RU125743U1 - TRANSITION MODE MONITORING SYSTEM IN POWER UNION ACCORDING TO DIGITAL RECORDERS - Google Patents
TRANSITION MODE MONITORING SYSTEM IN POWER UNION ACCORDING TO DIGITAL RECORDERS Download PDFInfo
- Publication number
- RU125743U1 RU125743U1 RU2012146675/08U RU2012146675U RU125743U1 RU 125743 U1 RU125743 U1 RU 125743U1 RU 2012146675/08 U RU2012146675/08 U RU 2012146675/08U RU 2012146675 U RU2012146675 U RU 2012146675U RU 125743 U1 RU125743 U1 RU 125743U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- unit
- input
- data
- processing
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Система мониторинга переходных режимов в энергообъединении по данным цифровых регистраторов, содержащая, по крайней мере, две цепи формирования и обработки данных, каждая из которых включает последовательно соединенные цифровой датчик и запоминающее устройство, отличающаяся тем, что введены блок расчета функции взаимной корреляции, а в каждую из цепей формирования и обработки данных введены блок подготовки и преобразования формата данных, вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, блок верификации и контроля данных, вход которого соединен с выходом блока подготовки и преобразования формата данных, блок изменения шага дискретизации, вход которого соединен с выходом блока верификации и контроля данных, блок определения спектра плотности мощности, вход которого соединен с выходом блока изменения шага дискретизации, анализатор спектра, вход которого соединен с выходом блока определения спектра плотности мощности, блок фильтрации данных, первый вход которого соединен с выходом анализатора спектра, а второй вход соединен с выходом блока изменения шага дискретизации, блок расчета автокорреляционной функции и блок определения амплитуд и фаз гармоник, вход которого объединен с входом блока расчета автокорреляционной функции и соединен с выходом блока фильтрации данных, а выход является выходом соответствующей цепи формирования и обработки данных, при этом входы блока расчета функции взаимной корреляции соединены с выходами, по крайней мере, двух цепей формирования и обработки данных.A system for monitoring transient conditions in an energy connection according to digital recorders, which contains at least two data generation and processing circuits, each of which includes a digital sensor and a storage device connected in series, characterized in that a block for calculating the cross-correlation function is introduced, and in each from the data generation and processing circuits, a data format preparation and conversion unit has been introduced, the input of which is connected to the output of the storage device, a data verification and control unit, the path of which is connected to the output of the preparation and conversion unit of the data format, the sampling step changing unit, the input of which is connected to the output of the verification and data control unit, the power density spectrum determining unit, the input of which is connected to the output of the sampling step changing unit, the spectrum analyzer, the input of which is connected with the output of the power density spectrum determination unit, a data filtering unit, the first input of which is connected to the output of the spectrum analyzer, and the second input is connected to the output of the step change unit d sampling, autocorrelation function calculation unit and harmonic amplitude and phase determination unit, the input of which is combined with the input of the autocorrelation function calculation unit and connected to the output of the data filtering unit, and the output is the output of the corresponding data generation and processing circuit, while the inputs of the cross-correlation function calculation unit connected to the outputs of at least two chains of the formation and processing of data.
Description
Полезная модель относится к специализированным устройствам вычислительной техники и может быть использована при создании систем обработки и анализа данных цифровых регистраторов для мониторинга переходных режимов в энергообъединении, в частности, на основе спектрального анализа результатов полученных векторных измерений и вычислений функций взаимной корреляции.The utility model relates to specialized computing devices and can be used to create systems for processing and analyzing data from digital recorders for monitoring transient conditions in an energy pool, in particular, based on spectral analysis of the results of vector measurements and calculation of cross-correlation functions.
Используемая в энергообъединениях система мониторинга переходных режимов (СМПР), основанная на применении цифровых регистраторов, применяется для регулярной верификации их базовой динамической модели. Анализ данных цифровых регистраторов выполняется, как правило, только при технологических нарушениях, сопровождающихся значительными небалансами мощности. Очевидно, что полноценный анализ колебательных свойств должен быть основан не только на изучении поведения энергообъединения при технологических нарушениях, но и на изучении их колебательных свойств в квазиустановившихся режимах, рассматриваемых на длительных интервалах времени. Такой анализ позволит выявить источники и причины возникновения низкочастотных колебаний и разработать при необходимости рекомендации по их устранению путем коррекции рабочих настроек системных стабилизаторов автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) генераторов или установки дополнительных системных стабилизаторов на конкретных генераторах при их модернизации или реконструкции.The transient monitoring system (SMR) used in power systems, based on the use of digital recorders, is used to regularly verify their basic dynamic model. Data analysis of digital recorders is performed, as a rule, only in case of technological irregularities, accompanied by significant power imbalances. Obviously, a full-fledged analysis of the vibrational properties should be based not only on the study of the behavior of the energy combination during technological failures, but also on the study of their vibrational properties in quasi-steady-state modes, considered over long time intervals. Such an analysis will reveal the sources and causes of low-frequency oscillations and develop, if necessary, recommendations for their elimination by correcting the operating settings of the system stabilizers of automatic excitation regulators (ARVs) of generators or installing additional system stabilizers on specific generators during their modernization or reconstruction.
