Zaawansowane metody analiz w pomiarach jakości energii elektrycznej

• Autorzy: Górecki K. , Szmajda M. , Zygarlicki J. , Zygarlicka M. , Mroczka J.

Warianty tytułu

EN

Advanced signal analysis methods in power quality measurements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono problematykę pomiarów jakości energii elektrycznej oraz zaprezentowano najważniejsze metody analizy zakłóceń występujących w sieciach elektroenergetycznych, jakie rozwijane są w zespole zajmującym się jakością energii elektrycznej w Instytucie Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej. Przedstawiono systematykę metod analiz sygnałów oraz określono metody wykorzystywane obecnie w pomiarach sygnałów elektrycznych. Ponadto zaprezentowano metody alternatywne do transformacji Fouriera umożliwiające precyzyjną analizę częstotliwościową (analiza Prony'ego) oraz lokalizację zakłóceń za pomocą metod czasowo-częstotliwościowych (transformacja Falkowa, dyskretna transformacja Falkowa, dystrybucja Wignera-Ville'a i jej odmiany, transformacja Gabora-Wignera).

EN

The issue of measuring power quality parameters and the most important analyses of disturbances occurring in the power network are presented in the paper. These subjects are developed by a power quality and signal analysis group, working at the Faculty of Electrical Engineering, Automatic Control and Informatics. The basic classification of signal analysis methods is given in the paper (Fig. 1). Moreover, the methods currently used in power quality measurement systems are described. In most cases the analyses are based on Fourier Transformation [2-4]. The methods, due to 10-cycles measurement period, cause significant computational errors in case of existence of short duration harmonics in a signal. Moreover, very precise synchronization of the sampling frequency and real power wave-form frequency is needed. Therefore other kinds of analyses in power quality measurement systems are currently investigated. The alternative to Fourier Transformation methods allowing precise estimation of the signal spectrum is Prony analysis [5]. The analysis enables extracting frequency components on the basis of a much shorter measurement window than FFT [6-10]. For localizing the power disturbances, linear (Short-Time Fourier analysis STFT, Gabor Transform GT [12, 13], Wavelet Transform [14, 15, 16]) and bilinear (Wigner-Ville WVD, Pseudo-WVD [17,18]) time-frequency analyses are performed. The combination of both groups of methods (Gabor-Wigner Transform GWT [19,20]) is also presented in the paper. Application of image processing algorithms [21, 22] is also considered in the paper.

Słowa kluczowe

PL

jakość energii elektrycznej; częstotliwościowe analizy sygnałów; czasowo-częstotliwościowe analizy sygnałów

EN

power quality; frequency domain signal analysis; time-frequency domain signal analysis

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 57, nr 3
• Strony: 284--286
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys.

Twórcy

autor

Górecki K.

autor

Szmajda M.

autor

Zygarlicki J.

autor

Zygarlicka M.

autor

Mroczka J.

• Politechnika Opolska, Instytut Układów Elektromechanicznych i Elektroniki Przemysłowej, ul. Luboszycka 7, 45-036 Opole,

