[Type text]

Universitatea Politehnica Bucureşti,Facultatea de Automatică şi Calculatoare

Analiza Sistemelor Informatice(ASI)

-referat-

Unităţi de măsurare fazorială

1

[Type text]

Unităţi de măsurare fazorială

O unitate de măsurare a fazorului – UMF (Phasor Measurement Unit(PMU)) sau mai pe scurt sincrofazor este un dispozitiv care măsoară undele electrice pe o rețea de energie electrică, folosind o sursă de timp comună pentru sincronizare.

Sincronizarea timpului permite măsurători sincronizate în timp real în mai multe puncte aflate la distanţe diferite în reţea.În limbajul de specialitate,unităţile de măsurare a fazorului sunt cunoscute sub denumirea de sincrofazori şi sunt considerate ca fiind cele mai importante dispozitive de măsurare ale următoarei generaţii de sisteme de alimentare cu energie electrică.

O UMF poate fi un dispozitiv dedicat, sau această funcție poate fi încorporată într-un protector releu sau un alt dispozitiv(ex osciloscop).

În 1893, Charles Proteus Steinmetz a prezentat o lucrare despre descrierea matematică simplificată a formelor de undă ale curentului electric alternativ. Steinmetz a numit această reprezentare fazor.Odată cu inventarea unităţilor de măsurare,în anul 1988,de către Dr. Arun G. Phadke şi Dr. James S. Thorp de la Virginia Tech, tehnica de calcul a lui Steinmetz a fazorului a dus la calcularea măsurătorilor în timp real ce sunt sincronizate cu un timp de referinţă furnizate de către sistemul de poziţionare globală(GPS).Primele prototipuri de UMF au fost

2

[Type text]

construite de către Virginia Tech,iar Macrodyne a construit primul UMP în anul 1992 (numit modelul 1690).

O UMF poate măsura unde(tensiuni şi curenţii) în regim alternativ la 50/60 Hz, de obicei, la o rată de 48 eșantioane pe ciclu (2880 eșantioane pe secundă).Aceste unde analogice ale curenului în regim alternativ sunt digitizate de către un convertor(analog în digital) pentru fiecare fază. Un oscilator în fază de blocare, împreună cu un sistem de poziționare globală (GPS) oferă o viteză mare de eşantionare sincronizată cu o precizie de 1 microsecundă.Astfel timpul rezultat al fazorilor poate fi transmisă unui receptor local sau de distanță la o rată de până la 60 de probe pe secundă.

.

(Macrodyne model 690)

Sincornfazorii masoară tensiuni şi curenţi îndiverse locaţii de pe reţeaua de energie electric.Deoarece aceşti fazori sunt cu adevărat sincronizaţi,compararea tensiuni şi curentului în timp real este posibilă.Aceste comaraţii pot fii folosite pentru a evalua starea sistemului.

Tehnologia are potenţialul de a schimba economia sistemului de livrare de energie deoarece permite acestuai un flux de putere mai mare asupra liniilor existente.

3

[Type text]

Reţele de fazori

O reţea fazor este alcătuită din unităţi de măsurare ce sunt dipersate de-al lungul sistemului de energie electrică şi anume: un sistem de colectare a informatilor de la fazori(PDC) si un sistem de supervizare si control a achiziitlor de date(SCADA).O astfel de retea este utilizata in sisteme de masurare Wide Area(WAMS),prima fiind folosita in anul 2000 de catre Administratia de alimentare Bonnevile.

Rețeaua completă necesită transfer rapid de date,transferul trebuie făcut astfel încât timpul de transfer să nu depăşească timpul de prelevare a probelor.Cu ajutorul sistemului de poziţionare globală (GPS) sistemul poate avea o acurateţe de sincronizare mai mica de 1 microsecunda.

Pentru sistemele de 60Hz,unitatile de măsurare fazorială trebuie să livreze intre 10 şi 30 de rapoarte sincrone pe secundă,în funcţie de aplicaţie.

Sistemul de colectare a informatiilor de a fazori corelează datele,controlează şi monitorizează UMF-urile(care pot fii de la 12 pana la 60) de astfel de unităţi in retea.

La instalația de control central, sistemul SCADA prezintă datele de sistem la nivelul tuturor generatoarelor și stațiilor în sistem la fiecare interval de timp ce oate avea o durată de la 2 secunde până la 10 secunde .