Известно устройство, содержащее группу аналоговых датчиков, группу цифровых датчиков, многоканальные первый аналоговый и второй цифровой коммутаторы, формирователь модуля, нуль-орган, источник опорных напряжений, дешифратор, первое, второе и третье оперативные запоминающие устройства, постоянное запоминающее устройство, микроконтроллер, таймер, первый-четвертый одноканальные аналоговые коммутаторы, аналого-цифровой преобразователь, первый и второй аналоговые компараторы, регистр, первый-пятый счетчики, первый-третий триггеры, элемент И-НЕ, первый-пятый элементы И, первый-четвертый элементы ИЛИ, первый-шестнадцатый одновибраторы, числовой компаратор и генератор тактовых импульсов [RU 2376625, C1, G06F 17/40, 20.12.2009].A device is known that contains a group of analog sensors, a group of digital sensors, multichannel first analog and second digital switches, a module driver, a zero-organ, a voltage reference, a decoder, first, second and third random access memory, read-only memory, a microcontroller, a timer, first-fourth single-channel analog switches, analog-to-digital converter, first and second analogue comparators, register, first-fifth counters, first-third triggers, eleme T AND-NO, the first to fifth AND gates, the first to fourth OR elements, the first to sixteenth monostable multivibrator, the numerical comparator and a clock pulse generator [RU 2376625, C1, G06F 17/40, 20.12.2009].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality.
Известно также устройство дистанционного контроля за параметрами тока и напряжения в высоковольтной части электроэнергетических систем, включая контроль за переходными процессами в этих системах, содержащее подключенный к высоковольтной сети высоковольтный измерительный модуль, включающий в себя магнитно-связанный с высоковольтной сетью пассивный преобразователь сетевого тока и/или электрически связанный с высоковольтной сетью пассивный преобразователь сетевого напряжения, при чем, высоковольтный измерительный модуль содержит блок вторичного электропитания, подключенные к блоку вторичного электропитания, магнитно-связанный с высоковольтной сетью низковольтный питающий трансформатор тока и/или электрически связанный с высоковольтной сетью и включенный в цепь пассивного преобразователя сетевого напряжения низковольтный питающий трансформатор напряжения с фильтрующим конденсатором, шунтирующим первичную обмотку, и параллельным ему демпфирующим резистором, активный преобразователь сигналов измерительной информации, соединенный с пассивным преобразователем сетевого тока и/или пассивным преобразователем сетевого напряжения и блоком вторичного электропитания и имеющий радиочастотный и/или оптический выходы для преобразованных сигналов измерительной информации, а пассивный преобразователь сетевого напряжения выполнен в виде последовательно соединенных высоковольтного опорного конденсатора и низковольтного плеча, причем, все элементы высоковольтного измерительного модуля, кроме высоковольтного опорного конденсатора, помещены в электрический экран, соединенный с сетевым проводом через дроссель и параллельный ему демпфирующий резистор [RU 2143165, С1, H02J 13/00, 20.12.1999].A device is also known for remote monitoring of current and voltage parameters in the high-voltage part of electric power systems, including transient monitoring in these systems, comprising a high-voltage measuring module connected to a high-voltage network, and including a passive mains transducer magnetically coupled to the high-voltage network and / or a passive network voltage converter electrically connected to the high-voltage network, wherein, the high-voltage measuring module contains secondary power supply connected to the secondary power supply unit, magnetically connected to the high-voltage network, a low-voltage current transformer and / or electrically connected to the high-voltage network and included in the passive converter circuit of the mains voltage, a low-voltage voltage transformer with a filter capacitor, shunting the primary winding, and parallel him a damping resistor, an active transducer of measurement information signals connected to a passive transducer with a mains current transformer and / or a passive mains voltage transducer and a secondary power supply unit and having radio-frequency and / or optical outputs for the converted measurement information signals, and the passive mains voltage transformer is made in the form of series-connected high-voltage reference capacitor and low-voltage arm, moreover, all elements of a high-voltage the measuring module, in addition to the high-voltage reference capacitor, is placed in an electric shield connected to the mains cable through the throttle and a damping resistor parallel to it [RU 2143165, C1, H02J 13/00, 12.20.1999].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.The disadvantage of this device is the relatively narrow functionality.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для регистрации параметров переходных процессов изменения напряжения и тока в электрических сетях, содержащее группу аналоговых датчиков, группу цифровых датчиков, аналоговый и цифровой коммутаторы, первый-четвертый счетчики, группу оперативных запоминающих устройств, постоянное запоминающее устройство, микроконтроллер, таймер, регистр, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, D-триггеры, первый-четвертый одновибраторы [RU 2402067, C1, G06F 17/40, 20.10.2010].The closest in technical essence to the proposed one is a device for recording transient parameters of voltage and current changes in electric networks, containing a group of analog sensors, a group of digital sensors, analog and digital switches, first to fourth counters, a group of random access memory devices, read-only memory, microcontroller, timer, register, analog-to-digital converter, clock, D-flip-flops, first to fourth single vibrators [RU 2402067, C1, G06F 17 / 40, 10.20.2010].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, поскольку при регистрации параметров переходных режимов оно не позволяет, в частности, осуществлять такие важные функции, как проведение спектрального анализа результатов полученных векторных измерений и оценивать функцию взаимной корреляции.The disadvantage of the device is its relatively narrow functionality, since when registering the parameters of transient modes it does not allow, in particular, to carry out such important functions as spectral analysis of the results of vector measurements and to evaluate the cross-correlation function.
Задачей предложенной системы обработки и анализа данных цифровых регистраторов для мониторинга переходных режимов в энергообъединении является расширение функциональных возможностей. Требуемый технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, обеспечивающих расширение функциональных возможностей системы, в частности, осуществлять такие важные функции, как проведение спектрального анализа результатов полученных векторных измерений и оценивать функцию взаимной корреляции.The objective of the proposed system for processing and analyzing data from digital recorders for monitoring transient conditions in an energy connection is to expand the functionality. The required technical result consists in expanding the arsenal of technical means ensuring the expansion of the system’s functionality, in particular, to perform such important functions as spectral analysis of the results of vector measurements and evaluate the cross-correlation function.
