Синтез высокопроизводительного вычислителя гармоник тока и напряжения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат наук Степанова Елизавета Андреевна

• Степанова Елизавета Андреевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Степанова Елизавета Андреевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Параметры качества электрической энергии. Обзор существующей элементной базы и готовых устройств для их измерения

1.1 Качество электрической энергии и его параметры

1.2 Гармоники тока и напряжения в электросетях

1.3 Обзор существующей элементной базы и устройств измерения качества электрической энергии

1.4 Комплексы измерения качества электрической энергии

1.5 Технологические особенности производства печатных плат

1.6 Постановка задач исследований

Выводы

ГЛАВА 2 Теоретическое обоснование синтеза вычислителя

2.1 Расчет характеристик процессора для вычисления гармонических составляющих

2.2 Количество ядер и производительность процессора

2.3 Оценка и учет вычислительной нагрузки на процессор при

выполнении БПФ

2.4 Анализ и создание критериев по выбору оптимальной архитектуры многопроцессорной системы

2.5 Межпроцессорное взаимодействие

2.6 Алгоритм расчета оптимального количества слоев многослойной печатной платы

Выводы

ГЛАВА 3 Вычислительный модуль. Методика синтеза. Функциональные особенности. Элементная база

3.1 Блок-схема методики синтеза

3.2 Архитектура вычислительного модуля

3.3 Выбор процессора

3.4 Распределение функций между процессорными ядрами

3.5 Распределение потоков данных в ПЛИС

3.6 Выбор ПЛИС

3.7 Выбор системы организации памяти

3.8 Технические характеристики и описание вычислителя гармоник тока и напряжения

Выводы

ГЛАВА 4 Экспериментальные даннные измерений гармоник тока и напряжения на тяговых подстанциях железной дороги

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список сокращений

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Комплектующие вычислителя и результаты измерения гармоник тока и напряжения на тяговых подстанциях Красноярской железной дороги

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Анализ динамики стоимости печатной платы вычислителя

ПРИЛОЖЕНИЕ В Акт внедрения результатов диссертационной работы в ОАО «РЖД»

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Патент на полезную модель

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез высокопроизводительного вычислителя гармоник тока и напряжения»

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования

Объемы потребляемой электроэнергии систематически возрастают с ростом мощности нелинейных потребителей, происходит изменение характера нагрузки электросетей [1], а использование все более сложных электротехнических комплексов требует повышения её качества [2].

Внедрение в компьютерную и бытовую технику инверторов, использование частотных преобразователей, электронных регуляторов скорости двигателей и регулируемого освещения ведет к резкому увеличению высших гармоник тока в электросети. Показатели качества электроэнергии регламентируются введенным с 1 января 2015 года ГОСТ 33073-2014 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [3]. Настоящий стандарт устанавливает показатели и нормы качества электрической энергии в точках передачи электрической энергии пользователям электрических сетей низкого, среднего и высокого напряжений систем электроснабжения общего назначения переменного тока частотой 50 Гц.

Российские железные дороги реализуют требования Федерального закона «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» № 261-ФЗ от 23.11.2009 г. Составлены и выполняются программы повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения и электроподвижного состава на период 2013-2017 годы. В связи со всем вышеизложенным, обеспечение контроля качества электроэнергии является актуальной задачей.

Контроль электротехнической информации выполняется с помощью сертифицированных модулей (вычислителей или измерителей), которые работают в составе электротехнических комплексов и обеспечивают измерение и расчёт всех необходимых параметров для определения и анализа качества электрической

энергии. В настоящее время наибольшее распространение получили модули, выполненные в виде цифровых вычислителей.

Появление такого рода приборов стало возможным благодаря работам В. Д. Бардушко, А. Т. Буркова, В. Н. Горюнова, Б. Гоулда, Б. Е. Дынькина, И. В. Жежеленко, Ю. С. Железко, Ф. Р. Исмагилова, Н. А. Колмогорова,

B. А. Котельникова, Г. Найквиста, Л. Рабинера, В. Т. Черемисина,

C. С. Грицутенко, К. Э. Эрглиса и других.

В направлении обеспечения качества электрической энергии ведется исследовательская работа, существуют научно-исследовательские лаборатории -такие, как лаборатория по качеству электрической энергии Омского государственного технического университета. В данной лаборатории разработали 16-канальный измерительно-вычислительный комплекс ИВК ОМСК-М, предназначенный для глубокого и всестороннего исследования режимов работы систем электроснабжения промышленных предприятий (авторы разработки В. А. Ощепков, Д. С. Осипов, А. В. Дед). По всей России существует ряд частных испытательных лабораторий: «Тест-Электро» г. Москва, «Юнитекс» г. Екатеринбург, «Энергосоюз» г. Ростов-на-Дону, «Научный и инженерно-испытательный центр электротехники и электроэнергетики» г. Санкт-Петербург и другие.

В настоящее время в области цифровой обработки сигналов используются различные методы и алгоритмы - такие, как быстрое преобразование Фурье, адаптивная фильтрация, вейвлет-преобразования, нейронные сети и другие.

Известно, что использование преобразование Фурье для сигналов, изменяющихся во времени, приводит к большим погрешностям при вычислении фазы. Для решения этой проблемы существуют различные адаптивные алгоритмы измерения гармоник: алгоритм синусоидального отслеживания фаз [4], алгоритм интерполяции оконного БПФ [5], алгоритм измерения гармоник [6]. Все адаптивные алгоритмы предполагают различную временную настройку, а значит быстрыми их назвать нельзя.

Алгоритмы цифровой обработки сигналов могут быть реализованы на основе искусственных нейронных сетей (ИНС). Их достоинствами являются адаптивность, нелинейность, отказоустойчивость, а также масштабируемость. Однако при измерении гармоник необходимо получить точный, а не ближайший из выборки результат. Большинство современных подходов к созданию ИНС не позволяют получить однозначное решение [7].

Быстрое преобразование Фурье позволяет выполнять измерения в любой момент времени без предварительной настройки. Перед использованием БПФ для обрезания и сглаживания исходного сигнала используются оконные функции. В статьях [8,9] предложены различные оконные алгоритмы, подходящие для расчета гармонических составляющих, которые могут быть применены и в настоящем исследовании.

Мировыми и отечественными производителями цифровых электротехнических измерительных комплексов SATEC, Fluke, АКИП, Metrel, CIRCUTOR и другими, выпускается различное оборудование для измерения и мониторинга электротехнической информации. Стоимость измерителей достаточно высока. Рассмотренные устройства измеряют до 50 гармоник тока и напряжения на частоте основной гармоники 50 Гц, что соответствует 2 кГц. Согласно ГОСТ 30804.4.7-2013 «Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемым к ним технических средств» порядок измерения спектральных составляющих напряжения и тока устанавливается в полосе частот до 9 кГц. Из всех представленных моделей лишь SATEC PM130 PLUS и Fluke 437 способны проводить измерения на частоте основной гармоники, равной 400 Гц. Современные научные разработки показали, что требуется оборудование, способное проводить измерения 128-и и выше гармоник; появляются приборы -такие, как серия РМ8ХХ и ION7XXX PowerLogic, измеряющие 63 гармоники и работающие в диапазоне до 400 Гц, а также SATEC eXpertMeter EM720, измеряющий 127-и гармоник. Количество каналов измерения у существующего оборудования не отвечает требованиям тяговой подстанции железной дороги,

имеющей в трехфазной сети как фидеры контактной сети, так и фидеры районных нагрузок, число которых может достигать нескольких десятков. Конструктивное исполнение не всегда позволяет использовать эти приборы на железной дороге.

В результате вышесказанного можно сделать вывод, что оборудования, способного измерять гармоники выше 50 на частотах до 9кГц, многоканального, высокопроизводительного, крайне мало. Поэтому, проблема создания высокопроизводительного модуля обработки информации, поступающей от силовых сетей энергоснабжения, предназначенного для работы в составе электротехнического комплекса измерения качества электроэнергии, является актуальной.

Цель диссертационной работы - разработка методики синтеза высокопроизводительных вычислительных модулей предназначенных для анализа гармоник тока и напряжения в электрических сетях железной дороги.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

1. Разработать методику синтеза высокопроизводительных вычислительных устройств с алгоритмом расчета характеристик процессора для определения гармонических составляющих тока и напряжения.