UMF-urile folosesc adesea linii telefonice pentru conectarea la PDC, care trimite apoi datele la SCADA sau serverului sistemului de măsurare a zonei (WAMS).

4

[Type text]

Aplicaţii ale unităţilor fazoriale

Aplicaţi ale unităţilor fazoriale sunt folosite la :

1.sistemele de automatizare având acelaşi rol ca şi în reţele electrice de distribuţie

2.la creşterea fiabilităţii reţelei de alimentare prin detectarea defectelor din timp,ceea ce permite izolarea sistemului operativ, precum și prevenirea căderilor de tensiune.

3.la creșterea calității energiei electrice prin analize precise și corectarea automată a surselor ce duc la degradare a sistemului.

Standarde

Standardul IEEE 1344 pentru sincronofazori a fost finalizat în 1995, și a revizuit în 2001. În 2005, acesta a fost înlocuit cu IEEE C37.118-2005, care a fost o revizuire completă acesta din urmă făcând referire la problemele aferente utilizării de UMP în sistemele electroenergetice.

Specificaţiile descriu standardele de măsurare, metoda de cuantificare a măsurătorilor, testarea și cerințele de certificare pentru verificarea preciziei, și formatul de transmitere a datelor, precum și protocolul pentru comunicare în timp real de date .

Standard nu este încă destul de cuprinzătoar-nu încearcă să se adreseze tuturor factorilor care pot interacţiona cu PMU în activitatea sistemului de alimentare dynamic.

5

[Type text]

Osciloscopul catodic

Osciloscopul catodic este un aparat complex cu ajutorul căruia putem vizualiza şi analiza semnale electrice variabile în timp. Prin semnal electric înţelegem o tensiune sau un curent care variază în timp. În funcţie de banda de frecvenţă a semnalelor pe care le poate analiza, osciloscopul poate fi: 1) de joasă frecvenţă (de la câţiva Hz până la 10MHz); 2) de înaltă frecvenţă (până la sute de MHz); 3) osciloscop cu eşantionare (până la zeci de GHz). Funcţionarea unui osciloscop catodic se poate descrie pornind de la schema-bloc a acestuia (Fig. 1). Părţile componente sunt: 1. Circuitele de intrare (CI): au rolul de a asigura o adaptare între generatorul semnalului de analizat şi osciloscop. 2. Amplificatoarele de semnal (A): au rolul de a mări amplitudinea semnalului aplicat tubului catodic. 3. Baza de timp (BT): este un oscilator care are rolul de a desfăşura în timp semnalul de studiat. 4. Tubul catodic: are rolul de a transforma semnalul electric într-o curbă ce se poate vizualiza pe ecranul acestuia. 5. Blocul de alimentare (BA): are rolul de a alimenta cu tensiuni continue şi alternative toate componentele osciloscopului. 6. Redresorul de înaltă tensiune (RIT): are rolul de a asigura deplasarea fasciculului de electroni spre ecranul fluorescent al tubului catodic.

Componentele principale ale tubului catodic sunt: ► tunul electronic: este sistemul care produce fasciculul de electroni ce urmează a fi focalizat pe ecran. Acest sistem conţine: - filament care încălzeşte un catod;

6

[Type text]

- catod care emite electroni; are formă cilindrică; - grilă care comandă intensitatea fasciculului de electroni; este alimentată astfel încât are un potenţial electric negativ faţă de catod. Valoarea acestui potenţial determină numărul de electroni care trec prin grilă. O variaţie a intensităţii fasciculului de electroni determină variaţia intensităţii spotului luminos de pe ecranul tubului. Între catod şi grilă se formează lentile electrostatice în scopul de a concentra fasciculul de electroni într-un punct. ► anozii: au rolul de a accelera fasciculul de electroni, iar prin geometria lor produc şi focalizarea fasciculului de electroni pe ecran. ► sistemul de deflexie: are rolul de a devia fasciculul de electroni atât pe verticală cât şi pe orizontală. În majoritatea cazurilor, acest sistem este format din două perechi de plăci metalice pe care se aplică tensiuni electrice, deci dirijarea fasciculului de electroni este realizată folosind câmpuri electrice (Fig.2). La dispozitivele de afişaj cu tub catodic (CRTs, cathode ray tubes) sistemul de deflexie este format din una sau două perechi de bobine, dirijarea electronilor fiind produsă de câmpuri magnetice (Fig.3). ► ecranul: este format dintr-o substanţă fluorescentă depusă pe partea interioară a tubului vidat. În funcţie de compoziţia substanţei, culoarea spotului şi remanenţa sa pe ecran este diferită. Fasciculul de electroni, bombardând ecranul, produce un spot luminos ale cărui dimensiuni pot fi reglate cu ajutorul lentilelor electrostatice.

