vestnikskfuВестник Северо-Кавказского федерального университетаNewsletter of North-Caucasus Federal University2307-907XNorth-Caucasus Federal University10.37493/2307-907X.2022.3.1vestnikskfu-2308Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESСпособ цифровой обработки трехфазного сигнала для выделения симметричных составляющихMethod for digital processing of a three-phase signal for extraction symmetric componentsПетровА. В.PetrovA. М.

Петров Антон Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных электроэнергетических систем и электроснабжения

Petrov Anton, Ph. D. in Technical Sciences, Associate Professor of the Department Automated Electric Power Systems and Power Supply

anvpetrov@ncfu.ruКостюковД. А.KostyukovD. A.

Костюков Дмитрий Александрович, старший преподаватель кафедры автоматизированных электроэнергетических систем и электроснабжения

Kostyukov Dmitry, senior lecturer of the Department Automated Electric Power Systems and Power Supply

dkostiukov@ncfu.ruСКФУРоссияNCFURussian Federation20221707202203715Copyright © Петров А.В., Костюков Д.А., 20222022Петров А.В., Костюков Д.А.Petrov A.М., Kostyukov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnikskfu.elpub.ru/jour/article/view/2308

Работа посвящена развитию методов оценки уровня несимметрии токов и напряжений в трехфазных электрических сетях. Основным направлением исследований в данной работе является создание достаточно простого аппаратно-ориентированного способа выделения симметричных составляющих из несимметричной трехфазной системы векторов. В работе предлагается новый алгоритм цифровой обработки сигналов трехфазной системы напряжений и/или токов, позволяющий реализовать функцию цифрового фильтра симметричных составляющих. Основой работы алгоритма являются результаты синхронных измерений мгновенных напряжений и/или токов. В алгоритме отсутствует необходимость в определении угловых соотношений векторов трехфазной системы. Помимо этого, алгоритм освобожден от необходимости использования комплексных чисел при вычислениях симметричных составляющих. Результатом работы алгоритма являются осциллограммы симметричных составляющих, представленные в виде множеств дискретных отсчетов. В основе алгоритма лежат простейшие арифметические действия с мгновенными значениями синхронно измеряемых параметров трехфазной системы. Предлагаемый алгоритм позволяет снизить требования к вычислительной мощности средств измерений без потери точности оценки векторов симметричных составляющих. Алгоритм может быть использован для реализации на его базе цифровых фильтров прямой, обратной или нулевой последовательности напряжений и/или токов.

The paper proposes to the development of methods for assessing the level of current and voltage asymmetry in three-phase electrical networks. The main direction of research in this work is the creation of a simple hardware-oriented method for extracting symmetrical components from an asymmetric three-phase system of vectors. The paper proposes a new algorithm for digital signal processing of a three-phase system of voltages and/or currents, which makes it possible to implement the function of a digital filter of symmetrical components. The algorithm is based on the results of synchronous measurements of instantaneous voltages and/or currents. There is no need in the algorithm to determine the angular ratios of the three-phase system vectors. In addition, the algorithm is freed from the need to use complex numbers when calculating symmetric components. The result of the algorithm is oscillograms of symmetrical components, presented as sets of discrete samples. The algorithm is based on the simplest arithmetic operations with instantaneous values of synchronously measured parameters of a three-phase system. The proposed algorithm makes it possible to reduce the requirements for the computing power of measuring instruments without losing the accuracy of estimating the vectors of symmetrical components. The algorithm can be used to implement on its basis digital filters of pozitive, negative or zero-sequence voltages and/or currents.

