Содержание к диссертации
Введение
Введение 8
1 Концепция разработки методов измерения, систем контроля и испытаний
энергообъектов 17
1.1 Особенности измерений, контроля и испытаний в электроэнергетике 17
1.2 Использование аппроксимационного подхода к решению задач измерения, контроля и испытаний 20
1.3 Концепция разработки методов и систем измерения параметров вазидетерминированных сигналов на основе использования априорной информации об объекте исследования 23
1.3.1 Математические модели периодических сигналов и методы измерения их параметров 29
1.3.2 Методы измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов 34
1.3.3 Модели сигналов, представленных в аналого-дискретной форме 43
1.3.4 Измерительные цепи, модели переходных процессов и методы измерения параметров электрических цепей по мгновенным значениям переходных процессов 47
1.4 Анализ влияния погрешности квантования на погрешность результата измерения 66
1.5 Основные результаты и выводы 68
2 Методы и системы измерения интегральных характеристик синусо идальных сигналов по мгновенным значениям 72
2.1 Метод измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов по отдельным мгновенным значениям напряжения и тока, связанным с переходами через ноль 72
2.2 Метод измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов по двум мгновенным значениям напряжения, сдвинутым по фазе на 90, и мгновенному значению тока, связанным с переходами через ноль 80
2.3 Метод измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов и частоты по трем мгновенным значениям напряжения и тока, равноотстоящим друг от друга 86
2.3.1 Анализ погрешности метода из-за несоответствия модели реальному сигналу 88
2.3.2 Усреднение результатов измерения интегральных
характери стик сигналов 91
2.3.3 ИИС интегральных характеристик синусоидальных сигналов 96
2.4 Метод измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов по двум мгновенным значениям напряжения и тока, сдвинутым на 90 101
2.4.1 Анализ погрешности метода из-за несоответствия модели реальному сигналу 103
2.4.2 ИИС интегральных характеристик синусоидальных сигналов 107
2.4.3 Анализ погрешности измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов из-за отклонения угла сдвига фазы фазосдвигающих блоков 110
2.5 Метод измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов по трем мгновенным значениям напряжения и тока, одновременно измеренным в произвольный момент времени 112
2.6. Быстродействующие алгоритмы обработки измерительной информации 119
2.6.1 Алгоритмы вычисления квадратного корня 119
2.6.2 Алгоритмы выполнения операции умножения 124
2.7 Основные результаты и выводы 127
3 Метод измерения интегральных характеристик периодических сигналов по мгновенным значениям, равномерно распределенным по периоду 132
3.1 Анализ погрешности, обусловленной приближенным выполнением операции интегрирования 133
3.2 Анализ погрешности метода измерения реактивной мощности 138
3.3 Анализ погрешности из-за нестабильности частоты входного сигнала 140
4
3.4 Методы уменьшения погрешности из-за нестабильности частоты входного сигнала 148
3.5 Основные результаты и выводы 158
4 Измерение интегральных характеристик периодических сигналов, представленных в композиционной форме 160
4.1 Интегральные характеристики сигналов, представленных в композиционной форме 160
4.2 ИИС интегральных характеристик периодических сигналов аналого-дискретного типа 162
4.2.1 Работа ИИС в режиме измерения среднеквадратических значений напряжения и тока 163
4.2.2 Работа ИИС в режиме измерения активной и реактивной мощности 165
4.3 Анализ погрешности ИИС в статическом режиме 167
4.4 Анализ погрешности аппроксимации разностного сигнала при измерении реактивной мощности 171
4.5 Методика определения числа точек дискретизации 179
4.6 Основные результаты и выводы 184
5 Метрологическое обеспечение средств измерения интегральных характеристик периодических сигналов 185
5.1 Автоматизированная система контроля метрологических характеристик многофазных средств измерений 186
5.2 Синусный преобразователь код-напряжение. 191
5.3 Основные результаты и выводы 197
6 Методы и системы измерения параметров электрических цепей 199
6.1 Измерение параметров электрических цепей с преобразованием
во временной интервал 199
6.1.1 Измерение ПЭЦ с преобразованием во временной интервал
путем сравнения с опорным напряжением 199
6.1.2 Измерение ПЭЦ с преобразованием во временной интервал
