Krak

1
Politechnika Czestochowska Wydzial Elektryczny
Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych do
ocenywplywu pracy odbiorników nieliniowychna
jakosc energii elektrycznej
dr inz. Marek Gala

• Kraków, 16 grudnia 2010 r.

2
Pojecie jakosci energii elektrycznej
Od wielu lat, w krajach rozwinietych, energia
elektryczna dawno juz przestala byc postrzegana
wylacznie w kategoriach ilosciowych jako wielkosc
fizyczna, lecz skupia na sobie uwage równie
czesto z powodów jej oceny w kategoriach
standardów jakosciowych.
Podobnie jak kazdy inny produkt, równiez energia
elektryczna jest efektem procesu wytwórczego i
jako taki produkt podlega oceniei standaryzacji.
Jakosc energii elektrycznej jest pojeciem
okreslajacym przydatnosc energii elektrycznej do
zasilania odbiorników i wyraza sie poprzez
wartosci liczbowe okreslonych parametrów
elektrycznych (wyrazanych najczesciej dla
napiecia w postaci jego wartosci i odchylenia,
czestotliwosci, asymetrii oraz ksztaltu napiecia)
oraz wskazników opisujacych proces jej
dostarczania do odbiorcy w normalnych warunkach
pracy (czyli bez uwzglednienia skutków dzialania
sil natury, ingerencji osób trzecich oraz wladz
administracyjnych)z uwzglednieniem wystepowania
zaburzen przewodzonych.
3
Metody lokalizacji zródel wyzszych harmonicznych
Obecnie za najbardziej miarodajna ze wszystkich
sposobów lokalizacji zródel wyzszych
harmonicznych uwazana jest tzw. metoda
impedancyjna zaproponowana przez Xu, która
pozwala na dokonanie oceny udzialu dostawcy i
odbiorcy energii w calkowitym odksztalceniu
napiecia w PWP, powodowanym istnieniem wyzszych
harmonicznych.
Uproszczony model ukladu elektroenergetycznego
stanowiacy reprezentacje dostawcy oraz odbiorcy
energii elektrycznej na potrzeby analizy wplywu
stron kontraktu na zawartosc wyzszych
harmonicznych w wezle PWP Xu_00, Xu_03
4
Metody lokalizacji zródel wyzszych harmonicznych
W celu wyznaczenia udzialu poszczególnych stron
kontraktu w ostatecznej wartosci pradu In PWP w
wezle PWP, dokonuje sie zastapienia modelu ukladu
odpowiadajaca mu modyfikacja w oparciu o
twierdzenie Nortona
Zmodyfikowany schemat ukladu elektroenergetycznego
ilustrujacy udzial poszczególnych stron
kontraktu w zaburzeniu pradu in PWP
powodowanym zjawiskiem generowania wyzszych
harmonicznych Xu_00, Xu_03
Wartosc plynacego pradu w torze pomiedzy dostawca
oraz odbiorca energii okresla sie zgodnie z
zasada superpozycji
5
Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych w
zagadnieniach zwiazanych z ocena intensywnosci
zaburzen elektromagnetycznych
Wykorzystanie sztucznych sieci neuronowych do
estymacji pradu plynacegow obwodzie zasilajacym
odbiorce nieliniowego Maz_05
6
Cel pracy badawczej
Za cel pracy badawczej przyjeto opracowanie
neuronowej metody estymacji wartosci chwilowych
napiecia w wezle wspólnego przylaczenia odbiorców
nieliniowych na potrzeby realizacji oceny jakosci
energii elektrycznej, determinowanej stopniem
zaburzen pochodzacych od strony dostawcy energii
elektrycznej oraz charakterem i intensywnoscia
pracy wszystkich odbiorców zasilanych ponizej
punktu PWP.
7
Metoda neuronowa estymacji napiecia w punkcie
wspólnego przylaczenia
Model sieci elektroenergetycznej zasilajacej
dwóch odbiorców nieliniowych oddzialywujacych na
jakosc energii elektrycznej punkcie wspólnego
przylaczenia PWP oprac. wl.
Idea wydzielania odbiorców na pojedynczego
odbiorce oraz odbiorce skupionego.
Model sieci elektroenergetycznej zasilajacej
odbiorniki nieliniowe ZO1 i ZO2 oraz odbiornik
nieliniowy ZO0 znajdujacy sie powyzej punktu PWP
oprac. wl.
8
Metoda neuronowa estymacji napiecia w punkcie
wspólnego przylaczenia
Zmiana wartosci wskaznika MSE ?uPWP uzyskana dla
sieci 10Nl2 dla elementów zbiorów danych
uczacych oraz testujacych zarejestrowanych w
ukladzie modelowym oprac. wl.
Widok neuronowej sieci jednokierunkowejo
architekturze 10Nl2 oprac. wl.
9
Metoda neuronowa estymacji napiecia w punkcie
wspólnego przylaczenia
Przykladowe wyniki uzyskane podczas testowania
sieci neuronowej 10102dla elementów zbioru
testujacego oprac. wl.
10
Pomiar i akwizycja danych pomiarowych na potrzeby
zastosowania neuronowejmetody estymacji napiecia
Schemat sieci dystrybucyjnej zasilajacej piece
indukcyjne zainstalowane w zakladzie
przemyslowym, odbiorniki trakcyjne PKP oraz
odbiorców komunalno-bytowych, niewielkie
podmiotyuslugowo-produkcyjne i
administracyjno-biurowe oprac. wl.
11
Pomiar i akwizycja danych pomiarowych na potrzeby
zastosowania neuronowejmetody estymacji napiecia
12
Zastosowanie neuronowej metody estymacji napiecia
w sieci dystrybucyjnejzasilajacej odbiorniki
nieliniowe
Uzyskany w wyniku realizacji prac
pomiarowo-rejestracyjnych zbiór danych
pomiarowych posluzyl do wyodrebnienia zbioru
danych uczacych Xucz zawierajacego nastepujace
katalogi informacji
Uproszczony schemat prezentujacy sposób uczenia
neuronowego estymatora napiecia w punkcie PWP
oprac. wl.
13
Zastosowanie neuronowej metody estymacji napiecia
w sieci dystrybucyjnejzasilajacej odbiorniki
nieliniowe
? UL1 ? UL2 ? UL3 V
Nr próbki
Wartosci chwilowe napiec fazowych uPWP L1uPWP L3
oprac. wl.
14
Zastosowanie neuronowej metody estymacji napiecia
w sieci dystrybucyjnejzasilajacej odbiorniki
nieliniowe
15
Zjawisko przenikania wyzszych harmonicznych pradu
Uproszczony jednofazowy schemat sieci
elektroenergetycznej zasilajacejodbiorniki
nieliniowe
Schemat zastepczy ukladu okreslony dla skladowej
podstawowej
Uproszczony schemat zastepczy ukladu okreslony
dla wyzszych harmonicznych
16
Estymacja wyzszych harmonicznych pradu
nieliniowego odbiorcy skupionego w przypadku
wirtualnego wylaczenia sasiedniego odbiorcy
nieliniowego
Uwzglednienie zmian intensywnosci zaburzen
elektromagnetycznych zawartychw pradzie iO2
pochodzacych od wylaczanego w sposób wirtualny
analizowanego odbiorcy zostalo zrealizowane
równiez z wykorzystaniem sieci neuronowych.
Dokonano wyboru nastepujacych elementów bedacych
zbiorem danych uczacych
Uproszczony schemat prezentujacy sposób uczenia
neuronowego estymatora widma wyzszych
harmonicznych odksztalconego pradu iO2 oprac.
wl.
17
Estymacja wyzszych harmonicznych pradu
nieliniowego odbiorcy skupionego w przypadku
wirtualnego wylaczenia sasiedniego odbiorcy
nieliniowego
? IO2 L1 ? IO2 L2 ? IO2 L3 A
Nr próbki
Wartosci chwilowe pradów iO2 L1iO2 L3 oprac.
wl.
18
Estymacja wyzszych harmonicznych pradu
nieliniowego odbiorcy skupionego w przypadku
wirtualnego wylaczenia sasiedniego odbiorcy
nieliniowego
19
Ocena jakosci energii elektrycznej w wezle PWP
podczas wirtualnego wylaczeniaodbiorcy
nieliniowego
Estymacja napiecia w wezle PWP podczas
wirtualnego wylaczenia odbiorcy nieliniowego
ZO1,polaczona z jednoczesna ocena jakosci
energii elektrycznej w stanie wirtualnegowylaczen
ia oraz w stanie rzeczywistej pracy odbiorcy
przemyslowego ZO1 oprac. wl.
20
Ocena jakosci energii elektrycznej w wezle PWP
podczas wirtualnego wylaczeniaodbiorcy
nieliniowego
21
Ocena jakosci energii elektrycznej w wezle PWP
podczas wirtualnego wylaczeniaodbiorcy
nieliniowego
Wyniki uzyskane dla rzeczywistego napiecia uPWP
oraznapiecia estymowanego uPWP przez siec
neuronowadla zbioru danych testowych oprac.
wl.
ˆ
22
Wnioski