2. Предложить критерии по выбору оптимальной архитектуры многопроцессорной системы вычислителя.

3. Выполнить анализ методов организации межпроцессорного взаимодействия, с целью обеспечения высокой скорости передачи и обработки данных.

4. Разработать алгоритм расчета оптимального количества слоев многослойной печатной платы вычислителя.

Методы исследования. В качестве методов исследования в работе использованы основные положения и методы цифровой обработки сигналов, электротехники, проектирования печатных плат на ЭВМ. Моделирование печатной платы на ЭВМ осуществлялось с помощью программ Р-СЛБ-2006 и ХШпх КЕ.

Научная новизна

1. Разработана методика синтеза высокопроизводительных устройств вычислительной техники в области измерения гармонических составляющих тока и напряжения, включающая в себя расчет характеристик процессора и позволяющая достичь высокой производительности при оптимальных аппаратных затратах.

2. Разработаны рекомендации по анализу вычислительной нагрузки при использовании БПФ для расчета гармоник тока и напряжения, позволяющие повысить быстродействие вычислительной системы.

3. Разработана параллельная схема соединения процессоров для многоканального вычислителя гармоник тока и напряжения, отличающаяся использованием ПЛИС для организации межпроцессорного взаимодействия, что позволило упростить межпроцессорный обмен данными и обеспечило синхронную работу по 32-м каналам на прием и передачу с задержкой в 1 такт на переключение каналов.

4. Разработан алгоритм расчета оптимального количества слоев многослойной печатной платы вычислителя, отличающийся тем, что он учитывает использование микросхем в корпусе BGA, обеспечивает повышение надежности устройства путем сокращения количества межсоединений, позволяет сократить временные затраты на проектирование.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретическими исследованиями с использованием математического аппарата теории цифровой обработки сигналов, моделированием в программе P-CAD-2006 и Xilinx ISE, экспериментальными данными.

Практическая ценность диссертационной работы и реализация результатов:

Разработана методика синтеза высокопроизводительных устройств вычислительной техники в области измерения гармонических составляющих тока и напряжения, позволяющая повысить эффективность проектирования

вычислительных устройств путем расчета необходимых аппаратных затрат, выбора архитектуры многопроцессорной системы, организации схемы межпроцессорного взаимодействия, обеспечивающая высокую

производительность и позволяющая сократить время и затраты на разработку;

Спроектирован высокопроизводительный портативный модуль вычислителя, позволяющий работать с частотой основной гармоники от 50 Гц до 400 Гц, имеющий до 32 каналов, измеряющий до 256 гармоники тока и напряжения в трехфазных и однофазных сетях [11].

Апробация работы. Основные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались на IV Всероссийской молодежной научно-технической конференции с международным участием «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность!» (Омск, 2011); VIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Молодежь и современные информационные технологии" (Томск, 2010); III общероссийской научно-технической конференции «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных РЭС» (Омск, 2010, 2012); научно-практической конференции ОмГУПС «Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте» (Омск, 2010).

Личный вклад. Лично автором разработаны: алгоритм расчета характеристик процессора, рекомендации по анализу вычислительной нагрузки при выполнении БПФ, схема соединения процессоров для многоканального вычислителя гармоник тока и напряжения, алгоритм расчета оптимального количества слоев многослойной печатной платы.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе 6 статей из списка изданий, определенных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа включает 1 39 страниц машинописного текста и содержит 42 рисунка, 15 таблиц, список литературы, приложения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика синтеза вычислительного модуля, включающая расчет характеристик процессора для обработки электротехнических сигналов, позволяющая достичь высокой производительности при оптимальных аппаратных затратах;

2. Архитектура многопроцессорной системы вычислителя гармоник тока и напряжения со схемой межпроцессорного взаимодействия, обеспечивающая высокоскоростной обмен данными;

3. Алгоритм расчета оптимального количества слоев многослойной печатной платы для модуля цифрового измерителя гармоник тока и напряжения, позволяющий повысить надежность устройства.

4. Результаты анализа методов организации межпроцессорного взаимодействия.

Первая глава посвящена анализу существующей элементной базы и комплексов для измерения качества электрической энергии и обоснованию необходимости создания нового вычислительного модуля для анализатора гармоник тока и напряжения.

Во второй главе представлено теоретическое обоснование методики синтеза вычислителя, предлагается алгоритм по расчету аппаратных затрат, рассматривается вопрос выбора оптимальной архитектуры, анализируются варианты организации межпроцессорного взаимодействия, представлен алгоритм расчета оптимального количества слоев многослойной печатной платы анализатора гармоник.

В третьей главе выполнен синтез анализатора гармоник тока и напряжения. На основании выполненных расчетов требуемых характеристик процессора, требований к устройству, оптимальной архитектуре, была выбрана элементная база, система организация памяти, а также выполнен расчет требуемого оптимального числа слоев платы.

В четвертой главе представлены результаты измерений гармоник тока и напряжения, выполненные с помощью вычислительного модуля. Измерения гармонических составляющих тока и напряжения проведены на тяговых подстанциях Красноярской железной дороги с номинальным напряжением 27,5 кВ.

ГЛАВА 1 ПАРАМЕТРЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ И ГОТОВЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

В данной главе рассматривается вопрос контроля качества электроэнергии, приведены показатели качества электроэнергии, способы их расчета и нормирования. Выполнен обзор существующих вычислительных модулей, а также комплексов по измерению параметров качества электроэнергии, проведен их сравнительный анализ, выявлены недостатки, рассмотрены технологические особенности производства печатных плат высокопроизводительных вычислителей.

На основании представленного обзора и анализа существующих аппаратных решений обосновывается необходимость создания высокопроизводительного модуля для анализа гармоник тока и напряжения силовых сетей энергоснабжения, предназначенного для работы в составе электротехнического комплекса измерения качества электроэнергии.

1.1 Качество электрической энергии и его параметры

Обеспечение высокого качества электроэнергии ведет к повышению эффективности работы приемников электроэнергии и электроэнергетических систем [12]. Контроль качества электрической энергии заключается в проверке соответствия определенных параметров установленным нормам. Определение и оценка показателей качества проводится с помощью контрольно-измерительных приборов.

В дополнение к оценке показателей качества, выполняется технико-экономический расчет [13,14]. Технико-экономические показатели определяют ущерб, нанесенный вследствие порчи материалов и оборудования, расстройства технологического процесса, ухудшения качества работы, технологический ущерб, электромагнитный ущерб.

Различают четыре вида режимов электроснабжения: нормальные, временно допустимые, аварийные и послеаварийные.

Нормальным является режим, при котором все потребители бесперебойно обеспечиваются электроэнергией нормированного качества. Это значит, что отклонения установленных параметров качества электроэнергии от их номинальных значений не выходят за допустимые пределы.

Во временно допустимых режимах наблюдаются токовые перегрузки, характеризующиеся отклонениями напряжения и другими факторами. При расчете временно допустимых режимов учитываются определенные значения отклонений. Отклонения могут допускаться на определенное ограниченное время без существенного ущерба.

В аварийном режиме наблюдаются опасные для элементов сети сверхтоки. Он возникает при повреждениях элементов сети и имеет переходный характер. В послеаварийном режиме происходят переходные процессы, возникающие при ручном или автоматическом восстановлении питания [15,16].

Для всех перечисленных режимов нормируются показатели качества электроэнергии. Нормирование показателей качества электроэнергии (ПКЭ) является главной задачей обеспечения качества электроэнергии.

Систему контроля ПКЭ составляют качественные характеристики медленных (отклонения) и быстрых (колебания) изменений действующего значения напряжения, его формы и симметрии в трехфазной системе, а также изменений частоты [17].

Согласно ГОСТ 33073-2014 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», основными ПКЭ являются:

- отклонение частоты;

- медленные изменения напряжения;

- колебания напряжения (прерывания) и фликер;

- несинусоидальность напряжения (гармоники);

- несимметрия напряжений в трехфазных системах;

- напряжения сигналов, передаваемых по электрическим сетям;

- случайные события (прерывания напряжения, провалы напряжения, перенапряжения, импульсные напряжения) [18].

Большие отклонения частоты возникают в результате медленного регулярного изменения нагрузки при недостаточном резерве активной мощности. Отклонение частоты от номинальной вызывает возникновение увеличение расхода энергии на передачу, а также снижение производительности технологического оборудования [19].

