Устройство для определения спектральной плотности колебаний параметров режима электроэнергетических систем

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения спектральной плотности колебаний параметров режима электроэнергетических систем (ЭЭС) в темпе реального времени. Цель изобретения - повышение быстродействия. Для этого в устройстве предлагается применять метод быстрого преобразования Уолша (БПУ). Возникающие при этом искажения в спектральной плотности устраняются с помощью выбранной специальным образом матрицы преобразования. Общее время оценки спектральной плотности параметров режима ЭЭС в этом случае сокращается. 1 ил.

союз сОВетских социАл истине ских

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 J 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)фи. " (21) 4655959/07 (22) 27.02.89 (46) 07.05.91, Бюл. ¹ 17 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) М,А. Рабинович (53) 621.316.728 (088.8) (56) Орнов В.Г. и др. Задачи оперативного и автоматического уп равления энергосистемэми. — M.: Энергоатомиздат, 1988, Рабинер Л. и др. Теория и применение цифровой обработки сигналов, — Мир, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ КОЛ Е БАНИЙ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА .ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Изобретение относится к электротехнике. а именно к устройствам для определения характеристик параметров режима электроэнергетических систем (ЭЭС)— спектральная плотность, которая широко применяется в задачах идентификации ЭЭС как объектов управления, фильтрации и прогноза параметров режима.

Цель изобретения — повышение быстродействия устройства.

На чертеже приведена схема устройства для определения спектральной плотности параметров режима электроэнергетических систем.

Устройство содержит низкочастотный фильтр (ФНЧ) 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, первый блок 3 памяти, арифметический блок 4, блок 5-усреднения, блок 6 отображения 6, третий блок 7 памяти, умножитель 8 вектора на матрицу, таймер 9, „„59„„1647761 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения спектральной плотности колебаний параметров режима электроэнергетических систем (ЭЭС) в темпе реального времени. Цель изобретения— повышение быстродействия, Для этого в устройстве предлагается применять метод быстрого преобразования Уолша (БПУ). Возникающие при этом искажения в спектральной плотности. устраняются с помощью выбранной специальным образом матрицы преобразования, Общее время оценки спектральной плотности параметров режима ЭЭС в этом случае сокращается. 1 ил. первый счетчик 10, второй счетчик 11, блок

12 ключей и второй блок 13 памяти.

Выход ФНЧ 1 подключен к входу АЦП 2, информационный выход которого подключен к входу первого блока 3 памяти.

Выход таймера 9 подключен к управляющему входу АЦП 2 и к входу первого счетчика 10, Выход последнего соединен с . управляющими входами блока 12 ключей, на информационные входы которого включен выход первого блока 3 памяти. Информационный выход блока 12 ключей соединен с входом второго блока 13 памяти, который в свою очередь связан с входом арифметического блока 4.

Выход арифметического блока 4 соединен с блоком 5 усреднения, который подключен к первому входу блока 8 умножения вектора на матрицу, на второй вход которого включен третий блок 7 памяти, хранящий

1647761 (2)

1

N — 1 . pn =- — „, 0 (n, k), И =о где qb (М) — базисные экспоненциальные 3 функции; р {п,k) — аналогичные функции Уолша и 4 ;

0 — соответствующие коэффициенты разложения в этих базисах. 40

Известно, что спектральные коэффициенты разложения в разных базисах связаны соотношением

N — 1

Lk = $ Un Ф(A, k,), (3) п=О

1 где Ф(п, k) =, дъ (и, m ) дъ (k, m ) ядро ©урье.

Ядра Фурье составляют ортонормиро- 50 ванную систему функций.

g Ф(п, К) Ф*(т, k) = (4) Оценкой энергетического спектра S(k) последовательности Р служит .

S (k) =!Ы . (5) значения элементов матрицы преобразования.

Выход первого счетчика 10 соединен также с управляющим входом арифметического блока 4 и с входом второго счетчика 5

11, выход которого подключен к управляющему входу умножителя 8 вектора на матрицу

Блок 6 отображения соединен с выходом умножителя 8 вектора на матрицу. 10

Для объяснения функционирования устройства приведены его математические обоснования. Пусть + =p(n ЬТ)последовательность комплексных случайных величин, полученных выборкой из 15 непрерывного комплексного случайного сигнала p(t) =g(t)+ I q(t) с частотой

Найквиста ЛТ = -,где Р— верхняя гра1 ничная частота в спектре исследуемого па- 20 раметра режима p(t): рЪ =4п + 1 gï =4(п ЛТ) 1 ц(п ЛТ), (1)

Разложим последовательность рь для п=0,1,...,N-1 в базисах дискретных экспо- 25 ненциальных функций и дискретных функций Уолша

1 и — 1

p =- — 7 Lk Р(n k):

Nk =O

Усреднение в (5) выполняют либо па k, суммируя с весами соседние с Lk значения

1 Lk + i t., либо суммируя с одинаковым

2 весом соответствующие значения I La I нескольких периодиграмм. В последнем случае сохраняется высокая разрешающая способность в оценках спектра. При этом количество усредняемых периодиграмм для высокой точности оценки спектральной плотности может достигать нескольких десятков и даже сотен. Этот способ определения энергетического спектра (спектральной плотности) является прототипом для предлагаемого способа;

Иэ (3) с учетом (4 ) получают

„И вЂ” 1—S (k) = Ь(!.—,5 . (0п1 Ф(п, k)l . {6) и =О

Оценку (0 получают методом усред2 нения M периодиграмм . т,е

1м

10п12 - — ; ) U„z )2, (7) е=0 где U,e — спектральные коэффициенты е-й подпоследователькости рп, < в базисе функций Уолша.

