הבנת איכות הכוח והפרמטרים שלה

איכות כוח (PQ) היא מונח רחב המתאר את האופן שבו מתח מועבר והתאמה נוכחית אידיאלית של סינוסאידים גלפור בתדירות והעוצמה הדירוגית.ברשתות חשמל מודרניות, סטייתות מהאידיאל הזה - כגון מתח סכיחות, swells, swellsodtons, transients, flicker וריאציות תדרים - יכול תמיד לקפל לתוך תקלות בציוד יקר, ייצור זמן, ושחיתות 11Q ארוך-טווח של חומרים אלה הפך ל- 10.

התפשטות של עומסים לא ליניאריים - זרםי תדר שניתן להבחין בהם, ממריצים, תאורה LED, אספקה בלתי ניתנת לעצירה, ומטענים לרכב חשמלי - הזרקת זרמים הרמוניים מעוותים גלפורים. באותו זמן, מקורות אנרגיה מתחדשת כגון photovoltaics סולארי ו טורבינות רוח הזרקת כוח לסירוגין, יצירת תנודות מהירות.

עיבוד אותות דיגיטליים בניתוח איכות כוח

עיבוד אותות דיגיטליים (DSP) מספק את המסגרת המתמטית להמיר מתח גולמי ודגימות נוכחיות למידע מעשי. Analog אותות מפוטנציאל וטרנספורמציה נוכחית הם דגימות על שיעורים גבוהים מספיק כדי ללכוד אירועים טרנסיים (בדרך כלל 256 עד 512 דגימות למחזור עבור 50 / 60 למערכות הרץ). לאחר דיגיטציה DSPtime אלגוריתמים כגון גודל, שלב, תוכן, זמן, וזמן-of-of-accurnce לאפשר את זה 519 התקנים היסטוריים כגון תואמים, אימות, או קריטריונים, כגון קריטריונים, תואמים קריטריונים, קריטריונים, תואמים , , קריטריונים 519 תואמים , , קריטריונים , , קריטריונים , קריטריונים תואמים , , תואמים קריטריונים , , , , , קריטריונים קריטריונים קריטריונים , , קריטריונים תואמים , , , , , , , , קריטריונים , , אלגוריתמים , , אלגוריתמים אלגוריתמים , , , , אלגוריתמים אלגוריתמים , אלגוריתמים קריטריונים תואמים אלגוריתמים , , קריטריונים קריטריונים , ,

מודרני PQ לפקחים להטביע מעבדים אותות דיגיטליים ייעודיים או מערך השערים שניתן לבצע אלגוריתמים אלה עם שקיפות נמוכה.בחירה של טכניקת DSP משפיעה ישירות על הדיוק של ניתוח הרמוני, היכולת להבחין תדירות כוח מ interharm הדדית, ואת הרגישות לטראנסים קצרי-חיים שנמשכים רק מיקרו-שניות.

שיטות מפתח של איכות כוח ניטור

Fourier Transform and the Fast Fourier Transform (FFT)

ה- Discrete Fourier Transform (DFT) מציין אות מדגימה לתארי הסינוסאידים הבולטים שלו.The Fast Fourier Transform (FFT) הוא יישום יעיל המפחית מורכבות חישובית מ- O(N2) ל- O(N) ל-O(N log NHD), מה שהופך ניתוח הרמוני בזמן אמתי של PQ יישומים, FFT הוא הכלי הסטנדרטי של מחשוב לנזקים לספקטרום האנטוני עד נזק ל- 50Dic או אפילו ל-D נזק (חומרים), ואפילו עיוותים), או עיוותים בודדים (חומרים).

עם זאת, FFT מניח אות תקופתי ואורך חלון נייח שווה למספר מחזורי (בדרך כלל 10 או 12 מחזורים עבור 50 / 60 הרץ מערכות) אירועים לא-ההההרסניים כגון מתחים, swells, או מהירות אימפולסיבית DQ נשאר מפר את ההנחה הזו, גורם דליפות ספקטרום ומיקום זמן גרוע.