Медленные изменения напряжения определяются разностью между действительным и и номинальным ином значениями. В трехфазных электрических сетях за действительное принимается напряжение прямой последовательности основной частоты.

Колебания напряжения - это быстрые изменения действующего напряжения, которые происходят со скоростью один или два процента в секунду и выше. При расчете колебаний напряжения определяют их амплитуду, частоту и интервалы.

Несимметрия напряжений трехфазной сети характеризуется коэффициентом обратной последовательности напряжений е2 в процентах, определяемым отношением напряжения обратной последовательности к номинальному напряжению [20]. Наличие несимметрии токов и напряжений в трехфазной системе приводит к появлению дополнительных потерь мощности.

Глубина и длительность провала напряжения также является одним из показателей его качества. Провалы напряжения, как правило, вызывают несимметричный режим работы асинхронных двигателей [21, 22].

Причиной возникновения импульсных переходных процессов могут являться удары молнии, неисправности заземления, коммутация индуктивных нагрузок, срабатывания защитной автоматики в электросети и электростатические разряды. Их последствия могут лежать в диапазоне от потери (или повреждения) данных до физического повреждения оборудования. Из перечисленных случаев

наибольший ущерб связан с ударами молнии. В борьбе с импульсными переходными процессами наибольший эффект дает устранение условий возникновения электростатических разрядов и применение устройств подавления всплесков напряжения [23]. Провалы напряжений оценивают по установленным пороговым значениям, обычно равным 85-90% от основного [24].

Снижение качества электрической энергии приводит к различным отрицательным последствиям [25], среди которых следует выделить:

- возникновение дополнительных потерь электроэнергии в элементах систем электроснабжения;

- увеличение погрешности электроизмерительных приборов;

- снижение эффективности процессов производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии вследствие дополнительных потерь;

- ускоренное старение изоляции электрооборудования;

- ложная работа устройств релейной защиты автоматики;

- функциональные нарушения, связанные с отказами, сокращением срока службы, выходом из строя оборудования и авариями;

- повреждение средств защиты и безопасности обслуживающего персонала.

1.2 Гармоники тока и напряжения в электросетях

В данной диссертационной работе основное внимание уделяется наличию высших гармоник тока и напряжения в сетях электроснабжения. Появление гармонических составляющих напряжения обусловлено, как правило, нелинейными нагрузками, которые являются причиной появления токов несинусоидальной формы. Несинусоидальные токи и напряжения представляют собой сумму гармоник кратных основной частоте (1 гармоника 50 Гц, 3-я 150 Гц, и т.д.).

Источниками гармонических токов являются:

- силовое электронное оборудование (частотные приводы переменного и постоянного тока, источники бесперебойного питания, выпрямители, конверторы, диодные мосты);

- сварочное, дуговое оборудование;

- насыщаемые устройства (трансформаторы, двигатели, генераторы) и другие устройства.

Гармонические токи, протекающие в электрических сетях, создают падения напряжений на полных сопротивлениях электрических сетей. Гармонические токи, полные сопротивления электрических сетей, и, следовательно, напряжения гармонических составляющих в точках передачи электрической энергии изменяются во времени [26,27].

Гармоники порядка 1, 4, 7, 10, 13 и т. д. образуют прямую последовательность фаз, гармоники 2, 5, 8, 11, 14 и т. д. - обратную последовательность. Гармоники, кратные трем 3, 6, 9, 12 и т. д. в трехфазных сетях сдвинуты на 360 градусов и образуют нулевую последовательность. Данные гармоники суммируются в нейтральном проводе, что может привести к тому, что ток в нейтрали будет больше фазного.

Гармоники, кратные третьей, приводят к падениям напряжения как в нейтрали, так и в фазных проводниках, вызывая искажения формы напряжения на других нагрузках, подключенных к этой сети [28]. На рисунке 1.1 представлена форма напряжения, искаженного гармоникой 3 порядка.

Рисунок 1.1 - Влияние 3 гармоники на форму сигнала

В реальных условиях встречается форма напряжения, представленная на рисунке 1.2 а). На рисунке 1.2 б) представлено искажение синусоидального напряжения и появление гармонических составляющих [29].

а)

б)

Рисунок 1.2 - а) пример реальной формы напряжения при нелинейной нагрузке; б) искажение синусоидального напряжения и появление гармонических

составляющих

Несоответствие значений гармоник тока и напряжения нормативным значениям, или гармонические искажения, вызывают следующие проблемы:

- искажение напряжения;

- избыточный ток в нейтрали;

- ошибки в работе электронного оборудования;

- неполадки в батареях компенсирующих конденсаторов;

- увеличение износа двигателей и другого оборудования;

- перегрузки в линиях, трансформаторах и распределительных устройствах;

- неполадки в осветительной аппаратуре;

- сбои в работе оборудования соседних потребителей;

- перегрев электродвигателей;

- снижение коэффициента мощности;

- перегрузку генерирующих мощностей.

Согласно ГОСТ 33073-2014, коэффициент п-ой гармонической составляющей напряжения Ки(п) определяется как результат усреднения значений К^пф в ¡-м замере на интервале времени в 3 с. Число наблюдений N должно быть не менее 9 [30,31]:

X (Ки(п)г )2

Ки (п) . Л7

* К [31], (1.1)

где КЩф определяется по результатам ¡-го замера в процентах по формуле

К и (п, = ^ -100%

и ™ [31], (1.2)

где Кщф - действующее значение п-ой гармонической составляющей

напряжения. Измерение коэффициента п-ой гармонической составляющей

выполняется для фазных или междуфазных напряжений.

Качество электроэнергии по коэффициенту п-ой гармонической составляющей соответствует ГОСТу, если максимальное из всех измеренных усредненных значений Кщф не превышает предельно допустимых значений, а усредненное значение Ки(п), с вероятностью 95 %, нормально допустимых значений [30,31].

Предельно допустимые значения коэффициента п-ой гармонической составляющей напряжения определяется

Ки(п)пред = 1,5 • Ки(п)н [31]. (1.3)

Расчет токов и напряжений выполняется отдельно на каждой гармонике.

В общем случае значение тока в у-м источнике тока к-й межподстанционной зоны задается гармоническим рядом:

где V- номер гармоники; с-угловая частота переменного тока, рад/с.

На высших гармониках, также как и на основной частоте, аргументы источников тока первоначально неизвестны. Для их определения используется соотношение

где а1к - угол сдвига между током и его первой гармоникой в к-й фидерной зоне, у-м источнике тока; ауку - то же между током и его ^й гармоникой.

После расчета модулей и аргументов источников тока высших гармоник определяется распределение токов и напряжений в ветвях.

1.3 Обзор существующей элементной базы и устройств измерения качества

электрической энергии

Измеритель/анализатор качества электроэнергии должен иметь следующие функциональные возможности:

- анализ спектра в реальном времени;

- возможность расчета в реальном времени такого показателя, как коэффициент нелинейных искажений;

- регистрация данных - запись формы напряжения с возможностью ее дальнейшей визуализации;

- входы, рассчитанные на высокое напряжение и ток [33,34].

При выборе измерителя/анализатора учитываются такие факторы, как число каналов, диапазон входных напряжений, диапазон измеряемых токов, частота основной гармоники, количество измеряемых высших гармоник. Вопросы моделирования устройств обеспечения качества электроэнергии рассмотрены в работах [35,36].

(1.4)

[аг8 У& ] = ] + К ]) - [аук ] [32],

(1.5)

В таблице 1.1 представлен сравнительный ряд наиболее популярных моделей измерителей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Степанова Елизавета Андреевна, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михайлов, В. Е. Современная электросеть. - М: НиТ, 2013. - 256 с.;

2. Луктин, Б. В. Качество электрической энергии: Лабораторный практикум // Б. В. Луктин, И. О. Муравлев, А. И. Муравлев // Томск: ТПУ, 2010. -87 с.;

3. ГОСТ 33073-2014 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М.: Стандартинформ. - 2014. - 20с.;

4. Ortmeyer, Thomas H. A new technique of measurement of nonstationary harmonics / T. H. Ortmeyer, A. K. Ziarani, D. M. McNamara // IEEE transactions on power delivery, vol. 22, № 1. - 2007. - p. 387-395;

5. Zhongxing, Geng The algorithm of interpolating windowed FFT for harmonic analysis of electric power system / Fusheng Zhang, Zhongxing Geng, Wei Yuan // IEEE transactions on power delivery, vol. 16, № 2. - 2001. p. 160 - 164;

6. Karimi-Ghartemani, M. Measurement of harmonics/inter-harmonics of time-varying frequencies / Masoud Karimi-Ghartemani, M. Reza Iravani // IEEE transactions on power delivery, vol. 20, № 1. - 2005. p. 23 - 31;

7. Белоглазов, Д. А. Особенности нейросетевых решений, достоинства и недостатки, перспективы применения / Д. А. Белоглазов // Известия ЮФУ. Технические науки, №7. - 2008. С. 105 -110.

