"Measurement of 0.4 kV network grid using DAQ and MATLAB / SIMULINK"
0 likes•652 views
Dokument opisuje projekt mjerenja mrežne frekvencije 0,4 kV koristeći DAQ i MATLAB/Simulink. Projekt je uključivao analiziranje rada algoritma i mjernih instrumenata, te je izvedena grafička interpretacija rezultata mjerenja u usporedbi s očekivanim vrijednostima. Tim studenata je detaljno definirao svoje aktivnosti i sastavio metodološki pristup korištene opreme i algoritama.
![AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760
- 29 -
5. LITERATURA
[1] V.prof.dr Irfan Turković, „ Bilješke i slajdovi s predavanja”, Elektrotehnički fakultet u
Sarajevu, 2015.god.
[2] General PLL Description: T. H. Lee, Chap. 15. Gray and Meyer, 10.4 Clock generation:
B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, Chap. 15, McGraw-Hill, 2001.
[3] http://www.mathworks.com/help/physmod/sps/powersys/ref/pll.html?requestedDomai
n =w ww.mathworks.com&requestedDomain=www.mathworks.com , 8.1.2016.god.
[4] Prezentacija „ANALIZA POTROŠNJE EL. ENERGIJE ETF-SA GLAVNA ZGRADA za
period:24.11.2015 – 24.12.2015“, V.ass. mr Vedad Bečirović](https://image.slidesharecdn.com/d711d9cc-4601-4f39-96e1-53ff92f2e480-160214204703/85/Measurement-of-0-4-kV-network-grid-using-DAQ-and-MATLAB-SIMULINK-30-320.jpg)
"Measurement of 0.4 kV network grid using DAQ and MATLAB / SIMULINK"
- 1. UNIVERZITET U SARAJEVU ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET MJERENJE MREŽNE FREKVENCIJE 0,4 kV MREŽE KORISTEĆI DAQ I MATLAB/SIMULINK AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE šifra predmeta: ETF EEI AMU 4760 – Projekat – Nastavni ansambl Prezime i ime studenata Broj indexa Nastavnik: V.Prof.dr Irfan Turković Saradnici: V.ass. mr Vedad Bečirović 1.Zejneba Muminović 2.Emina Deljanin 3.Muamera Boškailo 4.Fadil Bećirović 5.Faris Karić 1097/16310 1071/16420 1036/16035 1025/16389 998/16479 Kontakt e-mail: [email protected] 10.02.2016., Sarajevo
- 2. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 1 - 1. OPIS PROJEKTNOG ZADATKA Frekvencija je mjera koja pokazuje broj nekih događaja koji se dogodi u jedinici vremena u određenom periodičkom procesu. To može biti broj valnih titranja u jednoj sekundi. Mjeri se u Hercima (Hz), u čast Heinrich Hertza. Za određivanje frekvencije događanja, broj događaja koji se promatra u određenom vremenskom intervalu se podijeli s trajanjem tog vremenskog intervala. Alternativna metoda određivanja frekvencije je mjerenje vremena između dva uzastopna ponavljanja događaja (period) iz čega se frekvencija izračunava kao recipročna vrijednost tog vremena: (1) U okviru ovog projekta urađeno je mjerenje mrežne frekvencije 0,4 kV mreže koristeći DAQ (eng. Data Aqusition Quad-akvizicijska kartica) i Matlab*.m file. Prvobitno je napravljena autentična blok šema u Simulink-u.. Ispitana je efikasnost primjene tog algoritma na određenom broju primjera. Frekvencija se pomoću akvizicijske kartice očita sa ulaza, prođe kroz određen broj blokova, čiji će rad biti detaljno opisan u nastavku, i prikaže se na grafiku u Matlabu. Nakon što je urađen prvi testni primjer – mjerenje proizvoljno generisane frekvencije, koji pokazuje adekvatan rad algoritma, izvršen je i testni primjer br. 2 - mjerenje mrežne frekvencije 0,4 kV naponske mreže. Izvršeno je poređenje rezultata mjerenja frekvencije pomoću MiniLab 1008 kartice i napravljenog Simulink modela sa rezultatima dobijenim iz aplikacije koja očitava mjerenja frekvencije pomoću potenciometra glavnog razvodnog ormara zgrade Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu. Urađena je grafička interpretacija rezultata oba mjerenja, kao i relativne greške. Poređenjem primjera i analizom dobijenih dijagrama, izveden je zaključak u kojem su objašnjeni rezultati , navedene prednosti, mane i mogućnosti poboljšanja ovog projekta. Student Opis aktivnosti 1. Muminović Zejneba Pisanje uvoda,teoretskih osnova korištenih hardverskih i softverskih elemenata, zaključka. Analiza testnih primjera i obrada rezultata. 