель 38
4.2 Оценка частотных компонент реальных сигналов 39
Выводы по четвертой главе 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 45
ПРИЛОЖЕНИЯ 49
ПРИЛОЖЕНИЕ А 49
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 50
ПРИЛОЖЕНИЕ В 51
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 53
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 54
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 55
Работа технологического комплекса страны не возможна без стабильной работы электроэнергетики. В современной электроэнергетике присутствует большое количество нелинейных нагрузок, приводящих к ухудшению качества электроэнергии (КЭ) и возникновении аварийных ситуаций.
Согласно ГОСТ 32144-2013 [1] (КЭ) качество электрической энергии - это степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных показателей. ГОСТ
13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения» [2] содержит параметры и требования к питающей электросети.
Нарушения в процессе выработки и потребления электрической энергии приводят к отклонению параметров электрической сети от нормы (создают искажения тока и напряжения). Эти искажения являются одной из основных причин нарушения КЭ.
Повышение требований к КЭ для поддержания системы электроснабжения на высоком уровне требует применение современных методов обработки сигналов. Метод оценки искажений сигнала должен гарантировать высокую точность при невысоких вычислительных затратах.
Для характеристики этих помех разработаны международные стандарты и рекомендации [3, 4], а в литературе описаны методы анализа возмущений, неизменяющихся во времени (стационарные) и изменяющихся во времени (нестационарные) [5 - 7].
Расчет спектра сигнала ГОСТ 30804.4.7-2013 (IEC 61000 4-7) [3] рекомендует применять дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Метод, описанный стандартом, позволяет количественно оценить искажение сигнала, но не позволяет сделать точную оценку отдельных компонентов искажения...
В результате работы был сделан обзор литературы по проблеме гармонических искажений в частотной области (2 - 150) кГц. Изучена нормативно-техническая документация требований к качеству электроэнергии в сетях питания.
В настоящий момент мало изучены уровни совместимости, пределы и методы испытаний, охватывающие данный частотный диапазон. Растет количество оборудования, которое работает в режиме активного переключения. Данное оборудование выдает выбросы в диапазоне (2 - 150) кГц, что может привести к серьезным проблемам. Также не до конца изучены явления, протекающие в данной частотной области. Поэтому ведется активная работа по разработке стандартов в рамках МЭК (как SC 77A, так и SC 205A), CENELEC и IEEE.
Дано описание параметрических и непараметрических методов обработки цифровых сигналов. Для анализа сигналов в данной работе выбран метод на основе быстрого преобразования Фурье. Данный метод был выбран, так как он обладает большой скоростью вычисления и требуемой для данного исследования точностью.
Спроектированы модели сигналов с разными входными параметрами, для оценки влияния искажений в различных ситуациях. Для оценки характеристик моделей был написан код программы на языке MATLAB. Программа проверена на исходных модельных данных. Результаты показали, что программа работает корректно.
Были собраны реальные данные с нескольких объектов. Для обработки и оценки данных на наличие гармонических искажений была применена написанная ранее программа. Результат обработки показал наличие гармонических компонент в реальных сигналах в рассматриваемом диапазоне, но вопрос об их природе остается за рамками исследования и требует дальнейшего изучения.
Таким образом, проблема оценки наличия гармонических искажений в различных частотных областях остается актуальной. Для ее решения требуется применять все более совершенные методы (программные и аппаратные). Дальнейшее развитие области поможет ускорить определение источников искажений, выявление наличия искажений в сигналах, что позволит фильтровать их на входе и делать сигнал более пригодным для использования.
