Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин

Диссертационная работа:

Фокин Владимир Викторович. Цифровые методы и средства контроля показателей качества электроэнергии : ил РГБ ОД 61:85-5/695

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ..'...;.. 6

Глава I. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. МЕТОДЫ И СРЩСТВА КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ІЗ

1.1. Анализ влияния показателей качества электроэнер гии на технические характеристики различных по требителей электроэнергии 43

1.2. Методы и средства контроля показателей качества электроэнергии в системах электроснабжения 45

Г.2.1. Анализ известных методов и средств контроля показателей качества электроэнергии ;... ; 45

1.2.2. Исследование перспективных направлений построения средств контроля показателей качества электроэнергии 23

1.3; Основные направления исследований в области аналого-цифровой обработки сигналов 26

1.4. Постановка задачи исследований 28

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3*

Глава 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ, ОСНОВАННЫХ НА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКЕ СИГНАЛОВ 33

2.1. Основные уравнения аналого-цифровой обработки сигналов. Критерии оценки и оптимизации цифровых из мерительных приборов 33

2.2. Оценки погрешностей дискретизации 44

2.2.1. Временная оценка погрешности дискретизации. ; 4

2;2.2. Спектральная оценка погрешности дискретизации

2,3. Оценки динамических погрешностей 52

2.3.1, Оценка динамических погрешностей первого рода и погрешностей, обусловленных смещением точек дискретизации 53

2.3.2. Оценка динамических погрешностей второго рода 69

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 76

Глава 3. УНИФИЦИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 78

3.1. Методы и средства измерения показателей качества электроэнергии в цепях с синусоидальными сигналами. 78

3.1.1. Цифровые средства измерения показателей качества электроэнергии, основанные на обработке "выборочных" мгновенных значений сигналов 78

3.1.2. Цифровые средства измерения показателей качества электроэнергии, основанные на обработке кусочно-гармонических сигналов Ы

3.2. Цифровые средства измерения показателей качества электроэнергии в системах электроснабжения с несинусоидальными сигналами 34

    1. Оценка погрешностей цифровых ваттметров д

3.3.1. Погрешность дискретизации 98

3.3.2. Погрешность квантования при время-импульсном преобразовании 400

3.3.3. Погрешность квантования при использовании частотно-импульсного и время-импульсного преобразователей аналог-код Щ

3.3.4. Погрешность усреднения при использовании частотно-импульсного преобразователя ^05

3.3.5. Суммарные методические погрешности

3.3.6. Динамическая погрешность второго рода измере ния мощности Ш

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ Ц\

Глава 4. ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТИ И КОЭФФИЦИЕНТА АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ <И6

4.1. Разработка и анализ методов и принципов построения цифровых измерителей коэффициента несинусоидальности JJ6

4.2. Оценка погрешностей цифровых измерителей коэффициента несинусоидальности <20

4.3. Разработка и анализ принципов построения цифровых модулометров Ш

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ Ш

Глава 5. РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРО ЭНЕРГИИ <37

5.1. Структурная схема универсального средства измерения показателей качества электроэнергии. . 138

5.2. Оценка погрешностей универсального средства измерения показателей качества электроэнергии. №

5.3. Экспериментальные исследования универсального средства измерения показателей качества электроэнергии J68

5.4. Основные пути повышения метрологических и технических характеристик универсальных средств измерения показателей качества электроэнергии.. Ц2

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 175

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 177

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 184

ПРИЛОЖЕНИЕ I. Анализ влияния показателей качества электро энергии на технические характеристики потре бителей электроэнергии ,,Ш

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Методика экспериментальной оценки погрешностей универсального средства измерения показателей качества электро энергии 212

ПРИЛОЖЕНИЕ 3, Экспериментальные данные по оценке погрешностей универсального средства измерения показателей качества электроэнергии 222

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Внедрение результатов работы .242

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Перечень принятых сокращений. 245" 

Введение к работе:

В отчетном докладе ЦК КПСС ХХУІ съезду КПСС L I ] указывается на необходимость всемерной экономии всех видов ресурсов и улучшения качества работы. Это указание нашло отражение и в "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" [ 2 J , где предусматривается дальнейшее повышение эффективности общественного производства, улучшение качества продукции, бережливое использование материальных ресурсов, сокращение различных потерь и ликвидация непроизводительных расходов. При этом наиболее остро стоит вопрос об экономном и эффективном использовании топливно-энергетических ресурсов. Это обусловлено тем, что они составляют все более весомую долю расходов в госбюджете страны.

