הבנה של יחידות מדדים Phasor

יחידות מדידה Phasor (PMUs) הן מכשירים מיוחדים המדדירים גלפורים חשמליים על רשת חשמל במהירות גבוהה ועם סינכרוניזציה בזמן מדויק. על ידי מחשוב סינכרוספקים - גודל וזווית של מתח ונוכח - בשיעורים של 30 עד 120 דגימות לשנייה, PMUs מספק תמונה בזמן אמת של דינמיקות רשת מסורתית מערכות SCADA לא יכול להתאים נתונים אלה כדי לזהות פעילות מיקרו-שנית, בדרך כלל, ממתחים שונים, או מרשתות GPS.

עם זאת, ההבטחה של טכנולוגיית הסינכרנרופטור תלויה לחלוטין בחומרה אמינה ותוכנה חזקה.בפרקטיקה, רבים PMUs מותקנים בסביבות רחוק מחדרי בקרה מבוקרים אקלים - בתוך תת-קרקעיים, במגדלי שידור, ליד עומסים תעשייתיים, או בדור מתחדשים מרחוק.סביבות קשות אלה לכפות מתחים פיזיים וחשמליים שיכולים לפגוע בדיוק, רכיבים, או לגרום לכשלים במערכת יקרועתיים: יכולות להוביל לכשלים לא מדויקים, או לנכסים שחורים, או לנכסים לא מדויקים, או לנכסים לא מדויקים, או לכשלים, עלולים, או לכשלים, או לכשלים, לכשלים, עלולים, לכשלים לא מדויקים, לכשלים, או לכשלים, עלולים, או לכשלים, לכשלים לא מדויקים, לכשלים לא מדויקים, או לכשלים, או לכשלים, לכשלים, לכשלים, לכשלים, לכשלים לא מדויקים, או לכשלים לא מדויקים, לכשלים, לכשלים לא מדויקים, לכשלים, לכשלים לא מדויקים, או לכשלים, לכשלים, לכשלים, לכשלים לא מדויקים, או לכשלים, או

מה מגדיר סביבה חרשית עבור PMUs?

המונח "סביבה חרש" מכסה מגוון רחב של תנאים. A PMU פרוס בתוך תת-קרקעית הארקטית ניצב בפני אתגרים שונים לחלוטין מאחת המותקנות בחווה סולארית במדבר או על פלטפורמת רוח offshore מהנדסים חייבים לשקול את הגורמים הסביבתיים הבאים:

  • (FLT:0) Temperature Extremes:FLT:1evolve נע בין -40 מעלות צלזיוס ל +85 ° C או מעבר הם נפוצים.רכיבה תרמית מאיצה עייפות של המפרקים הנמכרים, מקטין קפיציטורים אלקטרוליטיים, ומשנה תדרי גבישיים.
  • (FLT:0)הומידיות וקוננסרציה: ⁇ 1) לחות גבוהה מובילה לקורוזיה של מחברים ולוחות מעגלים מודפסים. קונסולה במהלך קירור מהיר יכול קצר אלקטרוניקה.
  • (FLT:0) ו-Haze:FLT:1ir רטט מתמשך ממתנים, פורצי מעגלים, או מכונות מסתובבות בקרבת מקום יכולים לשחרר מחברים ורכיבי קרמיקה.
  • (FLT:0) אלקטרו-אימפריאלי הבין-התערבות (EMI): ראט'רייט:1) מנדט גבוה, קווי שידור סמוכים, ואלקטרוניקה כוח לייצר שדות חשמליים מגנטיים חזקים, אשר יחד לתוך מעגלים מדידה.
  • (FLT:0Corrosive and Particulate Contamination:FLT) 1 מלח תרסיס ליד מתקני החוף, sulfur-hexafluoride (SF6) מוצרים לפירוק גזים מבודדים, או אבק מסערות המדבר יכול לחדור מתחמי ריצוף ו degrade insulation.
  • (FLT:0) Power Supplys:FLT:1 Unstable Network Stress, וריאציות תדירות, ועלייה חולפת נפוצים. באזורים מרוחקים, כוח עשוי לבוא גנרטורים דיזל או בנקים סוללה עם רגולציה גרועה.