2. Deljanin Emina Pisanje teoretskih osnova korištene metode i primjena iste za izradu modela. 3. Karić Faris Razvoj i opis rada algoritma, analiza urađenih primjera, opis rada bokova i podešavanja parametara. 4. Boškailo Muamera Pisanje izvještaja i lektorisanje. Rad na grafičkoj obradi dobijenih rezultata. 5. Bećirović Fadil Razvoj algoritma i analiza rezultata. Tabela 1. Tabela aktivnosti studenata na projektu
- 3. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 2 - 2. TEORIJSKA PODLOGA ZA IZRADU PROJEKTNOG ZADATKA Navedena je teorija neophodna za izradu projektnog zadatka. Dat je spisak korištene opreme kao i njene karakteristike. Opisana je korištena metoda mjerenja frekvencije. Detaljno je objašnjen programski dio zadatka, tj. algoritam rađen u Simulinku, podešavanje parametara određenih blokova kao i rad blokova modelirane šeme. 2.1 KARAKTERISTIKE KORIŠTENE HARDVERSKE OPREME IZ LABARATORIJE ELEKTROTEHNIČKOG FAKULTETA U SARAJEVU 2.1.1 Matlab/Simulink programski paket Kao alat obrade signala ( u ovom slučaju frekvencije) odabran je programski paket Matlab/Simulink. Matlab predstavlja vrlo razvijen skup alata za računanje (matrice, kompleksni brojevi, simbolička matematika) , vizualiziranje, modeliranje, simulaciju i programiranje. Iako su integrisani u jedinstveno razvojno okruženje, važno je naglastiti da postoji velika razlika u samom pristupu zadatka između Matlaba i Simulink-a. Slika 1. - Priključak akvizicijske kartice, generatora frekvencije i računara u kojem je otvoren Matlab. *mfile.
- 4. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 3 - Matlab predstavlja programski jezik koji je više orijentisan na obradu podataka predstavljenih u vidu matrica, te omogućava sekvencijalno izvođenje naredbi za procesiranje i prikaz podataka, ili kreiranje novih signala kombiniranjem postojećih. Simulink , s druge strane pruža velike mogućnosti analize i ispitivanja veoma složenih sistema kreiranih u vidu blok dijagrama. Simulink je za projekat poslužio kao glavni alat pri izradi algoritma za rješavanje datog problemskog zadatka. Kreirana je blok šema pomoću koje je moguće mjeriti frekvenciju generisanog signala. Izgled konstruisane bok šeme se nalazi u dijelu 2.2.4. 2.1.2 Akvizicijska kartica miniLAB 1008 / DAQ MiniLab 1008 je usb 1.1 niske brzine analogni i digitalni I/O uređaj koji je podržan od strane popularnog Microsoft Windows operativnog sistema. MiniLab 1008 je u potpunosti kompatibilan sa USB 1.1 i USB 2.0 portovima. MiniLab 1008 ima osam 12-bitnih analognih ulaza signala konekcije i 28 digitalnih I/O konekcija. Napajan je +5 voltnom USB dopunom. Nije potrebno eksterno napanjanje. Dva uska terminalna reda omogućavaju konekcije za osam analognih ulaza, dva deseto-bitna analogna izlaza, četiri dvosmjerne digitalne I/O linije, i jedan 32-bitni eksterni brojač događaja. Moguće je konfigurisati analogne ulazne konekcije sa softverom sa ili četiri samozavršavajuće ili osam različitih kanala. Nakon priključenja akvizicijske kartice sa izvorom napona i računarom pokrenut je Matlab na način da automatski prepozna akvizicijsku karticu. Tako je uspjelo mjerenje frekvencije i prikaz iste grafički. Slika 2. - Akvizicijska kartica na radnom stolu u labaratoriji