путем сравнения с двумя значениями, пропорциональными опорному
сигналу 203
6.1.3 Измерение ПЭЦ с преобразованием во временной интервал
путем сравнения переходных процессов на элементах измерительной цепи 205
6.1.4 Измерение ПЭЦ с преобразованием во временной интервал,
не связанный с моментом подключения напряжения к измерительной
цепи, путем сравнения переходных процессов на элементах цепи 206
6.2 Измерение параметров электрических цепей по отдельным
мгновенным значениям переходного процесса 208
6.2.1 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям переходного
процесса, связанным с моментом подключения известного напряжения
к измерительной цепи 208
6.2.2 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям переходного процесса, не связанным с моментом подключения известного напряжения к измерительной цепи 214
6.2.3 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям переходного процесса, связанным с моментом подключения напряжения к измерительной цепи 220
6.2.4 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям переходного процесса, не связанным с моментом подключения напряжения к измерительной цепи , 226
6.2.5 Измерение параметров трехэлементных двухполюсных электрических цепей 235
6.2.6 Измерение параметров переходного процесса 238
6.3 Измерение параметров электрических цепей по отдельным мгновенным значениям нескольких переходных процессов 240
6.3.1 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям взаимосвязанных переходных процессов, связанным с моментом подключения напряжения к измерительной цепи 240
6.3.2 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям взаимосвязанных переходных процессов, не связанным с моментом подключения напряжения к измерительной цепи 244
6.3.3 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям взаимосвязанных переходных процессов, параметры одного из которвгх известны, не связанным с моментом подключения известного напряжения к измерительной цепи 245
6.3.4 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям переходных процессов, параметры одного из которых известны, связанным с моментом подключения напряжения к измерительной цепи 248
6.3.5 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям переходных процессов, параметры одного из которых известны, не связанным с моментом подключения напряжения к измерительной цепи 249
6.3.6 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям переходных процессов, параметры одного из которых известны, не связанным с моментом подключения известного напряжения к измерительной цепи 252
6.3.7 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям переходных процессов на известном и неизвестном элементах, связанным с моментом подключения напряжения к измерительной цепи 254
6.3.8 Измерение ПЭЦ по мгновенным значениям переходных процессов на известном и неизвестном элементах, не связанным с моментом подключения напряжения к измерительной цепи 256
6.4 Основные результаты и выводы 262
7 Реализация основных научных положений. ИИС контроля и испытаний энергообъектов 265
7.1 ИИС для электромагнитных испытаний силовых трансформаторов и реакторов 265
7.1.1 Измерительный преобразователь электрического сопротивления обмоток постоянному току 265
7.1.2 Определение времени установления тока в измерительной цепи при испытании реакторов без магнитопровода 269
7.1.3 Режим форсирования тока в измерительной цепи 270
7.1.4 Определение времени установления тока в измерительной цепи при испытании трансформатора и реактора с магаитопроводом 273
7.1.5 Анализ динамической погрешности измерения сопротивления обмотки реактора и трансформатора 274
7.1.6 Универсальный измерительный преобразователь 277
7.1.7 Измерительный преобразователь коэффициента трансформации 278
7.2 Система измерения и регулирования первичных сигналов установки для поверки трансформаторов тока 279
7.3 Электронный счетчик электроэнергии аналого-дискретного типа 283
7.4 Информационно-измерительная система для электромагнитных испытаний шунтирующих реакторов 288
7.5 Информационно-измерительная система электрических параметров гидроагрегата 290
7.6 ИИС контроля электрических параметров подстанций 295
7.7 Информационно-измерительная система электрических параметров силовых переключателей 299
7.8 Автоматизированная система контроля метрологических характеристик средств измерений переменного тока 306
