Устройство для определения спектральной плотности колебаний параметров режима электроэнергетических систем

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ ПУБЛИК 5)5 Н 02,3 3,1 Г.;)" М ТЕН У овательский еративного и энергосисте, применение - Мир, 1978, РЕДЕЛЕНИЯ ТИ КОЛ Е БАА ЭЛЕКТРОГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) Орнов В.Г. и др. Задачи опавтоматического управлениямэми. - М,: Энергоатомиздат,Рабинер Л. и др, Теорияцифровой обработки сигналов(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПСПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСНИЙ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ 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,.Ы 2 1647761(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения спектральной плотности колебаний параметров режима электроэнергетических систем (ЭЭС) в темпе реал ьн ого времени. Цел ь и зоб ретен ия - 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(2)30 1й - 1Рн =-1 - , ОРе(п,.М),ИК=Огде дЪ (М) - базисные экспоненциальные 3функции;дЪ (п,М) - аналогичные функции УолшаиЬ;О - соответствующие коэффициентыразложения в этих базисах. 40Известно, что спектральные коэффициенты разложения в разных базисах связанысоотношениемй - 1Ь =, Опф(п, К), (3) 45п=О1где Ф(0,с) =, дЪ(п, е)дъ (К, гп) ядро ФурьеЯдра Фурье составляют ортонормированную систему функций. Х ф(п )ф(щ,) =".,:.(4) Оценкой энергетического спектра Я(К) последовательности р служит . Я (3 с) =.Ц.1. (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, 10Для объяснения функционирования устройства приведены его математические обоснования. Пусть ре =р(п ЬТ) последовательность комплексных случайных величин, полученных выборкой из 15 непрерывного комплексного случайного сигнала р(1) =ф(1) +д с частотой Найквиста ЬТ = ,где Р - верхняя гра 1ничная частота в спектре исследуемого па раметра режима р(1):р=ф, +ц=ф(п ЬТ)ц(п ЬТ),(1)Разложим последовательность р для п=0,1,Йв базисах дискретных экспо ненциальных функций и дискретных функций Уолша1Ы - 1рдХ Ь 9 Ъ (и, К);к:о Усреднение в (5) выполняют либо по К суммируя с весами соседние с Ы значенияЬ +, либо суммируя с одинаковым2весом соответствующие значенияЬнескольких 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"М - 1 -Я(К) = )Ь . -Х Оп ЗФ(п, КМ . (6)и =0ОценкуОп получают методом усред 2нения М периодиграмм. т,е1 мОп 1 , Оп, е 1 (7)е=Огде Оп,е - спектральные коэффициенты е-й подпоследовательности рп, е в базисе функций Уолша.В общем случае подпоследовательности рп, е составлены изр и могут перекрываться во времени.Из (6) и (7) следует, что оценка энергетического спектра Я 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 Я(К) традиционным методом усреднения периодиграмм составляет - од 2 И + МйМй2комплексных умножений и МК Од 2 М+Мй комплексных операций сложения.При оценке ЯЯ в предлагаемом устройстве вычислительные затраты составят 2 М комплексных умножений и порядка чй од 2 И+ й(й+ М) комплексных сложений. Если время выполнения операций умножения обозначить 1 У, то время сложения 1 с можно записать в виде 1 с=Я 1 у, где Я=0,1-0,3. Тогда выигрыш в вычислительных затратах составляетМ ч ( 0 С 2 М + Я 1092 Й + Я + 1 )1Й(МЯ од 2 Й+1 +М Я+2Для типичных значений И=128, У=100 и Я = 0,2 получат 0-1,4. Увеличение выигрыша вычислительных затрат достигается при уменьшении й и росте М, Так при 8=64 и М=200, 0 =2.5, 1647761Следует 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,к). Количество нулевых элементов в этой матрице составляет порядка 70;, т.е, матрица Ф(п 3) является слабозаполненной,Таким образом, для типичных значений количества усредняемых реализаций М и их длительности И 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(1) с полосой частотО,Е 1, в которой измеряется спектральная плотность, АЦП 2 с ша 1гом Л Т = ;)- 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 Й=2 Р, Р=1,2, Когда первый счетчик 10 запопняется, он выдает разрешающий сигнал блоку 12.ключей, и накопленные в первом блоке 3 памяти значения рп =р(п ЬТ), п=0,1 йзаписаны 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, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Приведенная процедура осуществляется многократно (заданное число раз М), 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 многопроводнымиФормула изобретенияУстройство 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 счетчикаа 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 оставитель, К. Фотинаехред М,Моргентал Корректор Матьковская Редактор М. Бланар . зводственно-.издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 аз 1409 ВНИИП Тираж 337 осударственного комитета по 113035, Москва, ЖПодписное бретениям и открытиям при ГКНТ ССауаская наб., 4/5