- 5. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 4 - 2.1.3 Generator impulsa Tektronix CFG253 Generator impulsa proizvodi sinusne, kvadratne, testerne valove i TTL signale u frekvencionom rasponu od 0.03 Hz do 3 MHz. Moguće je koristiti generator impulsa za testiranje i kalibraciju audio i ultasonic opreme i servo sistema. Moguće je direktno kontrolisati amplitudu i DC nagib. Generator impulsa ima funkciju simetrije da bi mogao kontrolisati porast i pad sinusnih ili testernih valova i duty cycle-a od valova oblika četvrtki. Također ima i funkciju dometa koja omogućava da izlazni signal pređe domet frekvencije. Širina dometa i rang dometa mogu biti kontrolisani iznutra ili funkcija domet može biti ulaz od eksternog DC signala. Pomoću ovog generatora impulsa je uspješno generisan sinusni signal proizvoljne frekvencije, na način da je spojen sa izvorom napona i priključen na akvizicijsku karticu koja je povezana sa računarom. Slika 3. - Generator impulsa Tektronix CFG253 2.1.4 Otpornični naponski djeljitelj Pri mjerenjima niskih i srednjih napona za prilagođavanje mjernog signala napona upotrebljavaju se mjerni pretvarači temeljeni na mjerenju pada napona na impedansi, tzv. djelitelji napona. Princip rada djelitelja napona izveden je iz Ohmovog zakona. Za mjerenja na niskom i dijelom na srednjem naponu, sinusoidalnog valnog oblika relativno niske frekvencije, redovito se upotrebljavaju tzv. Otpornički djelitelji napona.
- 6. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 5 - Jedan otpornički naponski djeljitelj je iskorišten pri mjerenju mrežne frekvencije 0.4 kV naponske mreže, kako ne bi došlo do izgaranja instrumenata labaratorije. Korišteni su otpornici vrijednosti: R1=1kΩ, R2=22Ω, napon DC= 12 V, što znači da je proračunom dobijen napon U2=0.26 V. Slika 4. – Otpornički naponski djeljitelj 2.1.5 Mjerni instrument – Multimetar VOLTCRAFT VC 270 Multimetar je univerzalni instrument i služi za mjerenje različitih električnih veličina, najčešće napona, struje i otpora, no mnogi modeli imaju i mogućnosti mjerenja kapaciteta, induktiviteta, frekvencije, strujnog pojačanja tranzistora, ispravnosti dioda, baterija i sl. U projektnim zadacima je korišten multimetar u funkciji volmetra za mjerenje napona. Slika 5. – Multimetar VOLTCRAFT VC 270
- 7. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 6 - 2.1.6 Ostala korištena oprema PC računar ili laptop Laboratorijski sto (izvori napona) Pribor za spajanje šeme (kabeli, veko stezaljke, šarafciger) Transformator 220/12 V 2.2 PRIMJENJENA METODA MJERENJA FREKVENCIJE Korištena je metoda mjerenja frekvencije pomoću zatvorene kružne petlje. Detaljno je objašnjen programski dio zadatka, (tj. algoritam rađen u Simulinku), podešavanje parametara određenih blokova kao i rad blokova šeme. 2.2.1 Teoretske osnove i matematski model metode fazno zatvorene petlje PLL (eng. Phase Locked Loop – Fazno zatvorena kružna petlja) predstavlja sistem povratne informacije koji uključuje VCO, detektor faze i niskopropusni filter u okviru date petlje. Njegova namjena je da uzima VCO signal, preslikava i prati fazu na ulazu zatvorene petlje. PLL je kontrolni sistem koji dopušta uzajamnu pratnju dva oscilatora. Moguće je da se javi i fazni pomak između ulaza i izlaza, ali kad je sistem zaključan (zatvoren) frekvencije moraju biti jednake. (2) (3) PLL izlaz može biti preuzet iz Vcont, filtriranog (skoro DC/istosmjernog) kontrolnog napona ili iz izlaza VCO bloka ovisno o načinu rada. Svi ti načini pružaju nemoduliran izlaz koji prati faznu promjenu na ulazu. VCO izlaz se može koristiti kao lokalni oscilator signala ili da generiše vremenski signal za digitalni sistem. Kao ulazne i izlazne varijable mogu biti korištene ili faza ili frekvencija. Slika 6. – Opća blokovska šema metode
