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: baltazar.13@mail.ru

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 ..;

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

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: elizarovda@gmail.com

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