Система оптимизации стабильности системы электропитания
Группа изобретений относится к системам и способам анализа стабильности систем электропитания. Имитация системы (100) электропитания, включающей элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111), выполняется для получения данных (328) импеданса, причем данные (328) импеданса определяют импеданс системы (100) электропитания. Профиль (401) стабильности системы (100) электропитания определяется как функция данных (328) импеданса, причем профиль (401) стабильности идентифицирует элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111) для управления генерированием электроэнергии в электрической системе (100) с целью оптимизации стабильности системы (100) электропитания. Обеспечивается стабильность системы электропитания на борту летательного аппарата. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится в общем к системам и способам анализа стабильности систем электропитания. В частности, настоящее изобретение относится к системе и способу генерации данных импеданса системы электропитания и использования этих значений импеданса для оптимизации стабильности системы электропитания.
Уровень техники
В летательном аппарате могут использоваться различные электронные устройства и системы, выполняющие самые разнообразные функции на борту. Питание для этих электронных устройств и систем на борту летательного аппарата может обеспечить бортовая система электропитания. Система электропитания летательного аппарата может включать ряд генераторов, а также различные системы распределения и преобразования электроэнергии. Например, система электропитания на борту летательного аппарата может включать ряд генераторов, приводимых в действие авиационными двигателями.
Стабильность системы электропитания может быть определена как способность системы возвращаться в нормальное состояние равновесия после воздействия на нее возмущения. Желательно, чтобы система электропитания летательного аппарата была спроектирована с обеспечением ее стабильности.
Во многих электрических нагрузках на борту летательного аппарата может быть использована регулируемая силовая электроника для повышения КПД, качества электропитания и плотности мощности. Такие электрические нагрузки могут отрицательно влиять на стабильность бортовой системы электропитания.
Возможна необходимость в оптимизации системы электропитания на борту летательного аппарата для обеспечения стабильности КПД, плотности мощности и качества электроэнергии. Кроме того, ошибка оптимизации систем электропитания на летательных аппаратах может привести к увеличению расходов. Недостаточно оптимальные электрические системы могут быть излишне усложненными, более тяжелыми, могут требовать больше места для своего размещения на борту. Таким образом, летательный аппарат, оснащенный недостаточно оптимальными системами питания может потреблять больше топлива в процессе эксплуатации. В эпоху все возрастающей стоимости топлива важность решений, направленных на снижение его потребления, обретают еще большую важность. Аналогичным образом, недостаточно оптимальные электрические системы могут требовать более частого технического обслуживания, а для компонентов таких систем могут быть необходимы более частые ремонт и замена. Поэтому эксплуатационные затраты для таких систем могут оказаться выше на протяжении срока службы.
Оптимизация стабильности системы электропитания на борту летательного аппарата может быть связана с необходимостью решения нескольких технических проблем. Первая техническая проблема может состоять в определении профилей стабильности для различных возможных вариантов систем электропитания с целью определения оптимальной системы электропитания для летательного аппарата. Вторая техническая проблема может состоять в точном определении профиля стабильности системы электропитания с целью точного определения стабильной системы электропитания для летательного аппарата. Третья техническая проблема может состоять в одновременном решении первой и второй технических проблем таким образом, чтобы можно было эффективно определять профили стабильности множества возможных вариантов систем электропитания без ущерба точности такого определения.
Доступные в настоящее время системы и способы анализа стабильности схем систем электропитания могут быть ограничены и не могут обеспечить решение технической задачи оптимизации стабильности системы электропитания на борту летательного аппарата. Имеющееся в настоящее время коммерчески доступное программное обеспечение имитации позволяет лишь частично выполнить анализ стабильности системы электропитания. Например, некоторые имеющиеся в настоящее время программные продукты для имитации способны лишь определять полное сопротивление (импеданс) постоянному току в преобразователях постоянного тока в постоянный ток. Другие имеющиеся в настоящее время программные продукты для имитации могут определять полное сопротивление (импеданс) системы переменному току, однако лишь с определенными допущениями и ограничениями. Например, некоторые программные продукты имитации могут определить импеданс переменному току при допущении об уравновешенных напряжениях фаз и предварительно известной частотой в системе. Такое программное обеспечение имитации может также требовать введения синусоидального компонента в имитацию каждой частоты, для которой определяют значения импеданса.
Современные подходы могут не объединять методы анализа стабильности и могут быть лишены общего и всеобъемлющего подхода к анализу стабильности. Например, в используемых в настоящее время подходах могут потребоваться тонкие регулировки нескольких параметров для каждого конкретного случая. Другим недостатком существующих подходов может быть необходимость проведения обширного извлечения данных вручную пользователем из имитационных моделей на основе различных предположений пользователей.
Соответственно, было бы полезно иметь способ и устройство, учитывающие один или несколько указанных выше вопросов, а также решающие другие возможные проблемы.
Раскрытие сущности изобретения
Одним из иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения является устройство, содержащее имитатор системы электропитания и анализатор стабильности. Имитатор системы электропитания выполнен таким образом, чтобы генерировать данные импеданса на основе имитационной модели системы электропитания, включающей элементы-источники и элементы-нагрузки. Эти данные импеданса определяют импеданс системы электропитания. Анализатор стабильности сообщается с имитатором системы электропитания и выполнен с возможностью определения профиля стабильности системы электропитания как функции данных импеданса, причем профиль стабильности идентифицирует элементы-источники и элементы-нагрузки для управления генерированием электроэнергии системой электропитания с целью оптимизации стабильности системы электропитания.
Другим иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения является способ оптимизации стабильности системы электропитания. Выполняется имитация системы электропитания, содержащей элементы-источники и элементы-нагрузки, для получения данных импеданса, которые определяют импеданс системы электропитания. Профиль стабильности системы электропитания определяется как функция данных импеданса, причем профиль стабильности идентифицирует элементы-источники и элементы-нагрузки для управления генерированием электроэнергии системой питания с целью оптимизации стабильности системы электропитания.
Еще одним иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения является способ определения импеданса системы электропитания. Имитация системы электропитания, содержащей элементы-источники и элементы-нагрузки, осуществляется процессорным блоком. Система электропитания характеризуется сетевой частотой на границе между элементом-источником и элементом-нагрузки. Сигналы возмущений подаются в имитационную модель системы электропитания с разными частотами возмущений. Данные импеданса генерируются процессорным блоком с применением быстрого преобразования Фурье с расчетом во временном окне. Эти данные импеданса определяют импеданс системы электропитания. Множество частот возмущений выбираются процессорным блоком таким образом, чтобы сетевая частота и множество частот возмущений являлись целыми кратными частоты окна.
Определенное преимущество обеспечивается тем, что способ включает определение профиля стабильности реальной системы электропитания с использованием данных измерений импеданса в реальной электрической системе. В предпочтительном исполнении процессорный блок имитирует электрическую систему, включающую: элементы-источники и элементы-нагрузки, при этом система электропитания характеризуется сетевой частотой на границе между элементами-источниками и элементами нагрузки и подачей сигналов возмущений с множеством частот возмущений в имитационную модель электрической системы; генерацию данных импеданса посредством процессорного блока с использованием быстрого преобразования Фурье, причем быстрое преобразование Фурье рассчитывается в течение окна времени, а данные импеданса определяют импеданс системы электропитания; и выбор, осуществляемый процессорным блоком, множества частот возмущений таким образом, чтобы сетевая частота и множество частот возмущений являлись целыми кратными частоты окна. В предпочтительном исполнении профиль стабильности системы электропитания определяется как функция данных импеданса, причем профиль стабильности идентифицирует элементы-источники и элементы-нагрузки для управления генерированием электроэнергии в электрической системе с целью оптимизации стабильности системы электропитания.
В предпочтительном исполнении осуществляется выбор множества начальных частот возмущений; определение сетевой частоты; выбор частоты окна таким образом, чтобы сетевая частота являлась целым кратным от частоты окна; и регулировка множества начальных частот возмущений для обеспечения множества частот возмущений, причем сигналы возмущений выбираются из множества однотональных сигналов и многотонального сигнала и многотональный сигнал содержит множество частот возмущений. В предпочтительном исполнении осуществляется выбор множества частот возмущений таким образом, чтобы множество частот возмущений в многотональном сигнале не перекрывалось.
