М.7.О. Измерительная система для определения качества электрической энергии

М.7.О. Измерительная система для определения качества электрической энергии

М.7.О. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

,

ГОУ ВПО Ижевский государственный технический университет, , т.(3412), *****@***ru, [e-mail].

1. Введение

ГОСТ «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» устанавливает показатели и нормы качества электроэнергии в электрических сетях систем электроснабжения и методику определения показателей [3]. Среди 17 показателей качества 8 являются основными. Определение показателей качества является технически сложной задачей, которая реализуется, как правило, с помощью специализированных измерительных приборов и систем. С использованием устройства сбора данных USB-6009 и программной среды LabVIEW была разработана измерительная система для определения основных показателей качества электрической энергии.

2. Результаты работы

Определение каждого из показателей реализуется с помощью виртуального прибора, выполняющего функции измерения, обработки соответствующего параметра и индикации результата. В измерительной системе реализовано определение следующих показателей качества электрической энергии.

Отклонение напряжения

Для определения соответствия отклонения напряжения нормам ГОСТа производится измерение действующих значений междуфазных напряжений основной частоты. Вычисляется действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты Ul(l)i, по формуле

. (1)

После усреднения Ul(l)i вычисляется значение установившегося отклонения напряжения dUy в процентах по формуле 2, которое и сравнивается с нормативным значением.

dUy=. (2)

Блок-диаграмма и лицевая панель прибора приведены на рис.1.

Колебания напряжения

Ввод и измерение амплитуды сигнала в приборе «Колебания напряжения» аналогичен прибору «Отклонение напряжения». Измеряются значения амплитуд напряжений и их значения записываются в массив (рис.2). На график (рис.3) выводится огибающая действующих значений напряжения основной частоты. Выполняется подпрограмма для поиска экстремумов огибающей действующих значений напряжения основной частоты.

Рис.1. Блок-диаграмма и лицевая панель прибора «Отклонение напряжения»

Вычисляется размах изменения напряжения dUt в процентах и частота повторения изменений напряжения FdUt, c-l, мин-1, при периодических колебаниях напряжения. Время t задается перед началом программы и составляет 10 минут в соответствии с ГОСТ .

На график (рис.3) выводятся кривые, заданные ГОСТом, и значения dUt / FdUt .

Значение колебаний напряжения находятся в пределах нормы, если измеренные значения dUt / FdUt располагаются ниже кривых, заданных ГОСТом.

Рис.2. Блок-диаграмма прибора «Колебания напряжения»

Рис.3. Результаты измерения колебаний напряжения

Несинусоидальность напряжения

Измеряются амплитуды высших гармоник (рис.4). В рассматриваемом случае это 3 гармоника, но можно выбирать номер гармоники, изменяя настройки фильтра. Затем производится вычисление значения коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения KU(n)i в процентах, как результат i-го наблюдения. Результаты вычислений заносятся в массив.

Измерения повторяются через заданное время (в рассматриваемом случае через 0,33 секунды, так как нужно произвести не менее 9 измерений в течение 3 секунд), до тех пор, пока не будет произведено нужное количество измерений. Производится усреднение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения и его значение выводится на индикатор.

Рис.4. Блок-диаграмма «Несинусоидальность напряжения»

В конце программы происходит сравнение результатов измерения с нормативными значениями и, в зависимости от результатов сравнения, происходит или не происходит срабатывание индикатора «Uab не в норме» (рис.5).

Рис.5. Лицевая панель прибора «Несинусоидальность напряжения»

Несимметрия напряжений

Производится вычисление действующего значения напряжения прямой последовательности основной частоты Ul(l)i (рис.6). Вычисляются действующие значения напряжения обратной последовательности основной частоты U2(1)i. Производится вычисление коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности К2Ui в процентах в результате i-го наблюдения. Результаты измерений заносятся в массив.

Производится 9 измерений. Вычисляется значение коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности К2U в процентах.

