1 / 50

АЛГОРИТАМ И ЗА ДИГИТАЛНО МЕРЕЊЕ ФРЕКВЕНЦИЈЕ У ЕЕС

УНИВЕРЗИТЕТ У БЕОГРАДУ ЕЛЕКТРОТЕХНИЧКИ ФАКУЛТЕТ. АЛГОРИТАМ И ЗА ДИГИТАЛНО МЕРЕЊЕ ФРЕКВЕНЦИЈЕ У ЕЕС. Жељко Р. Ђуришић. Значај прецизног и брзог мерења (естимације) фреквенције у ЕЕС -у. Контрола и управљање балансом активних снага генерисања и потрошње

dore
Télécharger la présentation

АЛГОРИТАМ И ЗА ДИГИТАЛНО МЕРЕЊЕ ФРЕКВЕНЦИЈЕ У ЕЕС

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. УНИВЕРЗИТЕТ У БЕОГРАДУ ЕЛЕКТРОТЕХНИЧКИ ФАКУЛТЕТ АЛГОРИТАМИ ЗА ДИГИТАЛНО МЕРЕЊЕ ФРЕКВЕНЦИЈЕ У ЕЕС Жељко Р. Ђуришић

  2. Значај прецизног и брзог мерења (естимације) фреквенције у ЕЕС-у • Контрола и управљање балансом активних снага • генерисања и потрошње • Правилно функционисање надфреквенцијске и • потфреквенцијске заштите • Правилно функционисање комплетног система • дигиталне релејне заштите • Праћење и анализа поремећаја у систему

  3. Одступања фреквенције у ЕЕС • Нормални услови рада: |f|  50mHz • Погоршани услови рада: 50 mHz |f| 150 mHz • Јако погоршани услови рада: 150 mHz |f|  • Критични услови рада:Критични услови наступају када системска фреквенција падне на 47,5 Hz или се повећа на 51,5 Hz. При овим условима рад ЕЕС-а је на граници распада јер долази до деловања фреквенцијске заштите генератора чиме се они искључују са мреже.

  4. Основна фреквенција у ЕПС-у за време реконекције прве и друге UCTE (ENTSO-E ) синхроне зоне

  5. Захтеване карактеристике савремених дигиталних естиматора фреквенције мерних сигнала у ЕЕС-у: • Тачност • Робусност • Велика брзина процесирања Карактеристике процесираних сигнала напона: • Присуство виших хармоника • Присуство шума различитог порекла • У условима квара могу садржати и једносмерну компонету • У току трајања кратког споја амплитуде напона могу бити • и до сто пута мање од номиналне вредности

  6. Промена амплитудског нивоа виших хармоника напона у нисконапонској дистрибутивној мрежи у току три дана Ниво виших хармоника је задат у % у односу на основни хармоник (100%)

  7. Talasni oblik napona u TS 110/35 kV/kV Jabučje koja napaja ugljenokop Kolubara

  8. Укупна хармонијска дисторзија напона у једном 35kV постројењу у угљенокопу Колубара

  9. Обртни фазор напона у трофазном ЕЕС-у

  10. Frakvencija u EES USA u određenom trenutku

  11. МЕРЕЊЕ ФРЕКВЕНЦИЈЕ У ЕЕС-у ПРИМЕНОМ МЕТОДЕ НАЈМАЊИХ КВАДРАТА • Мерење фреквенције нерекурзивном методом – основни алгоритам • Мерење фреквенције нерекурзивном методом са повратном спрегом по фреквенцији • Алгоритам са константном матрицом коефицијената

  12. Метода најмањих квадрата – основни алгоритам Математички модел мерног сигнала: Линеаризовани модел сигнала у околини претпостављене учестаности (0):

  13. Прозор са m одбирака мерног сигнала на које се примењује линеаризовани модел: 

  14. актуелни прозор података[v]: оптимална процена вектора непознатих :   R O M R O M 

  15. Недостатак методе • Даје прихватљиву тачност само у уском опсегу око претпостављене (номиналне) учестаности Добре особине методе • Поузданост • Релативно мала осетљивост на шум • Могућност естимације амплитуда основног и виших хармоника

  16. Метода најмањих квадрата са повратном спрегом по фреквенцији актуелни прозор података   [xi]=[Ai(i-1)][vi],   актуелни прозор података  [xi+1]=[Ai+1(i)][vi+1] 

