A Comparative Study of Signal Analysis Methods Applied in the Detection of Instantaneous Frequency
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[1] Universidad del Cauca
Universidad del Cauca
Colombia
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- Localización: Transactions on Energy Systems and Engineering Applications: TESEA, ISSN-e 2745-0120, Vol. 1, Nº. 1, 2020 (Ejemplar dedicado a: Transactions on Energy Systems and Engineering Applications), págs. 1-11
- Idioma: inglés
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Resumen
- español
El concepto de red inteligente se viene aplicando cada vez con mayor frecuencia y esto sedebe a la necesidad de integrar todos los componentes que hacen parte de los sistemas de potencia enla actualidad, partiendo de las unidades de generación, sistemas de almacenamiento, comunicacionesy cargas. Señales no lineales y no estacionarias han sido obtenidas en este tipo de sistemas, los cualesposeen alta penetración de fuentes no convencionales de energía (FNCER) y cargas no lineales. El criteriode calidad de potencia se ha tenido que adaptar a las nuevas condiciones de los sistemas eléctricosy esto ha llevado a la necesidad de buscar nuevas metodologías de análisis de las señales adquiridas.En este artículo presentamos una revisión sobre los métodos de análisis de señales no lineales y noestacionarias en sistemas eléctricos con alta penetración de FNCER. Para este fin exploramos la aplicaciónde la Transformada de Hilbert-Huang (HHT), Transformada Wavelet (WT) y Distribución de Wigner-Ville(WVD), exponiendo cada una de las ventajas y desventajas de estos métodos. Hemos seleccionado para*How to cite this article:Bueno-López, M., Sanabria Villamizar, J. (2020). A Comparative Study of Signal Analysis MethodsApplied in the Detection of Instantaneous Frequency.Transactions on Energy Systems and Engineering Applications,validar la metodología algunas señales sintéticas que describen de manera adecuada los comportamientostípicos en los sistemas de potencia modernos.Palabras claves:Calidad de Potencia; Descomposición Empírica de Modos; Frecuencia instantánea;Transformada de Hilbert-Huang; Transformada Wavelet.1. IntroducciónLa llegada de nuevas tecnologías a los sistemas de potencia tales como las Fuentes no Convencionalesde Energías Renovables (FNCER), las cargas no lineales y los dispositivos electrónicos, han causadoproblemas en la forma de la onda transmitida y esto ha generado la necesidad de desarrollar nuevasmetodologías para el análisis de señales con estas características (Golpîra and Messina 2018; Naderi et al.2020). Una buena calidad en el sistema de potencia asegura un suministro de energía con altos nivelesde calidad y confiabilidad para el correcto funcionamiento de las cargas conectadas, los cuales estánmanejando procesos críticos y de gran importancia para los usuarios (Liu et al. 2015; Naderi et al. 2020).Las alteraciones de la calidad de la potencia pueden clasificarse en dos categorías, estas sonvariaciones y eventos. Las variaciones son perturbaciones que tienen un efecto en cada ciclo, comoarmónicos o desequilibrios de voltaje. Los eventos son perturbaciones que pueden durar desde unafracción de un ciclo hasta varios de estos, y luego pueden no repetirse durante varias horas o días(Fan and Liu 2012; Kumar and Zare 2016). Los problemas más comunes de calidad de energía son lacaída de tensión, los armónicos y los transitorios de conmutación. En su mayoría, estos son causadospor la naturaleza intermitente de las generaciones de energía no convencionales, transitorios debidoa la conmutación de capacitores y grandes alimentadores de carga (Anzalchi et al. 2019; Kavitha andSubramanian 2017).En los sistemas de potencia modernos es necesario analizar señales armónicas cuyo comportamientoes no lineal y no estacionario, por lo general estas señales son las que permiten el control de múltiplesvariables, como por ejemplo los indicadores de frecuencia media de interrupción por usuario en unperiodo determinado y tiempo total promedio de interrupción por usuario en un periodo determinado(por sus siglas en ingles, SAIDI y SAIFI respectivamente), del cual hacen parte del marco legal colombianoregulado por la CREG (Comisión de regulación de energía y gas) y vigilado por la Superintendencia deservicios públicos domiciliarios en el marco de las leyes 142 y 143 de 1994 del congreso de la República.Estos indicadores se utilizan con el fin de detectar fallas en la red, indicar las contribuciones de losgeneradores distribuidos sobre el comportamiento dinámico del sistema de potencia, y de manera generalen la optimización de la potencia distribuida (IEEE 2009; Kornatka 2017).Una de las estrategias más comunes de uso en los sistemas de potencia para analizar señales ha sidola transformada Rápida de Fourier (FFT por sus siglas en inglés), pero una gran limitación es la resoluciónen el domino del tiempo de este método; por lo tanto, se necesitan nuevos métodos que permitan tenerbuena resolución tanto en el domino del tiempo como en el de la frecuencia, y además que puedaninvolucrar el concepto de frecuencia instantánea para una detección precisa y rápida de perturbaciones.Las transformadas de Hilbert-Huang, Wavelet y Wigner-Ville han surgido como una ayuda para resolvereste problema (Gasca et al. 2018; Puliafito et al. 2017). La idea básica de un análisis tiempo-frecuencia esel diseño de una estrategia que pueda describir las características de una señal en ambos dominios, de
- English
The smart grid concept is being applied more and more frequently and this is due to the need to integrate all the components that are part of power systems today, starting from generation units, storage systems, communications and connected loads. Non-linear and non-stationary signals have been obtained in this type of systems, which have high penetration of non-conventional energy sources (NCSRE) and non-linear loads. The power quality criterion has had to be adapted to the new conditions of the electrical systems and this has led to the need to search for new analysis methodologies for the acquired signals. In this article we present a review on non-linear and non-stationary signal analysis methods in electrical systems with high NCSRE penetration. To this end we explore the application of the Hilbert-Huang Transform (HHT), Wavelet Transform (WT) and Wigner-Ville Distribution (WVD), exposing each of the advantages and disadvantages of these methods. To validate the methodology, we have selected some synthetic signals that adequately describe the typical behaviors in these systems.
- español
