1 (2020-03-03 00:45:35 отредактировано matu)

Тема: Определение частоты сигнала

Коллеги, возник следующий вопрос. Имеем распределенную генерацию (ветер), которая подключена через повышающий тр-р к сети 150 кВ. Станция связана с мощной узловой подстанцией, а также с потребительской подстанцией. В момент отключения линии связи (режима к.з. + АПВ, порядка 6-ти секунд) с узловой подстанцией генерация переходит в островной режим и питает нагрузку сети 150 кВ (потребительские п/ст 150/35 кВ).
В чем суть моего вопроса. В режиме отключения линии связи частота генераторов начинает плыть и они быстро отключаются технологическими защитами по частоте самих ветрогенераторов (ВЭУ). Но процесс как мне кажется существенно затягивается, т.к. по уставкам ВЭУ должны отключиться при 46 Гц, по факту частота падает до 40 Гц и ниже. Мой вопрос о том, как корректно измерить частоту несинусоидального сигнала, частота которого промодулирована временем, и по сути это непериодический сигнал. Хочу предъявить разработчику. Во вложении осциллограммы и мои расчеты в Матлаб. Частоту я определял как моменты пересечения с осью абсцисс. Момент к.з. и отключения линия связи 150 кВ приходится на 3 с.
Спасибо.

Post's attachments

AA1H1Q07A1_DR407_20200202070654.cfg 1.82 Кб, 27 скачиваний с 2020-03-03 

AA1H1Q07A1_DR407_20200202070654.dat 386.72 Кб, 21 скачиваний с 2020-03-03 

AA1H1Q07A1_DR407_20200202070654.hdr 15.05 Кб, 18 скачиваний с 2020-03-03 

untitled.bmp 1.04 Мб, 42 скачиваний с 2020-03-03 

You don't have the permssions to download the attachments of this post.

2

Re: Определение частоты сигнала

matu писал(а):
2020-03-03 00:33:37

В чем суть моего вопроса. В режиме отключения линии связи частота генераторов начинает плыть и они быстро отключаются технологическими защитами по частоте самих ветрогенераторов (ВЭУ).

А в режиме отключения - паузы АПВ существует ли баланс мощности, если отключение произойдёт при (в идеале) при балансе мощности, то частота останется той же и даже на нужно будет переходить с режима на режим, и .
А если частота так сильно падает, то наверняка огромный дефицит 50...60%, а то и больше.
Была у меня как-то такая задач - при разрыве сети действовала автоматика разгрузки. В текущем режиме измеряла генерацию и значение втекающей мощности и вычисляла значение текущего дефицита, а в случае аварийного разрыва, с учётом мобилизации  имеющегося ресурса генерации, делала откл. нагрузки и тогда сами ГТУ переходили без всяких последствий в островной режим.
Поэтому, прежде чем делать "предъяву" проверьте аварийный боланс мощности. Тем более, что в моём примере  мощность ГТУ фиксированная, мощность нагрузки варьируется, а у Вас, вообще все составляющие переменные, может ветра вообще нет и нет мощности от ВЭС!

3

Re: Определение частоты сигнала

До момента отключения генерация 11,2 МВт, потребления узла, который остался параллельно с генераций 15,1 МВт. 3,9 транзит от узловой подстанции. Думаю в цикле АПВ и могла работать АЧР на потребительских подстанциях, поэтому точность баланса сейчас тяжело будет установить. Установленная 50 МВт ВЭУ, максимальная в узле не более 23 МВт.
Мне больше не режимный вопрос интересен, а аналитика.

4

Re: Определение частоты сигнала

Чтобы посчитать частоту несинусоидального сигнала надо для начала дать определение этой самой частоты для несинусоидального сигнала. Можно, например, записать ваш сигнал в квазигармонической форме:
y(t) = A(t) * cos( Ф(t) ) и взять производную Ф(t)'. Это будет то, что называется мгновенной частотой. Но вряд ли подойдет здесь.

