DOI: https://doi.org/10.15802/ecsrt2018/170874

Точність визначення параметрів гармонік тягового струму за допомогою віконного ШПФ

V. Havryliuk

Анотація


У роботі дано короткий огляд положень щодо коректного вибору параметрів віконного БПФ для забезпечення необхідної часової і частотної роздільної здатності спектрального аналізу тягового струму відповідно до вимог нормативних документів і проведені дослідження впливу параметрів ШПФ на точність визначення основних параметрів гармонік в спектрі струму (ефективного значення струму, частот, тривалості). Для оцінки точності визначення ефективного значення струму і частоти гармоніки було проведено комп'ютерне дослідження з використанням синтезованого струму з відомими параметрами гармонік, значення яких були обрані відповідно до допустимих значень параметрів, визначених нормативними документами та стандартами. Для спектрального аналізу тягового струму були обрані чотири типи вікон: прямокутне, вікно Ханна, Хеммінга і Блекмана тривалістю 0,3 та 1 с. Для частоти дискретизації 27500 Гц і довжини вікна 0,3 с частотна роздільна здатність складає 0,27 Гц для прямокутного вікна, 0,54 Гц для вікон Ханна і Хеммінга і 0,81 Гц для вікна Блекмана, що узгоджується з вимогами технічних умов. Результати спектрального аналізу тягового струму показали, що частотна роздільна здатність гармонік збільшувалася, і, відповідно, відносна похибка визначення ефективного значення струму і частоти зменшувалася зі збільшенням частоти спектрального розкладання. Тип використовуваних вікон незначно впливав на точність визначення частоти гармонік. Відносна похибка ефективного значення струму гармоніки була вище для прямокутного вікна, і це значення зменшувалося в ряду від прямокутного вікна до вікна Блекмана. Значення відносної похибки ефективного значення струму гармоніки для окремих частот не відповідали вимогам, необхідним для практичного використання методу і це пояснюється розтікання спектру і гребішковими спотвореннями. У разі вікон з довжиною 1 з роздільна здатність гармонік тягового струму було вище. ніж для вікон довжиною 0,3 с, а відносна похибка ефективного значення струму і частот гармонік були набагато нижче. Хоча і в цьому випадку для окремих частот відносна похибка була високою. Для забезпечення необхідної точності спектрального аналізу тягового струму за допомогою віконного ШПФ необхідний ретельний вибір параметрів спектрального аналізу з урахуванням параметрів тягового струму. З урахуванням широкого діапазону частот тягового струму перспективним є метод із змінними параметрами вікна і частоти дискретизації для різних ділянок спектра.

Ключові слова


спектральний аналіз, тяговий струм, корот-ке часове перетворення Фур’є, електромагнітна сумісність

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Huang, W. et al. Study on distribution coefficient of traction return current in high-speed railway //Energy and Power Engineering. – 2013. – Т. 5. – №. 4. – С. 1253.

Ogunsola, A. Electromagnetic compati-bility in railways. Analysis and man-agement // A. Ogunsola, A. Mariscotti. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. – 2013. – 528 p.

de Dios Sanz-Bobi J. et al. Electrical dis-turbances from high speed railway envi-ronment to existing services //Electrical Generation and Distribution Systems and Power Quality Disturbances. – InTech, 2011.

Havryliuk, V. I. Modeling of the traction current harmonics distribution in rails // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті. – 2017. – № 13.

Гаврилюк, В. И. Испытания новых ти-пов подвижного состава на электро-магнитную совместимость с устрой-ствами сигнализации и связи / В. И. Гаврилюк, В. И. Щека, В. В. Мелешко // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту. – 2015. – № 5(59). – С. 7–15.

Гаврилюк, В. И. Нормы и методы ис-пытания подвижного состава на элек-тромагнитную совместимость с си-стемами сигнализации и связи / В. И. Гаврилюк // Електромагнітна сумісність та безпека на залізничному транспорті. – 2016. – № 12. С. 48-57.

Serdyuk, T. Research of electromagnetic influence of traction current and its harmonics on the rail circuits / T. Ser-dyuk, V. Gavrilyuk //17th Int. Wroclaw Symp. and Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility. Wroclaw, Poland. – 2004. – P. 260-263.

Serdyuk, T. N. Experimental investiga-tion of influence of AC traction current on the rail circuits / T. N. Serdyuk, V. I. Gavrilyuk //Electromagnetic Compatibil-ity and Electromagnetic Ecology, 2005. IEEE 6th International Symposium. – IEEE, 2005. – P. 44-46.

Sichenko, V. G. The theoretical and ex-perimental researches of electromagnet-ic influence from a traction electrosup-ply system on a railway circuits / V. G. Sichenko, V. I. Gavrilyuk // Electro-magnetic Compatibility and Electromag-netic Ecology, 2005. IEEE 6th Interna-tional Symposium. – IEEE, 2005. – P. 41-43.

Сиченко, В. Г. Електроживлення си-стем залізничної автоматики / В. Г Сиченко, В. І Гаврилюк.–Д.: Видавни-циво Маковецький, 2009. – 372 с.

Hololobova, O. O. Application of fouri-er transform and wavelet decomposition for decoding the continuous automatic locomotive signaling code / O. O. Ho-lolobova, V. I. Havryliuk. // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпро-петровського національного універ-ситету заліз-ничного транспорту, 2017. - № 1(67). – С. 7-17

CENELEC CLC/TR 50507. (2005). Railway applications – Interference lim-its of existing track circuits used on Eu-ropean railways.

CENELEC CLC/TS 50238-2, (2010). Railway applications – Compatibility between rolling stock and train detection systems – Part 2: Compatibility with track circuits. CENELEC prEN 50238-2 (draft, Pr. 15360). (2009). Railway ap-plications – Compatibility between roll-ing stock and train detection systems –Part 2: Compatibility with track circuits.

ГОСТ Р 55176.3.1-2012 (МЭК 62236-3.1:2008) Совместимость техниче-ских средств электромагнитная. Си-стемы и оборудование железнодо-рожного транспорта. Часть 3.1. По-движной состав. Требования и мето-ды испытаний.

Gabor, D. Theory of communication. Part 1: the analysis of information // Journal of the institution of electrical engineers. - Part III: Radio and commu-nication engineering. 1946. – Vol. 93. – No. 26. – P. 429–441.

Cohen, L. Time-frequency distributions. A review // Proceedings of the IEEE. – 1989. – Т. 77. – №. 7. – С. 941-981.

Harris, F. J. On the use of windows for harmonic analysis with the discrete Fou-rier transform // Proceedings of the IEEE. – 1978. – Т. 66. – №. 1. – С. 51-83.

Lyons, R. G. Understanding Digital Sig-nal Processing. – Pearson Education India, 2011.

Allen, J. B., Rabiner, L. R. A unified approach to short-time Fourier analysis and synthesis // Proceedings of the IEEE. – 1977. – Т. 65. – №. 11. – С. 1558-1564.

Nisar, S. An efficient adaptive window size selection method for improving spectrogram visualization / S. Nisar, O. U. Khan, M. Tariq //Computational intelligence and neuroscience. – 2016. – Т. 2016.

Smith, S. Digital signal processing: a practical guide for engineers and scien-tists. – Elsevier, 2013.

Gao, R.X., Yan, R. Wavelets. Theory and applications for manufacturing. Springer 2011. XIV. 224 p.

Rioul O., Vetterli M. Wavelets and sig-nal processing //IEEE signal processing magazine. – 1991. – Т. 8. – №. 4. – С. 14-38.




ISSN: 2223–5620 (Print)

ISSN: 2411–1554 (Online)