Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ объекта исследования. Постановка задачи 10
1.1 Основные требования к информационно-измерительным системам электрических станций и подстанций 10
1.2 Анализ методов и средств измерения интегральных характеристик периодических сигналов 14
1.2.1 Анализ методов и средств измерения среднеквадратического значения сигнала 14
1.2.2 Анализ методов и средств измерения активной мощности , 18
1.2.3 Анализ методов и средств измерения реактивной мощности 25
1.3 Аппроксимационный подход к построению информационно-измерительных систем электрических параметров энергообъектов 30
1.4 Математические модели и параметры квазидетерминированных периодических измерительных сигналов 36
2 Использование измерительно-моделирующего подхода к определению интегральных характеристик синусоидальных сигналов 44
2.1 Метод измерения интегральных характеристик по отдельным мгновенным значениям сигналов, связанным с переходами напряжения и тока через ноль 44
2.2 Метод измерения интегральных характеристик по трем мгновенным значениям сигналов, равноотстоящим друг от друга 56
2.3 Метод измерения интегральных характеристик по двум мгновенным значениям сигналов, сдвинутым на 90 67
2.4 Анализ погрешности измерения среднеквадратического значения сигнала из-за изменения сдвига фазы фазосдвигающего блока 71
2.5 Метод измерения интегральных характеристик по трем мгновенным значениям сигналов, одновременно измеренным в произвольный момент времени 73
2.6 Анализ погрешности измерения среднеквадратического значения сигнала из-за отличия углов сдвига фазы фазосдвигающих блоков 77
2.7 Анализ погрешности методов измерения среднеквадратического значения сигнала из-за искажения формы сигналов 79
3 Использование измерительно-моделирующего подхода к определению инте гральных характеристик по мгновенным значениям сигналов, равномерно распределенным по периоду , 96
3.1 Анализ погрешности, обусловленной приближенным выполнением операции интегрирования 97
3.2 Анализ погрешности из-за нестабильности частоты входного сигнала 102
3.3 Анализ динамической погрешности измерения среднеквадратического значения сигнала 107
4 Синтез структурной схемы информационно-измерительной системы 110
4.1 Назначение и структура АСУ ТП Жигулевской ГЭС 110
4.2 Структурная схема ИИС контроля электрических параметров подстанций и режимы ее работы 111
4.3 Технические характеристики ИИС контроля электрических параметров подстанций.
4.4 Программное обеспечение ИИС контроля электрических параметров подстанций 123
4.4.1 Программа конфигурации 124
4.4.2 Программа передачи данных 134
4.4.3 Программа приема данных 138
Выводы .144 Заключение 147
Литература 149
Приложение
- Анализ методов и средств измерения интегральных характеристик периодических сигналов
- Метод измерения интегральных характеристик по трем мгновенным значениям сигналов, равноотстоящим друг от друга
- Анализ погрешности из-за нестабильности частоты входного сигнала
- Структурная схема ИИС контроля электрических параметров подстанций и режимы ее работы
Введение к работе
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, поддерживать необходимое качество электроэнергии, обеспечить максимальную экономичность производства, передачи и распределения электроэнергии [1, 2].
В условиях перехода к рыночной экономике изменились отношения между производителями, поставщиками и потребителями электроэнергии [3].
В связи с принятием пакета законов по реформированию электроэнергетики и постановлением Правительства Российской Федерации «О правилах оптового рынка электрической энергии (мощности) переходного периода» 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 технологической1 информацией с автоматизированной системой Системного оператора [4].
В соответствии с этими требованиями по каждому присоединению в обязательном порядке должны передаваться следующие электрические параметры:
- средиеквадратические значения напряжения (фазное и линейное), для
каждой фазы и среднее;
среднеквадратические значения тока, для каждой фазы и среднее;
активные мощности, для каждой фазы и суммарная;
реактивные мощности, для каждой фазы и суммарная;
полные мощности, для каждой фазы и суммарная.