Наверное, все же, нужна частота "основной гармоники". Но у вас в напряжениях явно биения. А значит сигнал представляет собой наложение двух синусоид с близкими частотами. Алгоритмы расчета частоты будут их как то усреднять между собой. Можно разделить биения на два синуса и посмотреть частоту каждого из них, но, опять же, нужно ли? Вряд ли автоматика, которая должна была сработать так делает.

Я посчитал частоту методом похожим на ФАПЧ из прямой последовательности напряжений. Получилось похоже на ваш результат, просто чуть "чище". Просадка также ниже 40 Гц. Но просадка довольно быстрая - десятки герц в секунду. Такая быстрая скорость снижения частоты вполне могла повлиять на то, что алгоритмы "подзависли". Или просто там сильно большое окно усреднения, что реальная просадка смазалась.

http://rzia.ru/uploads/15941/thumbnail/SwgFCXlaJE6ArUioGy_b.png http://rzia.ru/uploads/15941/thumbnail/SwgFCXlaJE6ArUioGy_b.png

5 (2020-03-03 14:57:19 отредактировано ПАУтина)

Re: Определение частоты сигнала

matu писал(а):
2020-03-03 01:29:41

Мне больше не режимный вопрос интересен, а аналитика.

Согласен, режимные вопросы ни как не могут быть отнесены к аналитике.
и всё же, может взглянем по пристальней ...
как понял дефицит составил 15,1 - 11,2 = 3,9, или 3,9/11,2*100% = 35%, однако согласно всем НД должна работать ДАР, так как с такой аварией АЧР1 уже не справится! Сколько там постоянная времени инерции генератора ВЭС (или там инверторы) 0,5... 1с?, тогда пост. по частоте не более 0,5с. Скорость падения частоты будет не менее 5...10 Гц/c, существующая АЧР просто не успеет отработать, максимум 1...2 очереди 48,7 Гц, если такие есть.
Обратный ход, по осциллограмме (картинка)  частота с 50 Гц до 37 Гц  падает за 0,8с, получим линеаризованное значение 13/0,8 = 15 Гц/c! А в начале хода, наверняка, и более 20 Гц/с, Какая там на корнеплод на букву Х работа АЧР?!

На осциллограмме виден один проворот АР (смотрел ток фазы А) с длительностью периода 0,072 ....0,082 с, получим разница частот 14...12,5 Гц, опят совпало: частота ВЭС снижалась, до 36...37,5 Гц. При таких скоростях изменения частоты измерение её значения даже сложно пронормировать.
ещё одна осциллограмма, не знаю чем её можно открывать,
но по моему и так всё ясно
Вам нужно задуматься не как частоту измерять, а как скорость частоты измерять.

И всё же, это не самое главное, самое забавное как так, СО разрешил работу этих ВЭС без ЧДА?!
вот если бы она была, тогда бы уже при 46,5Гц отключилась.

Чтобы обеспечить успешность АПВ, нужно, что бы на момент включения частоты были близкими, а что бы они были близкими, на отключенном участке должен быть баланс мощности, что бы частота после возмущения восстановилась как можно ближе к номинальной, а у Вас ещё и выдержка времени АПВ 6с! Тривиальная задачка динамической устойчивости....

Ещё, вопрос,
практически сразу после отключения, то есть через заданную выдержку времени, судя по характеристикам и осциллограммам перевод ВЭС из параллельной работы в островной должен быть не позже чем через 0,1...0,15 с. После чего САУ ВЭС начинает самостоятельно стабилизировать частоту и напряжение на шинах для текущего значения генерации-потребления. Так или нет?
Если нет перевода режимов, то ВЭС просто свалится, так как для САУ нет эталона, в качестве которого была сеть. Может это и происходит даже если и есть ветер?

Присоединяйтесь!!! Мы в социальных сетях и на Ютуб.

6 (2020-04-27 23:00:34 отредактировано raw)

Re: Определение частоты сигнала

zigzag писал(а):
2020-03-03 10:42:19

Но у вас в напряжениях явно биения. А значит сигнал представляет собой наложение двух синусоид с близкими частотами.

