Электронный каталог НБ БНТУ

Статья

Румянцев, Ю.В.
Быстродействующий метод определения амплитуды сигнала в микропроцессорных системах автоматизации и управления при колебаниях частоты = A Fast-Response Method for Determining the Amplitude of a Signal in Microprocessor Automation and Control Systems with Frequency Fluctuations / Ю. В. Румянцев, Ф. А. Романюк, В. Ю. Румянцев. – DOI 10.21122/1029-7448-2024-67-1-5-15 // Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ - Энергетика. – 2024. – Т. 67, № 1. – С. 5-15. – Режим доступа : https://rep.bntu.by/handle/data/140993. – На рус. яз.

В микропроцессорных системах автоматизации и управления в качестве информационных параметров контролируемых величин широко используются амплитудные (действующие) значения основной гармоники входных сигналов. Наиболее часто они определяются по выборкам одной или пары ортогональных составляющих сигнала, для формирования которых преимущественно применяются цифровые фильтры Фурье и их модификации. При номинальной частоте в энергосистеме указанные фильтры обеспечивают достоверное получение амплитуды сигнала без дополнительной погрешности. В случае отклонения частоты от номинальной количество выборок за период сигнала не является целым числом и дискретизация становится асинхронной. Вследствие этого в амплитуде сигнала появляется соответствующая погрешность, а ее изменение приобретает колебательный характер. При незначительных колебаниях частоты в нормальном режиме погрешность амплитуды несущественна. Однако в анормальных ситуациях частота может иметь значительные вариации. При этом в критических ситуациях не исключены отказ систем автоматизации и управления, а также некорректная работа их функциональных алгоритмов. Известные методы определения амплитуды сигнала при колебаниях частоты обеспечивают решение имеющейся проблемы, однако отличаются невысоким быстродействием. Предлагаемый быстродействующий метод определения амплитуды при колебаниях частоты ориентирован на использование в качестве исходной информации выборок мгновенных значений косинусной ортогональной составляющей сигнала, которые формируются с помощью соответствующего цифрового фильтра Фурье. По указанным выборкам рассчитываются динамические косинус и синус угла одной выборки, использование которых при вычислении амплитуды обеспечивает ее независимость от частоты. Обработка полученной амплитуды усилительным элементом с нелинейным коэффициентом позволяет достичь приемлемого быстродействия. Оценка эффективности предложенного решения выполнялась методом вычислительного эксперимента с помощью цифровой модели, реализованной в среде динамического моделирования MATLAB-Simulink. В качестве тестовых воздействий при этом использовались как синусоидальные входные сигналы, так и сложные, приближенные к реальным вторичным сигналам измерительных трансформаторов. В результате исследований установлено, что предлагаемый метод определения амплитуды при колебаниях частоты имеет быстродействие на уровне четверти периода и обеспечивает эффективное устранение частотной погрешности как в нагрузочных режимах, так и в режимах повреждений.
In microprocessor automation and control systems, the amplitude (effective) values of the fundamental harmonic of the input signals are widely used as information parameters of the controlled quantities. They are most often determined by samples of one or a pair of orthogonal components of the signal, for the formation of which digital Fourier filters and their modifications are mainly used. At the rated frequency in the power system, these filters ensure reliable reception of the signal amplitude without additional error. If the frequency deviates from the rated one, the number of samples per signal period is not an integer and the discretization becomes asynchronous. As a result, a corresponding error appears in the amplitude of the signal, and its change becomes oscillating. With minor frequency fluctuations in the normal mode, the amplitude error is insignificant. However, in abnormal situations, the frequency can have significant variations. At the same time, in critical situations, failure of automation and control systems, as well as incorrect operation of their functional algorithms, cannot be excluded. Known methods for determining the amplitude of a signal with frequency fluctuations provide a solution to the existing problem, but they are characterized by a slow response. The proposed high-response method for determining the amplitude during frequency fluctuations is focused on using as initial information samples of instantaneous values of the cosine orthogonal component of the signal, which are formed using an appropriate digital Fourier filter. Based on these samples, the dynamic cosine and sine of the angle of one sample are calculated, the use of which in calculating the amplitude ensures its independence from frequency. Processing of the received amplitude with an amplifying element with a nonlinear coefficient makes it possible to achieve acceptable performance. The effectiveness of the proposed solution was evaluated by a computational experiment using a digital model implemented in the MATLAB-Simulink dynamic modeling environment. In this case, both sinusoidal input signals and complex ones, close to the real secondary signals of measuring transformers, were used as test actions. As a result of the research, it was found that the proposed method for determining the amplitude during frequency fluctuations has a performance at the level of a quarter of the period and provides effective elimination of frequency error both in load modes and in damage modes.

621.316.925

общий = БД Труды научных работников БНТУ : 2024г.
труды сотрудников БНТУ = Энергетический факультет : кафедра "Электрические станции"
труды сотрудников БНТУ = Энергетика. Электроэнергетика. Теплотехника (труды)
общий = МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ
общий = ГАРМОНИКИ (физ.)
общий = ФУРЬЕ АНАЛИЗ
общий = РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
общий = ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