  17. Добре особине: • Висока класа тачности • Поузданост • Релативно мала осетљивост на шум • Могућност естимације амплитуда виших хармоника • Релативно широк опсег поуздане ковергенције • алгоритма око номиналне фреквенције Мане: • Велико захтевано процесорско време

  18. Алгоритам са константном матрицом коефицијената Основни захтеви: - да се смањи процесорско време - да се задрже све добре особине алгоритма са повратном спрегом по фреквенцији Основна идеја: - анализирати могућност избегавања прорачуна матрицеAу току мерења

  19. Основна идеја на којој се базира алгоритам је да се унапред израчунају матрице Аi за низ еквидистантних вредности фреквенција у дефинисаном мерном опсегу око номиналне вредности. Из сваке од израчунатих матрица Аi би се формирале субматрице које садрже само четири врсте које су довољне за естимацију фреквенције у околини текуће радне тачке.

  20. актуелни прозор података [vi]   [xi]=[A*j][vi],  R O M  показивач актуелне субматрице у матрици[A*]  актуелни прозор података[vi+1]   [xi+1]=[A*j][vi+1] 

  21. Тестирање и оптимизација алгоритма • Опсег конвергенције алгоритма (мерни опсег) • Осетљивост алгоритма на присуство виших • хармоника • Осетљивост алгоритма на случајни шум • Динамичке перформансе алгоритма • Тестирање алгоритма на релним сигналима

  22. Опсег конвергенције алгоритма око номиналне фреквенције мерног сигнала Утицај ширине прозора података на ширину мерног опсега • Ширина мерног опсега је већа уколико је прозор података ужи • Поуздана конвергенција алгоритма се може постићи у опсегу 40до60 Hz

  23. Утицај шума на мерни опсег и грешку алгоритма 50 Hz мерни сигнал + бели шум20% Опсег конвергенције алгоритма Временски ток естимиране фреквенције

  24. Динамичке перформансе алгоритма Симулиран је сигнал чија се фреквенција простопериодично мења са амплитудом fmax=2Hzоко номиналне фреквенцијеfn=50 Hz.Учестаност пулсације фреквенције сигнала је f=3 Hz. Естимирана фреквенција Стварна фреквенција

  25. Тестирање алгоритма на реалним сигналима ТЕСТ 1:Мерење фреквенције и ефективне вредности напона у дистрибутивној мрежи

  26. ТЕСТ2:Мерење фреквенције и амплитуде основног хармоника напона у изолованом систему Мерни тест сигнал Естимирана фреквенција Естимирана амплитуда сигнала

  27. Карактеристике развијеног алгоритма • Мало захтевано процесорско време • Релативно широк мерни опсег око номиналне фреквенције • Мала осетљивост на више хармонике, једносмерну • компонентуи шум у мерном сигналу • Добар баланс између поузданости и тачности мерења • Већи захтеви за меморијом у односу на остале методе • Примењена метода је осетљива на велике и брзе промене • амплитуде мерног сигнала

  28. МЕРЕЊЕ ФРЕКВЕНЦИЈЕ КОМБИНОВАЊЕМ FOURIER-ОВЕ I ZERO CROSSING МЕТОДЕ • Алгоритам за монофазно мерење фреквенције у ЕЕС-у комбинованом нерекурзивном Fourier-овом и zero crossing методом • Алгоритам за трофазно мерење фреквенције у ЕЕС-у комбинованом нерекурзивном Fourier-овом и zero crossing методом

  29. Проблеми мерења фреквенције сложенопериодичног сигнала zero crossing методом

  30. Алгоритам за мерење фреквенције комбиновањем Fourier-овеметоде иzero crossingтехнике Модел сигнала: Основни хармоник сигнала у облику Fourier-овог реда: wf– претпостављена фреквенција уFourier-овом реду, m – број одбирака у претпостављенојTf , xn - n-ти одбирак сигнала.

  31. Оригинални сигнал и његове Fourier-ове компоненте Originalni signal (x) i njegove Fourier-ovekomponente (A i B) Originalni signal (x) i njegove Fourier-ovekomponente (A i B) Мерни сигнал - x(t) Косинусна компонента Fourier-овог реда – A(t) Синусна компонента Fourier-овогреда – B(t) Идеја: Мерни сигнал се прво обради нерекурзивном Fourier-овом методом, а затим се на једној од добијених ортогоналних компоненти примени zero crossing метода.