+1
Очень похоже на то, что после отключения от сети две группы генераторов качались между собой какое-то время. Т.е. это не снижение частоты, а качания. Возможно, асинхронные.

zigzag писал(а):
2020-03-03 10:42:19

Можно разделить биения на два синуса и посмотреть частоту каждого из них, но, опять же, нужно ли?

Было бы интересно посмотреть насколько реально уходит частота. Скорее всего, одна частота уходит в плюс, вторая в минус. Разделить близкие частоты технически можно.

matu писал(а):
2020-03-03 00:33:37

Мой вопрос о том, как корректно измерить частоту несинусоидального сигнала

Так же, как для синусоидального. Несинусоидальность (гармоники) не меняют частоту периодического сигнала. Если, конечно, не принимать во внимание интергармоники.

Добавлено: 2020-04-28 11:55:51

ПАУтина писал(а):
2020-03-03 14:53:38

И всё же, это не самое главное, самое забавное как так, СО разрешил работу этих ВЭС без ЧДА?!
вот если бы она была, тогда бы уже при 46,5Гц отключилась.

если частота на самом деле снижается так быстро, то, наверное, лучше поставить АБРС и потом уже думать о ЧДА как о втором эшелоне

7

Re: Определение частоты сигнала

raw писал(а):
2020-04-28 09:55:51

потом уже думать о ЧДА как о втором эшелоне

извините, я просто прикололся, но по моему какая-то делительная автоматика должна быть для баланса генерация-потребление.
Она должна работать по факту отключения, а не по ожиданию  снижения частоты.
АБРС это что? Автоматика блокировки регулятора скорости?

8 (2020-04-28 15:51:38 отредактировано raw)

Re: Определение частоты сигнала

ПАУтина писал(а):
2020-04-28 14:59:28

АБРС это что?

автоматика быстрой разгрузки станции

ПАУтина писал(а):
2020-04-28 14:59:28

Она должна работать по факту отключения, а не по ожиданию  снижения частоты.

этим она и занимается )

9

Re: Определение частоты сигнала

На одной и той же осциллограмме посмотрел частоту разными программами - "Осциллограф" (приложение к "Неве") и FastView
Получились немного разные результаты.
Кому верить?

Post's attachments

1.zip 628.37 Кб, 10 скачиваний с 2021-03-31 

You don't have the permssions to download the attachments of this post.

10

Re: Определение частоты сигнала

suncov_di писал(а):
2021-03-31 06:06:22

На одной и той же осциллограмме посмотрел частоту разными программами - "Осциллограф" (приложение к "Неве") и FastView
Получились немного разные результаты.
Кому верить?

Winbres'y

11 (2021-03-31 09:29:43 отредактировано Andrews28)

Re: Определение частоты сигнала

suncov_di писал(а):
2021-03-31 06:06:22

На одной и той же осциллограмме посмотрел частоту разными программами - "Осциллограф" (приложение к "Неве") и FastView
Получились немного разные результаты.
Кому верить?

Я попробовал Winbres4 и Waves.

Post's attachments

Waves - Частота.png 232.11 Кб, 1 скачиваний с 2021-03-31 

WB4 - Частота.png 488.07 Кб, 1 скачиваний с 2021-03-31 

You don't have the permssions to download the attachments of this post.

12

Re: Определение частоты сигнала

Понятие частоты для непериодического сигнала - весьма эфемерное.
Насколько я представляю, измерения по пересечениям нуля все усредняют на нескольких (количество может отличаться) периодах + какая-то фильтрация от ВЧ дребезга + интерполяция момента пересечения нуля + частота дискретизации у всех разная + ...
Скорее всего результаты на любом переходном процессе ни у каких двух производителей не совпадут.
Открыл, например, стандарт на АЧР - "4.5. Устройство АЧР должно измерять частоту за время, не превышающее трех периодов промышленной частоты с погрешностью не более 0,02 Гц.", то есть в течение трех периодов с момента возникновения нового установившегося режима погрешность не нормируется.