זיכוך הוא הקצר-Time Fourier Transform (STFT), אשר חל על ה-FFT לחלונות חפיפה קטנים של האות, הפקת ספקטרום שמראה כיצד התוכן התדר משתנה לאורך זמן.ה-STFT ממסחר בזמן ורזולוציה תדירות בהתאם לאורך החלון: חלון קצר יותר לוכד את התדירות בדיוק אך מרחיב את התדירות; חלון ארוך יותר משפר את התדירות, אך מטושטש את התזמון, משמש לאימון הנוכחי של סטרייקט, הוא משמש למתח, החל מהפך, החל מהפך לאימון.

גללט Transform

גללט פלאט מתגבר על ההחלטה הקבועה של STFT באמצעות חלון מדרגי (ה"פילה האימה") המתרחבה ומנוסחת מעבר לסימן. תדרים נמוכים מנתחים בחלון רחב (רזולוציה בתדר טוב, החלטה בזמן גרוע), בעוד תדרים גבוהים מנתחים עם חלון צר (רזולוציה טובה, פתרון תדרים נמוכים) זה הופך את הגלים יעילים במיוחד עבור גילוי קצר, אשר לעתים קרובות מתחמיצים, כגון ברקים, כגון מגבלות זמן, ואפקטים, כגון ברקים, כגון, מגבלות זמן, כגון, מגבלות זמן טובות, מגבלות מהירות, מגבלות מהירות, ואפקטים, ואפקטים, לעתים קרובות, מגבלות מהירות, כגון, מגבלות מהירות, כגון, כגון, מגבלות מהירות, מגבלות מהירות, מגבלות מהירות, מגבלות מהירות, מגבלות מהירות, מגבלות מהירות, מגבלות מהירות, ואפקטיות).

ב- PQ ניטור, גלולט (DWT) הוא מיושם בדרך כלל עם גלונים כמו Daubechies (למשל, db4, db8) או Symlets.DWT decom מניחה את האות ל- approximation ופרטים coefficients ברזולוציה מרובות.הפרטים ללכוד רכיבים גבוה - כלומר, שבו מופיעים תופעות לוואי מדויקות על ידי קידוד כפול המכילות אפקטים מדויקים על ידי פחמן כפולים.

יישום מעשי הוא זיהוי וסיווג של צוללים מתח (sags) הנגרמת על ידי מעגלים קצרים.ניתוח Wavelet יכול להצביע על ההתחלה ואת זמני הקצה של חבל בתוך מילימטר אחד, אשר הרבה יותר גבוה מעקב RMS מבוסס FFT כי בדרך כלל דורש חלון מחזור מלא יותר, גלונים יכולים להעריך את התוכן של transient במהלך ה- sag, סיוע ניתוח שורש עם זאת, ניתוח עומס גבוה יותר מאשר גלקוחיות סטנדרטית, לעתים קרובות, הוא גבוה יותר מאשר את הביצועים של ביצועים סטנדרטיים.

פילטר

מסננים הסתגלות להתאים את האפקטיביות שלהם בזמן אמת כדי למזער אות שגיאה, בדרך כלל ההבדל בין האות בפועל לבין תגובה הרצויה.ב ניטור PQ, מסננים אדפטיים משמשים כדי לחלץ את המרכיב הבסיסי, לבטל הרמוניות, או להסיר רעש ללא ידע קודם של ההתערבות.המבנה הנפוץ ביותר הוא ביטול הרעש ההסתגלויבי, שבו אות (למשל, ההיצע) הוא מתואם את המתח הנוכחי.

האלגוריתם של Least Mean Squares (LMS) והגרסה המתואמת שלה (NLMS) פופולריים בגלל העלות הנמוכה שלהם חישובית ויציבות. עבור יישומי PQ, מסנן נוטריון אדפטיטיבי המוכוון לתדירות הבסיסית יכול לעקוב אחר וריאציות איטיות (למשל, במהלך אי של ייצור מבוזר) לייצר גל חטא קבוע לניתוח נוסף.

אתגר אחד הוא מהירות ההתכנסות: הפרעות משתנות במהירות עשויות לדרוש אלגוריתמים מתוחכמת יותר כגון כיכרות Least Recursive (RLS), המתאחדות מהר יותר, אך דורשות יותר זיכרון וכוח חישובי.מהנדסים חייבים לאזן דיוק נגד תקציב העיבוד של חומרת ניטור.