Требуемый технический результат достигается тем, что, в систему, содержащую, по крайней мере, две цепи формирования и обработки данных, каждая из которых включает последовательно соединенные цифровой датчик и запоминающее устройство, введены блок расчета функции взаимной корреляции, а в каждую из цепей формирования и обработки данных введены блок подготовки и преобразования формата данных, вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, блок верификации и контроля данных, вход которого соединен с выходом блока подготовки и преобразования формата данных, блок изменения шага дискретизации, вход которого соединен с выходом блока верификации и контроля данных, блок определения спектра плотности мощности, вход которого соединен с выходом блока изменения шага дискретизации, анализатор спектра, вход которого соединен с выходом блока определения спектра плотности мощности, блок фильтрации данных, первый вход которого соединен с выходом анализатора спектра, а второй вход соединен с выходом блока изменения шага дискретизации, блок расчета автокорреляционной функции и блок определения амплитуд и фаз гармоник, вход которого объединен с входом блока расчета автокорреляционной функции и соединен с выходом блока фильтрации данных, а выход является выходом соответствующей цепи формирования и обработки данных, при этом, входы блока расчета функции взаимной корреляции соединены с выходами, по крайней мере, двух цепей формирования и обработки данных.The required technical result is achieved by the fact that, in a system containing at least two data generation and processing circuits, each of which includes a digital sensor and a storage device connected in series, a cross-correlation function calculation unit is introduced, and in each of the formation circuits and a data processing unit has been introduced, a data format preparation and conversion unit, the input of which is connected to the output of the storage device, a data verification and control unit, the input of which is connected to the output of the preparation unit, and data format transformations, a sampling step change unit, the input of which is connected to the output of the verification and data control unit, a power density spectrum determination unit, the input of which is connected to the output of the sampling step change unit, a spectrum analyzer, the input of which is connected to the output of the power density spectrum determination unit, data filtering unit, the first input of which is connected to the output of the spectrum analyzer, and the second input is connected to the output of the unit for changing the sampling step, the unit for calculating the autocorrelation function and the unit for determining the amplitudes and phases of harmonics, the input of which is combined with the input of the unit for calculating the autocorrelation function and connected to the output of the data filtering unit, and the output is the output of the corresponding circuit for generating and processing data, while the inputs of the unit for calculating the cross-correlation function are connected to the outputs, at least two chains of data formation and processing.
На чертеже представлена структурная схема системы мониторинга переходных режимов в энергообъединении по данным цифровых регистраторов для частного случая использования двух цепей формирования и обработки данных.The drawing shows a structural diagram of a system for monitoring transient conditions in an energy connection according to the data of digital recorders for the special case of using two chains of data formation and processing.
Система мониторинга переходных режимов в энергообъединении по данным цифровых регистраторов (пример использования двух цепей формирования и обработки данных) содержит две цепи 1-1 и 1-2 формирования и обработки данных, каждая из которых включает последовательно соединенные цифровой датчик 2 и запоминающее устройство 3.The transient monitoring system in the energy connection according to the data of digital recorders (an example of using two data generation and processing circuits) contains two data generation and processing circuits 1-1 and 1-2, each of which includes a
Кроме того, каждая из цепей 1-1 и 1-2 формирования и обработки данных содержит блок 4 подготовки и преобразования формата данных, вход которого соединен с выходом запоминающего устройства 3, блок 5 верификации и контроля данных, вход которого соединен с выходом блока 4 подготовки и преобразования формата данных, блок 6 изменения шага дискретизации, вход которого соединен с выходом блока 5 верификации и контроля данных, блок 7 определения спектра плотности мощности, вход которого соединен с выходом блока 6 изменения шага дискретизации, анализатор 8 спектра, вход которого соединен с выходом блока 7 определения спектра плотности мощности, блок 9 фильтрации данных, первый вход которого соединен с выходом анализатора 8 спектра, а второй вход соединен с выходом блока 6 изменения шага дискретизации, блок 10 расчета автокорреляционной функции и блок 11 определения амплитуд и фаз гармоник, вход которого объединен с входом блока 10 расчета автокорреляционной функции и соединен с выходом блока 9 фильтрации данных, а выход - является выходом соответствующей цепи 1-1 (1-2) формирования и обработки данных, при этом, входы блока 12 расчета функции взаимной корреляции соединены с выходами, по крайней мере, двух цепей 1-1 и 1-2 формирования и обработки данных.In addition, each of the chains 1-1 and 1-2 of the formation and processing of data contains a
В более общем случае, когда в системе используется боле двух цепей формирования и обработки данных, входы блока 12 расчета функции взаимной корреляции соединены с выходами, по крайней мере, двух цепей формирования и обработки данных, или используется отдельный блок для каждой пары цепей 1-1 и 1-2 формирования и обработки данных или используется коммутатор, обеспечивающий подключение блока 12 к требуемым парам цепей.In a more general case, when the system uses more than two data generation and processing circuits, the inputs of the cross-correlation
Система, помимо стандартных элементов (цифровые датчики, запоминающие устройства) содержит и элементы, охарактеризованные на функциональном уровне, и описываемая форма их реализации предполагает использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому ниже представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения такими средством конкретных предписываемых им в составе данной системы функции, в том числе вычислительные алгоритмы и соответствующие математические выражения.The system, in addition to standard elements (digital sensors, storage devices) also contains elements that are characterized at the functional level, and the described form of their implementation involves the use of a programmable (customizable) multifunctional tool, therefore, below is presented information confirming the possibility of such a tool performing the specific instructions This system functions, including computational algorithms and corresponding mathematical expressions.
Работает система мониторинга переходных режимов в энергообъединении по данным цифровых регистраторов следующим образом.The system for monitoring transient conditions in the power supply according to the data of digital recorders is operating as follows.
