Задание номинального уровня напряжения

U_rated = 35e3;

Задание анализируемого интервала времени и времени усреднения

T_begin = 1; T_end = 6000; delta_T = 60;

Определение дискреты времени исходного массива с действующими значениями линейного напряжения

delta_t = Time_1(2, 1) - Time_1(1, 1);

Задание вспомогательных массивов и переменных

Results_M = zeros(1, 1);

N_0 = 0; dU = zeros(1, 1);

Определение номера начальной и конечной строки исходного массива

Number_1_T = T_begin/delta_t; Number_2_T = T_end/delta_t;

Последовательный расчет установившегося отклонения напряжения на % 60-ти секундных интервалах

for T_1 = T_begin: delta_T: (T_end - delta_T)

Number_1 = T_1/delta_t; Number_2 = (T_1 + delta_T)/delta_t; N_0 = N_0 + 1;

Time = round(mean(Time_1(Number_1: Number_2, 1)));

P = U_Mean(Number_1: Number_2, 1);

dU = ((mean(P) - U_rated)/mean(P))*100;

Results_M(N_0, 1) = Time; Results_M(N_0, 2) = dU;

end;

Построение графиков изменения действующего значения линейного % напряжения (среднего по фазам) на первичной стороне печного % трансформатора и установившегося отклонения напряжения

figure();

subplot(2, 1, 1); plot(Time_1(Number_1_T: Number_2_T, 1),...

U_Mean(Number_1_T: Number_2_T, 1)); grid;

subplot(2, 1, 2); bar(Results_M(:, 1), Results_M(:, 2)); grid;

Для исследования n-ых гармонических составляющих линейного напряжения и тока ДСП целесообразно использовать встроенный инструмент анализа высших гармоник «FFT Analysis Tool». Его запуск осуществляется через меню сервисного блока (рис. 1.20, а), расположенного в корневой папки библиотеки «SimScape – SimPowerSystem». После копирования блока «Power Gui» на главное окно математической модели анализатора ПКЭ (рис. 1.11) и выбора вкладки «FFT Analysis» появится рабочее окно анализатора быстрого преобразования Фурье (рис. 1.20, б).

а) б)

Рис. 1.20. Рабочие окна блока «PowerGui» (а) и анализатора быстрого преобразования Фурье «FFT Analysis Tool» (б)

В рабочем окне анализатора необходимо выбрать из раскрывающегося списка «Structure» интересующий сигнал по напряжению или току, далее из списка «Signal Number» выбрать исследуемую фазу. В строках «Start Time», «Number of» и «Fundamental Frequency» задается начальное время для анализа сигнала, количество анализируемых периодов и номинальная частота основной гармоники.

Гармонический анализ выполняется после нажатия клавиши «Display». Результаты представляются в виде столбчатой диаграммы, где по оси абсцисс расположены номера гармоник (или их частоты), а по оси ординат – значение высшей гармоники в процентах от основной.

Для того, чтобы сигналы токов и напряженный стали доступны в раскрывающемся списке «Signal Number», их необходимо предварительно записать в рабочее окно «Workspace» c использованием блоков «to Workspace» (с выбором типа данных «Structure with Time») из библиотеки «Simulink-Sinks». Подробная структура блока записи сигналов будет рассмотрена ниже.

Последним анализируемым ПКЭ является кратковременная доза фликера P _St. Как отмечалось ранее, расчет параметра P _St в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.15-99 осуществляется в два этапа – вначале определяются мгновенный фликер для линейного напряжения, затем с помощью блока статистической обработки (классификатора) рассчитывается кратковременная доза фликера. Рассмотрим реализацию фликерметра в среде Matlab-Simulink.

Мгновенные значения напряжения линейных напряжений u _AB(t), u _BC(t), u _CA(t) поступают на вход блока «RMS» (рис. 1.17), который осуществляет расчет действующих значений за половину периода питающего напряжения. Далее сигналы подвергаются нормированию путем умножения на постоянный коэффициент 1/U_{лm ном.}, где U_{лm ном.} – номинальная амплитуда линейного напряжения. После чего, нормированные сигналы поступают на вход блока расчета мгновенного фликера. Его структура приведена на рис. 1.21.