Определенное преимущество обеспечивается тем, что определение профиля стабильности системы электропитания включает определение профиля стабильности системы электропитания с использованием критериев, выбранных из обобщенных критериев Найквиста, упрощенной формы обобщенных критериев Найквиста и критериев Найквиста применительно к системам с одним входом и одним выходом.
Другой иллюстративный вариант осуществления обеспечивает систему оптимизации системы электропитания на борту летательного аппарата, включающую средство определения импеданса и анализатор стабильности. Средство определения импеданса выполнено с возможностью генерации данных импеданса для системы электропитания летательного аппарата, которая включает элементы-источники и элементы-нагрузки, причем эти данные импеданса определяют импеданс системы электропитания летательного аппарата. Анализатор стабильности сообщается со средством определения импеданса и выполнен с возможностью определения профиля стабильности системы электропитания летательного аппарата как функции данных импеданса, причем профиль стабильности идентифицирует элементы-источники и элементы-нагрузки для управления генерированием электроэнергии в электрической системе летательного аппарата с целью оптимизации стабильности системы электропитания.
В предпочтительном исполнении система оптимизирует электрическую систему летательного аппарата, используя средство определения импеданса, выполненное с возможностью генерации данных импеданса для системы электропитания летательного аппарата, которая включает элементы-источники и элементы-нагрузки, причем эти данные импеданса определяют импеданс системы электропитания летательного аппарата; и анализатор стабильности, сообщающийся со средством определения импеданса и выполненный с возможностью определения профиля стабильности системы электропитания летательного аппарата как функции данных импеданса, причем профиль стабильности идентифицирует элементы-источники и элементы-нагрузки для управления генерированием электроэнергии в электрической системе летательного аппарата с целью оптимизации стабильности системы электропитания на борту. В предпочтительном исполнении средство определения импеданса включает имитатор системы электропитания, выполненный с возможностью генерации данных импеданса на основе имитационной модели системы электропитания летательного аппарата.
В предпочтительном исполнении анализатор стабильности выполнен с возможностью определения профиля стабильности системы электропитания летательного аппарата как функции данных измерений импеданса системы электропитания летательного аппарата.
Описанные признаки, функции и преимущества могут обеспечиваться по отдельности в различных вариантах осуществления данного изобретения или могут быть объединены в других вариантах осуществления, которые подробно описаны далее со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Новые признаки, считающиеся отличительными признаками иллюстративных вариантов осуществления, изложены в прилагаемой формуле изобретения. Однако иллюстративные варианты осуществления, а также предпочтительный способ их применения, дополнительные объекты и их признаки будут более понятны при рассмотрении следующего подробного описания иллюстративного варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 изображена блок-схема системы электропитания в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 2 изображена блок-схема системы анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 3 изображена блок-схема средства определения импеданса в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 4 изображена блок-схема анализатора стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 5 изображена блок-схема пользовательских интерфейсов в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 6 изображен пользовательский интерфейс управления определением импеданса в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 7 изображен дисплей сетевой частоты во время пуска системы в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 8 изображен дисплей частоты возмущения в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 9 изображен пользовательский интерфейс для управления анализом стабильности, вывод на экран графика данных импеданса и вывод на экран результата анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 10 изображена схема последовательности операций процесса определения импеданса и анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 11 изображена схема последовательности операций процесса определения импеданса в процессе имитации в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 12 изображена схема последовательности операций процесса выбора окна быстрого преобразования Фурье и частот возмущений в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 13 изображена схема последовательности операций процесса выбора частот возмущений для того, чтобы избежать перекрытия частот возмущений в многотональном сигнале в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения;
на фиг. 14 изображена схема последовательности операций процесса анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения; и
на фиг. 15 изображена блок-схема системы обработки данных в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
В различных иллюстративных вариантах осуществления принимаются во внимание и учитываются различные факторы. Термин «ряд», употребляемый здесь по отношению к предметам, означает один или несколько предметов. Например, «ряд различных соображений» означает одно или несколько различных соображений.
Различные иллюстративные варианты осуществления принимают во внимание и учитывают то, что может быть желательным оптимизировать стабильность системы электропитания для использования на борту летательного аппарата или другого транспортного средства. Однако существующие в настоящее время системы и способы анализа стабильности системы электропитания могут быть ограничены и не могут обеспечить решения технической задачи оптимизации системы электропитания.
Иллюстративные варианты осуществления изобретения предлагают систему и способ, которые обеспечивает новые и обладающие изобретательским уровнем технические решения технической задачи оптимизации стабильности системы электропитания. Например, иллюстративные варианты осуществления изобретения предлагают техническое решение технической задачи определения профилей стабильности для различных вариантов систем электропитания путем обеспечения интегрированной имитации системы электропитания и функций анализа стабильности. Имитатор системы электропитания может быть выполнен таким образом, чтобы генерировать данные импеданса для систем электропитания, включающих элементы-источники и элементы-нагрузки. Анализатор стабильности может сообщаться с имитатором системы электропитания и выполнен с возможностью определения профиля стабильности системы электропитания как функции данных импеданса. Профиль стабильности может использоваться для идентификации элементов-источников и элементов-нагрузки для оптимизации стабильности системы электропитания.
Иллюстративные варианты осуществления изобретения предлагают другое техническое решение технической задачи определения профилей стабильности для различных вариантов систем электропитания путем автоматического выбора и управления характеристиками различных параметров имитации системы электропитания. Например, иллюстративные варианты осуществления изобретения могут обеспечивать автоматический выбор множества частот возмущений для ввода в имитацию системы электропитания с целью определения импеданса системы электропитания. Иллюстративные варианты осуществления изобретения могут предусматривать ввод множества частот возмущений в имитацию системы электропитания одновременно в виде многотонального сигнала.
Иллюстративные варианты осуществления изобретения могут предложить техническое решение технической задачи точного определения профиля стабильности системы электропитания путем автоматического выбора или регулировки характеристик параметров имитации системы электропитания на основе определенных характеристик системы электропитания с целью повышения точности данных импеданса, генерируемых посредством имитации системы электропитания. Например, иллюстративные варианты осуществления могут обеспечивать автоматический выбор или регулировку частот возмущений, вводимых в имитацию системы электропитания, окна быстрого преобразования Фурье, используемого для генерации данных импеданса, или обоих, на основе характеристики сетевой частоты системы электропитания с целью повышения точности данных импеданса, сгенерированных процессом имитации системы электропитания.
Иллюстративные варианты осуществления изобретения могут предложить техническое решение технической задачи эффективного определения профилей стабильности множества вариантов систем электропитания без ущерба для точности таких определений путем, например, автоматической регулировки множества частот возмущений, вводимых в процесс имитации системы электропитания одновременно в виде многотонального сигнала таким образом, чтобы множество частот возмущений в многотональном сигнале не перекрывались с возможностью отрицательно повлиять на точность данных импеданса, генерируемых в процессе имитации системы электропитания. Это техническое решение может использоваться для более быстрого определения профилей стабильности систем электропитания без снижения точности такого получения.
Далее рассматривается фиг. 1, где изображена блок-схема системы электропитания в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере система 100 электропитания может обеспечивать электропитание для летательного аппарата 102.
Летательный аппарат 102 может быть летательным аппаратом любого типа. Например, без ограничения, летательный аппарат 102 может быть с неподвижными крыльями, вращающимися крыльями или летательным аппаратом легче воздуха. Летательный аппарат 102 может быть выполнен для перевозки пассажиров, грузов, пассажиров и грузов, или может использоваться для выполнения любых других операций или задач. Летательный аппарат 102 может эксплуатироваться авиакомпанией, военным подразделением или любой другой частной или государственной структурой.
Летательный аппарат 102 является примером транспортного средства 104, для которого система 100 электропитания может обеспечивать питание. Система 100 электропитания может обеспечивать электропитание для транспортных средств, отличных от летательного аппарата 102. Например, без ограничения, транспортное средство 104 может быть любым транспортным средством, предназначенным для перемещения по воздуху, в космосе, по земле, поверхности воды, под водой или в любой другой среде работы или сочетании сред.
Транспортное средство 104 является примером платформы 106, для которой система 100 электропитания может обеспечивать питание. Система 100 электропитания может обеспечивать электропитание для платформ, отличных от транспортного средства 104. Например, без ограничения, платформа 106 может включать в себя любую стационарную или мобильную платформу.