Система относится к специализированным устройствам вычислительной техники и может быть использована при мониторинге переходных режимов в энергообъединении, в частности, спектрального анализа результатов полученных векторных измерений и функцию взаимной корреляции. Такой анализ позволит выявить источники и причины возникновения низкочастотных колебаний и разработать, при необходимости, рекомендации по их устранению путем коррекции рабочих настроек системных стабилизаторов автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) генераторов или установки дополнительных системных стабилизаторов на конкретных генераторах при их модернизации или реконструкции.The system belongs to specialized computing devices and can be used to monitor transient conditions in an energy combination, in particular, spectral analysis of the results of vector measurements and the cross-correlation function. Such an analysis will allow to identify the sources and causes of low-frequency oscillations and develop, if necessary, recommendations for their elimination by correcting the operating settings of the system stabilizers of automatic excitation regulators (ARVs) of generators or installing additional system stabilizers on specific generators during their modernization or reconstruction.
Результаты измерений от цифровых датчиков 2, установленных на контролируемых объектах энергообъединений (генераторах) за длительный период измерений поступают в запоминающие устройства 3.The measurement results from
Блок 4 подготовки и преобразования формата исходных данных каждой из цепей формирования и обработки данных производит чтение информации из запоминающего устройства и ее преобразование в требуемый, используемый при дальнейшей обработке, двоичный формат.
В этом же блоке могут производиться предварительные преобразования, к которым относится устранение скачков в показаниях абсолютного угла напряжения прямой последовательности (под скачком здесь понимается разность двух соседних показаний, превышающая 180°) и удаление постоянного смещения 50 Гц в показаниях частоты.In the same block, preliminary transformations can be performed, which include the elimination of jumps in the readings of the absolute angle of the direct sequence voltage (the jump here means the difference of two adjacent readings exceeding 180 °) and the removal of a constant bias of 50 Hz in the frequency readings.
Скачки обусловлены ограничением диапазона показаний пределами 0-360°. Сам абсолютный угол напряжения прямой последовательности изменяется непрерывно, поэтому, для предупреждения искажений при спектральном анализе необходимо исключить скачки показаний. Это возможно, так как спектральный анализ осуществляется на ограниченном диапазоне времен. Для этого последовательно просматриваются пары соседних показаний абсолютных углов. Если разность текущего и предыдущего показания больше 180°, то из текущего и всех последующих показаний вычитают 360°. Наоборот, если эта разность меньше 180°, текущее и все остальные показания увеличивают на 360°.The jumps are due to the limited range of readings to 0-360 °. The absolute angle of the direct sequence voltage itself changes continuously, therefore, to prevent distortions in the spectral analysis, it is necessary to exclude jumps in the readings. This is possible because spectral analysis is carried out over a limited time range. For this, pairs of adjacent readings of absolute angles are sequentially scanned. If the difference between the current and previous readings is greater than 180 °, then 360 ° is subtracted from the current and all subsequent readings. On the contrary, if this difference is less than 180 °, the current and all other readings are increased by 360 °.
После проведенной коррекции просматривают полученные результаты, и изменяют, при необходимости, все показания на величину кратную 360° так, чтобы разность максимального и модуля минимального значения не превышала 360°. Таким образом, показания абсолютного угла напряжения прямой последовательности будет оставаться в приемлемых границах.After the correction, the results are reviewed, and, if necessary, all readings are changed by a multiple of 360 ° so that the difference between the maximum and the minimum module does not exceed 360 °. Thus, the indications of the absolute angle of the voltage of the direct sequence will remain within acceptable limits.
Изменения показаний частоты по сравнению со средним ее значением очень малы, что может привести к потере точности при расчетах. Поэтому целесообразно перейти к отклонениям от 50 Гц с заменой Гц на мГц, т.е. умножению результата на 1000.Changes in the frequency readings compared to its average value are very small, which can lead to a loss of accuracy in the calculations. Therefore, it is advisable to switch to deviations from 50 Hz with the replacement of Hz by MHz, i.e. multiplying the result by 1000.
Исходные данные могут содержать следующие параметры электрического режима, передаваемые от цифровых датчиков в запоминающие устройства 3:The source data may contain the following parameters of the electric mode transmitted from the digital sensors to the storage device 3:
- мгновенное значение абсолютного угла напряжения прямой последовательности δ;- the instantaneous value of the absolute angle of the voltage of the direct sequence δ;
- мгновенное значение напряжения прямой последовательности U;is the instantaneous voltage of the direct sequence voltage U;
- мгновенное значение тока прямой последовательности I;is the instantaneous value of the direct sequence current I;
- значение частоты электрического тока f;- the value of the frequency of the electric current f;
- астрономическое время Т;- astronomical time T;
- значение активной мощности Р;- value of active power P;
- значение реактивной мощности Q.- value of reactive power Q.
Для каждого параметра формируется задание на чтение из запоминающего устройства, содержащее:For each parameter, a task for reading from the storage device is generated, containing:
- идентификационный номер;- an identification number;
- параметр.- parameter.
Кроме указания объектов и параметров, формируются данные о начале и конце выборки:In addition to specifying objects and parameters, data is generated about the beginning and end of the sample:
- дата начала выборки данных (по формату день, месяц, год, часы, минуты, секунды);- date of the start of data sampling (in the format day, month, year, hours, minutes, seconds);
- дата конца выборки (день, месяц, год, часы, минуты, секунды).- end date of the sample (day, month, year, hours, minutes, seconds).
При циклической обработке данных этот диапазон разбивается на ряд поддиапазонов с длительностью, равной периоду обработки данных.During cyclic data processing, this range is divided into a number of subbands with a duration equal to the data processing period.