8. Ta-Peng Tsao The optimization of spectral analysis for signal harmonics / Ta-Peng Tsao, Rong-Ching Wu, Chia-Ching Ning // IEEE transactions on power delivery, vol. 16, № 2. - 2001. p. 149 - 153;

9. Testa, Alfredo On the processing of harmonics and interharmonics: using Hanning window in standart framework / A. Testa, D. Gallo, R. Langella // IEEE transactions on power delivery, vol. 19, № 1. - 2004. p. 28 - 34;

10. ГОСТ 30804.4.7-2013. Совместимость технических средств электромагнитная. Общее руководство по средствам измерений и измерениям

гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. - М.: Стандартинформ, 2013. 40 с.;

11. Вычислительный модуль комплекса измерения качества электрической энергии на тяговых подстанциях постоянного и переменного тока: пат. 160033 Рос. Федерация: МПК О 06 Б 15/16/ Грицутенко С. С., Степанова Е. А., Королева К. А.; заявитель и патентообладатель Омск. ОмГУПС.

- 2014147720/08, 26.11.2014; опубл. 27.02.2016, Бюл. № 6. - 2 с.;

12. Ананичева, С. С. Качество электроэнергии. Регулирование напряжения и частоты в энергосистемах / С. С. Ананичева, А. А. Алексеев,

A. Л. Мызин // Екатеринбург. - 2001. - 93 с.;

13. Волков, Н. Г. Качество электроэнергии в системах электроснабжения: учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. - 152 с.;

14. Зорин, В. В. Надежность систем электроснабжения / В. В. Зорин,

B. В. Тисленко, Ф. Клепель, Г. Адлер // К.: Вища шк. Головное изд-во. - 1984. -192 с.;

15. Карпов, Ф. Ф. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий / Ф. Ф. Карпов, Л. А. Солдаткина // М.: Энергия. -1970. - 224 с.;

16. Степанова, Е. А. Измерители качества электрической энергии / Материалы X международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современных наук. - Перемышль, 2014. - С. 30-33.;

17. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М.: Стандартинформ, 2015. - 81 с.;

18. Кудрин, Б. И. Электроснабжение промышленных предприятий / Б. И. Кудрин, В. В. Прокопчик // Минск: Высшая школа. - 1988. - 357 с.;

19. Головкин, П. И. Энергосистема и потребители электрической энергии.

- М.: Энергия, 1973. - 168 с.;

20. Жежеленко, И. В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 168 с.;

21. Исмагилов, Ф. Р. Негативное влияние провалов напряжения на потребителей и способы его уменьшения / Ф. Р. Исмагилов, Д. В. Максудов, Р. Р. Саттаров, А. Ш. Гареев // Вестник УГАТУ. - Уфа, 2013. - №3(64). - С. 127131;

22. Мозгалев, В. С. Оценка эффективности контроля качества электроэнергии в ЭЭС / В. С. Мозгалев, В. А. Богданов, И. И. Карташев, И. С. Пономаренко, С. Ю. Сыромятников // Электрические станции, №1. - 1999. -100 с.;

23. Seymour, Joseph Seven standard problems of power supply / J. Seymour, T. Horsley // Information article 18 / APC, 2014. - P. 4-5;

24. ГОСТ 30804.4.30-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии. - М.: Стандартинформ, 2014. - 57 с.;

25. Долингер, С. Ю. Оценка дополнительных потерь мощности от снижения качества электрической энергии в элементах систем электроснабжения / С. Ю. Долингер, А. Г. Лютаревич, В. Н. Горюнов, Д. Г. Сафонов, В. Т. Черемисин // Омский научный вестник. Электротехника. Энергетика / Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 2013. - №2(120). - С. 178-183;

26. Горюнов, И. Т. Основные принципы построения системы контроля, анализа и управления качеством электроэнергии / И. Т. Горюнов, В. С. Мозгалев, Е. В. Дубинский, В. А. Богданов, И. И. Карташев, И. С. Пономаренко // Электрические станции, 1998, -№12.;

27. Куско, А. Качество энергии в электрических сетях / А. Куско, М. Томпсон // М.: Додэка - XXI. - 2008. - С. 200-201.;

28. Высшие гармоники в сетях 0,4 кВ. URL: http : //stroika.biz.ua/articles/605/

29. Колломбет, К. Гармонические искажения в электрических сетях. Выпуск 22. / К. Колломбет, Ж. М. Люпен, Ж. Шонек // Техническая коллекция Schneider Electric, 09/2008. - 32 с.;

30. Барутсков, И. Б. Гармонические искажения при работе преобразователей частоты / И. Б. Барутсков, С. А. Вдовенко, Е. В. Цыганков // Главный энергетик. - 2011. - Вып. №6. - С. 5-15;

31. Веретнов, А. Г. Гармоники тока и напряжения в электросетях / А. Г. Веретнов, Д. В. Дубовик, С. И. Таранов // Тезисы и доклады VI-й Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА». - Сибирский федеральный университет. - 2010. С. 2-5;

32. Лютаревич, А. Г. Вопросы моделирования устройств обеспечения качества электрической энергии / А. Г. Лютаревич, В. Н. Горюнов, С. Ю. Долингер, К. В. Хацевский // Омский научный вестник. Электротехника. Электроэнергетика/ Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 2013. - №1(117). - С. 168173;

33. Невретдинов, Ю. М. Анализ результатов мониторинговой регистрации показателей качества электроэнергии / Ю. М. Невретдинов, Г. П. Фастий, В. В. Ярошевич, А. С. Карпов // Вестник МГТУ. - 2014. - №1.;

34. Иванов, В. С. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий / В. С. Иванов, В. И. Соколов // -М.: Энергоатомиздат, 1987. - 336 с.;

35. Долингер, С. Ю. Модель многофункционального устройства обеспечения качества электрической энергии в распределительных сетях / С. Ю. Долингер, А. Г. Лютаревич, Н. Ю. Чепурко, А. Х. Мусин // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 5.;

36. Хомутов, О. И. Моделирование систем обеспечения надежности и качества электроснабжения : учебное пособие / О. И. Хомутов, А. Н. Попов, Е. В. Кобозев // АлтГТУ. - Барнаул, 2009. - 169 с.;

37. Официальный сайт и каталог продукции фирмы SATEC. URL: http://www.satec-global.com/rus/Products.aspx?product=44;

38. Официальный сайт и каталог продукции фирмы Metrel. URL: http://www.metrel-russia.ru/products/Kachestvo/MI2792;

39. Официальный сайт и каталог продукции фирмы CIRCUTOR. URL: http://www.e-v-t.ru/9225/circutor/ar-5-l/;

40. Официальный сайт и каталог продукции фирмы Fluke. URL: http://www.fluke.com/fluke/ruru/Power-Quality-Tools/Logging-Power-Meters/Fluke-434-Series-II-Energy-Analyzer.htm?PID=73937;

41. Краткое техническое описание прибора PCE-830. URL: http://dmt22.ru/index.php?page=shop.product_details&product_id=199&flypage=flypa ge-ask.tpl&pop=0&option=com_virtuemart&Itemid=1;

42. Руководство по эксплуатации прибора «Омикс 3». URL: http://www.sovpribor.ru/images/stories/OtherImages/2/upload/manuals/Manual_Omix-3.pdf;

43. Краткое техническое описание прибора ПКК-57. URL: http://www.academline.com/docs/akip/desc_akip_pkk-57.pdf;

44. Краткое техническое описание прибора МЭТ-5080. URL: http://www.prist.ru/produce.php/card/meas.htm?id=350223273#t=main;

45. Краткое техническое описание прибора PM870. URL: http://electroautomatica.ru/img/pm870mg_1 .pdf;

46. Краткое техническое описание прибора I0N7550. URL: http: //www.powerlogic.com/literature/I0N7550_I0N7650_Installation_Guide. pdf;

47. Кузнецов, Н. М. Качество электрической энергии горных предприятий. Учебное пособие / Н. М. Кузнецов, Ю. В. Бебихов, А. В. Самсонов, А. Н. Егоров, А. С. Семенов // М.: Из. Дом Академия естествознания. - 2012. - 67

с.;

48. Официальный сайт и каталог продукции фирмы ООО «Миландр ЭК». URL: http://milandr.ru/;

49. Официальный сайт и каталог продукции фирмы Texas Instruments.