трехфазная сетьнесимметриясимметричные составляющиецифровой фильтрцифровая обработка сигналовthree-phase networkasymmetrysymmetrical componentsdigital filterdigital signal processingReferencesПарсентьев, О. С. Анализ дополнительных потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях, образованных несимметрией распределения нагрузки / О. С. Парсентьев // Вестник Луганского национального университета имени Владимира Даля. – 2019. – № 12(30). – С. 136–151.Parsent’ev, O. S. Analiz dopolnitel’nyh poter’ elektroenergii v raspredelitel’nyh elektricheskih setyah, obrazovannyh nesimmetriej raspredeleniya nagruzki (Analysis of Additional Electricity Losses in Distribution Electric Networks, Formed by Unbalance in Load Distribution) / O. S. Parsent’ev // Vestnik Luganskogo nacional’nogo universiteta imeni Vladimira Dalya. – 2019. – № 12(30). – S. 136–151.Громков, А. С. Влияние качества электроэнергии на работу электроприемников и способы повышения показателей качества электроэнергии / А. С. Громков // Экономика и социум. – 2020. – № 4(71). – С. 253–256.Gromkov, A. S. Vliyanie kachestva elektroenergii na rabotu elektropriemnikov i sposoby povysheniya pokazatelei kachestva elektroenergii (The influence of power quality on the operation of power receivers and ways to improve power quality indicators)/ A. S. Gromkov // Ekonomika i socium. – 2020. – № 4(71). – S. 253-256.Петров, А. В. Разработка инженерных методов оценки несимметрии напряжений в сетях 10–0,4 кВ : специальность 05.14.02 Электрические станции и электроэнергетические системы : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Петров Антон Васильевич. – Ставрополь, 2003. – 200 с.Petrov, A. V. Razrabotka inzhenernyh metodov ocenki nesimmetrii napryazhenij v setyah 10–0,4 kV : spetsial’nost’ 05.14.02 Elektricheskie stancii i elektroenergeticheskie sistemy (Development of engineering methods for assessing voltage unbalance in 10–0.4 kV networks) : dissertatsiya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tehnicheskih nauk / Petrov Anton Vasil’evich. – Stavropol’, 2003. – 200 s.Жежеленко, И. В. Оценка потерь электрической энергии, вызванных снижением ее качества / И. В. Жежеленко, В. В. Нестерович // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. – 2017. – № 34. – С. 119–126.Zhezhelenko, I. V. Ocenka poter’ elektricheskoj energii, vyzvannyh snizheniem ee kachestva (Assessment of electrical energy losses caused by a decrease in its quality) / I. V. Zhezhelenko, V. V. Nesterovich // Vestnik Priazovskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. Seriya: Tehnicheskie nauki. – 2017. – № 34. – S. 119–126.Бычков, Е. В. Новые возможности малой энергетики на принципах SmartGrid / Е. В. Бычков, А. Б. Васенин, О. В. Крюков // Автоматизация и IT в энергетике. – 2019. – № 10(123). – С. 40–50.Bychkov, E. V. Novye vozmozhnosti maloj energetiki na principah SmartGrid (New opportunities for smallscale power generation based on SmartGrid principles) / E. V. Bychkov, A. B. Vasenin, O. V. Kryukov // Avtomatizatsiya i IT v energetike. – 2019. – № 10(123). – S. 40–50.Алинов, М. Ш. Smartgrid – умная энергетика: перспективы и барьеры / М. Ш. Алинов, А. Г. Алинов // Российские регионы в фокусе перемен : сборник докладов XIII Международной конференции, Екатеринбург, 15–17 ноября 2018 года. – Екатеринбург: Изд-во УМЦ УПИ, 2019. – С. 111–115.Alinov, M. Sh. Smartgrid – umnaya energetika: perspektivy i bar’ery (Smartgrid – smart energy: prospects and barriers) / M. Sh. Alinov, A. G. Alinov // Rossijskie regiony v fokuse peremen : sbornik dokladov XIII Mezhdunarodnoj konferencii, Ekaterinburg, 15–17 noyabrya 2018 goda. – Ekaterinburg : Izd-vo UMTs UPI, 2019. – S. 111–115.Кононов, Ю. Г. Перспективы применения интеллектуальных информационно-измерительных систем в электрических сетях / Ю. Г. Кононов, Р. Н. Липский // Электроэнергетика глазами молодежи – 2020 : материалы ХI Международной НТК, Ставрополь, 15–17 сентября 2020 года : в 2 т. – Ставрополь : Изд-во СКФУ, 2020. – С. 46–57.Kononov, Yu. G. Perspektivy primeneniya intellektual’nyh informacionno-izmeritel’nyh sistem v elektricheskih setyah (Prospects for the use of intelligent information-measuring systems in electrical networks) / Yu. G. Kononov, R. N. Lipskii // Elektroenergetika glazami molodezhi. – 2020 : materialy ХI Mezhdunarodnoj NTK, Stavropol’, 15–17 sentyabrya 2020 goda : v 2 t. – Stavropol’ : Severo-Kavkazskij federal’nyj universitet, 2020. – S. 46–57.Чупрова, И. А. Особенности внедрения smart metering / И. А. Чупрова // Электроэнергетика. Энергия – 2019 : материалы конференции, Иваново, 02–04 апреля 2019 года : в 7 т. – Иваново : Ивановский государственный энергетический университет им. В. И. Ленина, 2019. – С. 34.Chuprova, I. A. Osobennosti vnedreniya smart metering (Features of implementing smart metering) / I. A. Chuprova // Elektroenergetika. Energiya-2019 : materialy konferencii, Ivanovo, 02–04 aprelya 2019 goda : v 7 t. – Ivanovo : Ivanovskij gosudarstvennyj energeticheskij universitet im. V. I. Lenina, 2019. – S. 34.