Bibliografia

• [1] Hanzelka Z.: Jakość Energii Elektrycznej. Międzynarodowa Konferencja jubileuszowa z okazji 50 lecia EAIE, Kraków 7-8 czerwca 2002, s. 65-68.
• [2] Szabatin J.: Podstawy teorii sygnałów, WKiŁ Warszawa 1982.
• [3] Zieliński T. P.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów od teorii do zastosowań, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności WKŁ, Warszawa 2005.
• [4] Zieliński T.: Od teorii do cyfrowego przetwarzania sygnałów, Wydział EAIiE AGH, Kraków 2002.
• [5] Marple S., Lawrence Jr.: Digital Spectral analysis, Prentice Hall PTR, New Jersey 1987.
• [6] Zygarlicki J., Zygarlicka M., Mroczka J., Latawiec K.: A reduced Prony’s method in power quality analysis – parameters selection, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 25, no 2, April 2010.
• [7] Zygarlicki J., Zygarlicka M., Mroczka J.: Data compression using Prony’s method and wavelet transform in power quality monitoring systems, Metrology and Measurement Systems (MAMS), vol. 13, no 3, pp. 237-251, Sep. 2006.
• [8] Zygarlicki J., Zygarlicka M., Mroczka J.: Prony’s method in power quality analysis, in Proc. 9th Int. Scientific Conf. Electric Power Engineering (EPE), Brno, Czech Republic, 2008, pp. 115-119.
• [9] Zygarlicki J., Mroczka J.: Analiza sygnałów elektroenergetycz-nych z wykorzystaniem połączonych metod Prony’ego oraz filtracji M-pasmowej, materiały konferencyjne Modelowanie i Symulacja Systemów Pomiarowych (MiSSP), Krynica, 20-24 września 2009, s. 37-46.
• [10] Zygarlicki J., Zygarlicka M., Mroczka J.: Prony’s metod in power quality analysis, Energy Spectrum, vol. 4, no 2, pp. 26-30, 2009.
• [11] Poularikas A. D.: The Transforms and Applications Handbook: Second Edition. CRC Press, Boca Raton 2000.
• [12] Satish L.: Short-time Fourier and wavelet transforms for fault detection in power transformers during impulse tests, IEE Proceedings–Science Measurement and Technology, vol. 145, no 2, March 1998, pp. 77-84.
• [13] Zhang F., Geng Z., Yuan W.: The Algorithm of Interpolating Windowed FFT for Harmonic Analysis of Electric Power System, IEEE Transactions On Power Delivery, vol. 16, no 2, April 2001, p. 160-164.
• [14] Górecki K., Mroczka J.: Wykorzystanie entropii i odchyleń standardowych detali wysokoczęstotliwościowych dyskretnej transformacji falkowej w detekcji zakłóceń występujących w sieciach elektroenergetycznych oraz ich implementacja na procesorze sygnałowym. Pomiary Automatyka Kontrola, 2006 nr 10, 2006, s. 66-69, bibliogr. 12 poz.
• [15] Perunicic B., Mallini M., Wang Z., Liu Y.: Power Quality Disturbance Detection and Classification Using Wavelets and Artificial Neural Networks. Proceedings of 8th International Conference on Harmonics and Quality of Power. Athens, Greece, October 14-16, 1998, p. 77-82.
• [16] Mallat S. G.: A Theory for Multiresolution Signal Decomposition. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. Vol. II, No 7. July 1989.
• [17] Szmajda M.: Aplikacja transformacji Wignera-Ville’a w pomiarach zakłóceń występujących w sieciach elektroenergetycznych, Kongres Metrologii KM 2004, Wrocław 2004, s. 637-640.
• [18] Szmajda M., Mroczka J.: Aplikacja transformacji SPWVD w pomiarach jakości energii elektrycznej z wykorzystaniem procesora DSP, Pomiary Automatyka Kontrola, październik 2006, s. 70-72.
• [19] Cho S. H., Jang G., Kwon S. H.: Time-Frequency Analysis of Power-Quality Disturbances via the Gabor-Wigner Transform, IEEE Transactions On Power Delivery, vol. 25, pp. 494-499, Jan. 2010.
• [20] Szmajda M., Górecki K., Mroczka J.: Gabor Transform, Gabor-Wigner Transform and SPWVD as a Time-Frequency Analysis of Power Quality, Metrology and Measurement Systems, vol. XVII, number 3 (2010).
• [21] Zygarlicka M., Mroczka J.: Reduction of the cross-terms of Wigner-Ville distribution by image processing, Międzynarodowe Warsztaty Doktorantów-OWD 2008, 18-21.10.2008r.
• [22] Zygarlicka M.: Binary quantization of 2D images obtained from Short-Time Fourier Transform and Wigner-Ville Distribution methods used in power quality investigation, III Środowiskowe Warsztaty Doktorantów Politechniki Opolskiej, Zeszyt Elektryka z. 62, Nr 329/2009.