7.9 Система мониторинга диэлектрических параметров изоляции трансформаторов в процессе термовакуумной обработки активной части .,. 307
7.10 Преобразователь измерительный универсальный параметров трехфазных сигналов переменного тока СП-Ф1500 309
7.11 Основные результаты и выводы 311
Заключение 316
Библиографический список 323
Список сокращений 356
- Особенности измерений, контроля и испытаний в электроэнергетике
- Метод измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов по отдельным мгновенным значениям напряжения и тока, связанным с переходами через ноль
- Анализ погрешности из-за нестабильности частоты входного сигнала
- Интегральные характеристики сигналов, представленных в композиционной форме
- Автоматизированная система контроля метрологических характеристик многофазных средств измерений
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие электроэнергетики связано с созданием и внедрением автоматизированных систем управления технологическими процессами, систем комплексных испытаний, оперативного измерения и контроля параметров энергообъектов (электрических станций и подстанций) и электротехнических устройств и оборудования (гидрогенераторов, турбогенераторов, силовых трансформаторов и реакторов, измерительных трансформаторов, силовых полупроводниковых приборов, переключателей и преобразователей). Создание, эффективное использование и совершенствование таких систем возможно только на базе современных достижений в области информационно-измерительной техники с привлечением передовых информационных технологий, оптимальных методов математической обработки измерительной информации и системного подхода ко всему комплексу решаемых задач.
Многие объекты контроля и испытаний в электроэнергетике являются объектами повышенной сложности с большим числом измеряемых и контролируемых параметров. Очень часто процедура контроля предусматривает проведение измерений при рабочих режимах функционирования оборудования, а испытания проводятся для проверки работоспособности объекта в экстремальных условиях эксплуатации. В связи с этим возникают проблемы, обусловленные необходимостью получения результатов обработки в реальном масштабе времени и принятия решений в минимальные сроки.
. В настоящее время успешно развивается направление, связанное с разработкой и созданием измерительных систем, предполагающих включение математических моделей непосредственно в их рабочий контур- В рамках этого направления уже разработаны информационно-измерительные системы (ИИС) для анализа вероятностно-статистических характеристик случайных процессов и полей, определения состава и свойств веществ, идентификации, контроля, диагностики и прогнозирования состояния технических систем и объектов. Однако существует класс измерительных задач, связанных с определением характеристик квазидетерминированных сигналов, для решения которых данное направление не нашло широкого применения. Такие задачи характерны для оперативного технического контроля и испытания оборудования и измерения параметров технологических процессов в промышленности, энергетике, транспорте.
Основная проблема в этом классе задач состоит в обеспечении необходимого быстродействия измерительных процедур, обусловленного требованиями к оперативности контроля и испытания. Повышение быстродействия за счет увеличения производительности вычислительных средств не всегда осуществимо, ведет к прогрессирующему удорожанию средств измерений и обработки и имеет определенный предел.
Одним из путей решения данной проблемы является привлечение априорной информации о модели объекта или измерительного сигнала для определения его информативных параметров.
В работе с позиций методологической целостности решаются проблемы использования аппроксимационного подхода к измерению параметров квазидетерминированных сигналов и метрологическому анализу результатов. Это по-
зволяет обобщить принципы, методы и средства измерения, основанные на определении информативных параметров по функциональной связи с параметрами модели, выбираемой на основе априорной информации об объекте исследования, и метрологическом анализе результатов измерения из-за несоответствия модели реальному сигналу.
Диссертация представляет собой обобщение результатов многолетней работы автора в области разработки и исследования методов и систем измерения, контроля и испытаний для электроэнергетики, а также средств контроля метрологических характеристик измерительных приборов и систем.
