Автор: Файфер Лилия Андреевна

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №14 (118) июль-2 2016 г.

Дата публикации: 19.07.2016

Статья просмотрена: 34 раза

Библиографическое описание:

Файфер Л. А. Применение вейвлет-преобразования для идентификации высокочастотных составляющих // Молодой ученый. — 2016. — №14. — С. 186-189.



Термин вейвлет ввели в своей статье Гроссманн и Морле в середине 80-х годов XX века связано было это с анализом свойств сейсмических и акустических сигналов. Их работа стала началом интенсивного изучения вейвлетов в последующее десятилетие рядом таких учёных, как Добеши (Dobechies), Мейер (Meyer), Малл (Mallat), Фарж (Farge), Чуи (Chui) [1].

В переводе с английского wavelet — всплеск. Вейвлеты представляют собой функции в виде маленьких волн (всплесков) с нулевым интегральным значением и имеющими локализацию по оси переменной (t или x), способность к сдвигу и масштабированию (сжатию или растяжению).

Существует большое разнообразие типов вейвлетов. Но на практике пользуются вейвлетом Хаара. Так как он является самым простым и хорошо локализованным во временной области.

Мы же в дальнейшем будем пользоваться вейвлетом Добеши. Данный вейвлет является несимметричным и широко используемым на практике.

В настоящее время большую популярность для анализа нестационарных режимов в электроэнергетике приобрело вейвлет-преобразование. Существует несколько видов вейвлет-преобразований.

Но в основе любого лежат две непрерывных и зависящих друг от друга функции, которые интегрируются по некоторой переменной. Эти функции носят названия вейвлет-функции и масштабирующей функцией.

Для наглядности понимания двух функций рассмотри самый простой тип вейвлета- вейвлет Хаара. На рисунке 1 представлены масштабирующая и детализирующая функции (вейвлет-функция) вейвлета Хаара.

Рис. 1. Масштабирующая и детализирующая функции вейвлета Хаара

Также приведём данные функции и для вейвлета Добеши второго порядка, представленные на рисунке 2.

Рис. 2. Масштабирующая и детализирующая функции вейвлета Добеши

Проблема высших гармоник и интергармоник в электроэнергетике.

Внимание в данный момент приобретает обеспечение качества электроэнергии, которая должна соблюдать определённые требования. Из-за постоянного роста количества электрических приёмников возникают высшие гармоники. А составляющие гармоник тока и напряжения ведут в свою очередь к возникновению проблем качества электрической энергии. Когда происходит отклонение напряжения от номинального значения происходит увеличение потребляемой мощности. То есть наличие в сигналах высших гармоник и интергармоник ведёт к увеличению мощности.

Эффекты, вызываемые высшими гармониками напряжения и тока.

Все эффекты можно разделить на две группы: мгновенного и длительного возникновения.

Проблемы мгновенного возникновения включают:

1. Искажение формы питающего напряжения.

2. Падение напряжения в распределительной сети.

3. Эффект гармоник, кратных трем.

4. Резонансные явления на частотах высших гармоник.

5. Повышенный акустический шум в электромагнитном оборудовании.

6. Вибрация в электромашинных системах.

Проблемы длительного возникновения включают:

1. Нагрев и дополнительные потери в трансформаторах и электрических машинах.

2. Нагрев конденсаторов.

3. Нагрев кабелей распределительной сети.

Интергармоники также, как и высшие гармоники оказывают влияние на электроэнергетическую систему, но их влияние всё же сильнее. Так как из-за появления интергармоник образуются потери мощности электрической энергии.

Источниками интергармоник являются люминесцентные лампы, сварочные аппараты, электроприводы и др. (рисунке 3).

Рис. 3. Источники интергармонических составляющих

Согласно ГОСТу 32144–2013 нормирование интергармонки в России не производится.

Поэтому для исследования показателей качества электроэнергии большое значение имеет идентификация как высокочастотных составляющих, так и интергармонических.

Идентификация высокочастотных составляющих.

Собрав имитационную модель узла нагрузки системы электроснабжения в Matlab и Simulink. Используя литературу [2]. Снимем с показаний осциллографа графики токов и напряжений, которые представлены на рисунке 4.

Рис.4. Графики токов и напряжений, снятые с показания осциллографа

На рисунке 4 изображены графики токов и напряжений. Отметим, что на графике токов явно выражено влияние нелинейной нагрузки. А на графике напряжений наличие гармоник невозможно увидеть. Попробуем решить эту проблему с помощью вейвлет-преобразования.

Проведём вейвлет-преобразование полученных сигналов тока (рисунок 6) и напряжения (рисунок 5) вейвлетом Добеши второго порядка (db2) до 5 уровня.

Рис. 5. Разложение сигнала напряжения

Рис. 6. Разложение сигнала тока

Поэтому мы заметили, что при вейвлет-преобразовании учитываются гармонические составляющие как в графике тока, так и в графике напряжения. Также при использовании вейвлет-преобразования мы можем определить точное время, когда происходит изменение нормального режима, то есть подключение нагрузки. Наличие нагрузки заметно на амплитудном значении тока и подключение нелинейной нагрузки, которая видна по искажению кривой тока.

Вывод.На данный момент важным является обеспечение качества электроэнергии, которая должна соблюдать определённые требования. Из-за постоянного роста количества электрических приёмников возникают высшие гармоники. В данной статье показано, что с помощью вейвлет-преобразование можно обнаружить высокочастотные составляющие и избежать негативного влияния.

Литература:

  1. Дьяконов, В. П. От теории к практике. Вейвлеты [Текст]: учебное пособие / А. Н. Дьяконов. — М: Салон-Р. — 2003. — 440 с.
  2. Черных, И. В. Моделирование электротехнических устройств в MatlabSimPowerSystems и Simulink [Текст] / И. В. Черных. — М.: ДМК Пресс. — 2007. -288 с.
Основные термины (генерируются автоматически): высших гармоник, высшие гармоники, детализирующая функции вейвлета, качества электроэнергии, Добеши второго порядка, количества электрических приёмников, роста количества электрических, постоянного роста количества, обеспечение качества электроэнергии, вейвлета Хаара, функции вейвлета Хаара, гармоник тока, напряжений наличие гармоник, Проблема высших гармоник, нелинейной нагрузки, вейвлета Добеши, сигналах высших гармоник, частотах высших гармоник, длительного возникновения, Разложение сигнала напряжения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос