Análise e simulação da reamostragem de sinais: uma abordagem baseada na IEC 61850-9-2
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Data
2024-02-16Primeiro membro da banca
Rutzig, Mateus Beck
Segundo membro da banca
Chemin Netto, Ulisses
Metadata
Mostrar registro completoResumo
A reamostragem de sinais é uma técnica de processamento digital de sinais com diversas
aplicações, entre elas, aprimorar a qualidade de sinais Sampled Values (SV), definidos
pela norma IEC 61850-9-2, o que permite a análise dos sinais SV de forma mais precisa e
robusta para aplicações como a proteção de subestações de energia. Neste sentido, esta
pesquisa tem como objetivo analisar e comparar diferentes esquemas de reamostragem
para validar e explorar a viabilidade de sua utilização. Para isso são utilizados esquemas
propostos pela literatura e com métodos convencionais de interpolação implementados em
simulação. A comparação desses esquemas, juntamente com a validação da técnica de
reamostragem, são realizadas em simulações com diferentes sinais SV e diferentes implementações,
considerando implementações do sinal diretamente na rede ou o sinal como
um todo, e avaliando efeitos, como o jitter e a perda de pacotes aleatória. Para isso são
realizadas análises no domínio do tempo e da frequência (pela FFT) e de grandezas como
o valor RMS e o tempo computacional. Nessas análises, observou-se que a reamostragem
permite reduzir o vazamento espectral dos sinais SV por manter a relação entre a frequência
do sinal e da amostragem constante. Isso também possibilita uma significativa redução
no erro RMS, da ordem de 10−2A sem reamostragem para ordem de 10−7A em alguns esquemas,
sendo o mais estável nessa análise o método da “Cubic Spline”. Na análise dos
efeitos do sinal observou-se que o jitter e a perda de pacotes aleatória não representam
efeitos significativos na reamostragem. Considerando a implementação do SV diretamente
na rede, novamente a “Cubic Spline” obteve o melhor desempenho no erro RMS, e todos
os esquemas proporcionaram uma maior estabilidade no pico da FFT e no RMS, embora
resulte em um atraso de fase na componente fundamental do sinal. Outra análise desenvolvida
é da eficiência computacional, comparando o tempo de cada esquema, no qual o
melhor desempenho foi com os métodos convencionais e o pior pela “Modified Sinc”. A
última simulação realizada foi de um estudo de caso avaliando os esquemas de reamostragem
em sinais SV capturados por Merging Units (MUs) de quatro fabricantes, no qual
é verificado que os benefícios da reamostragem são mais impactantes nos fabricantes 1
e 4, sendo reduzidos em outros casos, e mantendo um atraso de fase em todas as situações.
Com essas análises verifica-se que a reamostragem resulta em uma maior precisão
e robustez dos sinais SV mas adiciona um atraso de processamento e de fase. Dentre os
esquemas analisados, o que obteve melhor desempenho foi o “Cubic Spline”, fazendo a
reamostragem uma técnica atraente em algumas aplicações dos SV.
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