Работа выполнялась в соответствнн с комплексными научно-техническими программами «Надежность конструкций», утвержденными приказами № 659 от 13.11.81 и № 641 от 10.10-86 MB и ССО РСФСР, в рамках научного направления «Повышение надежности и ресурса средств приборостроения, автоматизации и вычислительной техники», постановлениями Государственного комитета по науке и технике СССР №21/425 от 06.11.81 и №301 от 15.07.82, приказом №97 Министерства приборостроения, автоматизации и систем управления СССР от 02.04.82, наряд-заказами МПСА и СУ СССР №0471638950 и №7536702750, программой технического перевооружения и реконструкции электростанций, тепловых и электрических сетей Российской Федерации на 1994 год РАО «ЕЭС России» (Приложение 16, ВОЛГОЭНЕРГО), а также связана с выполнением ряда хоздоговорных НИР, проводившихся при непосредственном участии автора в 1981-2005 гг. (х/д № 160/75 дополнительное соглашение от 01.01.80 г., 32/85; 54/86; 23/87; 39/88,193/89; 7/90; 11/93,45/05; 243/05).
Цель работы. Теоретическое обобщение, классификация и разработка новых методов, алгоритмов, аппаратных и программных средств, основанных на измерении информативных параметров по мгновенным значениям электрических сигналов. Разработка методологических основ построения ИИС контроля и испытаний энергообъектов и их метрологического анализа на основе априорной информации о модели объекта.
Основные задачи и направления исследований:
исследование моделей измерительных сигналов в цепях энергообъектов с целью определения их гармонического состава и обоснование аппроксимацион-ного подхода к решению задач измерения их информативных параметров по мгновенным значениям сигналов;
разработка и исследование методов оценки влияния погрешности, обусловленной несоответствием модели виду реального сигнала, на погрешность результата измерения информативных параметров;
классификация, синтез и анализ методов измерения частоты и интегральных характеристик периодических сигналов по их мгновенным значениям;
разработка быстродействующих алгоритмов обработки мгновенных значений сигналов, обеспечивающих измерение информативных параметров в реальном масштабе времени;
исследование метода измерения интегральных характеристик периодических сигналов по мгновенным значениям, равномерно распределенным по периоду, и разработка методов уменьшения погрешности из-за нестабильности частоты сигнала при постоянном числе отсчетов;
разработка и анализ аналого-дискретных (композиционных) методов измерения всего комплекса интегральных характеристик периодических сигналов;
разработка и исследование систем контроля метрологических характеристик средств измерения переменного тока;
классификация, синтез и анализ методов измерения параметров электрических цепей по мгновенным значениям переходного процесса в измерительной цепи;
построение ИИС контроля и испытаний энергообъектов и анализ эффективности их функционирования.
Методы исследования, используемые в диссертации, основаны на системном подходе к решаемой проблеме, на положениях теории измерений, теории рядов и функций комплексного переменного, теории цепей и сигналов, методов цифровой обработки сигналов, методов аналитического и имитационного моделирования.
Научная новизна состоит в том, что в диссертации впервые поставлена и решена комплексная задача построения информационно-измерительных систем контроля и испытаний энергообъектов на основе единой концепции их проектирования и метрологического анализа. При этом:
обоснована единая концепция разработки методов измерения, систем контроля и испытаний энергообъектов и их метрологической аттестации на основе априорной информации об объекте, что позволяет обобщать известные и разрабатывать новые методы, алгоритмы и средства измерений интегральных характеристик периодических сигналов и параметров электрических цепей и оценивать влияние погрешностей, обусловленных несоответствием модели виду реального сигнала, на погрешность результата измерения;
разработаны и исследованы методы и системы измерения частоты и интегральных характеристик синусоидальных сигналов по их мгновенным значениям, обеспечивающие время измерения менее периода входного сигнала;
на основе анализа моделей переходных процессов в электрических цепях разработаны и исследованы методы и системы измерения параметров электрических цепей и переходных процессов по их мгновенным значениям, время измерения которых не зависит от постоянной времени измерительной цепи;
разработаны и исследованы аналого-дискретные методы и информационно-измерительные системы, позволяющие измерять интегральные характеристики сильно искаженных периодических сигналов с высокой точностью;
предложены и исследованы имитационные методы измерения частоты и интегральных характеристик периодических сигналов по совокупности их мгновенных значений, позволяющие повысить точность измерения за счет усреднения результатов, полученных в процессе имитации изменения начальной фазы сигнала;
разработана и исследована система контроля метрологических характеристик средств измерений переменного тока класса точности 0,1 и ниже, основанная на представлении синусоидального сигнала в узлах интерполяции его конечным рядом Фурье-Уолша и доопределении на интервалах интерполяции конечным рядом Тейлора;
на основе анализа моделей объектов, методов измерения параметров периодических сигналов и электрических цепей предложена единая классификация методов и средств измерения по функциональной связи времени измерения с временным параметром модели сигнала или процесса;
на основе анализа цифровых методов выполнения основных арифметических операций разработаны быстродействующие алгоритмы обработки мгновенных значений сигналов.