בהתעלמות מכל הגורמים הללו במהלך התכנון מפחיתה את האמינות של המערכת ויכולה לרוקן את האחריות או את ההסמכה.יש מהנדס אמיתי של PMU חזק מן הקרקע כדי לשרוד את סביבת הפריסה המיועדת.

פגיעות קריטיות ב- PMU Hardware ותוכנות

כדי לעצב מערכות חזקות, עליך להבין תחילה היכן PMUs קונבנציונלי להיכשל תחת לחץ.התת הבאה מפרטת את הנקודות הנפוצות ביותר של כישלון.

מתח כבד והערכה

רכיבים של מדינת סולידריות כגון הפניות מתח, ממירים אנלוגיים-לספרטיים (ADCs), ואוזני שעון נרדפים עם טמפרטורה. לדוגמה, אוסטרל גבישי טיפוסי המשמש ל- Timekeeping עשוי לשנות תדירות על ידי כמה חלקים למיליון (ppm) על טווח 50 מעלות צלזיוס. ללא פיצוי, זה מתורגם ישירות לתוך שלב - בעיה קריטית עבור סינכרונכרן זמן קצר בין הטמפרטורות מוגדרות ל- 0.001).

הלם מכני ושומן

מרכיבים על פני השטח רגישים במיוחד לרטטט.מפרקים מוכרים חווים מתח מחזורי שמוביל למיקרו-קracks, ובסופו של דבר גורם מעגלים לסירוגין או פתוחים. Connectors מדורגים לשימוש פנימי נייח עלול להיכשל לאחר כמה חודשים ב substation רוטטציה רוטט. Relays ו בלוקים מסוף יכולים לשחרר, וכובעים אלקטרוליטיים גדולים עשויים לפרוץ מהמשכים שלהם.

אינטגרציה אלקטרומגנטית ו- Signal Integrity

PMUs חייב למדוד מתח הנוכחי דיוק גבוה מאוד (בדרך כלל 0.1% טעות וקטור או טוב יותר) שדות מגנטיים חיצוניים מקווי אוטובוסים הסמוכים או כבלי חשמל לגרום רעש לתוך מעגלים קלט אנלוגיים אם מגן נכון נעדר. רדיפת EMI בתדרים מ-150 kHz למספר ג'יגההרץ יכול להשחית תקשורת דיגיטלית או לגרום לגורם כוזב של מעגלי שעון.

יכולת אספקה והפרעות גריידיות

רבים PMUs שואבים את כוחם העזרי מאותה ממתני מתח הם עוקבים אחר זה.A תקלה ברשת - כגון מתח sag, swell, או הפרעה הרגעית - יכול לגרום PMU לאפס או לאבד דיוק ברגע שבו נתונים אמינים הוא צורך ביותר. גורם כוח ירודה או עיוות הרמוני יכול גם להשפיע על המרמירים DC-DC פנימיים, המוביל לרעש.

עקרונות עיצוב עבור Robust PMU Systems

עם פרצות שזוהו, מהנדסים יכולים ליישם אסטרטגיות מוכחות לעיצובי PMU קשיחים.העקרונות הבאים מוחלים בכל שלב - מבחירת רכיב לתכנון המתחם לאדריכלות קושחה.

עיצוב Enclosure ובחירת חומריים

המתחם הוא קו ההגנה הראשון.עבור מתקנים חיצוניים, המתחם צריך לעמוד בהגנת התוקפנות (IP) דירוגים של לפחות IP66 (dust-tight וגן מפני מטוסי מים חזקים) ו- רצויה 4X עבור עמידות קורוזיה חומרים כגון 316L נירוסטה או מתקני אלומיניום מאוישים אבקה מציעים גם כוח והתנגדות למלח.