Система 100 электропитания может включать источник 108 и нагрузку 110. Источник 108 может включать в себя различные элементы-источники 109 для генерирования, преобразования и распределения электрической энергии. Например, без ограничения, элементы-источники 109 могут включать различные системы, устройства, элементы схемы или конфигурации для генерирования, преобразования и распределения электрической энергии. Нагрузка 110 может включать в себя любое количество элементов нагрузки 111. Элементы-нагрузки 111 могут включать в себя различные типы электрических нагрузок и различные компоненты таких нагрузок. Например, без ограничения, элементы-нагрузки 111 могут включать различные компоненты нагрузки, включая регулируемую силовую электронику для повышения выхода мощности, качества электропитания и плотности мощности или других характеристик таких нагрузок. Нагрузка 110 может быть подключена к источнику 108 в интерфейсе 112.
Источник 108 может быть охарактеризован импедансом источника 114. Нагрузка 110 может быть охарактеризована импедансом нагрузки 116. Импеданс источника 114 и импеданс нагрузки 116 могут быть определены на границе 112.
Система 100 электропитания может быть системой 118 питания постоянного тока (DC) или системой 120 питания переменного тока (АС). Система 120 питания переменного тока может быть однофазной 122 или многофазной 124. Например, без ограничения, система 120 питания переменного тока может быть трехфазной электрической системой.
Система 100 электропитания может характеризоваться стабильностью 126. Стабильность 126 может быть задана как способность системы 100 электропитания возвращаться в нормальное состояние равновесия после воздействия на нее возмущения. Система 100 электропитания может характеризоваться как стабильная 128 или нестабильная 130.
Далее рассматривается фиг. 2, где изображена блок-схема системы анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере система 200 анализа стабильности может использоваться для определения стабильности 126 системы 100 электропитания по фиг. 1. Система 200 анализа стабильности может включать средство 202 определения импеданса, анализатор 204 стабильности и пользовательский интерфейс 206.
Средство 202 определения импеданса может быть выполнено с возможностью генерировать данные 208 импеданса системы электропитания путем запуска имитации системы электропитания посредством имитационной модели 210 системы электропитания. Данные 208 импеданса определяют импеданс системы электропитания, смоделированной с помощью имитационной модели 210 системы электропитания. Данные 208 импеданса, сгенерированные средством 202 определения импеданса, могут храниться в виде сохраненных данных 212 импеданса.
Анализатор 204 стабильности может быть выполнен с возможностью анализа стабильности системы электропитания с использованием данных 208 импеданса, сгенерированных средством 202 определения импеданса. Анализатор 204 стабильности может быть также выполнен с возможностью анализа стабильности системы электропитания с использованием сохраненных данных 212 импеданса. Например, без ограничения, сохраненные данные 212 импеданса могут включать имитационные данные 214. Имитационные данные 214 могут включать данные 208 импеданса, сгенерированные средством 202 определения импеданса, данные импеданса, сгенерированные системой или способом имитации системы электропитания, отличным от средства 202 определения импеданса, или сгенерированные и теми, и другими.
Анализатор 204 стабильности также может быть выполнен с возможностью анализа стабильности реальной системы 216 электропитания с использованием данных 218 измерений импеданса. Сохраненные данные 212 импеданса могут включать данные 218 измерений импеданса. Данные 218 измерений импеданса могут определять импеданс реальной системы 216 электропитания. Данные 218 измерений импеданса могут быть сгенерированы системой 220 измерения импеданса. Система 220 измерения импеданса может быть любой соответствующей системой, использующей любой подходящий способ для определения импеданса реальной системы 216 электропитания.
Интерфейс 206 пользователя может включать различные графические пользовательские интерфейсы 222. Например, без ограничения, пользовательский интерфейс 206 может включать в себя интерфейсы для управления пользователем 224 работой средства 202 определения импеданса, анализатора 204 стабильности или обоими. Интерфейс 206 пользователя также может включать графические отображения данных 208 импеданса, сохраненных данных 212 импеданса или и тех, и других. Интерфейс 206 пользователя может также включать графические отображения анализа стабильности, обеспечиваемого анализатором стабильности 204.
Интерфейс 206 пользователя может быть выведен на экран или иным образом представлен пользователю 224 на устройствах с пользовательским интерфейсом 226. Например, без ограничения, устройства с пользовательским интерфейсом 226 могут включать устройство вывода на экран 228 для вывода на экран графических пользовательских интерфейсов 222 для пользователя 224. Устройства с пользовательским интерфейсом 226 также могут быть выполнены с возможностью приема входных данных от пользователя 224 по мере того, как пользователь 224 взаимодействует с графическим интерфейсом пользователя 222, выведенным на экран устройств с пользовательским интерфейсом 226. Например, без ограничения, устройства с пользовательским интерфейсом 226 могут включать устройство ввода 230 для приема вводимых пользователем данных 224.
Теперь рассмотрим фиг. 3, где изображена блок-схема средства определения импеданса в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере средство определения импеданса 300 является примером одного из вариантов реализации средства 202 определения импеданса по фиг. 2.
Средство определения импеданса 300 может быть выполнено таким образом, чтобы включать в себя имитатор 302 системы электропитания. Имитатор 302 системы электропитания может быть выполнен таким образом, чтобы выполнять имитацию системы электропитания согласно имитационной модели системы электропитания 304.
Система электропитания, описываемая имитационной моделью 304 системы электропитания, может быть охарактеризована сетевой частотой 306. Сетевая частота 306 может быть задана как установившаяся частота сигнала в линии системы электропитания, при которой импеданс системы электропитания определяется средством определения импеданса 300. Например, без ограничения, сетевая частота 306 может быть установившейся частотой сигнала на границе между источником и нагрузкой в электрической системе, при которой импеданс системы электропитания определяется средством определения импеданса 300.
Средство определения импеданса 300 может включать средство подачи сигнала возмущения 308. Средство подачи сигнала возмущения 308 может быть выполнено с возможностью подачи сигналов 310 возмущений в имитатор 302 системы электропитания. Например, без ограничения, сигналы 310 возмущений могут подаваться на границе между источником и нагрузкой в электрической системе, имитируемой имитатором 302 системы электропитания. Сигналы 310 возмущений могут подаваться в имитатор 302 системы электропитания в виде последовательного напряжения 312 или тока 314 шунтирования. Сигналы 310 возмущений могут включать сигналы переменного тока (АС) 316 или постоянного тока (DC) 318 в зависимости от обстоятельств.
Сигналы 310 возмущений могут включать ряд частот 320 возмущений. Сигналы 310 возмущений могут быть однотональными 322 или многотональными 324. Если сигналы 310 возмущений являются однотональными 322, каждый из сигналов 310 возмущений, вводимый в имитатор 302 системы электропитания, включает одну из ряда частот 320 возмущений. Если сигналы 310 возмущений являются многотональными 324, один из сигналов 310 возмущений, вводимый в имитатор 302 системы электропитания, может включать множество из ряда частот 320 возмущений.
Генератор 326 данных импеданса может быть выполнен таким образом, чтобы генерировать данные 328 импеданса из имитатора 302 системы электропитания, находящейся под влиянием вводимых сигналов 310 возмущений. Данные 328 импеданса могут определять импеданс системы электропитания, определяемой имитационной моделью 304 системы электропитания. Данные 328 импеданса могут включать данные 330 импеданса источника и данные импеданса нагрузки 332. Данные 328 импеданса могут предоставляться в частотной области 334.
Данные 328 импеданса могут генерироваться генератором данных импеданса 326 известным способом с использованием быстрого преобразования 336 Фурье. Быстрое преобразование 336 Фурье может быть рассчитано за известный период времени, определяемый окном 338.
Ряд частот 320 возмущений может быть выбран средством выбора частоты возмущений 340. Например, ряд частот 320 возмущений может быть выбран средством 340 выбора частот возмущений таким образом, чтобы сетевая частота 306 и ряд частот 320 возмущений были целыми кратными частоты окна 338. Ряд частот 320 возмущений может быть выбран средством 340 выбора частот возмущений таким образом, что ряд частот 320 возмущений в одном из сигналов 310 возмущений, который является многотональным 324, не будет перекрываться.