Проводится сравнение результатов измерения с нормативными значениями и, в зависимости от результатов сравнения, происходит или не происходит срабатывание индикатора «Выше нормально допустимого» или «Выше предельно допустимого» (рис.6).

Рис.6. Блок-диаграмма и лицевая панель прибора «Несимметрия напряжений»

Отклонение частоты

Измерения частоты производятся через заданное время (1,33 секунды) до тех пор, пока не будет произведено 15 измерений. Затем находится сумма значений fi, вычисляется усредненное значение частоты fy и значение отклонения частоты Df (рис.7).

Рис.7. Блок-диаграмма и лицевая панель прибора «Отклонение частоты»

Провал напряжения

Измеряется амплитуда напряжения и определяется начало и конец провала, если таковой произошел в сети (рис.8). Определяется напряжение максимального провала и вычисляется максимальная глубина провала напряжения dUп в процентах. Измерения повторяются снова и результаты вычислений записываются в массив. Подпрограмма проверяет соответствие длительностей провала нормативному значению. Если длительность максимального провала превышает 30 с, то производится индикация «Недопустимый провал». Это означает, что длительность максимального провала не соответствует нормам.

Импульс напряжения

Измеряется амплитуда напряжения и определяется начало и конец импульса, если таковой произошел в сети, а также величина амплитуды и длительности импульсов (рис.9).

Производятся необходимые вычисления и их результаты записываются в массив.

Подпрограмма проверяет соответствие амплитуды импульса нормативному значению. В этом случае срабатывает или не срабатывает индикатор «Недопустимый импульс».

Рис.8. Блок-диаграмма «Провал напряжения»

Рис.9. Блок-диаграмма «Импульс напряжения»

Временное перенапряжение

При превышении напряжения уровня равного 1,1Uном организуется задержка времени на 0,04 секунды, предназначенная для исключения влияния коммутационного импульса на значение коэффициента временного перенапряжения (рис.10).

Определяется начало и конец перенапряжения, если таковое произошло в сети, а также определяется напряжение максимального перенапряжения и вычисляется максимальная величина перенапряжения Kпер U. Измерения повторяются снова, результаты вычислений записываются в массив.

Если длительность перенапряжения и значение коэффициента временного перенапряжения не попадает в нормированные интервалы, то производится индикация «Недопустимое перенапряжение». Это означает, что максимальная длительность перенапряжения не соответствует нормам (рис.11).

Рис.10. Блок-диаграмма «Временное перенапряжение»

Рис.11. Лицевая панель прибора «Временное перенапряжение»

3. Оборудование

Измерительная система состоит из персонального компьютера, блока согласования и измерения на основе устройства сбора данных USB-6009 и набора токовых клещей (ТА1-ТА4) (рис.12). Гальваническая развязка с сетью осуществляется по фазам при помощи трансформаторов TV1-TV3. Исследуемая система напряжений подается через разъем ХР9. Соединение с компьютером осуществляется через USB порт.

Рис.12. Электрическая принципиальная схема блока согласования и измерения

4. Преимущества технологий National Instruments

Реализация сложных алгоритмов обработки исследуемых сигналов. Получение результатов измерений в соответствии с методикой ГОСТ 13.109-97 с представлением заключения о соответствии результатов измерений нормам. Возможность реализации системы в условиях образовательных учреждений и использование ее для научных и учебных целей. Относительно низкая стоимость реализации системы с использованием универсального оборудования.

Литература

1. , , LаbVIEW для новичков и специалистов, М.: Горячая линия, Телеком, 2004.

2. , LabVIEW 7. Справочник по функциям, М.: ДМК Пресс, ПриборКомплект, 2005.

3. ГОСТ. «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

4. Методические указания по контролю и анализу качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть 1. Контроль качества электрической энергии (РД 153-34.0-15.501-00).

5. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть 2. Анализ качества электрической энергии (РД 153-34.0-15.).