ניהול מהיר

קירור פסיבי הוא המועדף על אמינות, אבל בסביבות חמות מאוד פתרונות עשויים להיות נחוצים.

  • (FLT:0) חומרי ממשק תרמיים (TIMs)IRLT:1 עם מוליכות תרמית גבוהה ( ⁇ 5 W/mK) כדי לשפר את העברת החום ממרכיבים ל-chaassis.
  • (FLT:0) חומרי שינוי (PCMs) ,Hirph:1) אשר סופגים חום במהלך ספייק טמפרטורה לשחרר אותו כאשר קירורים מסובכים, חלק מחזורי תרמיים.
  • (FLT:0) הקרירים הירומאלקטריים (TECssteauFLT) 1:1 עבור בקרת טמפרטורה מדויקת של חלקים רגישים כמו ADC או או אווסוציאלטור, אם כי הם מוסיפים מורכבות וצריכת חשמל.
  • (ב) ⁇ :0) ,[דרוש מקור] לסביבות קרות כדי לשמור על טמפרטורה פנימית מעל סף הפעלה מינימלי, למנוע נפיחות ולהבטיח oscillator חם.

כל האלמנטים התרמיים חייבים להיות נועדו לשרוד את הלחצים המכניים הצפויים - למשל, יש להימנע ממעריצים באזורים בעלי רטט גבוה, אלא אם כן הם בעלי תואר תעשייתי עם בעיות כדור.

עיצוב אלקטרומגנטי (EMC)

Robust EMC מתחיל ברמת הארכיטקטורה של המערכת. Analog וקטעים דיגיטליים צריכים להיות מבודדים באופן גליוני באמצעות אופטוקרטרים או ממירי בידוד. Input הערוצים למתח (בדרך כלל באמצעות ממירים פוטנציאליים) ונוכח (באמצעות ההופכים הנוכחיים) חייבים לכלול מסננים נגדaliasing ולהגדיל את ההתקנים הגנה (למשל, צינורות גז, צינורות, דיפולות טלוויזיה).

  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ : ⁇ 1 (התחמת מתכת התנהגותית) מהווה כלוב פאראדיי. Seams ופותחים (למשל, עבור מחברים) צריכים להשתמש בכרטיסי גז מוליכים כדי לשמור על חותם אלקטרומגנטי.
  • (ב) ניתן להכיל את הסעיף הראשון של ה-FLT:1; ניתן להכיל חלקים אנלוגיים רגישים בתא מוגן משני בתוך המתחם.
  • (ב) ⁇ :0 (החליפה:0) ,1 ,1 ,1 , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

העיצובים צריכים להיות תואמים מראש עם סטנדרטים כגון IEC 61000-4-2 (שחרור אלקטרוניקה), IEC 61000-4-4 (מסלולים מהירים חשמליים), IEC 61000-4-5 (surge), ו- IEC 61000-4-8 (שדה מגנטי תדירות) חייב גם לעמוד במגבלות כמו FCC Part 15 CIS אוPR כדי למנוע טיפול יעיל של IECF: CFFFFFF.

איכות ומיזוג

אין ראש ממשלה יכול להיות חזק אם אספקת החשמל שלו חלשה.יש לתכנן את אספקת החשמל הפנימית לקבל טווח קלט רחב (למשל, 90-300 VAC או 24-250 VDC) ולסבול דיפסות, הפרעות וגלגמות.

  • (FLT:0) אספקת חשמל בלתי ניתנת להפרדה (UPS)IRLT) 1 על הסיפון - בדרך כלל באמצעות supercapacitors או סוללות קטנות לרכוב באמצעות מכנסיים קצרים (לפחות 10 מ' כדי לכסות מתח טיפוסי.
  • < חזק>Isolated DC-DC ממירים עם רגולציה תפוקה הדוקה (<% ripple) לספק מסילות אנלוגיות ודיגיטליות בנפרד.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) , מתחת ל-Voltage LockoutFLT:1 כדי למנוע מעגלים לפעול בתנאים שוליים שעלולים לגרום לשגיאות מדידה או זיכרון מושחת.