Средство 340 выбора частот возмущений может быть выполнено с возможностью выбора начальных частот 342 возмущений и регулировки начальных частот 342 возмущений с целью получения конечных частот 344 возмущений. В этом случае конечные частоты 344 возмущений являются рядом частот 320 сигналов 310 возмущений, подаваемых в имитатор системы электропитания 302.
Различные функции средства определения импеданса 300 могут быть реализованы с использованием коммерчески доступного имитационного программного обеспечения. Например, без ограничения, различные функции средства определения импеданса 300 могут быть реализованы с использованием программного обеспечения Simulink/MATLAB, с помощью инструментария SimPowerSystems или другого подходящего имитационного программного обеспечения. MATLAB с инструментарием SimPowerSystems предлагает несколько различных решающих программ и является широко используемым программным инструментом для имитаций во временной области различных силовых коммутирующих схем преобразования. Например, блоки имитации для подачи сигналов 310 возмущений и генерации данных 328 импеданса могут быть построены по отдельности и введены в библиотеку Simulink.
Теперь рассмотрим фиг. 4, где изображена блок-схема анализатора стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере анализатор 400 стабильности является примером одного из вариантов реализации анализатора 204 стабильности на фиг. 2.
Анализатор 400 стабильности может быть выполнен таким образом, чтобы определять профиль 401 стабильности системы электропитания как функцию данных импеданса системы электропитания. Например, профиль 401 стабильности может использоваться для идентификации элементов-источников и элементов нагрузки для управления генерированием электроэнергии в электрической системе с целью оптимизации стабильности системы электропитания. Стабильность системы электропитания может быть оптимизирована, если система электропитания является стабильной и обладает иными необходимыми характеристиками системы электропитания.
Анализатор 400 стабильности может быть выполнен таким образом, чтобы определять профиль 401 стабильности системы электропитания как функцию данных импеданса системы электропитания. Анализатор 400 стабильности может быть выполнен таким образом, чтобы определять профиль 401 стабильности системы электропитания, используя данные импеданса системы электропитания и ряд критериев. Например, без ограничения, анализатор 400 стабильности может быть выполнен с возможностью анализа стабильности системы электропитания с использованием обобщенных критериев Найквиста 402, упрощенной формы обобщенных критериев Найквиста 404 или критериев Найквиста применительно к системам с одним входом и одним выходом 406.
Теперь рассмотрим фиг. 5, где изображена блок-схема пользовательских интерфейсов в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере пользовательские интерфейсы 500 являются примерами реализаций интерфейса 206 пользователя на фиг. 2.
Например, без ограничения, пользовательские интерфейсы 500 могут включать интерфейсы для управления 502 определением импеданса, управления 504 анализом стабильности, вывода на экран сетевого сигнала 506, вывода на экран частоты возмущений 508, вывода на экран графика данных импеданса 510, вывода на экран анализа стабильности 512, другие пользовательские интерфейсы 514 или различные сочетания пользовательских интерфейсов. Пользовательские интерфейсы 500 для управления 502 определением импеданса могут быть выполнены таким образом, чтобы предоставлять пользователю различные варианты управления генерацией моделируемых данных импеданса системой анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления. Пользовательские интерфейсы 500 для управления 504 анализом стабильности могут быть выполнены таким образом, чтобы предоставлять пользователю различные варианты управления системой анализа стабильности, чтобы провести анализ стабильности с использованием данных измерений импеданса или данных импеданса из модели. Дисплей 506 сетевого сигнала может вывести на экран сетевой сигнал из точки в имитаторе системы электропитания, так чтобы пользователь мог убедиться в том, что процесс имитации достиг установившегося режима, прежде чем подавать сигналы возмущений в модель. Дисплей 508 частоты возмущений может указывать частоты возмущений, которые будут вводиться в имитатор для генерации данных импеданса.
Иллюстрации на фиг. 2-5 не предназначены для того, чтобы налагать физические или архитектурные ограничения на реализацию различных иллюстративных вариантов осуществления. В дополнение и/или вместо проиллюстрированных компонентов могут использоваться другие компоненты. В некоторых иллюстративных вариантах осуществления некоторые компоненты могут быть необязательными. Кроме того, блоки на схемах иллюстрируют определенные функциональные компоненты. Один или несколько таких блоков могут быть объединены или разделены на различные блоки при реализации различных иллюстративных вариантов осуществления.
Теперь рассмотрим фиг. 6, где изображен пользовательский интерфейс управления определением импеданса в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере пользовательский интерфейс 600 является примером одного варианта реализации интерфейса 206 пользователя на фиг. 2. Конкретнее, в этом примере пользовательский интерфейс 600 является примером одного варианта реализации управления 502 определением импеданса на фиг. 5.
Пользовательский интерфейс 600 выполнен таким образом, чтобы предоставлять пользователю различные варианты управления генерацией имитируемых данных импеданса системой анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления. Например, без ограничения, пользователь может осуществлять доступ к пользовательскому интерфейсу 600, выбирая вкладку 602.
Пользователь может нажать кнопку 604 на пользовательском интерфейсе 600 для выбора имитационной модели системы электропитания, используемой для генерации данных импеданса. Пользователь может нажать кнопку 606 на пользовательском интерфейсе 600 для ввода или выбора имени файла, содержащего сгенерированные данные импеданса. Имя файла для генерируемых данных импеданса может отображаться в 608 на пользовательском интерфейсе 600. Затем пользователь может выбрать кнопку 610 на пользовательском интерфейсе 600 для начала имитации.
Теперь рассмотрим фиг. 7, на которой изображен дисплей сетевого сигнала в процессе пуска системы в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере дисплей 700 сетевого сигнала является примером одного варианта реализации интерфейса 206 пользователя на фиг. 2. В частности, в этом примере дисплей 700 сетевого сигнала является примером одного варианта реализации дисплея 506 сетевого сигнала линии по фиг. 5.
Дисплей 700 сетевого сигнала может быть выведен на экран пользователя в ответ на нажатие пользователем кнопки 610 на пользовательском интерфейсе 600 для начала имитации. Через определенное время после начала имитации график 702 сетевого сигнала выводится на дисплей 700 сетевого сигнала. Указанное время может быть выбрано таким образом, чтобы обеспечить стабилизацию имитации после ее начала перед тем, как вывести график 702 сетевого сигнала на дисплей. Например, без ограничения, указанное время может задаваться пользователем.
График 702 сетевого сигнала может быть графиком сигнала в той точке имитатора, в которой в имитатор будут подаваться сигналы возмущений и будут определяться данные импеданса. Например, без ограничения, график 702 сетевого сигнала может быть графиком сигнала напряжения по оси d для смоделированных систем переменного тока или графиком сигнала напряжения постоянного тока для смоделированных систем постоянного тока.
Пользователь может просматривать график 702 сетевого сигнала на дисплее 700 сетевого сигнала, чтобы убедиться в том, что процесс имитации достиг установившегося режима, прежде чем вводить сигналы возмущений в имитатор. Пользователь может изменить параметры имитации, если график сетевого сигнала 702 указывает на то, что процесс имитации не достиг установившегося режима.
Теперь рассмотрим фиг. 8, где изображен дисплей частоты возмущения в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере дисплей 800 частоты возмущений является примером одного варианта реализации интерфейса 206 пользователя по фиг. 2. Конкретнее, дисплей 800 частоты возмущений является примером одного варианта реализации дисплея 508 частоты возмущений по фиг. 5.
Дисплей 800 частоты возмущений может быть выведен на экран в ответ на нажатие пользователем кнопки 802 на пользовательском интерфейсе 600. Дисплей 800 частоты возмущений показывает частоты возмущений, которые будут подаваться в модель для генерации данных импеданса. Например, без ограничения, частоты возмущений могут быть обозначены точками 804 на дисплее 800 частот возмущений. Частоты возмущений, указанные на дисплее 800 частот возмущений, могут быть автоматически выбраны системой анализа стабильности. При желании пользователь может изменить частоты возмущений, вводимых в имитатор.
После рассмотрения частот возмущений на дисплее 800 частот возмущений пользователь может нажать кнопку 806 на пользовательском интерфейсе 600, чтобы продолжить имитацию. Например, в ответ на нажатие кнопки 806 сигналы возмущений с выбранными частотами сигналов возмущений могут быть введены в имитатор и данные импеданса сгенерированы. Сгенерированные данные импеданса могут быть сохранены в предварительно определенном файле. В качестве альтернативы, пользователь может нажать кнопку 808 на пользовательском интерфейсе 600 для автоматического выполнения этапов начала имитации и предоставления имитатору возможности достигнуть установившегося режима, выбора частот сигнала возмущений, подачи сигналов возмущений, генерации и сохранения данных импеданса без дополнительного вмешательства пользователя.