13

Re: Определение частоты сигнала

Drop_point писал(а):
2021-03-31 10:02:13

за время, не превышающее трех периодов промышленной частоты с погрешностью не более 0,02 Гц

если измерять число периодов в секунду - то точность 0,02 Гц потребует 50 секунд измерения,

каким методом получить такую очность за 0,06 секунд?

14

Re: Определение частоты сигнала

Пользователь писал(а):
2021-03-31 10:19:56

если измерять число периодов в секунду - то точность 0,02 Гц потребует 50 секунд измерения,

каким методом получить такую очность за 0,06 секунд?

Решается обратная задача - измеряется не количество периодов за секунду (частота), а длительность нескольких последовательных периодов по пересечениям нуля, далее f=1/T.
В принципе частоту можно мерить и без пересечений нуля и усреднения - методом фазовой автоподстройки частоты (PLL), но не знаю, использует ли это кто-то в задачах РЗА.

15

Re: Определение частоты сигнала

Пользователь писал(а):
2021-03-31 10:19:56

если измерять число периодов в секунду - то точность 0,02 Гц потребует 50 секунд измерения,

Если у нас частота 50 Гц, и мы фильтруем фильтром Фурье на 50 Гц (по периоду 1/50=0.02), то последовательно идущие результаты фильтрации будут одинаковыми
Если ту же самую частоту 50 Гц зафильтровать фильтром Фурье на 51 Гц (по периоду 1/51), то последовательно идущие результаты фильтрации будут колебаться в +-.
Соответственно, нужно перебирать частоты фильтра (скажем, 49, 49.5, 50, 50.5, 51 Гц) и выбрать из результатов такой, при котором дисперсия последовательно идущих результатов фильтрации будет минимальна.
Лучше всего при этом перебор частот фильтра вести численно, например, методом ньютона (ищется такая частота, при котором дисперсия последовательно идущих результаторов фильтрации стремится к нулю).

На более-менее обычной осциллограмме этот алгоритм хорошо работает (погрешность сотые, в крайнем случае - десятые доли герца). Естественно, сильно загрязенный сигнал он не обработает, как надо, но обычную осциллограмму - нормально.

А вот всякие другие дурацкие алгоритмы определения частоты (я даже книги какие-то встречал, где на полном серьезе эта фигня предлагалась) хорошо работают на чистой синусоиде, а стоит ее чем-то хоть чуть-чуть захламить - и погрешность +- несколько герц...

16

Re: Определение частоты сигнала

suncov_di писал(а):
2021-03-31 06:06:22

Кому верить?

В осциллограмме открытой fastview трасса частоты рассчитана не fastview а блоком БМРЗ. При резких сломах синусоиды алгоритм блокируется на некоторое время (чтобы в усреднения не попали однозначно кривые значения). Поэтому во время КЗ трасса частоты заморозилась.

17 (2021-03-31 14:15:58 отредактировано Пользователь)

Re: Определение частоты сигнала

Drop_point писал(а):
2021-03-31 11:14:00

методом фазовой автоподстройки частоты (PLL)

retriever писал(а):
2021-03-31 11:58:14

Если ту же самую частоту 50 Гц зафильтровать фильтром Фурье на 51 Гц (по периоду 1/51), то последовательно идущие результаты фильтрации будут колебаться в +-

Есть теория,
которая свяывает
- точность измерения,
- время измерения
- отношение сигнал/шум
?
(это вопрос!)
---------------
PS
требование 0,02 Гц за 0,06 сек - должно выполняться
только при отношении сигнал/шум > какой то величины

18

Re: Определение частоты сигнала

Пользователь писал(а):
2021-03-31 14:13:31

требование 0,02 Гц за 0,06 сек - должно выполняться
только при отношении сигнал/шум > какой то величины

Оно должно выполняться во всех режимах, в которых должно работать АЧР, так как этот стандарт конкретно на АЧР.
Кроме того, АЧР не должно измерять частоту, например, по токам с насыщением и апериодикой или по какому-то другому произвольному сигналу.

