Точність визначення параметрів гармонік тягового струму за допомогою віконного ШПФ
DOI:
https://doi.org/10.15802/ecsrt2018/170874Ключові слова:
спектральний аналіз, тяговий струм, корот-ке часове перетворення Фур’є, електромагнітна сумісністьАнотація
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.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.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