После того, как данные импеданса сгенерированы и сохранены, пользователь может нажать кнопку 810 для выхода. В качестве альтернативы, пользователь может выбрать вкладку 812 для выполнения анализа стабильности с использованием сгенерированных данных импеданса.
Теперь рассмотрим фиг. 9, где изображен пользовательский интерфейс для управления анализом стабильности, графическое отображение данных импеданса и дисплей анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере пользовательские интерфейсы 900, 902 и 904 являются примерами реализаций интерфейса 206 пользователя по фиг. 2. Конкретнее, в этом примере пользовательский интерфейс 900 является примером одного варианта реализации управления 504 анализом стабильности на фиг. 5. Пользовательский интерфейс 902 является примером одного варианта реализации графического отображения данных импеданса 510 на фиг. 5. Пользовательский интерфейс 904 является примером одного варианта реализации дисплея 512 анализа стабильности по фиг. 5.
Пользовательский интерфейс 900 может быть выполнен таким образом, чтобы предоставлять пользователю различные варианты управления системой анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления для выполнения анализа стабильности с использованием данных измерений импеданса или данных импеданса из имитатора. Например, пользователь может осуществлять доступ к пользовательскому интерфейсу 900, выбирая вкладку 812, для выполнения анализа стабильности.
Пользователь может нажать кнопки 906 и 908 на пользовательском интерфейсе 900 для определения данных импеданса, которые будут использоваться для проведения анализа стабильности. Данные импеданса могут поступать из эксперимента или от имитатора. Например, пользователь может нажать кнопку 906 для определения файла для данных импеданса источника. Пользователь может нажать кнопку 908 для определения файла для данных импеданса нагрузки.
После определения данных импеданса, которые должны использоваться, пользователь может нажать кнопку 910 для выполнения анализа стабильности с использованием обобщенного критерия Найквиста. Пользователь может нажать кнопку 912 для выполнения анализа стабильности с использованием упрощенной формы обобщенного критерия Найквиста. Например, упрощенная форма обобщенного критерия Найквиста может использоваться для анализа стабильности систем переменного тока с нагрузками, имеющими коэффициент мощности, равный единице. Пользователь может нажать кнопку 914 для выполнения анализа стабильности с использованием критериев Найквиста применительно к системам с одним входом и одним выходом.
Данные импеданса, используемые при анализе стабильности, могут отображаться в виде графиков в пользовательском интерфейсе 902. Нанесение нескольких значений импеданса на один и тот же график может позволить сравнивать их и лучше понять изменения при различных условиях работы. В этом примере пользователь может нажать кнопку 916 на пользовательском интерфейсе 900, чтобы задать мультиграфик импеданса по переменному току, выведенных на экран пользовательского интерфейса 902. Пользователь может нажать кнопку 918 на пользовательском интерфейсе 900, чтобы задать мультиграфик импеданса по постоянному току, выведенных на экран пользовательского интерфейса 902. Пользователь может нажать кнопку 920 на пользовательском интерфейсе 900, чтобы выполнить анализ с несколькими графиками импеданса.
Анализ стабильности может быть выполнен путем изучения траекторий собственных значений в комплексной плоскости для систем переменного тока или траектории коэффициента окупаемости для системы постоянного тока, либо упрощенных критериев. В этом примере соответствующий график для проведения анализа стабильности может быть выведен на экран пользовательского интерфейса 904. Пользователь может нажать кнопку 922 на пользовательском интерфейсе 900 для выхода.
Теперь рассмотрим фиг. 10, на которой изображена схема последовательности процесса определения импеданса и анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере процесс 1000 может быть реализован, например, в системе анализа стабильности 200 на фиг. 2.
Вначале можно определить, следует ли использовать существующие данные импеданса (операция 1002). Если будут использоваться существующие данные импеданса, необходимо указать местонахождение существующих данных импеданса (операция 1004). Например, без ограничения, местоположение существующих данных импеданса может быть местоположением файла, содержащего существующие данные импеданса, в системе обработки данных. Существующие данные импеданса могут быть экспериментальными данными или предварительно сгенерированными данными имитации. Затем существующие данные импеданса могут быть извлечены из указанного места их хранения (операция 1006).
Если существующие данные импеданса не будут использоваться, данные импеданса могут быть получены путем моделирования (операция 1008). Сгенерированные данные импеданса могут быть сохранены (операция 1010). Графики данных импеданса могут отображаться (операция 1012) после операций 1006 и 1012.
Затем можно определить, следует ли проводить анализ стабильности (операция 1014). Если анализ стабильности не будет выполняться, процесс может быть завершен. В противном случае, анализ стабильности может быть проведен с использованием данных импеданса (операция 1016), после чего процедура завершится. Например, операция 1016 может включать определение профиля стабильности системы электропитания как функции данных импеданса. Профиль стабильности может использоваться для идентификации элементов-источников и элементов нагрузки для управления генерированием электроэнергии в электрической системе с целью оптимизации стабильности системы электропитания.
Теперь рассмотрим фиг. 11, на которой изображена схема последовательности процесса определения импеданса на основе моделирования в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере процесс 1100 является примером одного варианта реализации процесса для выполнения операции 1008 на фиг. 10. Например, этот процесс может быть реализован в средстве определения импеданса 300 на фиг. 3.
Процесс может начаться с определения имитационной модели системы электропитания, для которой будут генерироваться данные импеданса (операция 1102). Модель может быть загружена, а имитация - инициализирована (операция 1104). Затем может быть выполнено моделирование (операция 1106).
Сигнал контура из выполняемого моделирования может отображаться на экране (операция 1108). Дисплей сетевого сигнала может использоваться для определения того, достигла ли имитация установившегося режима (операция 1110). Если имитация не достигла установившегося режима, процесс может вернуться к операции 1108, и вывод на экран сетевого сигнала может продолжаться до достижения установившегося режима.
Когда будет определено, что имитация достигла установившегося режима, может быть выбрана подача последовательного напряжения или тока шунтирования в имитатор (операция 1112). Может быть выбрано окно быстрого преобразования Фурье и частоты возмущения (операция 1114). Частоты возмущения могут быть выведены на экран (операция 1116). Сигналы возмущений могут быть переданы (операция 1118). Данные импеданса могут быть сгенерированы (операция 1120). График данных импеданса может быть выведен на дисплей (операция 1122), после чего процесс может быть завершен.
Теперь рассмотрим фиг. 12, на которой изображена схема последовательности операций процесса выбора окна быстрого преобразования Фурье и частот возмущений в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере процесс 1200 является примером одного варианта реализации операции 1114 на фиг. 11.
Быстрое преобразование Фурье неявно предполагает, что сигнал повторяется после периода измерения, для которого определяют преобразование. В действительности, сигналы имеют ограниченную во времени природу, и о сигнале ничего не известно за пределами интервала измерений. Если время измерения является целой кратной периода сигнала, то представление в частотной области не будет искажено. Однако, если время измерения не кратно периоду сигнала, возможно просачивание спектральных составляющих, и получаемый в результате частотный спектр может оказаться неправильным.
Чтобы избежать просачивания спектральных составляющих, время измерения для быстрого преобразования Фурье, используемого для генерации данных импеданса путем имитации в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления, называемое здесь окном быстрого преобразования Фурье (TFFT_window), может быть выбрано, как целое кратное периодов различных компонентов сигнала. В интерфейсах переменного тока в дополнение к частоте возмущений существуют также компоненты сетевой частоты. Таким образом, окно быстрого преобразования Фурье может быть выбрано таким образом, чтобы содержать целое число периодов сетевого сигнала и всех периодов возмущений. Таким образом, TFFT_window=m*Tline=n*Tpert, где Tline - период сетевого сигнала, Tpert - период сигнала возмущений, m и n - целые числа.