URL:

http://www.ti.com/lsds/ti/processors/dsp/c6000_dsp/c66x/products.page?paramCriteria= no;

50. Официальный сайт и каталог продукции фирмы Analog Devices. URL: http://www.analog.com/ru/products/processors-dsp/tigersharc-processors/adsp-

ts101s.html#product-overview;

51. Официальный сайт и каталог продукции ГУП НПЦ «Элвис». URL: http: //multicore.ru/index.php?id=27;

52. Официальный сайт и каталог продукции ФГУ НПЦ НИСИИ РАН. URL: https://www.niisi.ru/;

53. Приложение к свидетельству № 58178. Об утверждении типа средств измерений // ФГУП ВНИИМС. - 2015. - 10 с.;

54. Энергомонитор-3.3 Т1. Руководство по эксплуатации // СПб.: НПП Марс-Энерго. - 2014. - 116 с.;

55. Приложение к свидетельству № 50699. Об утверждении типа средств измерений // ФГУП ВНИИМС. - 2013. - 14 с.;

56. Краткое техническое описание комплекса ИВК Омск-М. URL: http://www.omgtu.ru/scientific_activities/innovative_structure/research_laboratories/lab oratory_for_quality_power/;

57. Устройство для ввода аналоговых сигналов с коррекцией смещения нуля: пат. 2422986 Рос. Федерация: МПК H 03 M 1/00, G 06 F 03/00/ Черемисин В. Т., Грицутенко С. С., Хряков А. А., Никифоров М. М., Чижма С. Н.; заявитель и патентообладатель Омск. ОмГУПС. - 2009149736/08, 30.12.2009; опубл. 27.06.2011, Бюл. №31. - 3 с.;

58. Универсальный электронный счетчик для учета электрической энергии на электроподвижном составе постоянного и переменного тока: пат. 97829 Рос. Федерация: МПК G 01 R 11/54/ Черемисин В. Т., Грицутенко С. С., Хряков А. А., Никифоров М. М., Чижма С. Н.; заявитель и патентообладатель Омск. ОмГУПС. - 2010118148/28, 05.05.2010; опубл. 20.09.2010, Бюл. №26. - 3 с.;

59. Устройство электропитания с высоким напряжением гальванической развязки: пат. 97881 Рос. Федерация: МПК Н 02 М 3/22/ Черемисин В. Т., Грицутенко С. С., Хряков А. А.; заявитель и патентообладатель Омск. ОмГУПС. -2009149550/07, 30.12.2009; опубл. 20.09.2010, Бюл. №26. - 2 с.;

60. Информационно-измерительная система для контроля качества электрической энергии: пат. 88157 Рос. Федерация: МПК О 01 Я 17/02/ Чижма С. Н., Грицутенко С. С., Альтман Е. А., Газизов Р. И., Циркин В. С.; заявитель и патентообладатель Омск. ОмГУПС. - 2009125776/22, 06.07.2009; опубл. 27.10.2009, Бюл. №30. - 3 с.;

61. Комплекс для сбора данных об авариях на пунктах группировки станций стыкования : пат. 84315 Рос. Федерация: МПК В 60 М 3 / 04 / Черемисин В. Т., Грицутенко С. С., Хряков А. А., Никифоров М. М.; заявитель и патентообладатель Омск. ОмГУПС. - 2009101647/22, 19.01.2009; опубл. 10.07.2009, Бюл. №19. - 3 с.;

62. Кечиев, Л. Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры / Л. Н. Кечиев - М.: ООО «Группа ИДТ». - 2007. - 616 с.;

63. Угрюмов, Е. П. Цифровая схемотехника Учебное пособие. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 528 с.;

64. Борисов, И. В. Многослойный печатный монтаж в приборостроении, автоматике и вычислительной технике / И. В. Борисов, А. Т. Белевцев, Л. Н. Московкин // М.: Машиностроение. - 1978. - 263 с.;

65. Медведев, А. М. Контроль и испытания плат печатного монтажа. - М.: Энергия, 1975. - 151 с.;

66. Кобелус, Джеймс Превращение локальных вычислительных сетей в виртуальные супер-ЭВМ. - Сети, 1991. - №3. - с. 13-15;

67. Гун, С. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов/ С. Гун, Х. Уайтхаус, Т. Кайлат // М: Радио и связь. - 1989. - 471 с.;

68. Рязанова, Е. Конструкторско-техническое обеспечение производства ЭВМ / Е. Рязанова, А. Батраков // ГРПЗ лекция 23. - С. 2-3;

69. DiSanto, Greg Proper PC-Board Layout Improves Dynamic Range // EDN, November 11. - 2004;

70. Официальный сайт завода по производству печатных плат «Электроконнект». URL: http://www.pselectro.ru/;

71. Официальный сайт завода по производству печатных плат «Резонит». URL: http://www.rezonit.ru/;

72. Думнова, Е. А. Режим OFDMA и основные характеристики процессора для его реализации / Е. А. Думнова // Успехи современной радиоэлектроники / Радиотехника. - М.:, 2010. - №12. - С. 33-36;

73. Грицутенко, С. С. Определение характеристик процессора для реализации OFDMA режима/ С. С. Грицутенко, Е. А. Думнова // Сборник трудов VIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Молодежь и современные информационные технологии»/ Томский политехнич. ун-т. - Томск, 2010. - C. 10-11;

74. Оппенгейм, А. Цифровая обработка сигналов / А. Оппенгейм, Р. Шафер // М.: Техносфера. - 2009. - 855 с.;

75. Тропченко, А. Ю. Цифровая обработка сигналов методы предварительной обработки / А. Ю. Тропченко, А. А. Тропченко // СПб.: СПбНИУИТМО. - 2009. - 100 с.;

76. Бакулин, М. Г. Технология OFDM. Учебное пособие для вузов / М. Г. Бакулин, В. Б. Крейнделин, А. М. Шлома, А. П. Шумов // М.: Горячая линия - Телеком. - 2015. — 360 с.

77. Финк, Л. М. Теория передачи дискретных сообщений. - М.: Советское радио, 1970. - 728 с.;

78. Деев, В. В. Методы модуляции и кодирования в современных системах связи. - СПб: Наука, 2007. - 268 с.;

79. Думнова, Е. А. Оценка разрядности и производительности сигнального процессора для реализации режимом OFDMA / Е. А. Думнова // Материалы научно-практической конференции, посвященной Дню российской науки и 110-летию Омского государственного университета путей сообщения

«Инновационные проекты и новые технологии в образовании, промышленности и на транспорте» / Омский гос. ун-т. путей сообщения. - Омск, 2010. - №12. - С. 180-187;

80. Шабунин, С. Н. Распространение радиоволн в мобильной связи. Методические указания по курсу «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства в системах мобильной связи» / С. Н. Шабунин, Л. Л. Лесная // Екатеринбург: УГТУ. - 2000. - С. 29-30;

81. Ляпунов А. М., Новая форма теоремы о пределе вероятности. Собрание сочинений. т. 1. - М., 1954, с. 157

82. ГОСТ Р 50779.22-2005 (ИСО 2602:1980) Статистические методы. Статистическое представление данных. Точечная оценка и доверительный интервал для среднего. - М.: Стандартинформ, 2005. - 11 с.;

83. Robert W. Ramirez The FFT: fundamentals and concepts / Robert W. Ramirez. - Prentice-Hall. - 1985. - 178 p.;

84. Грицутенко, С. С. О применимости быстрого преобразования Фурье для гармонического анализа несинусоидальных токов и напряжений / С. С. Грицутенко, Н. В. Коровкин // Известия РАН. Энергетика РАН Известия РАН. Энергетика РАН, № 2. - 2017. - С 35-48.