Одним из перспективных путей экономии топливо-энергетических ресурсов, в частности сокращения потерь и непроизводительных расходов электроэнергии, является повышение ее качества, которое оказывает существенное влияние на экономические показатели и надежность работы энергетических систем, систем электроснабжения (СЭС) и электрооборудования промышленных предприятий. Учитывая это, а также все возрастающие масштабы потребления электрической энергии в СССР и, наряду с этим, увеличение числа и мощности электроприемников с толчковым, несимметричным режимом работы и нелинейными характеристиками, оказывающими отрицательное влияние на качество электроэнергии, проблема повышения вё качества становится для народного хозяйства страны все более актуальной [ 3 J .

Основными направлениями решения этой проблемы являются:

- дальнейшее развитие методов расчета показателей качества электроэнергии (ПКЭ) и оптимизация на их основе схемных и технических решений на стадии проектирования энергосистем и СЭС промыш ленных предприятий [ 4 + 7] ;

- контроль ПКЭ в процессе эксплуатации [4,5,7 + 9 J;

- поддержание ПКЭ на требуемом уровне за счет использования систем автоматического управления качеством электроэнергии [lOf-15].

Из этих трех направлений в настоящее время наиболее актуально второе [ 2 ] - совершенствование методов и средств контроля ПКЭ в процессе эксплуатации. Это объясняется следующими причинами:

- при расчетах ПКЭ используют целый ряд упрощающих допущений и поэтому при эксплуатации реальные ПКЭ могут существенно отличаться от расчетных [5, 7, 8 J ;

- по качеству электроэнергии в процессе эксплуатации судят о ее приемлемости для потребителей (в том числе и о приемлемости тех или иных потребителей для данной СЭС) Г 4 J ;

- по ПКЭ можно судить о техническом состоянии СЭС и отдельных элементов, входящих в их состав, то есть проводить диагностический контроль и прогнозирование f 8 ] ;

- контроль ПКЭ обеспечивает получение исходной информации для построения и оптимального функционирования автоматических систем управления качеством электроэнергии, а также автоматизированных систем управления энергопотреблением [ 10 + 15 J ;

- при отсутствии контроля ПКЭ снижение технико-экономических показателей работа СЭС промышленных предприятий, транспорта и быта может оставаться незамеченным С 4 ] •

Из выше сказанного следует, что контроль ПКЭ является одним из важнейших мероприятий в обеспечении высокой эффективности эксплуатации СЭС и электрооборудования и, кроме этого, совершенствование методов и средств контроля позволяет решать вопросы повышения надежности и ресурса СЭС.

Однако, сдерживающим фактором здесь является то, что построение даже современных цифровых средств измерения показателей качества электроэнергии (СИ ПКЭ), с помощью которых осуществляется контроль ПКЭ, во многом связано с "традициями" и установившимися принципами построения аналоговых электронных приборов, предназначенных для измерения аналогичных параметров, а также курсом на агрегатирование, который взят в электроприборостроении ещё в конце 60-х годов [16 J . В то же время развитие современных автоматизированных систем учета и распределения электроэнергии, перспективных систем управления качеством электроэнергии, мощных частот-норегулируеыых приводов и автономных СЭС предъявляет качественно новые требования к метрологическим характеристикам СИ ПКЭ и их функциональным возможностям. При этом на первый план выдвигаются требования охвата инфранизкого и низкого диапазона частот (0,001 + 1000 Гц), повышения быстродействия (не более I-2-x периодов информационного сигнала), точности ( +0,2 + 0,5%) при любых формах информационных сигналов, высокой помехозащищенности, оперативности и достоверности контроля, сопряжения с ЭВМ, измерения и контроля параметров гармонических составляющих тока и напряжения при значительной не синусоидальности информационных сигналов (до 30$), автоматизации измерений и контроля;

