Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ средств измерения показателей качества электроэнергии
Обзор и сопоставительный анализ известных средств измерения показателей качества электроэнергии (ГКЭ) . 17
Обзор, сравнительный анализ и классификация способов измерительного преобразования коэффициента не симметрии (КНМ). Сопоставительный анализ средств
измерения КНМ 26
2. Анализ уравнений преобразования (УП) фильтров симметричных составляющих (ФСС). Выбор предпочтительных структурных схем и анализ методических погрешностей измерителей ПКЭ 31
Измерение коэффициента не симметрии 32
Измерение отклонения напряжения 48
Измерение отклонения частоты напряжения сети 49
Измерение коэффициента несинусоидальности 52
Выбор АЦП действующего значения напряжения (ДЗН) для измерения ПКЭ 60
Анализ погрешности измерения ДЗН при использовании операций дискретизации во времени и квантования по уровню 65
Результаты, полученные во второй главе 71
3. Анализ погрешностей ФСС и измерителей ПКЭ, содержащих ФСС 73
Анализ погрешностей при измерении коэффициента не симметрии с помощью ФСС 74
Анализ статических погрешностей ФСС 74
Исследование динамических характеристик ФСС 88
Коррекция статических погрешностей ФСС 98
Коррекция погрешности от не идентичности параметров соответственных элементов входного блока и ФСС ' 101
Коррекция мультипликативной погрешности измерительного канала с ФСС 109
Анализ уравнений преобразования устройств с ФСС для
измерения отклонения частоты 112
Анализ и коррекция погрешностей 112
Анализ уравнений преобразования устройства с ФСС для измерения коэффициента несинусоидальности . 118
Анализ погрешностей 118
Результаты, полученные в третьей главе 120
4. Исследование уравнений преобразования и анализ погрешностей разработанных измерителей показателей качества электроэнергии 122
Исследование структурных схем и уравнений преобразования разработанных измерителей ПКЭ ИИС "Энергия", ИИС "Энергия - 2" 122
Исследование погрешностей измерителя ПКЭ
ИИС "Энергия" 128
Моделирование на ЭЦШ измерения действующего значения напряжения с учетом дискретизации во времени и квантования по уровню 134
Анализ погрешностей АЦП измерителя 1КЭ ИИС "Энергия" 142
Режим слежения, динамическая погрешность 142
Методические погрешности АЦП 144
Инструментальные погрешности АЦП 145
Суммирование инструментальных погрешностей АЦП 146
Анализ алгоритма работы и погрешностей аналого-цифрового преобразователя измерителя ПКЭ ИИС "Энергия - 2" 152
Анализ уравнений преобразования фильтра верхних частот 163
Результаты, полученные в четвертой главе 170
Основные результаты работы 172
Литература 174
Приложение I 188
Приложение 2 200
Приложение 3 203
Приложение 4 205
Приложение 5 206
Приложение б 221
Приложение 7. Документы внедрения разработанных приборов 225
- Обзор и сопоставительный анализ известных средств измерения показателей качества электроэнергии (ГКЭ)
- Измерение коэффициента не симметрии
- Анализ погрешностей при измерении коэффициента не симметрии с помощью ФСС
- Исследование структурных схем и уравнений преобразования разработанных измерителей ПКЭ ИИС "Энергия", ИИС "Энергия - 2"
Обзор и сопоставительный анализ известных средств измерения показателей качества электроэнергии (ГКЭ)
Рассмотрим особенности ПКЭ как объекта измерения. Такие показатели как КНН и КНМ пропорциональны соответственно значению напряжения суммы высших гармоник и НОП основной частоты. В большинстве случаев эти напряжения по значению меньше неинформативных сигналов - соответственно напряжения первой гармоники, а также НЛП первой гармоники и напряжения высших гармоник. Поэтому при измерении КНН и КНМ необходимо значительное ослабление (до - 60 дБ) неинформативных сигналов.