85. Майерс, Г. Архитектура современных ЭВМ. В 2-х томах. - М.: Мир, 1985. - 327 с.;

86. Грицутенко, С. С. Эффективный алгоритм измерения параметров длинных линий для реализации на сигнальном процессоре / С. С. Грицутенко, Н. В. Коровкин // Известия РАН. Энергетика РАН, № 2. - 2017. - С 21-34.

87. Каган, Б. М. Электронные вычислительные машины и системы. Учебное пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 552 с.;

88. Ларионов, А. М. Вычислительные комплексы, системы и сети / А. М. Ларионов, С. А. Майоров, Г. И. Новиков // Л.: Энергоатомиздат. - 1987. -288 с.;

89. Мороховец, Ю. Е. Ассоциативная конвейерная память и организация вычислений в многопроцессорных ВС // Доклады международной конференции

«Информационные средства и технологии», том 1. - М.: Изд-во «Станкин». -1998. - с. 35-40;

90. Иванова, О. В. Применение ассоциативной конвейерной памяти для организации потоковых вычислений в многопроцессорных вычислительных системах // Доклады МК «Информационные средства и технологии», том 2. - М.: Изд-во «Станкин». - 2000. - с. 106-109;

91. Эрглис, К. Открытые модульные многопроцессорные информационно-измерительно-управляющие системы. - Открытые системы, 1995. - №2 - С. 57-61;

92. Рабинер, Р. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Р. Рабинер, Л. Гоулд // М: Мир. - 1978. - 833 с.;

93. Сидоренко, А. С. Особенности параллельного вычисления быстрого преобразования Фурье / А. С. Сидоренко, Е. А. Думнова // Материалы III общероссийской научно-технической конференции «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных РЭС» (СВЧ-2010). - 2010. - С. 171-174;

94. ADSP-TS201S EZ-KIT Lite Evaluation System Manual / Analog Devices Inc. - Revision 1.3, April 2007, Part Number 82-000770-01. - Р. 91;

95. Думнова, Е. А. Обзор и анализ существующих микросхемных решений для OFDMA режима / Е. А. Думнова, А. С. Сидоренко // Материалы III общероссийской научно-технической конференции «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных РЭС» (СВЧ-2010) / Омский гос. техн. ун-т. -Омск, 2010. - С. 87-91;

96. Картер, Б. Техника разводки печатных плат. - EDA Expert, 2004. - № 8. - С. 63. URL: http://www.eurointech.ru/EDA_Expert/EDA_Expert_8_63_70.pdf;

97. Грицутенко, С. С. Оптимальное квантование случайной величины / С. С. Грицутенко, Е. А. Степанова // Техника радиосвязи. Научно-технический сборник / ФГУП «ОНИИП». - Омск, 2011. - Вып.16. - С. 55-59;

98. Грицутенко, С. С. Выбор элементной базы при реализации режима OFDMA / С. С. Грицутенко, Е. А. Думнова // Омский научный вестник. Серия

«Приборы, машины и технологии» / Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 2010. - №1 (87). - С. 167-170;

99. Степанова, E. А. Вычислительный модуль как составная часть комплекса измерения качества электроэнергии на тяговой подстанции железной дороги / E. А. Степанова // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии»/ Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 2014. - №3(133). - С. 176-179;

100. Авдеев, В. А. Периферийные устройства: интерфейсы, схемотехника, программирование. - М.: ДМK Пресс, 2009. - С. 153-154;

101. Иванов, K. В. Программная модель системы арбитража коммутатора PCI Express / K. В. Иванов, А. А. Эшпаев, H. С. Васяева // NB: ^бер^тика и программирование. — 2014. - № 4. - С.66-75;

102. Максфилд, K. Проектирование на ПЛИС. ^рс молодого бойца. - М: Издательский дом Додэка-XXI, 2007. - 408 с.

103. Juan Jose Rodriguez Andina FPGAs: Fundamentals, Advanced Features, and Applications in Industrial Electronics / Juan Jose Rodriguez Andina, Eduardo de la Torre Arnanz, Maria Dolores Valdes // CRC Press, 2009. - 249 p.

104. Wisniewski, R. Synthesis of compositional microprogram control units for programmable devices. Lecture notesin control and computer science. Volume 14 / R. Wisniewski, J. Korbicz // Zielona Góra: University of Zielona Góra, 2009. - p. 153.

105. Spartan-3E FPGA Family Datasheet. URL: http://www.xilinx.com/support/documentation/data_sheets/ds312.pdf;

106. Мустафаев, М. Г. Обеспечение надежности элементов и компонентов радиоэлектронных схем // М. Г. Мустафаев, А. М. ^рмоков / Вестник ВГТУ -Вып. №1(том 5). - 2009. - С. 1-4;

107. Микросхема интегральная NVCom-01. Руководство пользователя / ГУП тЦ «Элвис». URL: http://multicore.ru, версия 217009, - С. 8-13, 129;

108. ADSP-TS203S. Data Sheet Rev C, 12/2006/ URL: http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADSP-TS203S.pdf;

109. Степанова, Е. А. Расчет числа слоев многослойной печатной платы / Е. А. Степанова // Научно-технический журнал «Известия Транссиба» / Омский гос. ун-т. путей сообщения. - Омск, 2012. - №2(10). - С. 116-121;

110. Степанова, Е. А. Методы определения необходимого количества слоев многослойной печатной платы / Е. А. Степанова // Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии» / Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 2012. -№3(113). - С. 340-343;

111. Степанова, Е. А. Проблемы и реализация методики по расчету требуемого числа слоев печатной платы / Е. А. Степанова // Материалы IV общероссийской научно-технической конференции «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных РЭС» (СВЧ-2012) / Омский гос. техн. ун-т. -Омск. - 2012. - С.187-192;

112. Гун, С. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов / С. Гун, Х. Уайтхаус, Т. Кайлат // М: Радио и связь. - 1989. - 471с.;

113. Kshemkalyani, A. D. Distributed Computing: Principles, Algorythms and Systems / A. D. Kshemkalyani, M. Singhal // Cambridge University Press. - 2008;

114. Tanenbaum, A. S. Distributed Systems: Principles and Paradigms. Second edition / A. S. Tanenbaum, van Steen M. // Pearson Prentice Hall. - 2007;

115. Залещанский, Б. Д. Кластерная технология и живучесть глобальных автоматизированных систем / Б. Д. Залещанский, Д. Я. Чернихов // М.: Финансы и статистика. - 2005. - 384 с.;

116. Каляев, И. А. Многопроцессорные вычислительные системы (суперкомпьютеры): состояние и перспективы / И. А. Каляев, И. И. Левин // Машиностроение. Вестник компьютерных и информационных технологий. -2004. - №5. - С. 25-44;

117. Цилькер, Б. Я. Организация ЭВМ и систем: Учебник для вузов / Б. Я. Цилькер, С. А. Орлов // СПб.: Питер, 2-е изд. - 2011. - 688 с.;

118. Pfister, Greg Sizing Up Parallel Architectures // DataBase Programming & Design OnLine, May 1998;

119. Столлингс, В. Операционные системы. Четвертое издание. - М.: Вильямс, 2004. - 848 с.;

120. Таунсенд, К. Проектирование и программная реализация экспертных систем на персональных ЭВМ: Пер. с англ. / К. Таунсенд, Д. Фохт // М.: Финансы и статистика. - 1990. - 320 с.;

121. Черняк, Л. Архитектура фон Неймана, реконфигурируемые компьютерные системы и антимашина. - Открытые системы - Вып. №6, 2008;

122. Ланина, Э. П. Многоядерность как способ увеличения производительности вычислительной системы. - Иркутский государственный технический университет. - 2006. - 50 с.;

123. Калачев, А. В. Многоядерные процессоры. - Основы информационных технологий, 2011. - 247 с.;

124. Frank, J. Bartos. MultiCore Processors in Industrial Automation // Control Engineering. - April, 2011;

125. Лапаев, А. О. О параллельном вычислении дискретного преобразования Фурье и проведённых экспериментах // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. - 2010. - №1. - C. 334 -338;

126. Солонина, А.И. Цифровая обработка сигналов и MATLAB: учебное пособие / А. И. Солонина, Д. М. Клионский, Т. В. Меркучева, С. Н Петров. // СПб.: БХВ - Петербург. - 2013. - 512 с.;

127. Сидоренко, А. С. Оценка производительности при параллельном вычислении быстрого преобразования Фурье / А. С. Сидоренко, С. С. Грицутенко // Омский научный вестник - Вып. №3 (103), 2011. - С. 253-258;