Таким образом, учитывая ту огромную роль, которую оказывает качество электроэнергии на эксплуатационные и технические характеристики электрооборудования и СЭС, решение проблемы повышения качества электроэнергии неразрывно связано с исследованием и разработкой принципиально новых методов и принципов построения СИ ПКЭ, которые удовлетворяли бы основным требованиям, предъявляемым к ним перспективами развития электрооборудования и СЭС,

К основным из этих требований следует отнести:

- повышение точности, быстродействия, достоверности и помехозащищенности измерений ПКЭ;

- увеличение глубины и степени автоматизации контроля, расширение номенклатуры контролируемых параметров;

- наличие связи с ЭВМ;

- обеспечение максимальной унификации и стандартизации СИ ПКЭ;

- транспортабельность и пригодность СИ ПКЭ к работе в производственных условиях;

- удобство и простота эксплуатации;

- уменьшение объема подготовительных и регламентных работ.

В настоящее время имеется ряд работ [4, 5, 7, 15 J , в которых в той или иной мере решены некоторые вопросы контроля качества электроэнергии и технического состояния СЭС. Однако по-прежнему остаются нерешенными, ряд вопросов, в частности, в области контроля таких показателей качества электроэнергии, как коэффициент несимметрии, коэффициент амплитудной модуляции, коэффициент несинусоидальности, коэффициент мощности, параметры гармонических составляющих напряжения и тока. Требуют дальнейшего развития методы контроля и других ПКЭ, например, активной и реактивной мощности, напряжения, тока и т.д. Следует также отметить, что для контроля ПКЭ используются преимущественно аналоговые приборы, затрудняющие или полностью исключающие возможность автоматизации процесса измерений и обработки измерительной информации на ЭВМ. Аналоговые приборы характеризуются (особенно при измерении сигналов сложной формы) большой погрешностью, нелинейностью шкалы, большим временем установления показаний, требуют участия в измерительном процессе оператора. Цифровые приборы, получающие все большее распространение и построенные с учетом последних достижений микроэлектроники, в наибольшей степени удовлетворяют сформулированным выше требованиям [17 ] • Поэтому в работе основное внимание уделяется разработке цифровых методов и СИ ПКЭ, обеспечивающих наиболее полный контроль ПКЭ.

В первой главе дана характеристика ПКЭ, рассмотрено их место и роль при оценке технического состояния энергосистем, СЭС и проведена оценка влияния ПКЭ на эксплуатационные и технические характеристики электрооборудования, входящего в состав различных систем. Приведен обзор известных методов и средств контроля ПКЭ, Здесь же проведен сравнительный анализ существующих СИ ПКЭ. Обоснована перспективность построения аппаратуры с использованием методов, основанных на цифровой обработке мгновенных значений сигналов. Определены основные направления исследований в области аналого-цифровой обработки сигналов (АЦОС).

Во второй главе дана классификация методов измерения различных электрических величин и рассмотрены основные уравнения АЦОС. На основании анализа этих уравнений получена обобщенная аналитическая модель реальной АЦОС, что позволило с единых позиций провести оценку некоторых составляющих суммарной погрешности, в частности, погрешности дискретизации и динамических погрешностей.

В третьей главе рассмотрены унифицированные методы и средства цифрового измерения ПКЭ, обеспечивающие возможность контроля широкой гаммы этих показателей (тока, напряжения, мощности, коэффициента мощности, фазового сдвига, несимметрии) как для синусоидальных, так и для несинусоидальных форм информационных сигналов, проведена оценка составляющих суммарной погрешности цифровых ваттметров и дана методика синтеза их основных узлов.