КНМ, ОН, РИН нормируются для напряжения обратной и прямой последовательности (НОП и НІШ) первой гармоники. Для выделения напряжения первой гармоники необходимо использовать фильтр нижних частот. Так как напряжение сети изменяется в течение времени, одним из требований к фильтру нижних частот является малая постоянная времени фильтра. Особенно, если НОП получают расчетом после измерения одним прибором поочередно трех линейных напряжений.
В связи с тем, что напряжение высших гармоник в распределительных электрических сетях имеет широкий частотный диапазон (более 5 кГц), необходимо при аналого-цифровом измерении КНН выбирать частоту дискретизации, равную нескольким десяткам килогерц. Это предъявляет повышенные требования к быстродействию блоков цифровых измерителей ПКЭ.
Девиация частоты напряжения первой гармоники достигает 26,
что накладывает дополнительные требования к схемам управления частотой дискретизации и АЦП.
Эти характерные особенности необходимо учитывать при разработке измерителей ПКЭ.
Рассмотрим как решается задача измерения ПКЭ с помощью средств измерения (рис. І). В настоящее время создан ряд устройств и измерительных комплексов для измерения отдельных ПКЭ и всего набора ПКЭ, нормируемых ГОСТ 13109-67 (основные технические характеристики средств измерения приведены в таблице 2 )
Рассмотрим приборы, описанные в литературе, пригодные для измерения отдельных ПКЭ.
Одним из первых приборов для измерения одного из ПКЭ - отклонения напряжения от номинальных значений-является GAKH, серийно выпускавшийся опытным заводом Латвэнерго. В этом приборе весь измеряемый диапазон отклонений напряжения разбит на 8 интервалов, каждому из которых соответствует один цифровой счетчик. Ширина интервала выбирается 1,25%, 2,5%, 3,75%. Интервал времени между отдельными измерениями 10 сек. 4-2,5 минут. Недостатки САКН: значительная погрешность (до 2%); информация о результатах измерений, лежащих вне пределов, контролируемых восемью интервалами, теряется.
Измерение коэффициента не симметрии
Цель этой главы - выбрать предпочтительную обобщенную структурную схему ИПКЭ. Для этого в настоящей главе выполнен анализ уравнений преобразования ФСС. Этот анализ показывает,что устройства с использованием ІСС позволяют создавать ИПКЭ с высокой степенью совмещенности и однородным построением структурной схемы и измерять с высокой точностью большинство ПКЭ у ее приемников при питании от электрических сетей трехфазного тока - 0Н,ВДН,КНН,КНМ,0Ч. На основании проведенного анализа в конце этой главы выбраны предпочтительные структурные схемы для ИПКЭ.
Рассмотрим подробнее преобразование напряжения с помощью ФСС НОП при измерении КНМ. Предположим, что на входы ФСС, который имеет три входных (А, В, С) и три выходных (ар Вр Ст) за жима, подается НІЇЇІ (J+ частотой напряжения сети СОс.
ФСС имеет симметричную относительно входных,а также относительно выходных зажимов, схему (например, рис. 3,8 ) со звеньями, значения элементов которых равны расчетным значениям для частоты напряжения сети С р (идеальный ФСС), О- =e%p(j2Л/3).
На выходах ФСС при Сх)с Р напряжение равно нулю. При CJC k)p на выходах ФСС напряжение равно UclCH+ и является НШІ ввиду симметричности источника трехфазного напряжения и симметричности нагрузки - ФСС. Причем, хотя при СА)С CJp значения реактивных элементов ФСС и не равны расчетньм значениям, симметричность ФСС, а, следовательно, и режима работы всей схемы не нарушается.
Анализ погрешностей при измерении коэффициента не симметрии с помощью ФСС
Анализ статистических погрешностей ФСС.
Основными источниками аддитивных погрешностей при использовании ФСС в измерителях КНМ являются:
1.1. Влияние напряжения высших гармоник НИЭС на результат измерения.