Кроме того, необходима запись изменений значений токов и напряжений присоединений в аварийных событиях, а также регистрация данных, предшест-
вующих событию, данных в процессе события, а также данных после его ликвидации.
Перечисленные электрические параметры относят к интегральным характеристикам периодических сигналов (ИХПС) [5].
Основу средств измерения ИХПС подстанций до настоящего времени составляли аналоговые измерительные преобразователи отдельных параметров.
Силовые подстанции гидроэлектростанции 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 возможно только путем создания информационно-измерительных систем (ИИС).
В создании теоретических основ и реализации средств измерения ИХПС параметров большой вклад внесли ученые: Волгин В.Л., Зыкин Ф.А., Кизилов В.У., Куликовский К.Л., Орнатский П.П., Попов B.C., Туз Ю.М., Шахов Э.К. и
др.
Однако задачи измерения и контроля ИХПС в аварийных событиях, а также особенности измерения при работе в режиме длительных несимметричных нагрузок, требуют создания новых методов и средств измерения, обеспечивающих высокое быстродействие и точность.
Повышение быстродействия за счет увеличения производительности вычислительных средств ведет к прогрессирующему удорожанию средств измерений и обработки.
Решению таких проблем способствует привлечение априорной информации в форме аналитических моделей исследуемых зависимостей и разработка соответствующих методов и средств измерения и обработки данных [6].
Анализ моделей и гармонического состава сигналов присоединений электрических подстанций показал, что в сетях с номинальным напряжением 110 кВ и выше модель сигналов близка к синусоидальной и коэффициенты искажения синусоидальности не превышают 2%, а коэффициенты гармонических составляющих- 1,5%.
Исследованию и реализации измерительно-моделирующего подхода посвящены известные работы В.И. Батищева и B.C. Мелентьева [7-10].
Рассматриваемые в работах методы и средства измерения ИХПС имеют ряд ограничений, связанных с диапазоном изменения угла сдвига фаз между напряжением и током. Кроме того, наиболее быстродействующие средства измерений имеют значительную частотную погрешность, обусловленную изменением угла сдвига фаз фазосдвигающих блоков.
В этой связи актуальной представляется задача дальнейшего развития измерительно-моделирующих технологий и совершенствования методов и средств измерения ИХПС.
Другой проблемой применения данного подхода является анализ точности и обоснование достоверности полученных результатов, в частности оценка погрешности, обусловленной несоответствием модели виду реального сигнала.
В связи с вышеизложенным, тема диссертационной работы, посвященной решению указанных проблем, является актуальной и имеет практическое значение.
Работа выполнена на кафедре "Информационные технологии" Самарского государственного технического университета.
Целью работы является исследование измерительно-моделирующих технологий определения интегральных характеристик периодических сигналов, разработка методов измерения ИХПС и создание на их основе информационно-измерительных систем, позволяющих повысить быстродействие и точность измерения н контроля электрических параметров подстанций.
Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:
анализ требований по информационному обмену технологической информацией с автоматизированной системой Системного оператора;
анализ методов и средств измерения среднеквадратических значений напряжения и тока, активной и реактивной мощности;
развитие и модификация известных методов измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов с целью распространения их на весь диапазон изменения угла сдвига фаз между напряжением и током;
анализ погрешности измерения среднеквадратических значений синусоидальных сигналов из-за погрешностей, вносимых фазосдвитающими блоками;
анализ методической погрешности измерения среднеквадратических значений сигналов, обусловленной несоответствием синусоидальной модели виду реального сигнала;
разработка способов уменьшения погрешности из-за искажения формы сигналов, основанных на усреднении результатов измерения;
анализ погрешности метода определения ИХПС по мгновенным значениям сигналов, равномерно распределенным по периоду, обусловленной приближенным выполнением операции интегрирования, при различных спектрах сигналов и числе точек дискретизации;
анализ погрешности, возникающей из-за нестабильности частоты входного сигнала при фиксированном значении числа точек дискретизации, при измерении среднеквадратического значения сигнала;
разработка аппаратно-программных средств ИИС контроля электрических параметров подстанций и анализ режимов ее работы;
реализация и внедрение ИИС.