Практическая ценность работы заключается в разработке конкретных программных и аппаратных средств ИИС контроля и испытаний энергообъектов, а также в том, что:
предложенные классификации позволяют производить оптимальный выбор известных методов и средств в зависимости от требований по быстродействию и осуществлять синтез новых методов измерения;
разработанные методы и алгоритмы послужили основой построения ИИС с высокими метрологическими характеристиками для контроля и испытаний энергообъектов различного назначения;
предложенные методики анализа погрешностей и оптимизации методов и средств измерений позволяют выявлять области их применяемости и прогнозировать ожидаемые метрологические характеристики;
разработанные системы контроля метрологических характеристик средств измерения переменного тока позволяют существенно повысить производительность поверки высокоточных приборов и систем;
- предложенные быстродействующие алгоритмы обработки мгновенных
значении сигналов обеспечивают сокращение времени измерения информатив
ных параметров и могут бьггь использованы при реализации различных систем
обработки измерительной информации.
Основные положения, выносимые на зашиту.
-
Концепция разработки методов измерения, систем контроля и испытаний энергообъектов и их метрологической аттестации на основе априорной информации об объекте.
-
Методы, алгоритмы и системы измерения частоты и интегральных характеристик синусоидальных сигналов по их мгновенным значениям.
-
Методы, алгоритмы и системы измерения параметров электрических цепей, трехэлементных двухполюсных электрических цепей и переходных процессов по мгновенным значениям переходного процесса в измерительной цепи.
-
Аналого-дискретные (композиционные) методы и системы измерения интегральных характеристик периодических сигналов.
-
Имитационные методы определения частоты и интегральных характеристик периодических сигналов по совокупности их мгновенных значений.
-
Система контроля метрологических характеристик средств измерений переменного тока и результаты анализа ее погрешностей.
-
Классификация методов и средств измерения по функциональной связи времени измерения с временньім параметром модели сигнала или процесса.
-
Быстродействующие алгоритмы обработки мгновенных значений сигналов.
9. Методики и результаты анализа погрешностей разработанных методов, алгоритмов и информационно-измерительных систем.