1.2. Появление НШ при отклонении частоты НИЭС от расчетного для ФСС значения.
1.3. Появление дополнительного "кажущегося" НОП из-за не идентичности параметров соответственных элементов входного устройства, не идентичности параметров соответственных элементов
ФСС под влиянием температуры или из-за неточной подгонки элементов.
Основными источниками мультипликативных погрешностей измерителей КНМ с ФСС являются:
2.1. Частотная зависимость НОП на выходах ФСС.
2.2. Появление дополнительного "кажущегося" НШ (при наличии НОП в исследуемой электрической сети) из-за не идентичности параметров соответственных элементов входного устройства, из-за не идентичности параметров соответственных элементов ФСС под влиянием температуры или из-за неточной подгонки элементов.
2.3. Мультипликативная погрешность измерительного канала с ФСС.
Кроме аддитивных и мультипликативных статических погрешностей для традиционных схем ФСС [49] характерна динамическая погрешность из-за инерционных свойств применяемых элементов и схем их включения.
Исследование структурных схем и уравнений преобразования разработанных измерителей ПКЭ ИИС "Энергия", ИИС "Энергия - 2"
Во второй главе этой диссертационной работы было показано, что для ИПКЭ предпочтительными следует считать структурные схемы (рис. 6 , рис. 7 ).
Для многократного измерения ОН, ДЗТ, УСФ, КНН, КНМ необходимы (рис. 7 ): ББ - входной блок, выполняющий масштабное преобразование, ФСС, АЦП, АУ, СС, БПЧ, ФВЧ, АК, запоминапцее устройство (ЗУ), устройство отображения информации (УОИ) и блок управления (БУ). В такой измерительной структуре получение ДЗН, ДЗТ основано на аналого-цифровом преобразовании дискретизированных во времени мгновенных значений измеряемой величины с подстройкой частоты дискретизации ju к частоте напряжения сети jji-j ; AI - yfu . Функциональное преобразование осуществляется в цифровом виде в арифметическом устройстве АУ. Результаты измерения без учета ряда погрешностей (от квантования по уровню, подстройки частоты дискретизации и др.) можно представить где Ці/ и J„j - амплитудные значения j -й гармоники измеряемых соответственно напряжения и тока; %i и Л; - начальные углы сдвига фаз соответственно тока и напряжения j -й гармоники; Kgi - коэффициент передачи ВБ; К РМ; И Кщп - коэффициенты передачи ФВЧ для j-й гармоники и АЦП.
Рассмотрим уравнения преобразования при измерения ОН - \ш с использованием однокаскадного ФСС, а при измерении КНМ -двухкаскадного ФСС: где U+, U- - НШ и НОП исследуемого напряжения с углами сдвига фаз соответственно У + у ; \(фич - коэффициент передачи ШЧ, выделяющего напряжение с частотой 48-52 Гц; /Vt/H - код номинального значения одного из линейных напряжений НШ основной частоты; 4,&, J - коэффициенты, характеризующие первый ФСС, имеющие углы сдвига фаз соответственно « , % .
Структурная схема (рис.25 ) была использована при создании ЙПКЭ ИИС "Энергия" (фотография ФІ), разработанного на кафедре информационно-измерительной техники КПЙ под руководством и при участии автора 96 ] .
Ожидаемый экономический эффект от внедрения измерителя ПКЭ ИИС "Энергия" составляет 45,8 тыс. рублей в год.
Основные технические характеристики, расчет экономического эффекта и данные о внедрении ЙПКЭ ИИС "Энергия" приведены в приложении.
Для выделения сигнала, пропорционального КНР - 0 , напряжению 3-й гармоники напряжения смещения нейтрала дополнительно необходимы измерительный преобразователь коэффициента неуравновешенности ИП КНР, фильтр ІЗ для выделения напряжения третьей гармоники. Для контроля работоспособности ИПКЭ должен содержать трехфазную тестовую меру ТТМ.