В общем случае подпоследовательности рп, е составлены из/Ъ и могут перекрываться во времени.

Из (6) и (7) следует, что оценка энергетического спектра S(k) в базисе экспоненциальных функций может быть получена путем усреднения периодиграмм в базисе функций Уолша и затем выполнения (однократно) пре.образования (6).

Вы числ ител ьн ые затраты и ри оценке

S(k) традиционным методом усреднения периодиграмм составляет — tog2N + MN

MN

2 комплексных умножений и MN !Од2М+МЙ комплексных операций сложения.

При оценке ЯЯ в предлагаемом устройстве вычислительные затраты составят

2N2 комплексных умножений и порядка

NN log2 N+ N(N+ M) комплексных сложений.

Если время выполнения операций умножения обозначить ty, то время сложения tc можно записать в виде tc=S ty, где $.=0,1 — 0.3.

Тогда выигрыш в вычислительных затратах составляет

М (g 10Я2 М + $1оЯ2 Й + S + 1 )

N(N S log2N+1 +N S+2 )

Для типичных значений N=128, M=100 и

S = 0,2 получат О-1,4. Увеличение выигрыша вычислительных затрат достигается при уменьшении N и росте М, Так при И=64 и

M-200, 0 =2.5, 1647761

Следует отметить, что уменьшение вычислительных затрат при реализации предлагаемого устройства может быть значительно (примерно в 2 раза) выше приведенных цифр за счет учета нулевых элементов матрицы Ф (п,k). Количество нулевых элементов в этой матрице составляет порядка 70, т.е, матрица Ф(п,k) является слабозаполненной, Таким образом, для типичных значений количества усредняемых реализаций M и их длительности N выигрыш О в вычислительных затратах в предлагаемом способе по сравнению с известным составляет от двух до пяти.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

На вход ФНЧ 1 поступает сигнал анализируемого параметра режима р, (с), а на выходе формируется отфильтрованный сигнал р(с) с полосой частот (О,F), в которой измеряется спектральная плотность. АЦП 2 с ша1 гом ЛТ = ; измеряют значения процесса и заносит их последовательно в ячейки памяти блока 3 памяти, Если блок 3 памяти выполнить в виде большого регистра сдвига, то значения рп достаточно записывать в первую ячейку этого блока; Команды для управления АЦП 2 формирует. таймер 9 с шагом Л Т, т.е. таймер 9 — это обычный генератор импульсов с интервалом ЛТ.

Импульсы таймера 9 подсчитываются в первом счетчике 10, пороговое значение которого равно N=2, P=1,2, Когда первый счетчик 10 заполняется, он выдает разрешающий сигнал блоку 12.ключей, и накопленные в первом блоке 3 памяти значения рп =p(n ЛТ), п=01,...,N-1 записаны во второй блок.13 памяти. Одновременно выдана первым счетчиком 10 команда на запуск арифметического блока 4. В этом блоке осуществляется нахождение дискретного преобразования Уолша (ДПУ) методом быстрого преобразования Уолша и определяются квадраты модулей найденных коэффициентов. От запускающего сигнала также срабатывает второй счетчик 11, который считает количество усредненных реализаций.

С выхода арифметического блока 4 квадраты модулей коэффициентов Уолша усредняются в блоке 5 усреднения. В этом блоке осуществляется обычное накопление значений несглаженной спектральной плотности в базисе ДПУ для каждого значения частоты.

Приведенная процедура осуществляется многократно (заданное число раз M), пока не переполнится второй счетчик 11, который при этом выдает управляющий сигнал блоку

8 перемножения вектора на матрицу. Значения компонент вектора поступают с выхода блока 5 усреднения, а элементы матрицы преобразования (с учетом нормирующих коэффициентов) хранятся в третьем блоке 7 памяти. Блок 6 отображения обычно произвольный, но должен быть удобным для пользователя. Это обычно цифровой индикатор, дающий результаты измерений в виде таблицы, либо дисплей, позволяющий отображать информацию о спектральной плотности в виде таблиц, графиков, гистограмм и т.д.

Все используемые в предлагаемом устройстве блоки являются стандартными. Наиболее сложный арифметический блок представляет собой последовательно соединенные устройства для нахождения ДПУ, два квадратора и сумматор.

Связи между блоками показаны двойными линиями и являются связями типа шина, т.е. являются многопроводными

Формула изобретения

Устройство для определения спектральной плотности колебаний параметров режима электроэнергетических систем, содержащее блок отображения и последовательно соединенные фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь и блок памяти, а также арифметический блок, подключенный к блоку усреднения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, арифметический блок выполнен в виде блока определения квадратов коэффициентов Уолша и в устройство дополнительно включены последовательно соединенные таймер, первый счетчик; блок ключей и второй блок памяти, выход которого соединен с входом арифметического блока, а также второй счетчик, третий блок памяти и перемножитель вектора на матрицу, первый вход которого подключен к выходу блока усреднения, второй вход соединен с третьим блоком памяти, управляющий вход подсоединен к выходу второго счетчика..а выход подключен к входу блока отображения, причем выход первого счетчика соединен с управляющим входом арифметического блока и с входом второго счетчика, а второй выход таймера подключен к управляющему входу аналогоцифрового преобразователя.

1647761

Составитель,К. Фотина

Редактор M. Бланар . Техред M,Ìoðlåíòàë Корректор M. Матьковская

Заказ. 1409 Тираж 337 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101