- 8. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 7 - Faza i frekvencija su povezane preko sljedeće relacije: (4) (5) Postoje različiti kriteriji formiranja blokovske strukture, ali i dalje se može koristiti osnovna petlja (Slika br. 6), topologija i način analize. Fazni detektor upoređuje fazu na svakom ulazu i generira grešku signala, ve(t), proporcionalnu razlici faza između dva ulaza. Kd je gain faznog detektora (V/rad). (6) Blizak primjer ovom blokovskom krugu je jedan analogni množač ili multioperator koji može biti korišten kao fazni detektor. Kod multioperatora se uzima proizvod dva ulaza. (7) Ako vrijede relacije: (8) в) (9) Onda je: (10) S obzirom na to da su dva ulaza na istoj frekvenciji onda kad je petlja zaključana imamo jednu izlaznu na dvije ulazne frekvencije i jedan izlaz proporcionalan kosinusu fazne razlike. Uduplana frekventna komponenta mora biti eliminisana preko niskopropusnog filtera. Nakon toga, svaka fazna razlika koja se pojavi predstavlja kontrolni napon VCO-a, DC istosmjernog ili AC izmjeničnog signala (koji polako varira) nakon filtriranja.
- 9. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 8 - 2.2.2 Blokovska struktura korištene PLL metode Na osnovu PLL metode objašnjene u poglavlju iznad je formirana blokovska struktura koja je prikazana na slici. Slika 7 – Algoritamska/Blokovska šema konstruisanog modela
- 10. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 9 - 2.2.3 Princip rada primjenjene korištene metode Ulazni signal dolazi na MiniLab1008 karticu koja je povezana preko USB kabla na PC/Laptop. Pomoću bloka „Analog Input“ učitava se signal u „MATLAB/Simulink“ fajl. Ulazni signal je sinusnog karaktera, nepoznate faze i frekvencije. Da bi se iskoristila PLL metoda potrebno da se ulazni signal koji dolazi sa MiniLab kartice 1008 pomnoži sa kosinusnim signalom iz razloga što je sinusna funkcija koja predstavlja analizirani signal neparna funkcija. Na izlazu iz bloka proizvoda je signal: ) (11) в) (12) Tada novonastali signal ima oblik: в в (13) Ovaj signal nije ni parna ni neparna funkcija, što je bio i cilj postići jer je srednja vrijednost parne, odnosno neparne funkcije nula. Nakon toga, dobijeni signal se prosljeđuje na najsloženiji blok radi poređenja i uzimanja srednje vrijednosti promjenljivog ulaznog i izlaznog signala koji je vraćen pomoću negativne povratne sprege. U prvoj iteraciji vrijednost izlaznog signala je f=50 Hz i on predstavlja referentni signal. U sljedećim iteracijama vrijednost izlaznog signala mijenja se u ovisnosti o ulaznom signalu. U ovom bloku se nalazi interni oscilator koji pomoću “Bloka transportnog kašnjenja” drži u fazi ulazni i izlazni signal. Odnosno njihova fazna razlika poprima vrijednost nule. Pomoću blokova “To avoid division by zero” i “Number of samples” dobija se kašnjenje signala u odnosu na ulazni signal. Proračunom srednje vrijednosti prosljeđena dva signala dobijen je novi signal drugačije frekvencije. Novonastali signal je udvostručen, pa se u odjeljku za filtriranje mora eliminisati nastala pojava. (14) , Na izlazu je dobijen signal nove ugaone frekvencija koja se prosljeđuje na “PID regulator”. Ovim blokom se vrši upravljanje signalom, na način da se povećava/smanjuje vrijeme prijelaznog režim, odnosno podešavanje vremenski konstanti upravljanog signala. Prelazak iz domena ugaone frekvencije u frekventni domen vrši se pomoću “Gain” bloka prikazanog na strukturalnoj blokovskoj šemi. U posljednjem dijelu algoritma se vrši filtriranje novonastalog frekventnog signala
- 11. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 10 - pomoću filtera “Rate Limiter”, odnosno limitera vrijednosti i “2nd-Order filter” koji predstavlja niskopropusni filter. Niskopropusni filter propušta vrijednosti manje od 75 Hz. Pomoću ovih filtera se uklanja udvostručena komponenta frekvencije, koja je dobijena zbog relacije: в в Konačno na izlazu se dobija vrijednost frekvencije, koja je prikazana na sljedećoj slici. Ova metoda radi u “countinues time domen”, što znači da se bilo kakvom promjenom ulaznog napona, frekvencija mijenja. Takav način mjerenja frekvencije omogućava analiziranje promjena opterećenja mreže i njihov utjecaj na frekvenciju.
