Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Використання штучної нейронної мережі для покращення функціональних можливостей силового активного фільтру

Скачати 63.68 Kb.

Використання штучної нейронної мережі для покращення функціональних можливостей силового активного фільтру




Скачати 63.68 Kb.
Дата конвертації18.05.2017
Розмір63.68 Kb.

ВИКОРИСТАННЯ ШТУЧНОЇ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ ДЛЯ ПОКРАЩЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ МОЖЛИВОСТЕЙ СИЛОВОГО АКТИВНОГО ФІЛЬТРУ
Власенко Р. В.
Можливість - це дія, що може відбутися або ні (можливо, приїду, а, можливо, і ні). Можливість можна забезпечити чи покладатись на «авось» та якось буде. Альтернатива дає шанс, але не гарантує без відповідних дій забезпечення результату і адекватності та конструктиву діяльності.
Штучна нейронна мережа (ШНМ, англ. artificial neural network, ANN) - це математична модель, а також її програмна та апаратна реалізація, побудовані за принципом функціювання біологічних нейронних мереж - мереж нервових клітин живого організму.
, аспірант, Конох І. С., к.т.н., доцент


Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

вул. Першотравнева, 20, м. Кременчук, 39600, Україна. E-mail: laplandec267@gmail.com
Вступ. Сьогодні електричні мережі змінного струму включають в себе кілька видів нелінійних навантажень (випрямлячі, інвертори, перетворювачі частоти, та інші) [1].
Перетво́рювач - пристрій, елемент електричних, гідравлічних, пневматичних та інших схем, який перетворює один вид енергії на інший або сприяє цьому.
Націоналі́зм (фр. nationalisme) - ідеологія і напрямок політики, базовим принципом яких є теза про цінність нації як найвищої форми суспільної єдності та її первинності в державотворчому процесі[Джерело?].
Сигна́л - зміна фізичної величини (наприклад, температури, тиску повітря, світлового потоку, сили струму тощо), що використовується для пересилання даних. Саме завдяки цій зміні сигнал може нести в собі якусь інформацію.
Електрична мережа (мережа живлення, електромережа) - взаємозв'язана мережа, призначена для постачання та розподілу електричної енергії від постачальників до кінцевих споживачів. Вона складається з генеруючих станцій, високовольтних ліній електропередач та розподільчих ліній, які доставляють енергію до розподільчих пристроїв підстанцій, ввідних пристроїв, ввідно-розподільчих пристроїв, та головних розподільчих щитів.
Струми нелінійних навантажень є несинусоїдальними та спотворюють напругу мережі, містячи в своєму складі вищі гармоніки та генеруючи реактивну потужність.
Гармо́ніки (рос. гармоники, англ. harmonics, нім. Harmonische f) - фіз. Коливання, частоти яких кратні основній частоті складного коливання. матем. Періодичні функції виду a sin ⁡ ( ω t + ϕ ) .
Потужність електричного струму - фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії. Одиницею вимірювання потужності в CI є ват (Вт, W).
На даний час використовують силові активні фільтри (САФ) для покращення якості електроенергії, шляхом компенсації реактивної потужності та фільтрації вищих гармонік [2].
Еле́ктрика (від грец. ήλεκτρον - бурштин; раніше також громови́на ) - розділ фізики, що вивчає електричні явища: взаємодію між зарядженими тілами, явища поляризації та проходження електричного струму.


Мета роботи. Обгрунтувати використання теорії штучних нейронних мереж для покращення функціональних можливостей силового активного фільтру.

Матеріал і результати дослідження. Силова частина САФ включає транзисторний перетворювач, накопичувальний конденсатор і струмообмежуючий реактор, при цьому клеми транзисторного перетворювача у колі постійного струму з’єднуються з накопичувальним конденсатором.
Транзи́стор (англ. transfer - «переносити» і англ. resistor - «опір») - напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою зміни вхідної напруги або струму, поданих на базу, або інший електрод.
До складу САФ також входить блок вимірювання напруги мережі і струму навантаження, блок обчислення компенсуючого струму, блок формування керуючих імпульсів транзисторного перетворювача.
Обчи́слення - є гілкою математики, зосередженою на функціях, похідних, інтегралах, і нескінченному ряду чисел. Цей предмет являє собою важливу частину сучасної математичної освіти. Воно складається з двох основних галузей - диференціального і інтегрального численнь, які пов'язують основні теореми обчислення.
Під час роботи САФ, через струмообмежуючий реактор протікає сформований компенсуючий струм, який утворюється завдяки керованому циклічному процесу заряду і розряду конденсатору.