  32. Амплитудске карактеристике синусног (B) и косинусног (A) Fourier-овог филтра

  33. Мерење фреквенције сложенопериодичних сигнала комбиновањем Fourier-ове и zero crossing методе Tf =mTodab A/D fodab сложенопериодични улазни мерни сигнал основне периодеT [SIN] T Zero crossing бројач синусна компонента мерног сигнала

  34. Утицај реда, фазе и нивоа виших хармоника мерних сигнала на тачност мерења основне фреквенције Модел тест сигнала: f=55Hz, ff=50Hz,fodab=2000Hz, 1=0, k=20%. вариран ред и почетна фаза вишег хармоника f=52Hz, ff=50Hz,fodab=2000Hz, 1=0, вариран ред, почетна фаза и амплитуда вишег хармоника

  35. Утицај случајног шума на перформансе алгоритма Тест сигнал x, загађеног Gaus-овимшумом (SNR=20dB) и одговарајуће рачунске Fourier-ове компоненте Временски ток естимиране фреквенције тест сигнала:

  36. Утицај белог шума у мерном сигналу на грешку мерења фреквенције за различит број периода усредњавањаN Ниво максималне грешке у мерењу фреквенције за различити ниво шума у мерном сигналу и различиту учестаност одабирања

  37. Утицај промене амплитуде мерног сигнала на перформансе алгоритма симулирана промена амплитуде 50Hz мерног сигнала измерена фреквенција

  38. симулирана промена амплитуде 50Hz мерног сигнала Постфилтрирање: измерена фреквенција

  39. Динамичке перформансе алгоритма Одзив алгоритма на одскочну промену фреквенције простопериодичног мерног тест сигнала за различите фазе сигнала у тренутку поремећаја

  40. Алгоритам за трофазно мерење фреквенције у ЕЕС-у

  41. Експериментално тестирање развијених алгоритама Монофазно и трофазно мерење фреквенције мрежног напона

  42. Мерење фреквенције сигнала напона и струје напајања персоналног рачунара

  43. Естимирана фреквенција основног хармоника напона ( fu ) и струје ( fi )

  44. Упоредна анализа естимације основне фреквенције мрежног напона алгоритмима на бази различитих метода Fourier +zero crossing алгоритам са константном матрицом коефицијаната

  45. FOURIER-ОВАЛГОРИТАМ ЗА ЕСТИМАЦИЈУ ФАЗОРА У ЕЕС-у Tf =mTodab A/D fodab сложенопериодични мерни сигнал основне периодеT

  46. C(t) B(t) A(t) C(t) B(t) A(t) Утицај одступања фреквенције простопериодичног мерног сигнала на грешку мерења амплитуде f=55 Hz , ff= 50 Hz. Естимирани фазор f=45 Hz , ff= 50 Hz.

  47. Нови Foruier-ов алгоритам са адаптивном ширином прозора података заестимацију фазора мерних сигнала променљиве фреквенције ОСНОВНА ИДЕЈА: Увођење повратне спреге по фреквенцији при формирању вектора SIN и COS, односно, кориговање ширине прозора податак са променом учестаности. Опсег грешке мерења амплитуде за различите учестаности мерног сигнала

  48. Ниво максималне релативне грешке естиматора амплитуде простопериодичног мерног сигнала учестаности f за различите учестаности одабирања fs

  49. Експериментално тестирање алгоритма Измерена фреквенција комбинованим Fourier + zero crossing алгоритмом Измерена амплитуда алгоритмом са фиксном ширином прозором података Измерена амплитуда алгоритмом са адаптивном ширином проз. података

  50. Aлгоритам за мерење основне фреквенције и амплитуде • мерних сигнала који се темељи на нерекурзивној методи најмањих квадрата. Једноставност, тачност и брзина процесирања квалификују алгоритам за практичну примену код различитих естиматора фреквенције у ЕЕС-у Алгоритам је осетљив на нагле промене амплитуде мерног сигнала • Aлгоритам за монофазно и трофазно мерење основне • фреквенције комбиновањем Fourier-ове и zero crossing методе Алгоритам се одликује једноставношћу, високом класом тачности, робусношћу ипоузданошћу и у условима великих изобличења улазних сигнала • Aлгоритам са адаптивном широном прозора података • за праћење фазора основног хармоника мерног сигнала • Алгоритам се одликује поузданошћу и високом класом тачности у широком • опсегу променафреквенције мерног сигнала па је применљив и • у изолованим системима ЗАКЉУЧАК

More Related