- 12. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 11 - 2.2.4 Blok šema za mjerenje frekvencije konstruisana u Matlab/Simulink programu, na osnovu PLL metode Slika 10 – Blok šema za mjerenje frekvencije konstruisana u Matlab/Simulink programu
- 13. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 12 - 2.2.5 Korišteni elementi MATLAB/Simulink softverskog paketa Ovdje će biti detaljno opisani elementi korišteni u izradi softverskog dijela metode u programskom paketu MATLAB/Simulink. Prilikom konstruisanja ove metode u Simulinku koriste se elementi iz standardne biblioteke „Simulink.lib“ te iz dodatnih biblioteka „powergui.lib“ i „SimPowerSystems.lib“, koje su prikazane na sljedećoj slici: Slika 11. – „Simulink biblioteka“ Elementi korišteni za izradu softverskog dijela metode za mjerenje frekvencije pomoću PLL-a u programskom paketu MATLAB/Simulink su: 1. Blok „Analog input“ Koristi se za očitanje signala sa MiniLab1008 akvizicijske kartice u Matlab/Simulink fajlu. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Analog input“ Ž
- 14. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 13 - 2. Blok „Product“ Koristi se za množenje dva ili više signala. Ovaj element je korišten na više mjesta pri izradi šeme. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Product“ - 3. Blok „Integrator“ Koristi se za integriranje određenog signala. Ovaj element je korišten na više mjesta pri izradi šeme. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Integrator“ 4. Blok „Math - Mod“ Koristi se za matematičke funkcije, u našem slučaju „Modul signala“. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Math“ 5. Blok „Gain“ Koristi se za množenje odgovarajućeg signala sa određenom vrijednosti. Ovaj element je korišten na više mjesta pri izradi šeme. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Gain“ 6. Blok „To avoid divison by zero“ Koristi se za ograničavanje ulaznog signala na gornje i donje vrijednosti zasićenja. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „To avoid divison by zero“ 7. Blok „Variable Transport Delay“ Koristi se za pomjeranje ulaznog signala za prosljeđenu vrijednost. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Variable Transport Delay“
- 15. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 14 - 8. Blok „Number of samples per cycle“ Koristi se za određivanje vrijednosti pomjeranja ulaznog signala odnosno, kašnjenja. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Number of samples per cycle“ 9. Blok „Rate limiter“ Koristi se za ograničenje vrijednosti signala. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Rate Limiter“ 10. Blok „PID Controller“ Koristi se za sve vrste upravljanja ulaznim signalom. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „PID Controller“ 9 11. Blok „2nd-Order Filter“ Koristi se za određivanje vrijednosti pomjeranja ulaznog signala. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „2nd-Order Filter“ 12. Blok „Scope“ Koristi se za prikaz mjerenog signala. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Scope“ 13. Blok „Trigonometric Function“ Koristi se za generisanje „cos“ funkcije u našem slučaju. Simbol za ovaj element je: - Simbol za blok „Trigonometric Function“
- 16. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 15 - 2.2.6 Podešavanje parametara korištenih blokova MATLAB/Simulink softverskog paketa Detaljno će biti objašnjeno podešavanje parametara korištenih elemenata u MATLAB/Simulinku. Podešavanje parametara je bitno za funkcionalost šeme i izgled izlaznog signala, te je potrebno tačno odrediti podešene vrijednosti. Kao što je prethodno opisano u jednom od paragrafa, ulazni signal dolazi na MiniLab1008 karticu koja je povezana preko USB kabla na PC/Laptop. Pomoću bloka „Analog Input“ učitava se signal u „MATLAB/Simulink“ fajl i vrši obradu signala, da bi kao rezultat dobili frekvenciju u ovisnosti o vremenu kao izlazni signal. Na bloku „Analog Input“ vrši se podešavanje ulaznog signala koji dolazi sa, miniLAB 1008“ kartice. Matlab automatski prepoznaje karticu. Slika 12. – Podešavanje parametara „Analog Inputa“