שיטות DSP אפשריות

הילברט Transform and Analytic Signal

הילברט Transform יוצר אות אנליטית שממנו amplitude המיידי, שלב, ותדירות ניתן להסיק. ב PQ, זה משמש לזיהוי ואפיון מתח מתח מתפתל, swells, ו flicker.השלב המיידי של סטייה מן התדר כוח נומינאל יכול לחשוף סיורים תדרים לטווח קצר ואת השינוי הזווית הזווית הנגרמת על ידי פגמים; לעתים קרובות הוא חישוב יעיל; הוא מונחה על ידי הפילטר יעיל; הוא לעתים קרובות עם הפילטר יעיל.

המונחים:

מודלים של המדינה-space ופילטרים Kalman מספקים estimator אופטימלי של גודל המתח, שלב, ורכיבים הרמוניים. המורחבת Kalman מסננים (EKF) ופילטרים לא ממוחזרים של Kalman (UKF) יכולים לעקוב אחר הרמוניות בזמן מנוחה עם דיוק גבוה, אפילו בנוכחות של רעש.

ניתוח השוואתי של שיטות DSP עבור PQ ניטור

בחירת טכניקת DSP הנכונה תלויה בסוג ההפרעה, זמן ורזולוציה תדירות הנדרשת, משאבים חישוביים, וציות לסטנדרטים הקיימים.השולחן להלן מסכם את ה- Tradingoffs המפתח (הוצג כטקסט מאז מאמר HTML).

  • (FLT:0 FFT / STFTFLT:1: הטוב ביותר עבור הרמוניות מצב יציב ו interharm הדדית (per IEC 61000-4-7) עני לגילוי טרנסינטי.
  • (ב) ⁇ :0 (ו) ⁇ (ה) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) פילטר מסנן 1:1: אידיאלי עבור ביטול רעש מקוון ועקב בסיסי. מהירות קונורגנס יכול להיות בעיה בשימוש בשליטה פעילה במסנן כוח.
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0KalmaneringingFLT:1): דיוק גבוה עבור זמן-varying הרמוניות ותדירות גבוהה יותר מורכבות ומאמץ כוונון מתאים ליישומים קריטיים שבהם דיוק מצדיק מעל פני השטח.

בפועל, מנתחי PQ מסחריים רבים משלבים טכניקות מרובות: גלאי גלנט הקדמי גורם להקליט אירועים, בעוד FFT מחשב ערכי RMS הרמוניים על החלק היציב של המדינה, מכשירים high-end עשויים גם ליישם מסנן קלמן למעקב תדר בסיסי ברשת חלשות.

יישומים מעשיים בתעשייה ובעדויות

מקור: Harmonic Compliance and Filter Design

צמחים תעשייתיים עם כוננים בתדר משתנה גדול או arc פרווה חייב לציית ל- IEEE 519 מגבלות על מתח וזיהומים נוכחיים. DSP מבוסס דפי ניתוחים הרמוניים מבוססי דSP לספק את הנתונים הספקטרום הדרושים כדי לעצב מסננים פגומים פסיביים או פעילים. לדוגמה, מ"ט פלדה" עשוי להתקין שילוב של מסנן פסיבי 5 ו-7th הרמוני בתוספת מסנן פעיל על ידי בקר DSP מותאם אישית.

אינטגרציה מתחדשת

סולרי טורבינות רוח וממירים חייב לעמוד בקודים רשתיים המציינים פליטה הרמונית מקסימלית ותנודות מתח (flicker) DSP טכניקות משמשים כדי לפקח על איכות הכוח בשלב של הפיכה משותפת ולהתאמה של דפוסים מעבר מונע באמצעות אלגוריתמים שליטה. Wavelet או STFT ניתוח יכול לזהות תנאים אי שבו המקור המתחדש ממשיך לזרז חלק של הרשת לאחר הפריצת השירות העיקרי נפתח.

מרכז המידע Power Conditioning

מרכזי נתונים מסתמכים על כוח לא מופרך, נקי.פ.פ.ג. על כניסה לשירות הראשי ועל יחידות חלוקת החשמל ברמת ה-rack-level (PDUs) להשתמש ב-DSP כדי לזהות סבים שיכולים לזרז את שרתי הגל המהירים המהירים יכולים לגרום להעברה אוטומטית לגיבוי סוללות בפחות ממחזור AC אחד, מניעת אובדן נתונים. PDUs מודרני גם להשתמש במסננים לא מתאימים כדי להפחית רעש משותף על ה-de על ה-ד על ה-R.