По результатам чтения из базы данных запоминающего устройства 3 формируется список удовлетворенных запросов и соответствующий двоичный массив данных, длина которого пропорциональна периоду обработки данных при циклической обработке, или диапазону выборки - при отсутствии циклической обработки. Таким образом, параметры, по которым на момент запроса не было данных, из списка обрабатываемых параметров исключены.Based on the results of reading from the database of the
Блок 5 верификации и контроля исходных данных преобразует массив с исходными данными в форму, пригодную для дальнейшего анализа. В частности, производится выявление аномальных измерений (промахов) в массиве данных.
Важную роль играют статистические критерии, предназначенные для выделения аномальных результатов измерений (выбросов). В системе может быть использован критерий Граббса, применяемый для проверки на аномальность (для оценки анормальности) выделяющихся результатов измерений, как большинство существующих критериев отбраковки "подозрительных" данных, опирается на предположение о принадлежности наблюдаемых случайных величин нормальному закону. Статистики критерия Граббса предусматривают возможность проверки на наличие в выборке либо одного аномального результата измерения (наименьшего или наибольшего), либо двух (двух наименьших в выборке или двух наибольших).An important role is played by statistical criteria designed to highlight abnormal results of measurements (emissions). The system can use the Grubbs criterion, which is used to check for anomalies (to assess abnormalities) of the distinguished measurement results, like most existing criteria for rejecting "suspicious" data, based on the assumption that the observed random variables belong to the normal law. The statistics of the Grubbs criterion provide the possibility of checking for the presence in the sample of either one anomalous measurement result (smallest or largest), or two (two smallest in the sample or two largest).
При использовании критериев Граббса наблюдаемая выборка упорядочена по возрастанию.Using the Grubbs criteria, the observed sample is ordered in increasing order.
Пусть Х1, Х2,…,Xn - наблюдаемая выборка, Х(1)≤Х(2)≤…Х(n) - построенный по ней вариационный ряд.Let X 1 , X 2 , ..., X n be the observed sample, X (1) ≤X (2) ≤ ... X (n) is the variational series constructed from it.
При проверке выброс наибольшего выборочного значения Х(n) статистика критерия Граббса имеет вид:When checking the outlier of the largest sample value X (n), the statistics of the Grubbs criterion has the form:
Gn=(X(n)-X)/SG n = (X (n) -X) / S
где: Where:
При проверке на выброс наименьшего выборочного значения вычисляемая статистика принимает видWhen checking for the emission of the smallest sample value, the calculated statistics takes the form
Максимальный или минимальный элемент выборки считается выбросом, если значение соответствующей статистики превысит критическое: Gn≥Gn,1-α или G1≥G1,1-α, где α - задаваемый уровень значимости.The maximum or minimum sample element is considered an outlier if the value of the corresponding statistics exceeds the critical: G n ≥G n, 1-α or G 1 ≥G 1,1-α , where α is the specified significance level.
При проверке на выброс одновременно двух наибольших значений статистика критерия Граббса имеет видWhen checking for the emission of the two highest values simultaneously, the statistics of the Grubbs criterion has the form
где Where
Для проверки на выброс одновременно двух наименьших величин статистика критерия принимает вид:To test for the emission of simultaneously the two smallest values, the statistic of the criterion takes the form:
где: Where:
Оба значения считаются выбросами, если значение соответствующей статистики окажется ниже критического:. G<Gα.Both values are considered outliers if the value of the relevant statistics is below critical :. G <G α .
Статистика для проверки на аномальность одновременно минимального и максимального выборочных значений формируется в соответствии с соотношением:The statistics for checking for anomalies of both the minimum and maximum sample values are generated in accordance with the ratio:
где: Where:
Оба значения считаются выбросами при заданном уровне значимости α, если вычисленное по выборке значение статистики окажется ниже критического: G1,n<G1,n,α.Both values are considered outliers for a given significance level α, if the statistic value calculated from the sample is below the critical value: G 1, n <G 1, n, α .
В системе можно использовать табличные значения для выборок с длиной из диапазона n=5-30 и 5 уровней значимости, равные в процентном выражении: 0.1, 0.5, 1, 5 и 10.In the system, tabular values can be used for samples with a length from the range n = 5-30 and 5 significance levels, equal in percentage terms: 0.1, 0.5, 1, 5, and 10.
Отсутствие аномального выброса для одной статистики не гарантирует его отсутствие для другой. Если был обнаружен аномальный выброс (выбросы), то он удаляется из тестируемого отрезка и производится повторный контроль для укороченного отрезка.The absence of an abnormal outlier for one statistic does not guarantee its absence for another. If an abnormal outlier (outliers) has been detected, then it is removed from the test section and repeated control is performed for the shortened section.
Выбор длины тестируемых отрезков и уровня значимости проводится экспериментально.The choice of the length of the tested segments and the significance level is carried out experimentally.
Для цифровых датчиков при измерении абсолютного угла характерно наличие скачков, связанных с выходом показаний за пределы 360°. Поскольку длины обрабатываемых массивов конечны, скачки могут быть устранены добавлением или вычитанием из показаний величины кратной 360°. Если коррекция проводится до устранения промахов, то необходимо анализировать поведение их окружения. При частоте опроса цифровых датчиков в 50 Гц диапазон передаваемых частот составляет 25 Гц. Исследуемые частоты не превышают 1 Гц. Для увеличения скорости работы блоков системы может оказаться целесообразным увеличение шага дискретизации по времени, т.е. производить децимацию исходных выборок, совмещенную со сглаживанием для предотвращения подмены частот при прореживании данных.When measuring absolute angle, digital sensors are characterized by the presence of jumps associated with the readings beyond 360 °. Since the lengths of the processed arrays are finite, jumps can be eliminated by adding or subtracting a multiple of 360 ° from the readings. If the correction is carried out before the elimination of mistakes, it is necessary to analyze the behavior of their environment. At a sampling frequency of digital sensors of 50 Hz, the range of transmitted frequencies is 25 Hz. The studied frequencies do not exceed 1 Hz. To increase the speed of the system blocks, it may be appropriate to increase the sampling time step, i.e. to decimate the initial samples, combined with smoothing to prevent frequency swapping during data thinning.