Если окно быстрого преобразования Фурье выбрано периодическим для компонентов сетевой частоты и компонентов частоты возмущений, то окно быстрого преобразования Фурье в некоторых случаях может оказаться нежелательно длительным. Например, если частота возмущений составляет 121 Гц, а сетевая частота - 60 Гц, для обеспечения периодичности для обеих частотных составляющих частота окна быстрого преобразования Фурье должно быть равна 1 Гц, т.е. окно будет содержать 121 период возмущений и 60 периодов частоты в контуре. Лучшим вариантом является некоторая корректировка частоты возмущений с тем, чтобы она равнялась 120 Гц. В этом случае частота окна быстрого преобразования Фурье может быть выбрана равной 60 Гц, т.е. окно будет содержать один период сетевого сигнала и два периода возмущений.
В соответствии с иллюстративным вариантом осуществления частоты возмущений могут быть несколько смещены от начальных выбранных значений для сокращения времени имитации. Разрешение по частоте fresolution определяется как наименьшее расстояние, допустимое для смещения частот возмущений от их начальных значений. Процесс 1200 реализует алгоритм, в котором TFFT_window=m*Tline=n*Tpert, и выполняется смещение начальных частот возмущений в пределах fresoiution, чтобы поддерживать минимальный размер окна быстрого преобразования Фурье. Эти положения также обеспечивают точную оценку импеданса в условиях отсутствия баланса или наличия искажений.
Процесс начинается с выбора ряда начальных частот возмущений (операция 1202) и определения сетевой частоты имитации (операция 1204) системы электропитания. Затем можно определить, превышает ли сетевая частота наименьшую начальную частоту возмущений (операция 1206).
Если сетевая частота больше, чем наименьшая начальная частота возмущений, целочисленное значение m может быть рассчитано путем округления частоты в контуре, деленной на наименьшую начальную частоту возмущений (операция 1208). Частота окна быстрого преобразования Фурье, следовательно, может быть равна частному от деления сетевой частоты на значение m (операция 1210). Если сетевая частота не больше, чем наименьшая начальная частота возмущений, частота окна быстрого преобразования Фурье может быть установлена равной сетевой частоте (операция 1212).
После операции 1210 или операции 1212 конечная частота возмущений может быть установлена равной частоте окна быстрого преобразования Фурье, умноженной на округленное значение отношения начальной частоты возмущения к частоте окна быстрого преобразования Фурье (операция 1214), после чего процесс будет завершен. Операция 1214 может быть повторена для каждой из ряда начальных частот возмущений, выбранных в операции 1202, для определения ряда конечных частот возмущений, которые будут использоваться при имитации.
Теперь рассмотрим фиг. 13, на которой изображена схема последовательности операций процесса выбора частот возмущений для того, чтобы избежать перекрытия частот возмущений в многотональном сигнале в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Процесс 1300 является одним примером процесса выбора частот возмущений для того, чтобы избежать перекрытия частот возмущений в многотональном сигнале. В различных иллюстративных вариантах осуществления для выбора частот возмущений могут использоваться процессы, отличные от процесса 1300, чтобы избежать перекрытия частот возмущений в многотональном сигнале.
При многотональном подходе сигналы возмущений нескольких частот вводят одновременно. В этом случае частотные составляющие частот возмущений могут перекрываться, что может повлиять на результаты определения импеданса. Например, в случае, если две частоты возмущений 240 Гц и 1360 Гц вводят одновременно, а сетевая частота составляет 400 Гц, спектр может содержать компонент 640 Гц, являющийся перекрытием двух частот разделения: 400 Гц + 240 Гц и 2000 Гц - 1360 Гц.
Самая высокая частота возмущения может быть ограничена величиной, не превышающей двукратного значения сетевой частоты, чтобы избежать перекрывания, однако это ограничение относится к частотному диапазону измерений. Процесс 1300 реализует алгоритм, направленный на усовершенствование многотонального подхода, в то же время позволяя измерять значения, превышающие двукратные величины сетевой частоты.
Чтобы получить те же результаты при многотональном и однотональном подходах, необходимо избегать влияния перекрывания частот возмущений. Если частотный диапазон измерений ниже, чем удвоенное значение сетевой частоты, необходимо убедиться в отсутствии перекрывания, и тогда многотональный подход может дать те же результаты, что и однотональный. Если диапазон частот измерений не ограничен, частоты возмущений могут перекрываться. Чтобы избежать этого эффекта, разработан итерационный алгоритм.
Критерий перекрывания частот возмущений определяется как равенство суммы двух частот возмущений кратных сетевой частоте:
ƒp1+ƒp2=mƒline±ƒresolution
где m=0, 1, 2…∞.
Перед определением частоты возмущения ƒpi (операция 1302), которая должна быть введена, она может быть проверена на соответствие критерию вместе со всеми частотами возмущений, меньшими ƒpi (операции 1304, 1308 и 1310). Если ƒpi перекрывается с любой из других частот возмущений, она может быть изменена на величину частоты разрешения быстрого преобразования Фурье ƒresolution (операция 1306) перед определением ƒpi (операция 1312), после чего процесс будет завершен. Процесс 1300 может повторяться до тех пор, пока не останется перекрывающихся частот возмущений.
Теперь рассмотрим фиг. 14, на которой изображена схема последовательности операций процесса анализа стабильности в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере процесс 1400 может быть реализован, например, в анализаторе стабильности 400 на фиг. 4.
Процесс может начинаться с выбора данных импеданса источника и нагрузки (операция 1402). Выбранные данные импеданса нагрузки и источника могут поступать из эксперимента или имитатора. Затем можно определить, будет ли проводиться анализ для системы переменного или постоянного тока (операция 1404).
Если анализ будет проводиться для системы переменного тока, можно определить, можно ли применять упрощенные критерии стабильности АС (операция 1406). Если упрощенные критерии стабильности АС не могут быть применены, можно воспользоваться обобщенными критериями Найквиста с использованием всех импедансов dq (операция 1408) и выбрать отображение траекторий собственных значений коэффициента возврата (операция 1410). Если могут быть применены упрощенные критерии стабильности АС, можно воспользоваться упрощенными обобщенными критериями Найквиста с применением только импедансов dd (операция 1412) и вывести на экран график коэффициента возврата (операция 1414).
Если в ходе выполнения операции 1404 будет определено, что анализ выполняется для системы постоянного тока, могут быть использованы критерии Найквиста для системы с одним входом и одним выходом с применением импедансов DC (операция 1416) и выведен на экран график коэффициента возврата (операция 1418). Оценка стабильности может быть выполнена путем изучения траекторий собственных значений коэффициента возврата или графика коэффициента возврата (операция 1420) после операции 1410, 1414 или 1418, после чего процесс завершится.
Теперь рассмотрим фиг. 15, где изображена блок-схема системы обработки данных в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. В этом примере система обработки данных 1500 является примером одного варианта реализации системы обработки данных для реализации системы 200 анализа стабильности по фиг. 2.
В этом иллюстративном примере система обработки данных 1500 включает коммуникационную сеть 1502. Коммуникационная сеть 1502 обеспечивает связь между процессорным блоком 1504, памятью 1506, устройством постоянного хранения 1508, блоком 1510 связи, блоком 1512 ввода/вывода и дисплеем 1514. Память 1506, устройство постоянного хранения 1508, блок 1510 связи, блок 1512 ввода/вывода и дисплей 1514 являются примерами ресурсов, доступных для процессорного блока 1504 через коммуникационную сеть 1502.
Процессорный блок 1504 служит для выполнения команд программного обеспечения, которое может быть загружено в память 1506. Процессорный блок 1504 может представлять собой несколько процессоров, многоядерный процессор или иной тип процессора, в зависимости от конкретной реализации. Кроме того, процессорный блок 1504 может быть реализован с использованием ряда гетерогенных процессорных систем, в которых главный процессор и вторичные процессоры находятся на одном чипе. В другом иллюстративном примере процессорный блок 1504 может быть симметричной многопроцессорной системой, включающей несколько процессоров одного типа.
Память 1506 и устройство постоянного хранения 1508 являются примерами запоминающих устройств 1516. Запоминающее устройство - любые аппаратные средства, способные хранить информацию, например, (без ограничения) данные, программный код в виде функций и другую соответствующую информацию, на временной или постоянной основе. В приведенных примерах запоминающие устройства 1516 также могут упоминаться как машиночитаемые запоминающие устройства. В этих примерах память 1506 может быть, например, оперативной памятью или другим подходящим энергозависимым или энергонезависимым запоминающим устройством. Устройство постоянного хранения 1508 может иметь различные формы, в зависимости от конкретной реализации.