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них лично автором 5 работ.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содержит список литера-
9 туры из 82 наименований, 64 рисунка, таблиц 11 и приложения на 15 страницах.
Основные положения, представляемые к защите:
модифицированные методы измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов с расширением диапазона изменения угла сдвига фаз между напряжением и током;
методика оптимального выбора интервала дискретизации (угла сдвига фаз фазосдвигающих блоков) в зависимости от спектра сигналов, обеспечивающая уменьшение погрешности измерения среднеквадратических значений сигналов из-за искажения формы сигналов;
методика определения погрешности, обусловленной приближенным выполнением операции интегрирования, при измерении ИХПС по мгновенным значениям сигналов, равномерно распределенным по периоду, в зависимости от спектра сигналов и числа точек дискретизации;
методика определения частотной погрешности при измерении средне-квадратического значения сигнала, позволяющая оценить данную погрешность в зависимости от спектра сигнала, числа точек дискретизации и диапазона колебаний частоты;
структурная схема ИИС контроля электрических параметров энергообъектов.
По результатам теоретических и экспериментальных исследований была разработана информационно-измерительная система контроля электрических параметров подстанций. ИИС внедрена на ОАО "Жигулевская ГЭС" г.Жигулевск.
Анализ методов и средств измерения интегральных характеристик периодических сигналов
Основные методы измерения среднеквадратического значения (СКЗ) сигнала можно разделить на следующие группы [5]:- выпрямление входного сигнала с последующей градуировкой преобразователя по среднеквадратическому значению;- нелинейное преобразование с квадратичной функцией преобразования (с использованием элементов с естественными нелинеиностями вольтамперных характеристик и синтезированных квадратов, например, путем кусочно-линейной аппроксимации и др.);- методы, использующие аналоговые и аналого-дискретные вычислительные алгоритмы преобразования (аналоговое вычисление среднеквадратического значения входного сигнала путем возведения в квадрат, усреднения и нахождения квадратного корня; функциональное времяимпульсное преобразованиеи др.); - методы, использующие цифровые вычислительные алгоритмы преобразования, в том числе вероятностные (обработка мгновенных значений, стахо-стическо-эргодические методы и др.);- тепловые методы (с промежуточным преобразованием электрической энергии в тепловую, например термоэлектрические, терморезистивные, термоэмиссионные, фотоэлектрические) прямого преобразования и с коррекцией погрешности.
В связи с простотой реализации распространены преобразователи средне-выпрямленного значения напряжения, отградуированные для сигналов синусоидальной формы по уровню среднеквадратического значения. Эти преобразователи реализуются на базе операционных усилителей, охваченных отрицательной обратной связью, которая замыкается через последовательно соединенные диоды и резисторы [11].
Такие устройства имеют погрешность от нелинейности функции преобразования не более 0,05% в частотном диапазоне 20Гц - 20кГц. Результирующая погрешность подобных преобразователей для сигналов синусоидальной формы не превышает ОД - 0,2%. При отклонении формы входного сигнала от синусоидальной возникает дополнительная погрешность duz, которая определяется следующим образом:входного сигнала преобразователя.
Для уменьшения погрешности от формы входного сигнала применяются нелинейные преобразователи с квадратичной функцией преобразования [11]. Однако из-за нелинейности и нестабильности полупроводниковых элементов эти преобразователи обладают относительно невысокой точностью.
Для преобразователей среднеквадратического значения напряжения, квадраторы которых построены на базе кусочно-линейных аппроксиматоров (КЛА), методическая погрешность от формы кривой уменьшается при увеличении числа участков аппроксимации. Так, для погрешности квадратичного преобразователя с КЛА, не превышающей 0,1%, необходимое число участков аппроксимации достигает 16. При построении аппроксиматоров на базе операционных усилителей такое количество участков аппроксимации приводит к большим аппаратурным затратам, а также к увеличению других составляющих погрешности преобразования (дрейфу по напряжению и току операционного усилителя, погрешности масштабных резисторов и т.д.) [12].