Объем формируемой входной выборки определяется периодом выдачи результатов анализа. Объем обрабатываемой выборки может быть больше. Поэтому, в общем случае, старые данные, при поступлении новой информации, заменяются не полностью, а сдвигаются на соответствующую величину, чтобы освободить место новым данным. В начале работы может понадобиться несколько шагов для заполнения массивов до готовности к дальнейшей обработке.The volume of the generated input sample is determined by the period of the analysis results. The volume of the processed sample may be larger. Therefore, in the general case, old data, when new information is received, are not completely replaced, but are shifted by the corresponding amount to free up space for new data. At the beginning of the work, several steps may be required to fill the arrays until they are ready for further processing.
Параметры, измеряемые современными цифровыми датчиками 2, имеют шаг дискретизации по времени равный 20 мс. Такой шаг позволяет изучать спектральные свойства сигналов до 25 Гц. Значимые частоты низкочастотных колебаний в энергосистеме не превышают нескольких герц. Для увеличения скорости работы узлов и компонентов предложенного устройства и самого устройства в целом может оказаться целесообразных увеличить шаг дискретизации по времени, т.е. произвести децимацию исходных выборок. Например, может быть использован один дополнительный шаг дискретизации - 100 мс. Переход к этому шагу в блоке 6 изменения шага дискретизации легко реализуется - последовательность пяти измерений заменяется одним средним значением, которое присваивается средней точке пятерки. Так, например, отсчет для 100 мс будет формироваться как среднее отсчетов для 60, 80, 100, 120 и 140 мс. Чтобы сохранить первое значение в массиве данных с нулевым временным смещением, можно принять его исходное значение. Предельная частота для массивов с шагом 100 мс - 5 Гц.The parameters measured by modern
Определение (расчет) спектра плотности мощности в блоке 7 производится с помощью дискретного преобразования Фурье. Для уменьшения влияния «боковых лепестков», связанного с ограниченной длиной обрабатываемых массивов информации, используются окна. Окна уменьшают искажение спектра плотности мощности, но с другой стороны, ухудшают разрешающую способность метода. Чем эффективнее окно подавляет «боковые лепестки», тем ниже разрешающая способность. В системе предусмотрено на выбор несколько видов окон - прямоугольное окно, приподнятый косинус (окно Хемминга) и взвешенные косинусы (окно Наттолла).The determination (calculation) of the power density spectrum in
Могут быть использованы алгоритмы быстрого преобразования Фурье (БПФ) для последовательностей произвольных длин, но наиболее эффективными остаются алгоритмы для случаев, когда длина кратна 2. Массивы такой длины можно получить добавлением нулей к основной последовательности. При этом изменяется и шаг по частоте полученного спектра плотности мощности.Fast Fourier Transform (FFT) algorithms can be used for sequences of arbitrary lengths, but the most effective algorithms remain when the length is a multiple of 2. Arrays of this length can be obtained by adding zeros to the main sequence. In this case, the frequency step of the obtained power density spectrum also changes.
Блок 7 определения спектра мощности осуществляет поиск частот с повышенной плотностью спектральной характеристики, как правило, 2-3 значения.
Используется дискретный вариант преобразования Фурье:A discrete Fourier transform is used:
где Δt - шаг квантования по времени; x(i)=x(i·Δt) - отсчеты исходного процесса, умноженные на значения оконной функции w(i); Т - длительность исходного процесса; ΔF=1/T - шаг квантования по частоте; N=T/Δt -количество отсчетов исходного процесса; X(k)=X(k·ΔF) - точки преобразования Фурье для процесса в частотной области.where Δt is the time quantization step; x (i) = x (i · Δt) - samples of the initial process multiplied by the values of the window function w (i); T is the duration of the initial process; ΔF = 1 / T is the quantization step in frequency; N = T / Δt is the number of samples of the initial process; X (k) = X (k · ΔF) are the Fourier transform points for the process in the frequency domain.
Для вычисления используется быстрое преобразование Фурье. В алгоритме вместо того, чтобы вещественную функцию, рассматривать, как комплексную с нулевой мнимой частью, повышают скорость в два раза за счет сведения задачи к задаче с два раза меньшим числом значений, но ненулевой мнимой частью. Алгоритм работает с последовательностями, длина которых кратна 2. Существуют методы БПФ для любой длины последовательностей, но их быстродействие меньше. Чтобы привести исходную последовательность к нужной длине, ее можно дополнить нулями.The calculation uses the fast Fourier transform. In the algorithm, instead of considering the real function as complex with the zero imaginary part, the speed is doubled by reducing the problem to a problem with two times fewer values, but a nonzero imaginary part. The algorithm works with sequences whose length is a multiple of 2. There are FFT methods for any length of sequences, but their speed is less. To bring the original sequence to the desired length, it can be padded with zeros.
Рассматриваются три вида окон: прямоугольное, приподнятый косинус (окно Хемминга) и взвешенные косинусы (окно Наттолла). Прямоугольное окно по существу означает преобразование исходного процесса без усреднения, и приведено здесь для сравнения.Three types of windows are considered: rectangular, raised cosine (Hamming window) and weighted cosines (Nuttall window). A rectangular window essentially means transforming the original process without averaging, and is given here for comparison.
