Ідентифікація параметрів пристроїв систем електричної тяги методом часових рядів
Loading...
Date
2018
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
UK: Мета. Наукова робота передбачає розробку та обґрунтування нового методу параметричної ідентифікації пристроїв електричної тяги, що базується на системі ортогональних функцій, а саме – на основі часових степеневих рядів. Методика. Для розв’язання поставленої задачі використовуються: теорія степеневих рядів; основні закони теоретичної електротехніки; елементи спектрального аналізу періодичних та неперіодичних несинусоїдних функцій електричних величин напруги й струму; матричні методи розв’язання системи алгебраїчних рівнянь. Результати. Розроблено новий метод часових степеневих рядів, який може використовуватися для ідентифікації пристроїв як системи тягового електропостачання, так і електрорухомого складу. Метод базується на складанні інтегродиференціальних рівнянь електромагнітного стану досліджуваної електротехнічної системи. Задані напруга і струм у зазначених рівняннях апроксимовані степеневими рядами, в які входять шукані параметри електричного кола системи у вигляді коефіцієнтів. Користуючись розробленим методом, у роботі ідентифіковано електровози змінного струму ДС3 і 2ЕС5К. Визначено їх параметри R і L, що змінюються в часі на протязі періоду прикладеної синусоїдної напруги. Побудовано та проаналізовано часові залежності R(t) і L(t). Дане пояснення щодо ділянок із від’ємною індуктивністю. Показано, що зазначені електровози можуть бути ідентифіковані пасивним двополюсником із параметричними резистивним та індуктивним елементами. Наукова новизна. Інноваційність роботи полягає, по-перше, у розробці нового методу ідентифікації, по-друге, у можливості заміни будь-якого пристрою електричної тяги параметрами RL – двополюсника. І, нарешті, в тому, що запропонований метод дозволяє шляхом уточнення апроксимації вхідних та вихідних напруг і струмів отримувати найбільш точні значення параметрів R та L ідентифікаційного двополюсника. Практична значимість. Розроблений метод дозволяє оцінювати в масштабі реального часу параметри пристроїв систем електричної тяги, що сприяє його застосовуванню при моделюванні перехідних електромагнітних процесів, які виникають при роботі досліджуваної системи в аварійних режимах.
RU: Цель. Научная работа предусматривает разработку и обоснование нового метода параметрической идентификации устройств электрической тяги, основанного на системе ортогональных функций, а именно – на основе временных степенных рядов. Методика. Для решения поставленной задачи используются: теория степенных рядов; основные законы теоретической электротехники, элементы спектрального анализа периодических и непериодических несинусоидальных функций электрических величин напряжения и тока; матричные методы решения системы алгебраических уравнений. Результаты. Разработан новый метод временных степенных рядов, который может использоваться для идентификации устройств, как системы тягового электроснабжения, так и электроподвижного состава. Метод основан на составлении интегродифференциальных уравнений электромагнитного состояния исследуемой электротехнической системы. Заданные напряжение и ток в указанных уравнениях аппроксимированы степенными рядами, в которые входят искомые параметры электрической цепи системы в виде коэффициентов. Пользуясь разработанным методом, в работе идентифицированы электровозы переменного тока ДС3 и 2ЕС5К. Определены их параметры R и L, изменяющиеся во времени на протяжении периода приложенного синусоидального напряжения. Построены и проанализированы временные зависимости R(t) и L(t). Дано объяснение для участков с отрицательной индуктивностью. Показано, что указанные электровозы могут быть идентифицированы пассивным двухполюсником с параметрическими резистивным и индуктивным элементами. Научная новизна. Инновационность работы заключается, во-первых, в разработке нового метода идентификации, во-вторых, в возможности замены любого устройства электрической тяги параметрами RL – двухполюсника. И, наконец, в том, что предложенный метод позволяет путем уточнения аппроксимации входных и выходных напряжений и токов получать наиболее точные значения параметров R и L идентификационного двухполюсника. Практическая значимость. Разработанный метод позволяет оценивать в масштабе реального времени параметры устройств систем электрической тяги, что способствует его применению при моделировании переходных электромагнитных процессов, возникающих при работе исследуемой системы в аварийных режимах.
EN: Purpose. The scientific work provides for the development and justification of a new method for the parametric identification of electric traction devices based on a system of orthogonal functions, namely – on the basis of time power series. Methodology. To solve this problem, we use: the theory of power series; basic laws of theoretical electrical engineering, elements of the spectral analysis of periodic and non-periodic non-sinusoidal functions of electrical quantities of voltage and current; matrix methods for solving a system of algebraic equations. Findings. A new method of time power series is developed, which can be used to identify devices both traction power systems and electric rolling stock. The method is based on the compilation of integro-differential equations of the electromagnetic state of the electrotechnical system under study. The given voltage and current in the indicated equations are approximated by power series, into which the required parameters of the electric circuit of the system enter in the form of coefficients. Using the developed method, electric locomotives AC of DSС3 and 2ES5K were identified in the work. Their parameters R and L, varying in time over the period of the applied sinusoidal voltage, are determined. Time dependences R(t) and L(t) are constructed and analyzed. An explanation is given for the regions with negative inductance. It is shown that these electric locomotives can be identified by a passive two-terminal network with parametric resistive and inductive elements. Originality. Innovation of work consists, first, in development of a new method of identification, and secondly, in the possibility of replacing any device of electric traction with parameters of RL- a two-terminal network. And, finally, the fact that the proposed method makes it possible, by improving the approximation of input and output voltages and currents, to obtain the most accurate values of the parameters R and L the identification two-terminal network. Practical value. The developed method makes it possible to evaluate the parameters of devices of electric traction systems on a real-time scale, which facilitates its application in modeling the transient electromagnetic processes that arise during the operation of the system under study in emergency modes.