Ефективність роботи САФ залежить від визначення складової потужності та відповідного струму, що підлягає компенсації. Для виділення неактивних складових застосовують різні теорії потужності. Імпульси управління САФ, що відповідає визначеним компенсаційним параметрам впливає на швидкодію [3].

Для знаходження заданого струму САФ можливо використання теорії потужності Фрізе, що отримала широку популярність серед дослідників.

Швидкодія (рос. быстродействие, англ. speed of response, нім. Schnelligkeit f, Reaktionsfähigkeit f, Ansprechgeschwindigkeit f) - швидкість реакції системи на зовнішні дії або кількість операцій, які здійснює система за одиницю часу.
Популярність (від лат. populares, від populus - народ) - висока ступінь популярності чогось або когось у певній галузі. На виникнення популярності в деяких випадках впливає мода, і навпаки. Так само, як і мода, популярність прив'язана до певного і, як правило, невеликого відрізку часу.
Озна́чення, ви́значення чи дефіні́ція (від лат. definitio) - роз'яснення чи витлумачення значення (сенсу) терміну чи поняття. Слід зауважити, що означення завжди стосується символів, оскільки тільки символи мають сенс що його покликане роз'яснити означення.
Дослі́дження, до́сліди - (широко розуміючи) пошук нових знань або систематичне розслідування з метою встановлення фактів; (вузько розуміючи) науковий метод (процес) вивчення чого-небудь.
Теорія Фрізе передбачає розкладання струму на дві складові [3]: активну іА і пасивну iП.

Визначають активну потужність навантаження та значення середньоквадратичної напруги за період напруги мережі Т [3]:



; (1)

, (2)

де i – миттєве значення струму навантаження; u – миттєве значення напруги мережі живлення.

Тоді, активний струм за Фрізе [3]:

, (4)

Пасивну складову струму виділяють зі струму навантаження, і яка відповідає заданому струму (компенсую чому струму) САФ:



. (4)

Взаємна ортогональність проявляється у наступних співвідношеннях [4]:



, (5)

, (6)

. (7)

Оскільки пасивні складові не споживають енергії, то Фрізе запропонував їх компенсувати [4].

Недоліком теорії Фрізе, при застосуванні її для визначення заданого струму САФ є час визначення активної потужності, яка є важливим компонентом для правильного формування компенсаційної характеристики.

Компонент (англ. component, нім. Komponente f) - різновид, складова частина чогось.
Активна потужність визначається методом інтегрування та вимагає час для обчислення, рівний періоду Т. Цей час обчислення активної потужності і визначає швидкодію роботи САФ. Коли в електричній мережі присутнє швидкозмінне нелінійне навантаження (наприклад, дугова сталеплавильна піч, напівпровідникові перетворювачі), то алгоритми керування на основі теорії Фрізе не задовольняють вимогам швидкодії. Для забезпечення ефективної роботи САФ на проміжку чверті періоду мережевої напруги, доцільно застосовувати штучні нейронні мережі (ШНМ) [5].

Технологія ШНМ дозволяє синтезувати керуючі алгоритми роботи САФ на основі аналізу експериментальних даних струму і активної потужності для навантаження визначеного типу.

Напівпровідники́ (англ. semiconductors) - матеріали, електропровідність яких має проміжне значення між провідностями провідника та діелектрика. Відрізняються від провідників сильною залежністю питомої провідності від концентрації домішок, температури та різних видів випромінювання.
Си́нтез - процес з'єднання або об'єднання раніше розрізнених речей або понять в ціле або набір. Термін походить від грец. σύνθεση - поєднання, приміщення разом (σύν - з, разом і θεση - стан, місце). Синтез є способом зібрати ціле з функціональних частин як антипод аналізу - способу розібрати ціле на функціональні частини.
Експериме́нт (англ. experiment) - сукупність дослідів, об’єднаних однією системою їх постановки, взаємозв’язком результатів і способом їх обробки. В результаті експерименту отримують сукупність результатів, які допускають їхню сумісну обробку і зіставлення.
Задачею ШНМ буде швидке визначення активної потужності однієї фази за чверть періоду напруги мережі замість залежності (1). Розрахунок струму компенсації за формулами (1-4) формує завдання блоку формування керуючих імпульсів перетворювача.