Окно Хемминга:Hamming Window:
w(n)=0.54+0.46cos(2π[n]),w (n) = 0.54 + 0.46cos (2π [n]),
окно Наттолла:Nuttall window:
w(n)=0.3635819+0.4891775cos(2πt[n])+0.1365995cos(4πt[n])+0.0106411cos(6πt[n]),w (n) = 0.3635819 + 0.4891775cos (2πt [n]) + 0.1365995cos (4πt [n]) + 0.0106411cos (6πt [n]),
где: t[n]=(n-(N-1)/2)/(N-1), 0≤n≤N-l.where: t [n] = (n- (N-1) / 2) / (N-1), 0≤n≤N-l.
Если последовательность была продолжена нулями, то в качестве длины N при расчете весовых коэффициентов окна следует использовать длину исходной последовательности.If the sequence was continued by zeros, then the length of the initial sequence should be used as the length N when calculating the window weighting coefficients.
По полученному спектру может быть вычислена спектральная плотность мощности Р(k) по формуле:From the obtained spectrum, the power spectral density P (k) can be calculated by the formula:
Спектр сигнала может иметь линейчатый характер, в нем многочисленные локальные максимумы чередуются с минимумами, так что для выделения интересующих областей спектра необходимо произвести предварительную обработку полученной зависимости. Этот процесс осуществляется в анализаторе 8 спектра.The spectrum of the signal can be linear in nature, in it numerous local maxima alternate with minima, so in order to highlight areas of the spectrum of interest, it is necessary to pre-process the obtained dependence. This process is carried out in the
Колебания, эффективная амплитуда которых меньше критической заданной величины удаляются из списка фильтров. Критические значения амплитуд указаны для каждого параметра в файле конфигурации.Oscillations whose effective amplitude is less than the critical specified value are removed from the filter list. Critical amplitudes are indicated for each parameter in the configuration file.
Локальный максимум для наименьшей частоты соответствует тренду, и может быть из списка удален. Колебания, эффективная амплитуда которых меньше заданной величины, удаляются из полученного списка.The local maximum for the lowest frequency corresponds to the trend, and can be removed from the list. Oscillations whose effective amplitude is less than a given value are removed from the list.
Блок 9 фильтрации спектра осуществляет выделение сигналов на частотах с повышенной спектральной плотностью, список которых был определен анализатором 8 спектра. Для каждой частоты рассчитываются параметры соответствующего симметричного нерекурсивного полосового фильтра.
Для расчета задаются ширина полосы пропускания, ширина переходной зоны и размах допустимых пульсаций в полосе пропускания и задерживания. Ширина полос пропускания выбирается таким образом, чтобы полосы пропускания разных фильтров не пересекались.For the calculation, the bandwidth, the width of the transition zone and the amplitude of the allowable ripple in the passband and delay are set. The bandwidth is selected so that the bandwidths of different filters do not overlap.
Блок 10 расчета автокорреляционных функций вычисляет автокорреляционные функции по сигналам, формируемым 9 блоком фильтрации данных. Для стационарного случайного процесса значения автокорреляционной функции стремятся к нулю. Если в сигнале имеется незатухающая колебательная составляющая, значения автокорреляционной функции приобретают периодический характер. Автокорреляционная функция имеет размерность мощности, так что по амплитуде ее колебаний можно судить об амплитуде колебательной составляющей сигнала. Частота колебаний автокорреляционной функции соответствует частоте колебательной составляющей. В действительности и амплитуда, и частота колебаний изменяются, так что можно использовать только их средние значения.The
Корреляционная функция характеризует связь значений функций во времени. При сравнении функции самой с собой, функцию называют автокорреляционной функцией, при сравнении разных функций, функцией взаимной корреляции. При сравнении не самих значений функции, а отклонений от среднего значения, говорят о ковариации. Поскольку в данном случае корреляционная функция вычисляется для функций, отфильтрованным полосовым фильтром, имеющим нулевое среднее значение, это различие не существенно.The correlation function characterizes the relationship of the values of functions in time. When comparing a function with itself, a function is called an autocorrelation function, when comparing different functions, a cross-correlation function. When comparing not the values of the function themselves, but deviations from the average value, we speak of covariance. Since in this case the correlation function is calculated for functions filtered by a band-pass filter having a zero mean value, this difference is not significant.
Корреляционную функцию определяют как математическое ожидание произведения значений функций. В качестве оценки корреляции последовательностей одинаковой длины x(i), y(i), i=0, 1.…N-1, используют формулу:The correlation function is defined as the mathematical expectation of the product of the values of the functions. As an estimate of the correlation of sequences of the same length x (i), y (i), i = 0, 1. ... N-1, use the formula:
Здесь i - запаздывание, выраженное в шагах сетки. Умножая на шаг сетки, можно получить запаздывание в единицах времени τ. В случае автокорреляции выражение sxx(0) совпадает с дисперсией сигналах.Here i is the delay expressed in steps of the grid. Multiplying by the grid step, we can obtain the delay in units of time τ. In the case of autocorrelation, the expression s xx (0) coincides with the dispersion of the signals.