Среди методов аналогового вычисления СКЗ напряжения наиболее перспективным является метод неявного вычисления, допускающий большой динамический диапазон изменения входного сигнала преобразователя [13].
Сущность метода заключается в том, что мгновенное значение измеряемого напряжения при помощи множительно-делительного устройства возводится в квадрат и делится на постоянное выходное напряжение преобразователя, снимаемого с выхода фильтра низких частот.
Одним из недостатков рассмотренных преобразователей является низкое быстродействие, определяемое в основном фильтром, постоянная времени которого выбирается из условия получения необходимого коэффициента подавления переменной составляющей выходного сигнала устройства.
Среди вероятностных методов преобразования СКЗ напряжения можно выделить стохастическо-эргодический метод, который позволяет получить в широком диапазоне частот значения интегральных характеристик периодических сигналов, сведя до минимума промежуточные преобразования измерительного сигнала [13, 14]. К недостаткам метода можно отнести невысокую точность преобразования, низкое быстродействие.
Повышение требований к точности и быстродействию измерительных устройств привело к широкому применению цифровых методов обработки информации [15]. В методе, основанном на обработке мгновенных значений сигнала, равномерно распределенных по периоду, СКЗ определяется согласно выражениюгде п - число точек дискретизации.
Подробный анализ данного метода будет проведен ниже.Среди преобразователей СКЗ напряжения в постоянный ток наиболее распространены схемы с применением термопар, терморезистивных, фоторези-стивных, термоэмиссионных преобразователей. Одним из наиболее известных методов измерения СКЗ напряжения с применением выше перечисленных чувствительных элементов является метод равных температур.
Основные характеристики преобразователей, реализующих данный метод определяются чувствительностью термопреобразователей, неидентичностью их функций преобразования в широком диапазоне изменения входного сигнала, дрейфом усилителя постоянного тока. Статическая погрешность преобразователя подобного типа находится обычно в пределах 0,2 - 1% в диапазоне частот 20Гц -200кГц [16].
Одним из наиболее точных методов измерения СКЗ напряжения является метод замещения. Он заключается в замещении измеряемого переменного напряжения напряжением постоянного тока или переменным напряжением фиксированной формы (например, прямоугольным). В классической его форме метод замещения применяется в компараторах с ручным уравновешиванием, обладающих низким быстродействием. Повышение быстродействия при сохранении высокой точности измерения достигается за счет автоматизации процесса уравновешивания.
Высокие метрологические характеристики при измерении комплекса интегральных характеристик периодических сигналов можно достигнуть при использовании аналого-дискретного (гибридного) метода представления и обработки сигналов [10].
Метод измерения интегральных характеристик по трем мгновенным значениям сигналов, равноотстоящим друг от друга
Сущность метода заключается в определении ИХСС по трем мгновенным значениям напряжения и тока, измеренным в равноотстоящие друг от друга моменты времени, первые из которых взяты в произвольный момент времени.
Однако известные выражения для определения активной и реактивной мощности справедливы только при углах сдвига фаз между напряжением и током от 0 до 90.
Расширение области использования метода возможно за счет его распространения на весь диапазон изменения угла сдвига фаз [57].
Если сигналы напряжения и тока в исследуемой цепи содержат только первые гармоники, то их мгновенные значения соответственно имеют видгде a,, a2 - начальные фазы сигналов напряжения и тока;At=t2i=tj2 - интервал времени между двумя соседними выборками.
Временные диаграммы, поясняющие данный метод, приведены на рисунке 2.6.ращаются в ноль, если U2=Umsin(ai+coAt)=0 и I2=Imsm(a2+a At)=0.Для того чтобы устранить возможность деления на ноль, необходимо проводить анализ мгновенных значений U2 и 12 и если хотя бы одно из них равно Выражение для определения среднеквадратического значения тока остается без изменения.