Использование результатов диссертации. Результаты диссертационной работы были использованы и внедрены;
в рамках НИР по хоздоговору со Средне-Волжским ПО «Трансформатор» (г. Тольятти) в виде ИИС для электромагнитных испытаний силовых трансформаторов и реакторов;
в рамках НИР по хоздоговору с Куйбышевским заводом измерительных трансформаторов в виде системы измерения и регулирования первичных сигналов установки для поверки трансформаторов тока;
в рамках НИР с ОАО «Волжская ГЭС имени В.И. Ленина» (г. Жигулевск) в виде ИИС для электромагнитных испытаний шунтирующих реакторов;
в рамках НИР с ОАО «Волжская ГЭС имени В.И. Ленина» (г. Жигулевск) в виде ИИС электрических параметров гидроагрегата;
в рамках НИР с ОАО «Жигулевская ГЭС» (г. Жигулевск) в виде ИИС контроля электрических параметров подстанций;
в рамках НИР по хоздоговору со Средне-Волжским ПО «Трансформатор» (г. Тольятти) в виде ИИС электрических параметров силовых переключателей;
в рамках НИР по хоздоговорам с Витебским ПО «Электроизмеритель» (г. Витебск) в виде источника калиброванных сигналов переменного тока МП8005 и других средств автоматизированного контроля метрологических характеристик измерительных преобразователей переменного тока;
в рамках НИР по хоздоговору с ООО «Тольяттинский трансформатор» (г. Тольятти) в виде системы мониторинга диэлектрических параметров изоляции трансформаторов в процессе термовакуумной обработки активной части;
в ООО Центр «Стратегия» (г. Самара) при разработке преобразователя измерительного универсального параметров трехфазных сигналов переменного тока СП-Ф1500;
в учебном процессе Самарского государственного технического университета при подготовке инженеров по специальности 200106 — «Информационно-измерительная техника и технологии» в виде лекционного материала по дисциплинам: «Процессорные средства измерений»» «Интеллектуальные средства измерений», а также методических указаний по выполнению лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов.
Апробация работы. Разделы и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на пятидесяти международных, всесоюзных, всероссийских и республиканских конференциях и форумах, в том числе X, XI и XII Международных конференциях «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (г. Москва, 1998г., 1999г., 2000г.), конференции с международным участием «Радиотехнические системы, средства измерений и новые информационные технологии» (г. Красноярск, 1992г.), I Международной конференции «Новые технологии управления движением технических объектов» (г. Ставрополь, 1999г.), II Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» (г. Самара, 2000г.), Международной конференции «Информационные технологии в моделировании и управлении» (г. Санкт-Петербург, 2000г.), Международной конференции «Me-
тоды и средства измерения в системах контроля и управления» (г.Пенза, 2002г.)» Международной конференции «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации «Измерения-2002» (г. Пенза, 2002г.), Международных конференциях «Современные информационные технологии» (г. Пенза, 2004г., 2005г., 2005г. — осенняя сессия), Международном форуме по проблемам науки, техники и образования (г. Москва, 2004г.), Международной конференции «Информационно-измерительные и управляющие системы — 2005» (г, Самара, 2005г.),.Всесоюзной конференции «Методы и средства аналого-цифрового преобразования параметров электрических сигналов и цепей» (г. Пенза, 1981г.), Всесоюзных конференциях «Информационно-измерительные системы» (г. Львов, 1981г., г. Куйбышев, 1983г., г. Ульяновск, 1989г., г. Санкт-Петербург, 1991г.), Всесоюзной конференции «Робототехника и автоматизация производственных процессов» (г. Барнаул, 1983г.), II и III Всесоюзных конференциях «Метрологическое обеспечение ИИС и АСУ ТП» (г.Львов, 1988г., 1990г.), Всесоюзной конференции «Современные проблемы фазоизмерительной техники и ее применения» (г. Красноярск, 1989г.), Всесоюзной конференции «Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях» (г. Москва, 1989г.), Всероссийской конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (г. Оренбург, 2002г.), Всероссийских конференциях «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2004г., 2005г.), Всероссийских конференциях «Компьютерные технологии в науке, практике и образовании» (г. Самара, 2004г,, 2005г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 100 научных работ, в том числе 4 монографии, 77 статей в журналах и сборниках, 19 авторских свидетельств и патентов.
class1 Концепция разработки методов измерения, систем контроля и испытаний
энергообъектов class1
Особенности измерений, контроля и испытаний в электроэнергетике
Современное состояние энергосистемы страны характеризуется большими единичными мощностями энергообъектов, усложнением электротехнического оборудования и возрастанием требований к качеству электроснабжения. В этой связи особое значение приобретает надлежащая эксплуатация энергосистем, позволяющая обеспечить бесперебойное энергоснабжение потребителей, максимальную экономичность производства, передачи и распределения электроэнергии, поддерживать необходимое качество электроэнергии [73].