Запаздывание может быть отрицательным. В то же время легко видеть, что при отрицательном i появятся члены, выходящие за пределы заданных последовательностей. Поэтому для этого случая удобнее модифицировать формулу следующим образом:The delay may be negative. At the same time, it is easy to see that for negative i there will appear terms that go beyond the given sequences. Therefore, for this case it is more convenient to modify the formula as follows:
Для расчетов удобно использовать другую функцию:For calculations, it is convenient to use another function:
Предполагается, что функции x() и y() в двух последних соотношениях равны нулю за пределами отрезка [0,N-1], Как и в предыдущем случае свертки сигналов, можно использовать БПФ. Поскольку спектр корреляции функций можно получить покомпонентным умножением спектра сигнала х(p) на сопряженный спектр сигнала у(p). Это свойство позволяет провести БПФ (за время порядка N·log2N), покомпонентно перемножить полученные наборы комплексных чисел, затем провести обратное преобразование для получения требуемой корреляционной функции.It is assumed that the functions x () and y () in the last two relations are equal to zero outside the interval [0, N-1]. As in the previous case of signal convolution, FFT can be used. Since the correlation spectrum of functions can be obtained by component-wise multiplication of the spectrum of the signal x (p) by the conjugate spectrum of the signal y (p). This property allows one to perform an FFT (in a time of the order of N · log 2 N), component-wise multiply the obtained sets of complex numbers, and then perform the inverse transformation to obtain the required correlation function.
После вычисления corr(x,y)i можно определить sxy(i) по формуле:After calculating corr (x, y) i, we can determine s xy (i) by the formula:
В блоке 11 определяются амплитуды и фазы гармоник, выделенных блоком 9 фильтрации.In
Блок 12 расчета функций взаимной корреляции для заданных пар объектов контроля энергообъединения, на которых расположены цифровые датчики 2, результаты измерений которых поступают в соответствующие им запоминающие устройства 3, в блоке 12 вычисляются функции взаимной корреляции, Это позволяет по сдвигу максимума определить направление источника возмущений при их наличии.
Таким образом, за счет расширений арсенала технических средств обеспечивается расширение функциональных возможностей системы при обработке и анализе данных цифровых регистраторов, поскольку реализуется дополнительная возможность проведения спектрального анализа результатов полученных векторных измерений и оценки функции взаимной корреляции при мониторинге переходных режимов в энергообъединении. Причем, благодаря использованию введенного блока изменения шага дискретизации возникает возможность регулировать оперативность и точность спектрального анализа результатов полученных векторных измерений.Thus, by expanding the arsenal of technical means, it is possible to expand the system's capabilities when processing and analyzing data from digital recorders, since it provides an additional opportunity to perform spectral analysis of the results of vector measurements and evaluate the cross-correlation function when monitoring transient conditions in an energy connection. Moreover, due to the use of the introduced block for changing the sampling step, it becomes possible to control the efficiency and accuracy of the spectral analysis of the results of vector measurements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146675/08U RU125743U1 (en) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | TRANSITION MODE MONITORING SYSTEM IN POWER UNION ACCORDING TO DIGITAL RECORDERS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146675/08U RU125743U1 (en) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | TRANSITION MODE MONITORING SYSTEM IN POWER UNION ACCORDING TO DIGITAL RECORDERS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU125743U1 true RU125743U1 (en) | 2013-03-10 |
Family
ID=49124797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012146675/08U RU125743U1 (en) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | TRANSITION MODE MONITORING SYSTEM IN POWER UNION ACCORDING TO DIGITAL RECORDERS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU125743U1 (en) |
-
2012
- 2012-11-02 RU RU2012146675/08U patent/RU125743U1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zygarlicki et al. | A reduced Prony's method in power-quality analysis—parameters selection | |
Chen et al. | Extended real model of Kalman filter for time-varying harmonics estimation | |
RU2613584C2 (en) | Method and device for analyzing quality of electric power in three-phase electrical network | |
Lodetti et al. | A robust wavelet-based hybrid method for the simultaneous measurement of harmonic and supraharmonic distortion | |
KR101317476B1 (en) | Online system and method for diagnosis of partial discharge on cable | |
CN109507480B (en) | Inter-harmonic detection method and device for adjacent fundamental waves/harmonic waves | |
CN109284933B (en) | Electronic transformer state evaluation system and method based on mathematical statistics | |
CN103119453B (en) | Numerical frequency based on quadratic form is estimated | |
RU2406094C2 (en) | Method for instant determination of distortion coefficient of signals in alternating current electrical network and corresponding device | |
WO2012044975A1 (en) | Method for measurement of total harmonic distortion | |
CN105403820A (en) | On-line detection method of partial discharging signal of generator stator winding | |
RU124411U1 (en) | DIGITAL RECORDERS PROCESSING AND ANALYSIS SYSTEM FOR MONITORING TRANSITION MODES IN POWER UNION | |
Swain et al. | Weighted complex orthogonal estimator for identifying linear and non-linear continuous time models from generalised frequency response functions | |
RU125743U1 (en) | TRANSITION MODE MONITORING SYSTEM IN POWER UNION ACCORDING TO DIGITAL RECORDERS | |
Rodrigues et al. | Low-cost embedded measurement system for power quality frequency monitoring | |
CN116256566A (en) | Evaluation method for dielectric loss factor of power equipment under action of high voltage of oscillating wave | |
Kuwalek et al. | The effect of the phenomenon of “Spectrum Leakage” on the measurement of power quality parameters | |
RU2256950C2 (en) | Method for identification of linearized dynamic object | |
RU2532762C1 (en) | Method to diagnose and assess residual resource of ac electric drives | |
Shadmehr et al. | Beyond FFT algorithm in analyzing harmonics at frequency range of 2 kHz to 500 kHz | |
KR20170006067A (en) | Apparatus for estimating frequency of power system | |
RU2363005C1 (en) | Method of spectral analysis of polyharmonic signals and device to this end | |
RU2787309C1 (en) | Method for identifying multisinusoidal digital signals | |
Philip et al. | Estimation of modal parameters of low frequency oscillations in power system using Hankels total least square method | |
Evtekhova et al. | An Approach for Improving the Accuracy of Measuring the Input Signal Frequency for the Measurement Method of Three Samples |