- 17. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 16 - Nakon toga vrši se podešavanje parametara bloka „PID Controller“. Podešavanje se vrši na način da se proračunava vrijednosti konstanti PID regulatora i upisuje u blok za PID regulator. U PID regulatoru nalaze se tri konstante: Proporcionalna konstanta - KP Integralna konstanta - KI Derivaciona konstanta - Kd Pomoću PID regulatora može se vršiti upravljanje signalom, na način da povećava/smanjuje vrijeme prijelaznog režim, odnosno podešavanje vremenski konstanti upravljanog signala. Također može se izvršiti upravljanje vrijednostima preskoka i greške upravljanog signala. Na sljedećoj slici je prikazano podešavanje parametara unutar bloka „PID Controller“: Slika 13. – Podešavanje parametara „PID Controller“ Nakon toga dolazi se do podešavanja skupa elemenata koji su vezani za filtriranje i ograničavanje izlaznog signala, odnosno blokova „Rate Limiter“ and „2nd-Order Filter – Lowpass filter“. Unutar bloka „Rate Limiter“ vrši se podešavanje maksimalne
- 18. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 17 - i minimalne vrijednosti ripla upravljanog signala, odnosno ograničavaju oscilacije signala oko stacionarne vrijednosti. U razmatranom slučaju podešena je maksimalna vrijednost na 12, a minimalna vrijednost na -12. Maksimalna peek to peek vrijednost je 24. Na sljedećoj slici je prikazano podešavanje parametara unutar bloka „Rate Limiter“: Slika 14. – Podešavanje parametara „Rate Limitera“ Podešavanje parametara „Lowpass filtera“, podešava se maksimalna propusna vrijednost signala, odnosno ograničava signal da bi se zaštitili pojedini elemente koji ne mogu raditi pri visokim frekvencijama. Podešena vrijednost „Niskopropusnog filtera“ je 75 Hz. Također postavljen je i „Cutoff frequency“ ili maksimalna frekvencija pri kojoj neće doći do rezanja signala postavljen je na 50Hz. Ove vrijednosti se proračunavaju na osnovu detaljne analize „Nyquist dijagrama“ i prelaska u frekventni domen (Bodeovi dijagrami) u kojem se određuje maksimalna vrijednost ripla signala u dB. Princip rada ovih filtera je na bazi „Passband frequency and Stopband frequency“, odnosno kada vrijednost frekvencija u radijanima pređe vrijednost granične frekvencije, dolazi do rezanja signala. Za „Lowpass filter“ vrijedi da je ωp < ωs. Na sljedećoj slici je prikazano podešavanje parametara unutar bloka „2nd-Order Filter – Lowpass filter“:
- 19. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 18 - Slika 15. – Podešavanje parametara „Lowpass filtera“
- 20. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 19 - 3. REZULTATI I ANALIZA MJERENJA FREKVENCIJE 3.1 „TEST 1“ – MJERENJE PROIZVOLJNO GENERISANE FREKVENCIJE Razmatran je slučaj mjerenja proizvoljno generisane frekvencije u labaratoriji Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu, na sljedeći način: Slika 16. – Hardverska blok šema -”Test 1” Pomoću “Generatora impulsa”, koji je objašnjen u poglavlju 2 je izvršeno generisanje signala proizvoljne amplitude, faze i frekvencije koja je prosljeđena na “miniLAB 1008” akvizicijsku karticu. Kartica je pomoću USB kabla spojena na laptop. Ovaj primjer pokazuje ispravnost konstruisanog algoritma u Matlab/Simulink programskom paketu. Pri analizi rezultata uočena je minimalna greška +/- 1 Hz koja je nastala zbog nesavršenosti korištene električne opreme.