Баранова, К. С. Интеллектуальная система smart metering и АСКУЭ / К. С. Баранова, А. В. Горбань // Молодежный вестник ИрГТУ. – 2018. – Т. 8. – № 1. – С. 7.Baranova, K. S. Intellektual’naya sistema smart metering i ASKUE (Intelligent smart metering system and ACEMS) / K. S. Baranova, A. V. Gorban’ // Molodezhnyj vestnik IrGTU. – 2018. – T. 8. – № 1. – S. 7.Троицкий, А. И. Обобщение понятия несимметричные нагрузки с целью их внутреннего симметрирования по критерию снижения потерь мощности / А. И. Троицкий, С. С. Костинский // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2013. – № 1. – С. 126–131.Troickij, A. I. Obobshchenie ponyatiya nesimmetrichnye nagruzki s cel’yu ih vnutrennego simmetrirovaniya po kriteriyu snizheniya poter’ moshchnosti (Generalization of the concept of asymmetric loads for the purpose of their internal balancing according to the criterion of reducing power losses) / A. I. Troickij, S. S. Kostinskij // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Elektromekhanika. – 2013. – № 1. – S. 126–131.Костюков, Д. А. Оценка долевого вклада потребителя в несимметрию напряжений по обратной последовательности в сетях с изолированной нейтралью / Д. А. Костюков, А. В. Петров, А. Е. Кущ // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. – 2018. – № 5(68). – С. 7–18.Kostyukov, D. A. Ocenka dolevogo vklada potrebitelya v nesimmetriyu napryazhenii po obratnoj posledovatel’nosti v setyah s izolirovannoj neitral’yu (Estimation of the share contribution of the consumer to the voltage unbalance in reverse sequence in networks with isolated neutral) / D. A. Kostyukov, A. V. Petrov, A. E. Kushch // Vestnik Severo-Kavkazskogo federal’nogo universiteta. – 2018. – № 5(68). – S. 7-18.Костюков, Д. А. Оценка вклада потребителя в несимметрию напряжений по нулевой последовательности в точке общего присоединения / Д. А. Костюков // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. – 2018. – № 6(69). – С. 24–34.Kostyukov, D. A. Ocenka vklada potrebitelya v nesimmetriyu napryazhenii po nulevoi posledovatel’nosti v tochke obshchego prisoedineniya (Estimation of the consumer’s contribution to the voltage asymmetry by zero sequence at the point of common connection) / D. A. Kostyukov // Vestnik Severo-Kavkazskogo federal’nogo universiteta. – 2018. – № 6(69). – S. 24–34.Анализ методов оценки долевого вклада потребителей в уровень несимметрии напряжений в точке общего присоединения / Д. А. Костюков, А. В. Петров, А. Е. Кущ, А. А. Васильев // Актуальные проблемы инженерных наук : материалы 7-й (64) ежегодной НПК преподавателей, студентов и молодых ученых Северо-Кавказского федерального университета «Университетская наука – региону», Ставрополь, 03–29 апреля 2019 года. – Ставрополь : Изд. дом «Тэсэра», 2019. – С. 50–53.Analiz metodov ocenki dolevogo vklada potrebitelej v uroven’ nesimmetrii napryazhenij v tochke obshchego prisoedineniya (Analysis of methods for assessing the share contribution of consumers to the level of voltage asymmetry at the point of common connection) / D. A. Kostyukov, A. V. Petrov, A. E. Kushch, A. A. Vasil’ev // Aktual’nye problemy inzhenernyh nauk : materialy VII (64) ezhegodnoj NPK prepodavatelej, studentov i molodyh uchenyh Severo-Kavkazskogo federal’nogo universiteta «Universitetskaya naukaregionu», Stavropol’, 03–29 aprelya 2019 goda. – Stavropol’ : Izd. dom «Tesera», 2019. – S. 50–53.Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи : учебник : в 2 ч. / Л. А. Бессонов, В. Л. Бессонов. – Ч. 1. – 12-е изд., испр. и доп. – Москва : Юрайт, 2016. – 364 с. – (Бакалавр. Академический курс). – ISBN 978-5-9916-9301-1.Bessonov, L. A. Teoreticheskie osnovy elektrotehniki. Elektricheskie cepi : v 2 ch.: uchebnik (Theoretical foundations of electrical engineering. Electric circuits) / L. A. Bessonov, V. L. Bessonov. – CH. 1 – 12-e izd., ispr. i dop. – Moskva : Yurait, 2016. – 364 s. – (Bakalavr. Akademicheskii kurs). – ISBN 978-5-9916- 9301-1.Кобозев В. А. Расчет комплексных показателей несимметрии напряжений в электрических сетях / В. А. Кобозев, П. В. Коваленко // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. – 2004. – № 4. – С. 50-53.Kobozev, V. A. Raschet kompleksnyh pokazatelej nesimmetrii napryazhenij v elektricheskih setyah (Calculation of complex indicators of voltage asymmetry in electrical networks) / V. A. Kobozev, P. V. Kovalenko // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenij. Elektromekhanika. – 2004 – № 4. – S. 50–53.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.