Если и2ф0 а /2=0, то ИХСС определяются согласно следующим выражениям:Выражение для определения среднеквадратического значения напряжения остается без изменения.
Наконец, если /2=0, а / 0, то ИХСС определяются согласно следующим выражениям:В этом случае среднеквадратические значения напряжения и тока определяются согласно выражениям (2.19) и (2.20) соответственно.
Кроме того, при определении среднеквадратических значений напряжения и тока необходимо анализировать мгновенные значения напряжения U\ и 1\. Если /i=0 и /і=0, то измеряют четвертые мгновенные значения напряжения U\ и тока / [ через временной интервал At — t 4— /3 (рисунок 2.8).В этом случае среднеквадратические значения сигналов определяют согласно выражениям:
В рассматриваемом методе измерения основных ИХСС время измерения не зависит от момента начала измерения, угла сдвига фаз между напряжением и током и периода сигнала, а определяется в основном длительностью временного интервала Д/. Интервал времени ЬЛ ограничен временем измерения мгновен ных, значений сигналов. Без учета времени выполнения вычислительных операций максимальное время измерения Ти - 4At.
Схема устройства, реализующая метод, представлена на рисунке 2.9 [10].В состав устройства входят: первичный преобразователь напряжения ГТПН, первичный преобразователь тока ППТ, два аналого-цифровых преобразователя АЦП1 и АЦП2, процессор ПР.Устройство работает следующим образом.
В произвольный момент времени tx (см. рисунок 2.6) по команде с процессора АЦП1 и АЦП2 преобразуют мгновенные значения сигналов в коды Nw и N]}, которые записываются в оперативную память ПР.После этого ПР запускает программу временной задержки на образцовый интервал времени At.
В момент времени t2l + At по команде с контроллера АІДШ и АЦП2преобразуют мгновенные значения сигналов в коды N2U и N2[, которые вводятся в оперативную память ПР. После этого ПР снова запускает программу временной задержки на образцовый интервал времени At.
В момент времени t3=t2 + At по команде с процессора АЦП1 и АЦП2 преобразуют мгновенные значения сигналов в коды N3U и N3l, которые записываются в оперативную память ПР.где Ku K2 - коэффициенты преобразования ППН и ГТПТ; Кг, КА - коэффициенты преобразования АЦП1 и АЦП2. Для того чтобы устранить возможность деления на ноль, необходимо проводить анализ кодов N2U и N2I, и если хотя бы один из них равен нулю, произ 65 водить измерение четвертых мгновенных значений сигналов через временной интервал 2Ы (рисунок 2.7).В этом случае в момент времени Г3 ПР запускает программу временной задержки на интервал времени 2At.В момент времени tA t3 + 2 At по команде с процессора АЦП1 и АЦП2 преобразуют мгновенные значения сигналов в коды N4U и N4I, которые вводятся в оперативную память ПР.Если, например N2U = 0, то Ncu вычисляется согласно выражениюВсе остальные параметры в этом случае определяются с учетом выражений (2.29) и (2.30).
При определении среднеквадратических значений напряжения и тока необходимо аализировать коды Nw и Nu.Если Nw = О или Nu — 0 , то производится измерение четвертых мгновенных значений сигналов через временной интервал At.В этом случае в момент времени t3 ПР запускает программу временной задержки на интервал времени At.
В момент времени t\=t3+At по команде с процессора АЦШ и АЦП2 преобразуют мгновенные значения сигналов в коды N 4U и N 4I, которые вводятся в оперативную память ПР. Рассмотрим метод измерения ИХСС [59], обеспечивающий минимальное время измерения и относящийся к первой группе методов в соответствии с принятой классификацией.