- 21. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 20 - 3.2 „TEST 2“ – MJERENJE MREŽNE FREKVENCIJE 0,4 KV NAPONSKE MREŽE Razmatran je slučaj mjerenja mrežne frekvencije 0,4kV naponske mreže u labaratoriji Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu. Vršeno je poređenje rezultata dobijenih mjerenjem frekvencije pomoću MiniLab kartice i Simulink modela i rezultata dobijenih pomoću aplikacije za glavni razvodni ormar. Aplikacija je učitana u kabinetu nadležnog asistenta pod njegovim rukovodstvom. Ovaj primjer je složeniji od prethodno razmatranog, izvršena je detaljna analiza i obrada rezultata. Budući da je u pitanju 0,4 kV mreža, korišten je transformator 220V/12V koji snižava vrijednost napona i štiti korištenu električnu opremu. Naponski djeljitelj prima napon od 12V i snižava njegovu vrijednost na 0,26 V. Snižena vrijednost prosljeđena je akvizicijskoj kartici koja je pomoću USB kabla spojena na laptop. Slika 17. – Hardverska blok šema -”Test 2”
- 22. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 21 - Proizvoljno je odlučeno da prvo mjerenje frekvencije traje 120 sekundi. Vrijednosti mjerene frekvnecije pomoću Minilab kartice i Simulink modela ima 1000 uzoraka u sekundi, a mjerenje pomoću aplikacije za GRO ima jedan uzorak u sekundi. Zbog toga je napravljen kod u Matlabu koji uzima te vrijednosti koje dolaze sa akvizicijske kartice i računa njihovu srednju vrijednost za svaku sekundu. Da nije urađen taj dio ne bi bilo moguće izvršti poređenje. Rezultati mjerenja 0,4 kV frekvencije pomoću napravljenog algoritma u Simulinku se porede sa vrijednostima frekvencije mjerene putem aplikacije koja se koristi za rukovođenje glavnog razvodnog ormara . Slika 18. – Glavni razvodni ormar ETF
- 23. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 22 - Prvo poređenje je urađeno za vrijeme od dvije minute. Nakon analize rezultata, napravljeni su dijagrami u Matlabu. Slika 19. – Grafik frekvencije mjerene aplikacijom za GRO i iste frekvencije mjerene pomoću MiniLab kartice i Simulink modela u trajanju od T=120 s
- 24. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 23 - Slika 20. – Odstupanje rezulata (relativna greška) mjerenja frekvencije pomoću Minilab kartice I Simulink modela u odnosu na mjerenje frekvencije pomoću aplikacije GRO-a za period T=120s
- 25. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 24 - Sljedeće mjerenje je urađeno na isti način ali u trajanju od 60 minuta. Slika 21. – Vrijednosti frekvencije i napona mjerenih direktno sa GRO u trajanju od 3600 s
- 26. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 25 - Slika 22. – Grafik frekvencije mjerene pomoću aplikacije za GRO i iste frekvencije mjerene pomoću MiniLab kartice I Simulink modela u trajanju od T=3600 s
- 27. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 26 - Slika 23. – Odstupanje rezulata (relativna greška) mjerenja frekvencije pomoću Minilab kartice i Simulink modela u odnosu na mjerenje frekvencije pomoću aplikacije GRO-a za period T=3600s
- 28. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 27 - 4. ZAKLJUČAK U svakodnevnom radu inženjera elektroenergetike , posebno tokom izrade raznovrsnih projektnih zadataka potrebno je vršiti mjerenje raznih veličina. Mjerenje frekvencije je ključno za analiziranje nestabilnosti u elektroenergetskim sistemima. Napretkom tehnologije povećani su zahtjevi za što preciznijim i bržim načinom mjerenja frekvencije. Ekonomija u 21. vijeku igra ključnu ulogu u svim privrednim djelatnostima , pa tako projektovanje u elektroenergetici danas predstavlja balansiranje između ekonomski