• opracowana neuronowa metoda estymacji napiecia
  pozwala na okreslenie wartosci chwilowych
  napiecia w analizowanym wezle sieci
  elektroenergetycznej w zaleznosci od charakteru
  oraz intensywnosci pracy analizowanego odbiorcy,
  tzw. odbiorcy skupionego oraz pracy samego
  systemu elektroenergetycznego

• wykazano, iz maksymalny blad wzgledny uzyskany
  podczas wyznaczania wartosci estymowanej
  napiecia chwilowego ûPWP nie przekracza 3,5 ,
  natomiast uzyskana dokladnosc podczas okreslania
  wartosci poszczególnych parametrów opisujacych
  jakosc energii elektrycznej jest istotnie
  lepsza, np. dla wskaznika THD ûPWP wartosc bledu
  bezwzglednego wyniosla 0,15

• dysponowanie wartosciami chwilowymi napiec w
  analizowanym wezle pozwala na przeprowadzenie
  kompleksowej oceny jakosci energii elektrycznej w
  zaleznosci od charakteru pracy danego odbiorcy
  nieliniowego

• zastosowanie opisanej metody w rzeczywistych
  ukladach elektroenergetycznych pozwala na
  okreslenie stopnia odksztalcenia napiecia w PWP
  oraz pozostalych wskazników opisujacych jakosc
  energii elektrycznej (stopien asymetrii, wahania
  napiecia, etc.) podczas tzw. wirtualnego
  wylaczenia analizowanego odbiorcy nieliniowego,
  co prowadzi do wyznaczenia jego indywidualnego
  wplywu w calkowitej degradacji napiecia w
  analizowanym wezle systemu elektroenergetycznego.

23
Dziekuje za uwage