Метод основан на определении ИХСС по двум мгновенным значениям напряжения и тока, одновременно измеренным в произвольный момент времени, причем вторые мгновенные значения напряжения и тока сдвинуты относительно первых на угол я/2 в сторону опережения.Если сигналы напряжения и тока в исследуемой цепи содержат только первые гармоники, то их мгновенные значения в момент времени t\ соответственно имеют следующий вид:
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 [54]. 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.Рассмотрим случай, когда частота сигнала равна 50,3 Гц. При числе точек дискретизации л-100 к основному периоду сигнала добавляется 0,6coAt (где Дг- интервал дискретизации), а при «=200 добавляется 1,2шДґ. Предположим, что произошло измерение одного лишнего мгновенного значения сигнала основного периода и отсчет ссп_и соответствующий амплитудному значению сигнала, добавился в выражения для определения ИХПС.
Рассмотрим случай, когда углы сдвига фаз всех нечетных гармоник отно я(к -1) Зл{к -1) .сительно 1-й гармоники равны — -, а всех четных гармоник (гдек - номер гармоники). Тогда амплитуды всех гармоник при положительной полуволне сигнала совпадают [70]. При этом амплитудное значение сигнала приходится на отсчет с номером я-1. Подобный случай при наличии в сигнале 1-й, 2-й и 3-й гармоник представлен на рисунке 3.4.
Квадрат среднеквадратического значения напряжения, измеренный без данного вида погрешности, равена с учетом погрешности
При широком спектре исследуемых сигналов и повышенных требованиях к точности измерения увеличивают число точек дискретизации. Если считать, что частота сигнала стала 49,7Гц, то при числе точек дискретизации л=400 2,4шАг основного периода сигнала оказалось не охвачено. Предположим, что не было измерено два мгновенных значения сигнала основного периода (первого и последнего), а отсчеты а0 и an+l, близкие к амплитудному значению сигнала, не вошли в выражение для определения СКЗ сигнала [71].
Рассмотрим случай, когда углы сдвига фаз всех нечетных гармоник отно . „ я(к-1) Зя(к-1) сительно 1-й гармоники равны — , а всех четных гармоник 1 -. Тогдаамплитуды всех гармоник при положительной полуволне сигнала совпадают. При этом будем считать, что мгновенные значения сигнала, близкие к амплитудному значению, приходятся на отсчеты с номерами 0 и л+1. Подобный случай представлен на рисунке 3.5.
Квадрат средиеквадратического значения сигнала, измеренный без данного вида погрешности, равен.24) Анализ погрешности из-за нестабильности частоты входного сигнала показал, что возникает значительная дополнительная погрешность.Уменьшение данного вида погрешности возможно при точном определении периода сигнала и последующем вычислении интервала дискретизации At по заданному числу точек дискретизации п.
Выше были рассмотрены погрешности, обусловленные приближенным методом интегрирования без учета динамических погрешностей второго рода [68], вызванных изменением измеряемой величины за время измерения.Динамическая погрешность второго рода проявляется в том, что мгновенные значения напряжения (тока) и(а) измеряются не в точках ар (рисунок 3.6),а в точках ар + Да .Оценим величину динамической погрешности второго рода при измерении среднеквадратического значения сигнала. В этом случае вместо (3.1) имеем
Первая составляющая погрешности в (3.27) обусловлена только погрешностью интегрирования, вторая составляющая обусловлена совместным влиянием динамической погрешности и погрешности интегрирования. Следовательно, при измерении среднеквадратического значения сигнала динамическая погрешность второго рода проявляется только при наличии погрешности интегрирования.
Структурная схема ИИС контроля электрических параметров подстанций и режимы ее работы
Большое число измеряемых и контролируемых электрических параметров, а также необходимость обеспечения функционирования АСУ ТП в реальном масштабе времени требует включения в ее состав информационно-измерительных систем, комплексно решающих задачу многоканального и многофункционального непрерывного измерения и контроля основных электрических параметров с высокой точностью и быстродействием.
Существует несколько вариантов построения ИИС электрических параметров подстанций.
Основу средств измерения электрических параметров подстанций до настоящего времени составляли аналоговые измерительные преобразователи (ИП) отдельных электроэнергетических параметров: среднеквадратических значений напряжения и тока, активной и реактивной мощности, электрической энергии.