7

[Type text]

Componentele principale ale tubului catodic; sistemul de deflexie utilizează câmpuri electrice.

Mărimile caracteristice ale unui tub catodic sunt: Sensibilitatea definită ca raportul dintre deviaţia (în centimetri) a spotului

luminos pe ecranul fluorescent atunci când pe plăcile de deflexie se aplică o tensiune de un volt.

Factorul de deflexie este inversul sensibilităţii. Frecvenţa maximă a semnalului care mai poate încă să fie urmărit pe ecran;

este determinată de timpul de trecere a electronilor printre plăcile de deflexie. Condiţii pe care trebuie să le îndeplinească diferitele componente ale

osciloscopului catodic: Circuitul de intrare trebuie:

→ să aibă impedanţă mare; → să realizeze o micşorare a semnalului astfel încât să nu producă

distorsiuni de neliniaritate în amplificatoare; → să nu modifice caracteristica de frecvenţă a osciloscopului.

Amplificatorul cuprinde un preamplificator şi un etaj final care trebuie: → să funcţioneze în banda de frecvenţă egală cu a tubului catodic; → să realizeze o amplificare mare şi fără distorsiuni;

→ să producă o întârziere a semnalului de analizat, necesară sincronizării cu baza de timp a osciloscopului. Baza de timp trebuie:

8

[Type text]

→ să asigure deplasarea fascicolului de electroni pe orizontală cu o viteză constantă; acest lucru se poate realiza aplicând plăcilor răspunzătoare de deflexia pe orizontală o tensiune care variază liniar în timp. Dacă, simultan cu tensiunea amintită, se aplică pe plăcile de deflexie verticală o tensiune alternativă, atunci fasciculul de electroni va descrie o sinusoidă. Dacă nu se aplică nicio tensiune pe cele două perechi de plăci atunci spotul se află în centrul ecranului.

Tuburi catodice cu memorie Spotul luminos pe ecran poate persista un timp de la câteva secunde până la câteva minute, depinzând de substanţa fluorescentă depusă pe ecran. Impulsurile de scurtă durată nu pot fi vizualizate pe ecrane, chiar dacă acestea au o remanenţă mare. Impulsurile scurte trebuiesc fotografiate pentru a putea fi analizate. De aceea au fost realizate tuburi catodice cu memorie, în care imaginea unui semnal este „acumulată” într-un timp mai îndelungat şi redată apoi pe ecran.

Tuburile catodice cu mai multe fascicule Pentru a putea obţine pe acelaşi ecran două sau mai multe semnale, în vederea

comparării acestora, au fost construite tuburi cu două sau mai multe tunuri electronice care pot fi acţionate de un sistem de plăci de deflexie, câte o pereche pentru fiecare fascicul de electroni. Ambele fascicule „bombardează” acelaşi ecran, descriind două sau mai multe curbe independente pe acesta. Acum acest sistem este foarte rar folosit, în schimb, se utilizează în mod curent comutatorul electronic pentru obţinerea a două sau mai multe semnale pe ecranul tubului. Aceasta se poate realiza în mai multe moduri: a) cu ajutorul unui comutator se aplică un semnal la amplificatorul de pe verticală un timp 0→t1, iar al doilea semnal în intervalul t1→ t2, comutatorul fiind, pe rând, în poziţia A/B. b) cu ajutorul unui sistem ce permite divizarea semnalelor şi aplicarea lor pe porţiuni plăcilor de deflexie.

9

[Type text]

10

[Type text]

Bibliografie

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Phasor_measurement_unit 2. Application of Phasor Measurement Units for Disturbance Recording,Mark

Adamiak, Rich Hunt GE Multilin

11