povoljnijih riješenja i onih sa odličnim izlaznim karakteristikama. Projektovanje ovog modela mjerenja frekvencije je pokazalo još jednom kako se uz domišljatost i timski rad, mogu postići izvanredni rezultati. Postoje razni uređaji za mjerenje frekvencije. Digitalni frekvenciometari su se počeli koristiti nakon digitalnih integriranih sklopova. Zbog svoje visoke tačnosti, do danas su gotovo u potpunosti potisnuli iz upotrebe analogne frekvenciometre i mjerne mostove za mjerenje frekvencije.Komercijalni digitalni frekvenciometri su prilično skupi, što predstavlja glavni nedostatak istih.Jedan od najvećih izazova u izradi ovog projekta je osmišljavanje algoritma za mjerenje frekvencije. Odabran je programski paket Matlab/Simulink kao jedan od trenutno najzastupljenijih inženjerskih softvera. Napravljena je autentična blok šema u Simulink-u zasnovana na suštinskoj ideji PLL metode (metode zatvorene kružne petlje). Prvi test koji je sproveden u labaratoriji Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu 1.38, pokazuje ispravnost projektovane algoritamske strukture i njenu univerzalnost.Zatim je izvršeno mjerenje mrežne frekvencija 0,4 kV naponske mreže. Radi daljeg analiziranja rada blokovske strukture i dobijenih rezultata mjerenja, urađeno je poređenje tih izmjerenih vrijednosti frekvencije sa rezultatima mjerenja iste frekvencije ali na drugačiji način. Budući da glavni razvodni ormar glavne zgrade Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu ima mogućnost memorisanja i upravljanja rezultatima mjerenja frekvencije i napona zahvaljujući posebnom softveru, odabran je taj metod mjerenja frekvencije za usporedbu sa napravljenim modelom. Akvizicijska kartica kao najveći generator greške, naponski mjerni transformator ručne proizvodnje i ostala laboratorijska oprema, predstavljaju veliki rizik za valjanost rezultata. Suprotno očekivanom, dobijeni su rezultati visoke tačnosti. Urađeni grafikoni u Matlabu su pokazali malo odstupanje mjerenja frekvencije akvzicijskom karticom, od mjerenja putem potenciometra glavnog razvodnog ormara. To odstupanje je modelirano kao relativna greška koja iznosi 0,1688 %. Ovom greškom je pokazana preciznost mjerenja napravljenog modela.
- 29. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 28 - Model mjerenja frekvencije napravljen u fakultetskoj laboratoriji, uz minimalne troškove, pokazuje preciznost mjerenja koja može parirati mnogo skupljim i složenijim uređajima za mjerenje frekvencije. Nedostatak ovakvog načina mjerenja frekvencije se ogleda u priključenju akvizicijske kartice i transformatora kao dva dodatna uređaja čije korištenje bi nekome predstavljalo usložnjavanje samog procesa mjerenja frekvencije. U budućnosti, se napravljeni model može nadograditi dodavanjem dodatnih blokova u Simlunk-u koji bi predstavljali razne pogodnosti za mjerenje frekvencije kao što su direktno ispisivanje rezultata mjerenja frekvencije u Matlabu.
- 30. AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760 - 29 - 5. LITERATURA [1] V.prof.dr Irfan Turković, „ Bilješke i slajdovi s predavanja”, Elektrotehnički fakultet u Sarajevu, 2015.god. [2] General PLL Description: T. H. Lee, Chap. 15. Gray and Meyer, 10.4 Clock generation: B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, Chap. 15, McGraw-Hill, 2001. [3] http://www.mathworks.com/help/physmod/sps/powersys/ref/pll.html?requestedDomai n =w ww.mathworks.com&requestedDomain=www.mathworks.com , 8.1.2016.god. [4] Prezentacija „ANALIZA POTROŠNJE EL. ENERGIJE ETF-SA GLAVNA ZGRADA za period:24.11.2015 – 24.12.2015“, V.ass. mr Vedad Bečirović