Достаточно давно разработана и серийно выпускается широкая номенклатура аналоговых ИП высокого класса точности [32, 72, 73]. Однако они имеют низкое быстродействие, предназначены для измерения лишь одной, вполне определенной величины, и поэтому обладают низкой универсальностью. Кроме того, для включения таких ИП в состав цифровых систем, производящих вторичную обработку информации, необходимы соответствующие устройства сопряжения.
Исследование технических характеристик ряда ИП, в частности, выпускаемых ОАО "Электроизмеритель" (г. Витебск) [73], показало, что диапазон изменения выходного тока таких измерительных преобразователей ограничен снизу значительным уровнем пульсаций, что не обеспечивает выполнение требований по точности.
Кроме того, использование ИП активной и реактивной мощности (например, типа Е829 и Е830) ограничено при работе в несимметричных нагрузочных режимах.
Другой метод построения ИИС предусматривает использование цифровых измерительных приборов (ЦИП) для измерения перечисленных выше величин. В настоящее время имеются достаточно точные ЦИП различных типов [17, 74, 75]. Однако, использование ЦИП отдельных электрических величин (цифровые вольтметры, амперметры, ваттметры, варметры) приводит к значительному удорожанию ИИС, учитывая большое количество контролируемых параметров, и усложняет объединение приборов в единый комплекс.
Все это выдвигает проблему создания систем на основе многоканальных и многофункциональных ИП, осуществляющих первичную обработку измерительной информации и выдачу ее в цифровом виде.
Построение таких универсальных измерительных преобразователей (УИП) на основе аналого-цифрового преобразования мгновенных значений сигналов с последующей цифровой обработкой кодов [76 - 78] отвечает большинству требований, предъявляемых к ИИС. Однако, разработанные и выпускаемые в настоящее время подобные средства измерений, в том числе и зарубежные [79, 80], не обеспечивают время измерения менее периода входного сигнала, что затрудняет их использование в аварийных событиях.
В соответствии с рассмотренными выше требованиями к ИИС, была разработана структурная схема ИИС контроля электрических параметров подстанций, представленная на рисунке 4.1.Состав системы: универсальные измерительные преобразователи параметров УИП трехфазных сигналов переменного тока (39 штук - по 13 УИП на подстанцию); компьютеры-концентраторы (3 штуки — по одному на подстанцию), осуществляющие сбор измерительной информации с преобразователей, передачу ее на центральный пульт управления ЦПУ и резервирование каналов связи; 6 каналов связи (по 2 канала связи на подстанцию — основной и резервный); сервер, осуществляющий прием и обработку измерительной информации с подстанций, регистрацию результатов измерения на экране монитора в цифровом виде и формирование кодов сигналов для блоков цифро-аналоговых преобразователей ЦАП; блоки ЦАП, осуществляющие формирование по 66 нормированных аналоговых сигналов тока для параметров каждой из подстанций, пропорциональных действующим значениям напряжения и тока, активной и реактивной мощности каждой из подстанций.
Входные трехфазные сигналы напряжения и тока с помощью универсальных преобразователей УИП преобразуются в коды, которые по витой паре поступают на компьютер-концентратор. Каждый компьютер-концентратор расположен на автоматизированном рабочем месте обслуживающего персонала (АРМ ОП) подстанции. Он осуществляет циклический опрос всех УИП соответствующего ОРУ и передачу измерительной информации по основному и резервному каналам связи на сервер, расположенный на автоматизированном рабочем месте обслуживающего персонала центрального пульта управления (АРМ ОП ЦПУ). Сервер осуществляет выдачу цифровой информации на монитор и циклическую передачу результатов измерений на блоки ЦАП. Блоки ЦАП формируют нормированные сигналы постоянного тока, которые поступают на аналоговые измерительные преобразователи (АИЛ) для индикации. Включение в состав системы АИП обусловлено требованиями постепенного перехода к полностью автоматизированной работе всех систем и служб ГЭС и облегчает работу обслуживающего персонала ЦПУ, дублируя значения контролируемых параметров на стрелочных приборах.