RU: Цель. Научная работа предусматривает разработку и обоснование нового метода параметрической идентификации устройств электрической тяги, основанного на системе ортогональных функций, а именно – на основе временных степенных рядов. Методика. Для решения поставленной задачи используются: теория степенных рядов; основные законы теоретической электротехники, элементы спектрального анализа периодических и непериодических несинусоидальных функций электрических величин напряжения и тока; матричные методы решения системы алгебраических уравнений. Результаты. Разработан новый метод временных степенных рядов, который может использоваться для идентификации устройств, как системы тягового электроснабжения, так и электроподвижного состава. Метод основан на составлении интегродифференциальных уравнений электромагнитного состояния исследуемой электротехнической системы. Заданные напряжение и ток в указанных уравнениях аппроксимированы степенными рядами, в которые входят искомые параметры электрической цепи системы в виде коэффициентов. Пользуясь разработанным методом, в работе идентифицированы электровозы переменного тока ДС3 и 2ЕС5К. Определены их параметры R и L, изменяющиеся во времени на протяжении периода приложенного синусоидального напряжения. Построены и проанализированы временные зависимости R(t) и L(t). Дано объяснение для участков с отрицательной индуктивностью. Показано, что указанные электровозы могут быть идентифицированы пассивным двухполюсником с параметрическими резистивным и индуктивным элементами. Научная новизна. Инновационность работы заключается, во-первых, в разработке нового метода идентификации, во-вторых, в возможности замены любого устройства электрической тяги параметрами RL – двухполюсника. И, наконец, в том, что предложенный метод позволяет путем уточнения аппроксимации входных и выходных напряжений и токов получать наиболее точные значения параметров R и L идентификационного двухполюсника. Практическая значимость. Разработанный метод позволяет оценивать в масштабе реального времени параметры устройств систем электрической тяги, что способствует его применению при моделировании переходных электромагнитных процессов, возникающих при работе исследуемой системы в аварийных режимах.
EN: Purpose. The scientific work provides for the development and justification of a new method for the parametric identification of electric traction devices based on a system of orthogonal functions, namely – on the basis of time power series. Methodology. To solve this problem, we use: the theory of power series; basic laws of theoretical electrical engineering, elements of the spectral analysis of periodic and non-periodic non-sinusoidal functions of electrical quantities of voltage and current; matrix methods for solving a system of algebraic equations. Findings. A new method of time power series is developed, which can be used to identify devices both traction power systems and electric rolling stock. The method is based on the compilation of integro-differential equations of the electromagnetic state of the electrotechnical system under study. The given voltage and current in the indicated equations are approximated by power series, into which the required parameters of the electric circuit of the system enter in the form of coefficients. Using the developed method, electric locomotives AC of DSС3 and 2ES5K were identified in the work. Their parameters R and L, varying in time over the period of the applied sinusoidal voltage, are determined. Time dependences R(t) and L(t) are constructed and analyzed. An explanation is given for the regions with negative inductance. It is shown that these electric locomotives can be identified by a passive two-terminal network with parametric resistive and inductive elements. Originality. Innovation of work consists, first, in development of a new method of identification, and secondly, in the possibility of replacing any device of electric traction with parameters of RL- a two-terminal network. And, finally, the fact that the proposed method makes it possible, by improving the approximation of input and output voltages and currents, to obtain the most accurate values of the parameters R and L the identification two-terminal network. Practical value. The developed method makes it possible to evaluate the parameters of devices of electric traction systems on a real-time scale, which facilitates its application in modeling the transient electromagnetic processes that arise during the operation of the system under study in emergency modes.
Description
Т. Мищенко: ORCID: 0000-0001-6336-7350
Keywords
ідентифікація, степеневі ряди, електровоз, індуктивність, резистор, метод, напруга, струм, часові залежності, идентификация, степенные ряды, электровоз, индуктивность, резистор, напряжение, ток, временные зависимости, identification, power series, electric locomotive, inductance, resistor, method, voltagе, current, time dependencies, КІСЕ
Citation
Міщенко, Т. М. Ідентифікація параметрів пристроїв систем електричної тяги методом часових рядів / Т. М. Міщенко // Наука та прогрес транспорту. – 2018. – № 2 (74). – С. 67–76. doi: 10.15802/stp2018/130018 .