Вхідними сигналами ШНМ є дискретні відліки сигналу миттєвої потужності. За результатами аналізу характеру вхідних і вихідних сигналів нейронної мережі було прийнято рішення використати рекурентну мережу Елмана, яка характеризується підвищеною властивістю до узагальнення, зниженою кількістю нейронів і спрощеною процедурою налаштування [5].

Результат, пі́дсумок, (заст. ску́ток, вислід) - кінцевий наслідок послідовності дій. Можливі результати містять перевагу, незручність, вигоду, збитки, цінність і перемогу. Результат є етапом діяльності, коли визначено наявність переходу якості в кількість і кількості в якість.
У математиці та інших науках, формула (лат. formula - форма, правило) - коротка форма символічного запису інформації (як у математиці чи хімії), або загальне відношення між величинами. Одна з найпопулярніших формул належить Альберту Ейнштейну E = mc².
Узага́льнення - основний елемент логіки та міркувань людини. Узагальнення бере за основу існування множини елементів та однієї або декількох властивостей, спільних для цих елементів. Це є основою дедуктивних міркувань.
Рекурентність мережі забезпечено тим, що зворотний сигнал з внутрішнього шару надходить не на «головні» вхідні нейрони, а на додаткові – так звані контекстні нейрони. Ці нейрони зберігають інформацію про попередній вхідний вектор, таким чином, реакція мережі залежить не тільки від поточного сигналу, а й від попереднього стану [5]. Нейрону мережу Елмана можливо розглядати, як рекурсивний цифровий фільтр, який із «зашумленого» цифрового образу половини періоду миттєвої потужності виділяє параметри основної гармоніки активної потужності.
Рекурсія (лат. Recursion) - метод визначення класу чи об'єктів методів попереднім заданням одного чи декількох (звичайно простих) його базових випадків чи методів, а потім заданням на їхній основі правила побудови класу, який визначається.
Цифрови́й фільтр - поняття в електроніці, будь-який фільтр, що обробляє цифровий сигнал з метою відокремлення та/або придушення певних частотних складових цього сигналу. На відміну від цифрового, аналоговий фільтр має справу з аналоговим сигналом, його властивості недискретні, відповідно, передаточна функція залежить від внутрішніх властивостей його складових елементів.

Цикл роботи налаштованої ШНМ містить визначення початку періоду сигналу миттєвої потужності по кожній фазі, формування вхідного вектору мережі, як набору дискретних відліків миттєвої потужності на ділянці половини періоду; розрахунок вихідного сигналу, який дорівнює величині активної потужності. Визначене значення активної потужності використовується для розрахунку миттєвих значень струму компенсації на наступній частині періоду миттєвої потужності. Таким чином, кожну чверть періоду напруги мережі система керування САФ отримує актуальну інформацію про значення струму компенсації.

Система керування, також Система управління (англ. control system) - систематизований набір засобів впливу на підконтрольний об'єкт для досягнення цим об'єктом певної мети. Об'єктом системи керування можуть бути як технічні об'єкти так і люди.

Для навчання ШНМ були отримані експериментальні дані, для яких виконано обчислення значення активної потужності за формулою (1). Були розглянуті випадки, які характеризувалися різними значеннями споживаної потужності, величиною реактивної потужності, кількістю і амплітудою гармонік струму. Дискретність формування відліків входного сигналу 0,0005 с. Вхідні сигнали ШНМ потребують нормалізації і приведення до діапазону [0 1], а вихідний сигнал потребує зворотного перетворення.

Ампліту́да (лат. amplitudo - широта) - найбільше значення величини, яка періодично змінюється. Наприклад, амплітудою називається найбільше зміщення маятника від положення рівноваги.
Діапазо́н (від грец. δϊα πασον (χορδων) - через усі (струни).

Набори даних поділяються на три вибірки навчальну, тестуючу і контрольну, та циклічно подаються на вхід ШНМ згідно процедури навчання. За результатами досліджень можна стверджувати, що сумарна похибка навчання не перевищує 0,01.