В связи с принятием пакета законов по реформированию электроэнергетики каждый производитель и потребитель электроэнергии для присоединения к торговой системе оптового рынка берет на себя договорные обязательства, одной из составных частей которых является выполнение требований к информационному обмену технологической информацией с автоматизированной системой Системного оператора [238, 272].
Энергоблоки электростанций, силовые подстанции являются энергообъектами повышенной сложности с большим числом измеряемых и контролируемых электрических параметров. Решение задачи многоканального и многофункционального непрерывного измерения и контроля основных электроэнергетических параметров с высокой точностью и быстродействием, необходимость обеспечения функционирования АСУ ТП энергообъекта в реальном масштабе времени, организация надежного обмена технологической информацией с автоматизированной системой Системного оператора возможно только путем создания ИИС.
Единая энергетическая система страны характеризуется мощными энергосистемами, охватывающими большие по площади районы. При этом часто приходится передавать электроэнергию на значительные расстояния от месі генерации до мест потребления. В настоящее время свыше 80 % электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях, по пути до шин потребителей претерпевает от одной до восьми трансформаций. При этом более трети потерь энергии в сети соответствующей ступени напряжения приходится на трансформаторы (ТР), поэтому каждый процент снижения потерь за счет улучшения качества силовых ТР дает большой экономический эффект.
Передача реактивной мощности связана с рядом нежелательных явлений, приводящих к ухудшению технико-экономических показателей работы сетей системы и работе приемников электроэнергии при недопустимых отклонениях напряжения от номинальных значений. Для снижения перетоков по сетям реактивной мощности применяются компенсирующие устройства, в качестве которых используются устройства индуктивного характера - реакторы (РТ).
Кроме того, шунтирующие РТ выполняют функции обеспечения возможности непосредственного присоединения линии толчком к источнику питания на передающем конце, облегчения перенапряжений после сброса нагрузки или короткого замыкания, облегчения восстановления энергосистемы после короткого замыкания. Фильтровые реакторы используют совместно с батареями конденсаторов для улучшения формы сигналов.
Одним из элементов контроля качества ТР и РТ являются электромагнитные испытания. Большой объем и трудоемкость испытаний, а также предусмотренная стандартом автоматическая регистрация полученных результатов требуют создания ИИС, позволяющих осуществлять обработку измерительной информации в цифровом виде и в реальном масштабе времени.
Метод измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов по отдельным мгновенным значениям напряжения и тока, связанным с переходами через ноль
Во второй главе разрабатываются и исследуются методы, алгоритмы и системы измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов и частоты по мгновенным значениям сигналов. Анализируются метрологические характеристики разработанных методов и ИИС. Рассматриваются методы усреднения результатов измерения, уменьшающие погрешности из-за несоответствия модели реальному сигналу. Предлагаются алгоритмы обработки мгновенных значений сигналов, сокращающие время вычисления параметров.
2.1 Метод измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов по отдельным мгновенным значениям напряжения и тока, связанным с переходами через ноль
При малых углах сдвига фаз между напряжением и током достаточно высокое быстродействие обеспечивает метод, согласно которому ИХСС определяются по двум мгновенным значениям напряжения и одному мгновенному значению тока. Причем мгновенное значение тока взято в момент перехода через ноль сигнала напряжения, первое мгновенное значение напряжения взято в момент перехода сигнала тока через ноль, а другое значение напряжения взято через промежуток времени, равный интервалу времени между моментами перехода через ноль сигналов напряжения и тока [28, 34, 315].
Анализ погрешности из-за нестабильности частоты входного сигнала
Частота напряжения переменного тока в электрических сетях непостоянна и согласно ГОСТ имеет нормально допустимые и предельно допустимые отклонения ±0,2Гц и ±0,4Гц соответственно [56]. При таких изменениях частоты возникает погрешность, обусловленная тем, что заданное число точек дискретизации п либо не укладывается в одном периоде входного сигнала, либо часть периода остается неохваченной.