128. Грушвицкий, Р. И. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики / Р. И. Грушвицкий, А. Х. Мурсаев, Е. П. Угрюмов // СПб.: БХВ-Петербург. - 2002. - 608 с.;

129. Бродин, В. Б. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В. Б. Бородин, А. В. Калинин // М.: Изд-во ЭКОМ. -2002. - 400 с.;

130. Стешенко, В. Б. Тенденции и перспективы развития ПЛИС и их применение при проектировании аппаратуры ЦОС / В. Б. Стешенко, С. Н. Шипулин, В. Ю. Храпов // Компоненты и технологии. - 2000. - №8;

131. Стешенко, В. Б. Опыт разработки СБИС типа СнК на основе встроенных микропроцессорных ядер / В. Б. Стешенко, А. В. Руткевич, А. В. Бумагин, Ю. Ю. Гулин, Д. И. Воронков, Д. Ю. Гречищев, Е. В. Евстигнеев, М. В. Синельникова // Компоненты и технологии. - 2008. - № 9;

132. Балдин, М. В. Эволюция применения ПЛИС в системах ЦОС: от специализированного сопроцессора к аппаратной платформе / М. В. Балдин, Д. И. Воронков, А. В. Руткевич, М. Н. Сенченко, В. Б. Стешенко, Г. В. Шишкин //Цифровая обработка сигналов. - 2008. - № 1. - C. 58-64;

133. Пузанков, Д. В. Микропроцессорные системы. Учебное пособие для вузов. - СПб.: Политехника. - 2002. - 935 с.;

134. Заводсков, С. ПЛИС и СБИС в системах ЦОС: интеграция функций, аппаратные платформы и сопряженное проектирование / С. Заводсков, А. В. Руткевич, М. В. Синельникова, В. Б. Стешенко, Г. В. Шишкин // Chip news. 2008. - № 2. - C. 31-35;

135. Тарасов, И. Эволюция ПЛИС серии Spartan с архитектурой FPGA // Компоненты и технологии. - 2005. - № 47. С. 130 - 135;

136. Степанова, Е. А. OFDMA-модем на российском телекоммуникационном процессоре NVCOM-0 / Е. А. Степанова, А. С. Сидоренко // Материалы IV Всероссийской молодежной научно-технической конференции с международным участием «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность!» / Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 2011. - С. 317-320;

137. Майская, В. Программируемые логические микросхемы // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2004. - № 4. С. 10 - 19;

138. Maxfield, Clive The Design Warrior's Guide to FPGAs: Devices // Tools and Flows. - 2004. - 542 с.

139. Степанова, Е. А. К вопросу о моделировании гармоник тока и напряжения при проектировании анализаторов качества электрической энергии /

Е. А. Степанова, С. С. Грицутенко // Материалы второй всероссийской научно-технической конференции / Омский гос. ун-т. путей сообщения - Омск, 2017. - С. 77-84.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Комплектующие вычислителя и результаты измерения гармоник тока и напряжения на тяговых подстанциях Красноярской железной дороги

Таблица П.А.1 - Перечень комплектующих для вычислителя

Наименование микросхемы Производитель Кол Примечание

Микросхемы

NVCom-01 Микросхема интегральная НПЦ «Элвис», Зеленоград 4 Процессор

XC3S1000-4FG676I FPGA Spartan-3 Xilinx 1 ПЛИС

MT48LC4M32B2TG-6GIT ОЗУ SDRAM Micron Technology 4 128 Мбит TS0P-86

AT45DB041D-SU Atmel 4 4Мбит SOIC 8S2 Serial FLASH

FT2232HL LQFP-64 Future Technology Devices International Ltd 1 Dual High Speed USB to UART/FIFO Sn Pb Eutectic

AT93C46W-10SI-2,7 ПЗУ EEPROM Atmel Corporation 1 Для FT2232 SOIC 8S2

TPS75433QPWP HTSS0P20 LDO Regulator Texas Instruments 1 3,3 В Для FT2232

XCF04SV020C Xilinx 1 4,19 Мбит PROM для ПЛИС TSSOP-20

TPS54312PWP Texas Instruments 2 TSSOP-20 1,2В Standart pin type

TPS54316PWP Texas Instruments 2 TSSOP-20 3,3В Standart pin type

TPS7A4525KTTR Texas Instruments 2 KTT 5 pins LDO 2,5В Full range temp

ADM232AARN RTX COM Port Analog Devices 1

SN65LVDS049PW Texas Instruments 1 RTX LVDS TSSOP-16 Standart pin type

TPS3823-33DBVT Texas Instruments 1 Супервизор сброса SOT23-5L Standart pin type

SN74AC04N Texas Instruments 1 Шесть логических «НЕ» PDIP14

DS1337S Maxim 1 SO8 Таймер реального времени

AM79C874VI AMD 1 PHY Ethernet

TPS2375PW Texas Instruments 1 PD PoE

TL2575HV-05IKV Texas Instruments 1 DC-DC для PoE

Генераторы

SG-51PH Epson 1 50 МГц 5В Для ПЛИС

SG-531P Epson 1 10МГц 5 В Для процессора

Резонаторы

HC-49/US Россия 2 12000 КГц

HC-49/US Россия 2 25 МГц

DT-38 KDS 2 32,768 КГц

Продолжение таблицы П.А.1

Наименование микросхемы Производитель Кол Примечание

Коммутаторы

ВДМ1-8 (8^1-8) Switronic Industrial 1 Dip переключатель

БТ8М3-Ш Diptronics Manufacturing 4 Переключатель кнопочный

Соединители

Вилка СНП347-10ВП21-В ФГУП «Карачёвский завод «Электродеталь» 1 J-TAG на NVCom

Вилка СНП347-10ВП21-В Тайвань 1 J-TAG на FPGA

Вилка угловая РЬБ2-8Я Тайвань LVDS

Вилка штыревая РЬБ-4 Китай 1 Коммутация питания

Розетка СНП268-9РП31-1-4 Connfly Electronic 1 COM Port

Розетка БЖ-02Б Dragon City Industries Питание 5 В

Розетка ШВВ-И Zhenqin 1 Black

Розетка Ю-45 Л011Р21Р1ЧЬ PULSEJACK 1 Ethernet

Индикаторы

КЛ-352880Т Kingbright 5

Диоды

10Б0040 Vishay 3 Диод Шоттки 1А 40В SMB

10Б0100 Vishay 2 Диод Шоттки 100В SMB

Р68МБ9.1Л Taiwan Semiconductor 2

ББ1028 Китай 2 Микросхема диодного моста

Индуктивности

8БЯ0805-5Я6МЬ Bourns 6 5,6мкГн ±20%

8БЯ0906-681К Bourns 2 680мкГн±10%

8БЯ0603-220М Bourns 2 22 мкГн ±15%

Резисторы

СЯ0603-1/-000БЬР Китай 20 Перемычка 0 Ом

СЯ0603-РХ-33Я0БЬР Китай 150 33 Ом ± 5%

СЯ0603-РХ-68Я0БЬР Китай 8 68 Ом ± 5%

СЯ0603-РХ-3900БЬР Китай 6 390 Ом ± 5%

СЯ0603-РХ-1001БЬР Китай 4 1кОм ± 5%

СЯ0603-РХ-1501БЬР Китай 2 1,5 кОм ± 5%

СЯ0603-РХ-2201БЬР Китай 2 2,2 кОм ± 5%

СЯ0603-РХ-3301БЬР Китай 8 3,3 кОм ± 5%

СЯ0603-РХ-4701БЬР Китай 7 4,7 кОм ± 5%

СЯ0603-РХ-6801БЬР Китай 34 6,8 кОм ± 5%

СЯ0603-РХ-1002БЬР Китай 12 10 кОм ± 5%

СЯ0603-РХ-1202БЬР Китай 2 12 кОм ± 5%

Р1-12-0.062-24,9К±1% Россия (ШКАБ) 2 24,9 кОм

СЯ0603-РХ-7502БЬР Китай 4 75 кОм ± 5%

СЯ0603-РХ-1003БЬР Китай 2 100 кОм

Р1-12-0.062-178К±1% Россия (ШКАБ) 2 178 кОм

Конденсаторы

Б41121Л6475М000 Epcos 4 SMD электролит. тантал. 4,7 мкФ

Б41121Л7227М000 Epcos 4 SMD электролит. тантал. 220 мкФ

Б41121Л4477М000 Epcos 4 SMD электролит. тантал. 470 мкФ

Б41112Л8104М000 Epcos 2 SMD электролит. алюмин. 0,1 мкФ

Б41112Л8107М000 Epcos 5 SMD электролит. алюмин. 100 мкФ

Окончание таблицы П.А.1

Наименование микросхемы Производитель Кол Примечание

B41112A7337M000 Epcos 2 SMD электролит. алюмин. 330 мкФ

GRM18COG270J10 (GRM18-C0G-50V-27) Murata Manufacturing 8 27 пФ± 5% керамический чип