Например, устройство постоянного хранения 1508 может содержать один или несколько компонентов или устройств. Например, устройство постоянного хранения 1508 может быть жестким диском, флэш-памятью, перезаписываемым оптическим диском, перезаписываемой магнитной лентой или сочетанием перечисленных выше устройств. Носители, используемые в устройствах постоянного хранения 1508, также могут быть съемными. Например, съемный жесткий диск может использоваться в качестве устройства постоянного хранения 1508.
В этих примерах блок 1510 связи обеспечивает связь с другими системами обработки данных или устройствами. В этих примерах блок 1510 связи является сетевой интерфейсной платой. Блок 1510 связи может обеспечивать связь с использованием физических и/или беспроводных линий связи.
Блок 1512 ввода/вывода обеспечивает ввод и вывод данных из других устройств, которые могут быть подключены к системе обработки данных 1500. Например, блок 1512 ввода/вывода может обеспечить соединение для ввода данных пользователем с помощью клавиатуры, мыши и/или другого подходящего устройства ввода. Кроме того, блок 1512 ввода/вывода может выводить данные на принтер. Дисплей 1514 обеспечивает средства отображения информации для пользователя.
Команды для операционной системы, приложений, и/или программ могут находиться в запоминающих устройствах 1516, сообщающихся с процессорным блоком 1504 с помощью коммуникационной сети 1502. В этих иллюстративных примерах команды имеют функциональную форму и находятся в устройстве постоянного хранения 1508. Эти команды могут быть загружены в память 1506 для исполнения процессорным блоком 1504. Процессы согласно различным вариантам осуществления могут выполняться процессорным блоком 1504 с использованием компьютерных команд, которые могут находиться в памяти, например, памяти 1506.
Эти команды называются программными инструкциями, программным кодом, машиноиспользуемым программным кодом или машиночитаемым программным кодом, который может считываться и исполняться процессором в процессорном блоке 1504. Программный код в различных вариантах осуществления может находиться на различных физических или машиночитаемых носителях данных, таких как память 1506 или устройство постоянного хранения 1508.
Программный код 1518 находится в функциональной форме на машиночитаемом носителе 1520, который может отсоединяться, подсоединяться, загружаться или переноситься в систему обработки данных 1500 для выполнения процессорным блоком 1504. В этих примерах программный код 1518 и машиночитаемый носитель 1520 образуют компьютерный программный продукт 1522. В одном примере машиночитаемый носитель 1520 может быть машиночитаемым запоминающий носителем 1524 или машиночитаемым сигнальный носителем 1526.
Машиночитаемый запоминающий носитель 1524 может включать, например, оптический или магнитный диск, установленный или помещенный в дисковод или иное устройство, являющееся частью устройства постоянного хранения 1508, для переноса на запоминающее устройство, такое как жесткий диск, который является частью устройства постоянного хранения 1508. Машиночитаемый запоминающий носитель 1524 также может быть в виде устройства постоянного хранения, такого как жесткий диск, флэш-накопитель или флэш-память, соединенного с системой обработки данных 1500. В некоторых случаях машиночитаемый носитель данных 1524 может быть выполнен без возможности отсоединения от системы обработки данных 1500.
В этих примерах машиночитаемый носитель данных 1524 является физическим или материальным устройством хранения, используемым для хранения программного кода 1518, а не носителем, который служит для распространения или передачи программного кода 1518. Машиночитаемый запоминающий носитель 1524 также упоминается как машиночитаемое материальное устройство хранения или машиночитаемое физическое устройство хранения. Другими словами, машиночитаемый запоминающий носитель 1524 - это осязаемый носитель.
В качестве альтернативы, программный код 1518 может передаваться в систему обработки данных 1500 с использованием машиночитаемого сигнального носителя 1526. Машиночитаемый сигнальный носитель 1526 может представлять собой, например, сигнал передачи данных, содержащий программный код 1518. Например, машиночитаемый сигнальный носитель 1526 может быть электромагнитным сигналом, оптическим сигналом и/или другим подходящим типом сигнала. Эти сигналы могут передаваться по линиям связи, таким как беспроводные линии связи, волоконно-оптические кабели, коаксиальные кабели, провода и/или другие подходящие линии связи. Другими словами, в иллюстративных примерах линия связи и/или соединение могут быть физическими или беспроводными.
В некоторых иллюстративных вариантах осуществления программный код 1518 может загружаться через сеть в устройство постоянного хранения 1508 из другого устройства или системы обработки данных посредством машиночитаемого сигнального носителя 1526 для использования в системе обработки данных 1500. Например, программный код, который хранится на машиночитаемом носителе данных в серверной системе обработки данных, может быть загружен по сети с сервера в систему обработки данных 1500. Система обработки данных, предоставляющая программный код 1518, может быть серверным компьютером, клиентским компьютером или иным устройством, способным хранить и передавать программный код 1518.
Различные компоненты, указанные на иллюстрации системы обработки данных 1500, не предназначены для того, чтобы налагать архитектурные ограничения на реализацию различных вариантов осуществления. Различные иллюстративные варианты осуществления могут быть реализованы в системе обработки данных, в т.ч. в компонентах, добавляемых к указанным на иллюстрации системы обработки данных 1500 и/или вместо них. Другие компоненты, изображенные на фиг. 15, могут отличаться от приведенных иллюстративных примеров. Различные варианты осуществления могут быть реализованы с использованием аппаратных средств или системы, способной работать с программным кодом. В качестве примера, система обработки данных 1500 может включать органические компоненты, интегрированные с неорганическими компонентами, и/или может состоять целиком из органических компонентов за исключением человека. Например, запоминающее устройство может состоять из органического полупроводника.
В другом иллюстративном примере процессорный блок 1504 может быть в виде аппаратного устройства, содержащего схемы, изготовленные или выполненные с возможностью специального применения. Этот тип аппаратных средств может выполнять операции без необходимости в загрузке программного кода в память из устройства хранения, которое должно быть выполнено с возможностью выполнения этих операций.
Например, если процессорный блок 1504 имеет форму аппаратного средства, процессорный блок 1504 может быть электронной схемой, специализированной интегральной схемой (СИС), программируемым логическим устройством или каким-либо другим подходящего типа оборудованием, выполненным с возможностью выполнения ряда операций. В случае программируемого логического устройства такое устройство выполнено с возможностью выполнения ряда операций. Устройство может быть переконфигурировано позднее или же может быть постоянно выполнено с возможностью выполнения ряда операций. Примеры программируемых логических устройств включают, например, программируемую логическую матрицу, программируемую матричную логику, логическую матрицу, программируемую пользователем, программируемую пользователем вентильную матрицу и другие подходящие аппаратные средства. При этом типе реализации программный код 1518 может отсутствовать, поскольку процессы для различных вариантов реализованы в аппаратном блоке.
В еще одном иллюстративном примере процессорный блок 1504 может быть реализован с использованием сочетания процессоров, используемых в компьютерах и электронных устройствах. Процессорный блок 1504 может содержать ряд аппаратных блоков и ряд процессоров, выполненных с возможностью выполнения программного кода 1518. В данном примере некоторые процессы могут быть реализованы в ряде аппаратных средств, в то время как другие процессы могут быть реализованы в ряде процессоров.
В другом примере система шин может быть использована для реализации коммуникационной сети 1502 и может состоять из одной или нескольких шин, таких как системная шина или шина ввода/вывода. Конечно, система шин может быть реализована с использованием любого подходящего типа архитектуры, обеспечивающей передачу данных между различными компонентами или устройствами, подключенными к системе шин.
Кроме того, блок связи 1510 может включать в себя ряд устройств, которые передают данные, принимают данные или передают и принимают данные. Блок связи 1510 может представлять собой, например, модем или сетевой адаптер, два сетевых адаптера или какие-либо их сочетания. Кроме того, память может быть, например, памятью 1506, или кэшем, таким как используется в интерфейсе и контроллере-концентраторе памяти, которые могут присутствовать в коммуникационной сети 1502.