Проведем оценку данной погрешности [153].
Рассмотрим случай, когда частота сигнала равна 50,3 Гц. При числе точек дискретизации и=100 к основному периоду сигнала добавляется 0,6шДг" (где Аг - интервал дискретизации), а при «=200 добавляется 1,2& Дг. Предположим, что произошло измерение одного лишнего мгновенного значения сигнала основного периода и отсчет anA, соответствующий амплитудному значению сигнала, добавился в выражения для определения ИХПС.
Тогда амплитуды всех гармоник при положительной полуволне сигнала совпадают [34]. При этом амплитудное значение сигнала приходится на отсчет с номером п-\. Подобный случай при наличии в сигнале 1-й, 2-й и 3-й гармоник представлен на рисунке 3.1.
Интегральные характеристики сигналов, представленных в композиционной форме
Как уже было отмечено в разделе 1.3.3, перспективным направлением развития методов измерения и ИИС ИХПС является использование композиционного (аналого-дискретного) представления и обработки информационных сигналов. В этом случае сигнал представляется в виде двух частей: аналоговой, пропорциональной разности текущего значения сигнала и некоторой опорной величины, и дискретной, пропорциональной опорной величине. Дальнейшая обработка аналоговой и дискретной частей производится параллельно,
ИХПС при таком представлении сигналов в соответствии с (1.51) определяются следующими выражениями [162]:
Если раскрыть скобки в выражениях (4.1) - (4.3), то они обращаются в тождества. Это позволяет сделать ряд выводов [219].
Отсутствие остаточного члена в (4.1) - (4.3) показывает, что методическая погрешность от аппроксимации функций преобразования не возникает при любой величине Это позволяет разбивать диапазоны входных сигналов на участки аппроксимации произвольным образом.
Количество и величины опорных сигналов U\tjj и I\i ) могут быть выбраны с учетом дискретизации входных сигналов, не вызывая погрешности преобразования.
Линейность операций суммирования и интегрирования позволяет определять средние значения информационных сигналов параллельно в аналоговом и дискретном каналах.
В литературе достаточно полно освещены вопросы использования аналого-диекретного метода для измерения СКЗ сигналов и AM [12, 33, 114, 304].
Задача измерения РМ с использованием аналого-дискретного метода не решена. Лишь в [183] предлагается измерять РМ через полную и активную мощность, что не дает возможности определять знак реактивной мощности.
Автором разработан аналого-дискретный метод измерения РМ, обеспечивающий высокую точность [208].
Автоматизированная система контроля метрологических характеристик многофазных средств измерений
Увеличение сложности и объема процедур испытаний и поверки СИ переменного тока требует автоматизации их проведения.
Кроме того, с помощью автоматизированных систем поверки можно снизить избыточность по точности за счет других видов избыточности [109], например структурной (включение в состав систем вместо одного нескольких образцовых средств) или временной (многократное повторение измерений).
Схема автоматизированной системы контроля (АСК) метрологических характеристик СИ переменного тока [123] представлена на рисунке 5.1.
АСК представляет собой систему активного типа, в которой в качестве устройства формирования воздействий используется многофазный калибратор сигналов переменного тока (КСПТ). Система содержит поверяемые средства измерений с аналоговым выходом СИА1 - СИАгс, средства измерений с цифровым выходом СИЦ, КСПТ, коммутатор, АЦП, интерфейсный блок ИБ, компьютер и принтер.
Калиброванные сигналы с КСПТ подаются на один или несколько поверяемых СИ. Коммутатор подключает аналоговые выходные сигналы СИ к входу АЦП. Код с АЦП через интерфейсный блок поступает в компьютер. Если поверяемое СИ имеет цифровой выход, то код с его выхода подается через ИБ в компьютер, минуя коммутатор и АЦП.
