ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ С ПОМОЩЬЮ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА часть2
27 июля 2010Процесс определения показателей качества является процедурой обработки пакета данных, состоящего из набора отсчетов по каждому каналу (3 канала токов и 3 канала напряжений), поступающих с соответствующих АЦП за время оцифровки сигнала.
В результате оцифровки сигнала пакет данных, содержащий 2048 точек по каждому каналу, поступает на вход ЦСП для дальнейшей обработки.
Для определения таких параметров качества, как действующие значения токов и напряжений основной гармоники, необходимо выделить из выборки всего сигнала первую гармонику, для чего использовалась цифровая фильтрация. Она была реализована каскадом из трех КИХ-фильтров низких частот и одного полосового фильтра. Для получения отсчетов первой гармоники использовались нерекурсивные равноволновые фильтры (КИХ-фильтры), которые не оказывают влияние на конечный массив данных (не искажают вид сигнала), что нельзя сказать о рекурсивных, которые при вычислениях существенно изменяют порядок следования данных (БИХ-фильтры). Однако при определении действующих значений использовались рекурсивные, так как конечным результатом вычислений является число.
При гармоническом анализе использовался аппарат быстрого преобразования Фурье (БПФ) как оптимизированный под ЦОС алгоритм ПФ, позволяющий сэкономить ресурсы МП, а также сократить общее время выполнения программы.
Вследствие разрывов на краях выборки (длина выборки составляет 12,8 периодов сигнала), в результатах измерений появляются высшие гармонические составляющие (ВГС). Для устранения этого эффекта на массив входных отсчетов по каждому каналу было наложено окно Кайзера.
После наложения на спектр сигнала функции окна, определяются параметры гармоник сигнала как значимо влияющих на качество электрической энергии.
Основной алгоритм гармонического анализа состоит в поиске среди отсчетов спектра сигнала тех, которые определяют положение
первой и высших гармоник. Вследствие дискретности сигнала, его зашумленности и ограниченности окна наблюдения положение гармоники основной частоты может меняться в некоторой окрестности отсчета под номером, равным ширине окна наблюдения в периодах сигнала (а именно 13).
На первом этапе по максимальному значению спектра ведется предварительная оценка положения первой гармоники. Однако, из-за той же дискретности, точность данного поиска составляет всего 1/26 от частоты сигнала.
Для повышения точности оценки положения основной гармоники на втором этапе исследуемая область (в диапазоне от минус 0,5 до плюс 0,5 от принятого ее положения в предыдущем этапе) разбивается на подынтервалы. В новом диапазоне ведется анализ коэффициента корреляции текущего положения отсчетов с идеальным, смещенным на определенную долю отсчета (так как в качестве функции окна применялось окно Кайзера, то идеальное расположение отсчетов будет соответствовать главному лепестку его спектра). По максимальному значению коэффициента делается вывод о действительном положении первой (основ-нойО) цгаернмкаонфикаиз.ы первой гармоники производится при допущении, что в области максимума амплитуды гармоники ее изменение линейно. Единственное, что учитывается в расчете – это смещение, вносимое окном Кайзера в данном отсчете. Значение фазы аппроксимируется двумя точкам слева и справа от максимума амплитуды гармоники.