Четвертая глава посвящена измерению параметров, характеризующих форму электрических сигналов: коэффициента несинусоидальности и коэффициента амплитудной модуляции. Проведен анализ и предложены алгоритмы для построения цифровых средств измерения (СИ) нелинейных искажений, а также дана оценка погрешностей алгоритмов измерения коэффициента несинусоидальности с целью оптимального синте за узлов аппаратуры. Дан анализ методов и принципов построения СИ амплитудной модуляции. При этом особое внимание обращено на повышение помехозащищенности и быстродействия. Рассмотрено наиболее помехозащищенное СМ амплитудной модуляции - цифровой модуло-метр, в основе которого лежит накопительный метод измерения коэффициента амплитудной модуляции.

В пятой главе рассмотрен один из вариантов построения универсального СИ ЖЭ, предназначенного для измерения и контроля широкой гаммы ЖЭ. Приведена структурная схема универсального СИ ЖЭ и дано описание его работы, изложены результаты исследований по оценке его погрешностей, приводятся результаты экспериментальных исследований и метрологические характеристики универсального Ш ЖЭ.

В заключении формулируются выводы и основные положения диссертации, приводятся практические рекомендации по использованию полученных результатов. Работа содержит акт о внедрении результатов работы в системах контроля, список использованной литературы.

Основными результатами, выносимыми на защиту, являются следующие:

- временная и спектральная оценки погрешностей АЦОС;

- оценка динамических погрешностей 1-го и 2-го рода цифровых СИ, основанных на цифровой обработке мгновенных значений сигналов;

- унифицированные методы и средства цифрового измерения широкой гаммы ЖЭ;

- цифровые методы и средства измерения коэффициента амплитудной модуляции, коэффициента несинусоидальности, характеризующих техническое состояние СЭС;

- методика анализа и оптимального синтеза основных характеристик предложенных средств измерения по критерию минимума суммарной погрешности;

- методика анализа и синтеза универсального СИ ЖЭ, предназ наченного для измерения и контроля широкой гаммы ПКЭ;

- рекомендации по применению предложенных методов и средств измерения для контроля качества электроэнергии и для дальнейшего повышения эксплуатационных характеристик электрооборудования и СЭС, а также оценки отдельных из этих характеристик при внедрении предложенных методов и средств.

Результаты проведенных исследований использованы в НИР и ОКР, выполняемых в интересах ВНИИЭМ, ИО ВНИИЭМ, Производственного объединения "Завод имени Владимира Ильича" и других предприятий промышленности.

Материалы исследований включены в 4 отчета по НИР и ОКР и опубликованы в 2 статьях. По материалам исследований получено 2 авторских свидетельства и положительных решений Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР.

Подобные работы
Маков Дмитрий Константинович
Измерители показателей качества электроэнергии на основе фильтров симметричных составляющих
Шаповалов Виктор Григорьевич
Исследование и разработка методов и средств контроля промышленных сред гидрометаллургических процессов
Ефименко Виктор Михайлович
Разработка и исследование адаптивных методов и средств для определения магнитных свойств ферромагнитных материалов
Якушев Владимир Семенович
Методы и средства функционального преобразования для универсальных цифровых измерительных приборов и систем
Ташлинский Александр Григорьевич
Методы и средства измерения амплитудно-временных параметров наносекундных импульсных сигналов цифровых ИС
Палубабкин Юрий Викторович
Разработка и исследование методов и средств прямого преобразования мгновенного значения напряжения в код
Абрамов Геннадий Николаевич
Разработка методов и средств цифрового измерения амплитудно-временных параметров одиночных и редкоповторяющихся импульсных сигналов
Новиков Виктор Александрович
Исследование и разработка методов и средств обеспечения метрологической надежности прецизионных микропроцессорных мультиметров
Матвиив Василий Иванович
Методы и средства повышения помехоустойчивости время-импульсного преобразования
Павленко Евгений Сергеевич
Разработка методов и образцовых средств измерений электрического сопротивления (10 в 4-ой степени - 10 в 12-ой степени Ом)

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net