תחזוקה חיזוי של נכסים חשמליים

על ידי ניתוח החתימה ההרמונית ופעילות transient, אלגוריתמים DSP יכולים לזהות פגמים בלתי אפשריים בטרנספורמציה, מתגאגאר וכבלים.לדוגמה, מרכיב הרמוני גדל עשוי להצביע על חישוק ליבה; התפרצויות חוזרות גבוהות עשוי להציע הפרשות חלקית. פלטפורמות תחזוקה חיזוי המשתמשות בנתונים לטווח ארוך PQ מופחתות על ידי עד 40% בסקר תעשייתי.

אתגרים וכיוונים עתידיים

כרך ו- Edge Processing

הדגימות הרציפות של 512 לכל מחזור מייצרות terabytes של נתונים בשנה עבור תת-קבוצה אחת. Transmitting כל דגימות הגלם לשרת ענן הוא לא מעשי. Edge DSP - עיבוד הנתונים בתוך הצג או שער מקומי - הוא יותר ויותר מאומצ. מחסנים-שערים הניתנים לחיזוי שדה (FPGAs) ומכשירי המערכת-on-chiplet יכולים לבצע גל או קלומים בזמן מסונן (F) רק כדי לשלוח סינכרון מרכזי).

שילוב עם Machine Learning

תכונות DSP קלאסיות (FFT bins, גליון חסכוני, שלב מיידי) משמש קלט למתקני למידת מכונה אשר מזהים באופן אוטומטי סוגים של הפרעות - כגון capacitor מעבר לעומת התחלה ברק לעומת תחילת המנוע. רשתות עצביות מהפכתיות (CNN) החלים על מנת spectrogram השיגו יותר מ-95% דיוק סיווג על נתונים סטנדרטיים (למשל, , ARCQ-DQ) של אותות בדיקה מבוססי DSP.

סטנדרט והתאמה

בעוד IEEE 1159 מגדיר קטגוריות הפרעות, אין תקן אוניברסלי לאופן שבו אלגוריתמי DSP צריכים להיות מיושמים כדי לזהות אותם.יצרנים שונים עשויים לסווג את אותו סאג באופן שונה בהתבסס על כללי החלון שלהם או הגדרות סף.

זמן שליטה בזמן אמת

כמה יישומים - כגון פיצויי סדרה או שחזורי מתח דינמי - תפוקה DSP מהירה להאכיל בחזרה לתוך מעגל הכוח בתוך microthers. Wavelet ו Kalman סינון חייב להיות מיושם עם שקיפות ד"ר מודרני DSP עם אדריכלות צינורות צינורות צינורות צינורות צינורות ו- אפס-overheads הם מאפשרים הפיכה הדוקה זו, פתח את הדלת לתיקון איכות הסתגלות מלאה.

מסקנה

עיבוד אותות דיגיטלי הוא עמוד השדרה האנליטי של ניטור איכות הכוח המודרנית.FFT, גללט להפוך, סינון הסתגלות, ומדורגים מתקדמים של המדינה-מרחב-מרחב-מרחב כל אחד מהם מביא יכולות נפרדות שמטפלים בהיבטים שונים של בעיית PQ - מ מדידה הרמונית-ארצית קבועה ועד ללכידת טרנספורמטיבית תת-מילי השניות. כמו רשתות הופכות מבוזרות יותר ולא לינאריות, הביקוש לשיטות מדויקות, בזמן אמתיות רק יגבירודות את הטכניקות אלה.

התפתחויות עתידיות צפויות לראות שילוב עמוק יותר של DSP עם למידת מכונה, מחשוב קצה ופלטפורמות מדידה סטנדרטיות.בחירת השיטה המתאימה - או שילוב של שיטות - ישארו החלטה הנדסית קריטית שמאזנת דיוק, מהירות, עלות חישובית, דרישות רגולטוריות.עם המשך האבולוציה של טכנולוגיית אלגוריתם וחדשנות מוליכים למחצה, DSP תישאר אבן הפינה של הערכת איכות כוח במשך עשרות שנים לבוא.