GRM18COG101J10 (GRM18 -C0G-50V-100) Murata Manufacturing 4 100 пФ± 5% керамический чип

GRM18COG473J10 (GRM185C1H473J) Murata Manufacturing 4 0,047 мкФ керамический чип

GRM18X7R104K10 (GRM18R71H104K) Murata Manufacturing 150 0,1 мкФ керамический чип

GRM18X7R106K10 (GRM18R71H106K) Murata Manufacturing 6 10 мкФ керамический чип

Таблица П.А.2 - Результаты измерений гармоник тока и напряжения спроектированным вычислительным модулем

Номер гармоники Величина (единица измерения)

Ua (В) Ub (В) Uc (В) Ia (A) Ib (A) Ic (A)

0 0 0 0 0 0 0

1 28680,650 27293,740 27533,000 2,590 1,290 2,790

2 0 0 0 0,010 0 0,020

3 828,309 1989,227 1177,546 0,080 0,340 0,290

4 0 0 0 0 0,010 0

5 608,695 2160,792 1658,062 0,200 0,690 0,520

6 0 0 0 0 0 0

7 132,645 158,779 109,523 0,020 0,080 0,100

8 0 0 0 0 0,010 0,010

9 257,949 0 221,911 0,090 0,160 0,160

10 0 0 0 0 0,010 0,010

11 213,875 220,116 131,153 0,090 0,100 0,100

12 0 0 0 0,240 0,010 0,010

13 414,130 214,858 245,302 0 0,060 0,290

14 0 0 0 0,030 0 0,010

15 0 0 0 0 0 0,040

16 0 0 0 0,040 0,010 0,010

17 84,500 336,225 252,779 0 0,340 0,300

18 0 0 0 0,080 0,020 0,020

19 78,915 226,952 244,973 0 0,360 0,410

20 0 0 0 0,290 0,010 0,010

21 206,744 312,722 379,840 0 0,640 0,840

22 0 0 0 0,030 0,050 0,070

23 240,735 360,456 456,213 0,400 0,950 1,240

24 0 0 0 0,050 0,090 0,130

25 281,158 148,213 340,841 0,530 0,800 1,290

26 0 0 0 0,020 0,080 0,090

27 494,223 313,030 224,207 1,070 0,600 1,500

28 0 0 0 0,050 0,040 0,070

29 261,681 223,934 69,674 0,610 0,620 0,330

Окончание таблицы П.А.2

Номер гармоники Величина (единица измерения)

иа (В) иь (В) Ис (В) 1а (Л) 1Ь (Л) 1с (Л)

30 0 0 0 0,060 0,140 0,100

31 524,559 456,428 64,913 1,890 0,600 1,630

32 0 0 0 0,150 0,130 0,030

33 163,064 178,350 84,879 0,830 0,860 0,660

34 0 0 0 0,080 0,070 0,040

35 66,855 147,684 122,296 0,580 0,760 0,330

36 0 0 0 0,060 0,090 0,080

37 57,400 176,025 128,775 0,720 0,550 0,610

38 0 0 0 0,050 0,040 0,070

39 85,650 82,575 0 0,540 0,230 0,310

40 0 0 0 0 0 0

41 43,052 79,315 0 0,328 0,239 0,158

42 0 0 0 0 0 0

43 22,019 38,970 0 0,315 0,211 0,127

44 0 0 0 0 0,0230 0

45 0 0 0 0,311 0,207 0,121

46 0 0 0 0 0,0222 0

47 0 0 0 0,306 0,203 0,120

48 0 0 0 0 0,0219 0

49 0 0 0 0,302 0,201 0,107

50 0 0 0 0 0,0203 0

51 0 0 0 0,302 0,206 0,113

52 0 0 0 0 0 0

53 0 0 0 0 0 0

54 0 0 0 0 0 0

55 0 0 0 0,223 0,378 0,101

56 0 0 0 0 0 0

57 0 0 0 0 0 0

58 0 0 0 0 0 0

59 0 0 0 0,201 0,409 0,087

60 0 0 0 0 0 0

61 0 0 0 0 0 0

62 0 0 0 0 0 0

63 0 0 0 0,164 0,352 0,195

64 0 0 0 0 0 0

65 0 0 0 0 0 0

66 0 0 0 0 0 0

67 0 0 0 0,122 0 0,152

68 0 0 0 0 0 0

69 0 0 0 0 0 0

70 0 0 0 0 0 0

71 0 0 0 0,109 0 0,139

72 0 0 0 0 0 0

73 0 0 0 0 0 0

74 0 0 0 0 0 0

75 0 0 0 0,062 0 0,103

Таблица П.А.3 - Результаты измерений гармоник тока и напряжения ИВК Омск-М

Номер гармоники Величина (единица измерения)

иа (В) иь (В) Ис (В) 1а (А) 1Ь (А) 1с (А)

0 0 0 0 0 0 0

1 28680,679 27293,744 27533,120 2,623 1,366 2,894

2 0 0 0 0,015 0 0,022

3 828,1 1989,321 1177,679 0,086 0,376 0,257

4 0 0 0 0 0,009 0

5 608,709 2160,775 1658,098 0,234 0,713 0,534

6 0 0 0 0 0 0

7 132,665 158,779 109,596 0,029 0,088 0,143

8 0 0 0 0 0,014 0,011

9 257,999 0 221,801 0,110 0,134 0,171

10 0 0 0 0 0,011 0,010

11 213,878 220,169 131,149 0,098 0,158 0,133

12 0 0 0 0,266 0,010 0,011

13 414,127 214,850 245,311 0 0,142 0,264

14 0 0 0 0,033 0 0,010

15 0 0 0 0 0 0,047

16 0 0 0 0,044 0,019 0,009

17 84,510 336,254 252,764 0 0,385 0,393

18 0 0 0 0,095 0,018 0,122

19 78,916 226,956 244,954 0 0,347 0,464

20 0 0 0 0,310 0,010 0,012

21 206,748 312,844 379,897 0 0,626 0,831

22 0 0 0 0,036 0,047 0,075

23 240,732 360,579 456,220 0,408 0,973 1,278

24 0 0 0 0,055 0,088 0,136

25 281,156 148,119 340,870 0,547 0,909 1,247

26 0 0 0 0,051 0,064 0,110

27 494,229 313,040 224,255 1,073 0,633 1,505

28 0 0 0 0,063 0,042 0,199

29 261,691 223,944 69,636 0,662 0,611 0,364

30 0 0 0 0,034 0,137 0,105

31 524,569 456,433 64,943 1,971 0,655 1,628

32 0 0 0 0,149 0,125 0,033

33 163,091 178,357 84,889 0,742 0,890 0,610

34 0 0 0 0,099 0,071 0,048

35 66,878 147,691 122,368 0,663 0,785 0,399

36 0 0 0 0,064 0,090 0,080

37 57,434 176,197 128,782 0,771 0,572 0,650

38 0 0 0 0,064 0,047 0,074

39 85,671 82,590 0 0,594 0,229 0,381

40 0 0 0 0 0 0

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Анализ динамики стоимости печатной платы вычислителя

7000

6000

5000

р, 4000 руб

3000 2000 1000

0

ООО «Электроконнект»

ООО «Резонит»

100

200

300

20000

15000

Р, 10000

руб

5000

ОС Ю «Электре гоннект»

ООО «Р езонит»

400

N1, шт

200x200 400x400 600x600 800x800 1000x1000 в, мм^мм

а)

б)

Рисунок П.Б.1 - Изменение стоимости 1111 а) в зависимости от размера партии;

б) в зависимости от площади 1111

0

р, руб

3000

2000

1000

ООО «Э )лектроконнект»