Описанные здесь блок-схемы и диаграммы иллюстрируют архитектуру, функции и работу возможных реализаций систем, способов и компьютерных программных продуктов в соответствии с различными иллюстративными вариантами осуществления. В этом отношении каждый блок в блок-схемах или диаграммах может представлять собой модуль, сегмент или часть кода, которая содержит один или несколько исполняемых инструкций для осуществления указанной логической функции или функций. Следует также отметить, что в некоторых альтернативных реализациях указанные в блоке функции могут осуществляться в порядке, отличающемся от порядка, указанного на чертежах. Например, функции двух блоков, указанных в виде последовательности, могут выполняться по существу одновременно, или функции блоков могут иногда выполняться в обратном порядке, в зависимости от функциональности.
Описание различных иллюстративных вариантов осуществления было представлено в целях иллюстрации и описания и не предназначено быть исчерпывающим или ограниченным изложенными вариантами осуществления. Многие модификации и вариации будут очевидны специалистам в данной области. Кроме того, различные иллюстративные варианты осуществления могут обеспечивать различные преимущества по сравнению с другими иллюстративными вариантами осуществления. Вариант или варианты осуществления выбраны и описаны для наилучшего объяснения принципов вариантов осуществления, практического применения и предоставления возможности другим специалистам в данной области техники понять раскрытые варианты осуществления с различными модификациями, которые подходят для конкретного предполагаемого использования.
1. Устройство для оптимизации стабильности системы электропитания, содержащее:
имитатор (302) системы электропитания, содержащий процессорный блок, выполненный с возможностью генерации данных (328) импеданса на основе имитационной модели (304) системы (100) электропитания, включающей элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111),
при этом данные (328) импеданса определяют импеданс системы (100) электропитания;
система (100) электропитания характеризуется сетевой частотой (306) на границе (112) между элементами-источниками (109) и элементами-нагрузками (111);
имитатор (302) системы электропитания выполнен с возможностью подачи на указанной границе в виде последовательного напряжения (312) или тока (314) шунтирования сигналов (310) возмущений с множеством частот (320) возмущений в имитационную модель (304) системы электропитания;
множество частот (320) возмущений основаны на выборе множества начальных частот (342) возмущений;
имитатор (302) системы электропитания выполнен с возможностью использования быстрого преобразования (336) Фурье для генерации данных (328) импеданса, причем быстрое преобразование Фурье (336) рассчитывают в течение окна (338) времени;
множество частот (320) возмущений выбирается таким образом, чтобы сетевая частота (306) и множество частот (320) возмущений являлись целыми кратными частоты окна (338);
частота окна (338) представляет собой частоту, имеющую период, по существу, равный периоду времени, за которое проводится быстрое преобразование Фурье; и
множество частот (320) возмущений выбрано на основании повторного:
определения перекрывающихся частот возмущений посредством проверки, перекрывается ли первая частота возмущений из множества частот возмущений со второй частотой возмущений из множества частот возмущений, так что сумма первой и второй частот возмущений не кратна сетевой частоте (306); и
удаления перекрывающихся частот возмущений из множества частот возмущений;
пользовательский интерфейс, сообщающийся с имитатором (302) системы электропитания, содержащий дисплей частоты возмущения, выполненный с возможностью указывать частоты возмущений, подлежащие введению, причем пользовательский интерфейс выполнен с возможностью выбора последовательного напряжения или тока шунтирования, и множества начальных частот возмущений, подлежащих введению в имитационную модель системы электропитания; и
анализатор (204) стабильности, сообщающийся с имитатором (302) системы электропитания и выполненный с возможностью определения профиля (401) стабильности системы (100) электропитания как функции данных (328) импеданса, при этом профиль (401) стабильности идентифицирует элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111) для управления генерированием электроэнергии системой (100) электропитания для оптимизации стабильности системы (100) электропитания.
2. Устройство по п. 1, в котором имитатор (302) системы электропитания выполнен с возможностью:
определения сетевой частоты (306);
выбора частоты окна (338) таким образом, чтобы сетевая частота была целым кратным частоты окна (338); и
регулирования множества начальных частот (342) возмущений для обеспечения множества частот (320) возмущений.
3. Устройство по п. 1, в котором:
имитатор (302) системы электропитания выполнен с возможностью подачи сигналов (310) возмущений с множеством частот (320) возмущений в имитационную модель (304) системы электропитания для генерации данных (328) импеданса; и
сигналы (310) возмущений выбраны из однотональных (322) сигналов и многотонального (324) сигнала, причем многотональный (324) сигнал содержит множество частот (320) возмущений.
4. Устройство по п. 3, в котором множество частот (320) возмущений выбрано таким образом, чтобы множество частот (320) возмущений в многотональном (324) сигнале не перекрывались.
5 Устройство по п. 1, в котором анализатор (204) стабильности выполнен с возможностью определения профиля (401) стабильности системы (100) электропитания с использованием критериев, выбранных из обобщенных критериев (402) Найквиста, упрощенной формы обобщенных критериев (404) Найквиста и критериев (402) Найквиста применительно к системам (406) с одним входом и одним выходом.
6. Устройство по п. 1, в котором анализатор (204) стабильности также выполнен с возможностью определения профиля (401) стабильности системы (100) электропитания как функции данных (218) измерений импеданса системы (100) электропитания.
7. Способ оптимизации стабильности системы (100) электропитания, включающий:
имитацию системы (100) электропитания, содержащей элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111), для генерации данных (328) импеданса,
при этом данные (328) импеданса определяют импеданс системы (100) электропитания;
система (100) электропитания характеризуется сетевой частотой (306) на границе (112) между элементами-источниками (109) и элементами-нагрузками (111);
подачу сигналов (310) возмущений с множеством частот (320) возмущений в имитационную модель (304) системы (100) электропитания на указанной границе в виде последовательного напряжения (312) или тока (314) шунтирования;
при этом множество частот (320) возмущений основаны на выборе множества начальных частот (342) возмущений;
использование быстрого преобразования (336) Фурье для генерации данных (328) импеданса, при этом быстрое преобразование Фурье (336) рассчитывают в течение окна (338) времени; и
выбор множества частот (320) возмущений таким образом, чтобы сетевая частота (306) и множество частот (320) возмущений являлись целыми кратными частоты окна (338):
при этом частота окна (338) представляет собой частоту, имеющую период, по существу, равный периоду времени, за которое проводится быстрое преобразование Фурье; и
множество частот (320) возмущений выбрано на основании повторного:
определения перекрывающихся частот возмущений посредством проверки, перекрывается ли первая частота возмущений из множества частот возмущений со второй частотой возмущений из множества частот возмущений, так что сумма первой и второй частот возмущений не кратна сетевой частоте (306); и
удаления перекрывающихся частот возмущений из множества частот возмущений;
выбор, с использованием пользовательского интерфейса, содержащего дисплей частоты возмущения, выполненный с возможностью указывать частоты возмущений, подлежащие введению, последовательного напряжения или тока шунтирования, и множества начальных частот возмущений, подлежащих введению в имитационную модель системы электропитания; и
определение профиля (401) стабильности системы (100) электропитания как функции данных (328) импеданса, при этом профиль (401) стабильности идентифицирует элементы-источники (109) и элементы-нагрузки (111) для управления генерированием электроэнергии системой (100) электропитания для оптимизации стабильности системы (100) электропитания.
8. Способ по п. 7, в котором выбор множества частот (320) возмущений включает:
определение сетевой частоты (306);
выбор частоты окна (338) так, чтобы сетевая частота (306) была целым кратным частоты окна (338); и
регулировку множества начальных частот (342) возмущений для обеспечения множества частот (320) возмущений.
9. Способ по п. 7, в котором имитация системы (100) электропитания включает:
выбор сигналов (310) возмущений из множества однотональных (322) сигналов и многотонального (324) сигнала, при этом многотональный (324) сигнал содержит множество частот (320) возмущений.
10. Способ по п. 9, также включающий:
выбор множества частот (320) возмущений так, чтобы множество частот (320) возмущений в многотональном (324) сигнале не перекрывались.
11. Способ по п. 7, в котором определение профиля (401) стабильности системы (100) электропитания включает определение профиля (401) стабильности системы (100) электропитания с использованием критериев, выбранных из обобщенных критериев (402) Найквиста, упрощенной формы обобщенных критериев Найквиста (404) и критериев (402) Найквиста применительно к системам (406) с одним входом и одним выходом.
12. Способ по п. 7, также включающий определение профиля (401) стабильности реальной системы (100) электропитания с использованием данных (218) измерений импеданса для реальной системы (100) электропитания.