Входной сигнал, содержащий нормированные действующие значения трех линейных напряжений, подвергается разделению на три канала с помощью блоков «Selector». Далее сигнал линейного напряжения подвергается фильтрации в фильтре нижних частот, который представляют собой апериодическое звено с постоянной времени Т = 0, 32 с, что соответствует усреднению за 16 периодов питающего напряжения. В приложении Simulink динамические звенья моделируются блоками «Transfer Fcn» из библиотеки «Simulink-Continuous».

Далее сигнал поступает на вход квадратичного демодулятора, который выполняет операцию возведения в квадрат и, тем самым, имитирует характеристики лампы. Данный элемент фликерметра представлен блоком «Math Function» с функцией «Magnitude^2».

Сигнал с выхода квадратичного демодулятора поступает на вход трех взвешивающих фильтров с эквивалентной передаточной функцией:

, (1.5)

где ; ; ; ; ; .

Обобщенная частотная характеристика этих динамических звеньев показана на рис. 1.21. Она является центрированной относительно частоты 8, 8 Гц, на которой восприятие человеком колебаний светового потока является максимальным. Сама частотная характеристика фильтров соответствует порогу восприимчивости человека к колебаниям светового потока. Назначение фильтров – взвешивание колебаний напряжения в соответствии с чувствительностью цепи «лампа-глаз-мозг».

На заключительном этапе сигнал поступает на блок квадратичной обработки и низкочастотный сглаживающий фильтр. Назначение этих элементов – это возведение в квадрат взвешенного сигнала фликера для моделирования нелинейности характеристик восприятия цепи «глаз-мозг» и сглаживание сигнала для моделирования эффекта накопления в мозге. Сглаживающий фильтр представляет низкочастотный фильтр первого порядка и моделируется в виде апериодического звена с постоянной времени Т = 0, 3 с. Выходной сигнал с фильтра поступает на блок ограничения, который реализован с помощью элемента «Saturation» из библиотеки «Simulink-Discontinuities». Данный блок ограничивает чрезмерные всплески кривой мгновенного фликера, которые имеют место в первые секунды после запуска модели анализатора ПКЭ. Величина уставки ограничения принята на уровне 400 о.е.

Далее сигналы мгновенного фликера поступают в блок статистической обработки – классификатор, в котором рассчитывается кумулятивная вероятность мгновенного фликера, по которой определяются необходимые уровни фликера и рассчитывается кратковременная доза. Работа классификатора реализуется в среде Matlab-Simulnk c помощью вспомогательной программы, написанной на внутреннем языке. Текст программы с пояснениями приведен ниже.

Программа классификатора составляется в редакторе «Editor». Ее запуск производится после окончания расчета основной математической модели анализатора ПКЭ и формирования массивов мгновенного фликера в окне «Workspace» с помощью блока записи обработанных данных.

В целях упрощения текст программы составлен для определения кратковременной дозы только на одном десятиминутном интервале времени. При анализе всего цикла плавки дуговой сталеплавильной печи длительностью порядка 45-55 мин. необходимо строить график, содержащий несколько значений кратковременных доз. Здесь может быть применен алгоритм последовательного расчета исследуемого параметра на заданных промежутках времени, использованный во вспомогательной программе определения установившегося отклонения напряжения. В этом случае в текст программы необходимо добавить цикл, в котором осуществлялся бы расчет показателя P _St на различных десятиминутных интервалах с записью результатов служебный массив, и включить команды построения графика изменения P _St во времени.

В определенных случаях кроме кратковременной десятиминутной величины P _St требуется определять длительную дозу фликера P _Lt на двухчасовом интервале времени. При этом за исходные данные принимаются 12 последовательных значений кратковременной дозы. Расчет P _Lt осуществляется по выражению:

(1.6)

ВСПОМОГАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА, РЕАЛИЗУЮЩАЯ РАБОТУ КЛАССИФИКАТОРА ФЛИКЕРМЕТРА [2]

% Задание числа классов (по ГОСТ Р 51317.4.15-99 не менее 64)

K = 100;