Висновки. За результатами проведених досліджень можна стверджувати наступне:

  • з метою визначення миттєвих значень фазних струмів компенсації САФ можливо використовувати теорію потужності Фрізе;

  • для ефективної компенсації несинусоїдальних струмів швидкозмінного навантаження необхідно визначати величину активної потужності поточного періоду мережевої напруги, чого неможна досягнути при використанні формули (1), внаслідок чого, реакція фільтра буде суттєво запізнена і тільки додатково спотворить напругу мережі живлення;

  • підвищити швидкість визначення величини активної потужності та якість роботи САФ можливо за рахунок використання ШНМ Елмана, яка здатна обчислити значення активної потужності на проміжку 0,005 с (чверть періоду мережевої напруги).

ЛІТЕРАТУРА

1. Зиновьев Г.С. Электромагнитная совместимость устройств силовой электроники (электроэнергетический аспект): учебное пособие. – Н.: НГТУ, 1998. – 91 с.

2. Давидов О.Ю., Бялобржеський О.В. Аналіз засобів компенсації реактивної потужності // Вісник КрНУ – 2010. – №3. – С. 132-136.

3. Власенко Р.В., Бялобржеський О.В. Порівняння методів компенсації неактивної потужності трифазним силовим активним фільтром з адаптивним релейним регулятором струму // Електротехніка та електроенергетика. – 2014. – № 2. – С. 20-27.

Електроте́хніка (рос. электротехника, англ. electrical engineering, нім. Elekrotechnik f) - галузь науки і техніки, пов'язана із застосуванням електричних і магнітних явищ для перетворення енергії, добування і зміни складу хімічних речовин, виробництва та обробки матеріалів; галузь, що охоплює питання отримання (виробництва), розподілу, перетворення і застосування електроенергії.
Енерге́тика - сукупність галузей господарства, що вивчають і використовують енергетичні ресурси з метою вироблення, перетворення, передачі і розподілу енергії.

4. Лохов С.М. Энергетические составляющие мощности вентильных преобразователей: учебное пособие. – Ч.: ЮУрГУ. – 1999. – ч.1. – 106 с.

5. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Вильямс». – 2006. – 1104 с.

Р.В. Власенко, І.С. Конох

Використання штучної нейронної мережі для покращення функціональних можливостей силового активного фільтру

Електромеханічні та енергетичні системи, методи моделювання та оптимізації.

Енергети́чний - пасажирська зупинна залізнична платформа Луганської дирекції Донецької залізниці.
Збірник наукових праць XІV Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених і спеціалістів у місті Кременчук 14–15 квітня 2016 р. – Кременчук: КрНУ, 2015. – С. хх–хх.



Для покращення ефективності роботи та розширення функціональних можливостей в роботі пропонується застосовувати для побудови системи визначення компенсуючого струму теорію штучних нейронних мереж. Використання теорії штучних нейронних мереж дозволяє прискорити визначення складових потужності та струму. Так, як визначення активної потужності методом інтегрування потребує час, що рівний періоду, то при застосуванні теорії штучних нейронних мереж є можливість зменшити час обчислення складової потужності.

R. Vlasenko, I. Konoh

Using artificial neural network to improve the functionality active power filter

Electromechanical and energy systems, modeling and optimization methods. The 14th International conference of students and young researchers in Kremenchuk april 14–15, 2016. – Kremenchuk: КrNU, 2016. – P. ХХ–ХХ.


To improve performance and expand functionality in the proposed construction of the system used to determine the compensating current theory of artificial neural networks. Using the theory of artificial neural networks to accelerate the definition and components of the power supply.
Power Supply - музичний альбом гурту Budgie. Виданий у жовтні 1980 року лейблом RCA. Загальна тривалість композицій становить 37:18. Альбом відносять до напрямку хард-рок, важкий метал.
Thus, as the definition of active power needs by integrating the time period equal, then the application of the theory of artificial neural networks is the ability to reduce component calculating power.



Скачати 63.68 Kb.

  • Вступ.
  • Мета роботи.
  • Електротехніка та електроенергетика
  • Використання штучної нейронної мережі для покращення функціональних можливостей силового активного фільтру
  • Using artificial neural network to improve the functionality active power filter