Для АЧР требования такие. Для какого-то другого применения, в зависимости времени измерения и отношения сигнал/шум - и требования к точности измерения могут быть совсем другими.

retriever писал(а):
2021-03-31 11:58:14

Соответственно, нужно перебирать частоты фильтра (скажем, 49, 49.5, 50, 50.5, 51 Гц) и выбрать из результатов такой, при котором дисперсия последовательно идущих результатов фильтрации будет минимальна.
Лучше всего при этом перебор частот фильтра вести численно, например, методом ньютона (ищется такая частота, при котором дисперсия последовательно идущих результаторов фильтрации стремится к нулю).

Опасаюсь, что такой метод хорош как раз исключительно для измерения частоты на осциллограмме (а не в реальном времени), когда есть большое окно наблюдения с постоянной частотой и много времени на расчет.
Фазовая автоподстройка частоты (PLL) использует похожий подход, но в реальном времени - ПИД регулятор подбирает частоту, при которой минимизируется вращение вектора.

19 (2021-03-31 16:57:10 отредактировано retriever)

Re: Определение частоты сигнала

Drop_point писал(а):
2021-03-31 14:46:33

Опасаюсь, что такой метод хорош как раз исключительно для измерения частоты на осциллограмме (а не в реальном времени), когда есть большое окно наблюдения с постоянной частотой и много времени на расчет.

Неа.
Я делал такую штуку, окно 0.04 с
1 период (0.02 с) Фурье-фильтр и далее накапливаются значения еще за 0.02 с результаты фильтрации, по ним берется дисперсия.

Вначале берется f=50 Гц, делается приращение df=0.0001 Гц,
далее сигналы Фурье-фильтруются (частоты f+df и f)
считаются дисперсии D(f+df) и D(f)
затем производная dDdf= (D(f+df)-D(f))/df
Далее итерационный процесс методом Ньютона, за 5 итераций все сходится (мб даже быстрее).
f[n+1]=f[n]-D(f[n])/dDdf(f[n])

И четко работает. Показывает 50 Гц +- какие-то там сотые доли Гц.

Добавлено: 2021-03-31 17:53:56

Пользователь писал(а):
2021-03-31 14:13:31

только при отношении сигнал/шум > какой то величины

Насчет сигнал/шум затрудняюсь численно сказать, но я перебрал кучу разных методов определения частоты, и только этот работал четко.
Полагаю, что хорошо он работает потому, что Фурье-фильтр очень сильно давит "левые" гармоники (особенно ВЧ) и оставляет, в основном, только что-то около 50 Гц.

остальное работало на реальных осциллограммах плохо (показывали эти кривые методы условно 52 (!) Гц, или там 48 Гц.... откуда такие цифры...)

Метод этот с дисперсией мне посоветовал один специалист с радиотехническим профилем.
Насчет Ньютона сам додумал, исходно был совет "сделать кучу фильтров на разные частоты, обрабатывать ими сигнал параллельно и искать тот, который дает минимум дисперсии за какое-то время". Но в такой вариации это был адово тормознутый метод, поэтому я решил перебирать частоты Ньютоном, сходимость там очень быстрая, и работает все быстро.

20

Re: Определение частоты сигнала

retriever писал(а):
2021-03-31 16:53:56

Я делал такую штуку, окно 0.04 с
1 период (0.02 с) Фурье-фильтр и далее накапливаются значения еще за 0.02 с результаты фильтрации, по ним берется дисперсия.

Если я правильно понял, то для такого метода нужно окно наблюдения в два периода минимально возможной частоты - один, чтобы получить первое значение, и еще один, чтобы накопить значения, на которых считать дисперсию?
Наверное в принципе можно второй период урезать, если частота дискретизации достаточна, но в ущерб качеству.

А в каком диапазоне частот пробовали применять метод?