רדיפת וסבלנות

ביישומים ברשת קריטית של המשימה, נקודה אחת של כישלון אינה מקובלת.ניתן ליישם את Redundancy בכמה רמות:

  • מקור הזמן:0 [Time Source redundancy:] 1FLT:1, ראש הממשלה צריך לתמוך מקורות סינכרוניזציה מרובים (GPS, GLONASS, גלילאו, או IRIG-B משעון אדני גיבוי).
  • (FLT:0) Power Supplyundancy 1:1 (1+1 או N+1) עם יכולת נפיחות חמה עבור מודולים. אספקת חשמל כפולה ממקורות עצמאיים (למשל, סוללה התחנה והזנת AC נפרדת) מספקים סובלנות לקויה.
  • (FLT:0) נתיב תקשורתי באדום:FLT:1 , Ethernet יציאות עם כשלון (למשל, RSTP) ותמיכה בתקשורת סדרתית כגיבוי.
  • (FLT:0) מודולים PMU חם-swappable:031; אם PMU יש מודולים מדידה מרובים, ניתן להסיר עבור תחזוקה בעוד אחרים ממשיכים לפעול - קריטי עבור תת-קבוצות חיים.

אחריות תוכנה ותוכנות

חומרה לבד אינה יכולה להבטיח יציבות.חברות תוכנה חייבות לכלול:

  • (ב) [ה]הרבי [הרבי] [ה] [ה] [ה]] [ה] [ה]] [ה]]]], [הפנימי] [החיצוני], כדי לזהות מנעולים ולהכריח מערכת לאפסת מערכת עם התאוששות למצב טוב ידוע.
  • (הקוד לתיקון:0) קוד תיקון (ECC)אנדרופול 1:1 על זיכרון (RAM ופלאש) כדי למנוע זעזועים חד-ביטים מקרינה או רעש חשמלי.
  • (ב) נפילה:0 (Graceful Disposition: 1FLT) אם מרכיב לא קריטי נכשל, ראש הממשלה צריך להמשיך לדווח על נתונים עם דגל איכות מתאים ולא לעצור לחלוטין.
  • (FLT:0) אבחון חומרים ו ניטור בריאות:FLT 1 1 בדיקות רציף של מתח אספקת חשמל, טמפרטורה, oscillator סחף, ושלמות קישור תקשורת ניתן לדווח בזמן אמת למפעילי רשת.
  • (ב) ,0) , העדכונים של קושחה (Cliure QuairFLT:1) עם יכולת משיכה להגן מפני עדכונים מושחתים.

בדיקות ומתודולוגיות אימות

תכנון של עוצמה הוא חסר תועלת ללא בדיקות קפדניות. יצרנים צריכים להיות כפופים אבטיפוס לבדיקות חיים מואצות ומסכים להדגיש.שיטות נפוצות כוללות:

  • (FLT:0) Highly Accelerated Life Testing (HALT)BuildFLT) 1:1 - טמפרטורה מתחת (מ- 50 מעלות צלזיוס ל- +125 ° C), רטט (התעוררות עד 50 G), ומגבלות מתח כדי לחשוף חולשות עיצוב מוקדם.
  • (ב) ,0) ,התמכה גבוהה (HASSIRFLT) 1:1 - החלים על יחידות ייצור כדי למנוע פגמים בתמותה של תינוקות.
  • (ב) ,0) בדיקות תא סביבתיות (FLT:1) לחשיפה ממושכת לקיצוניות טמפרטורה, לחות (מחזורי שקיפות), וערפל מלח.
  • (FLT:0) בדיקות ויברציה (Vibration TestingFLT:1) לכל IEC 60068-2-6 (sinusoidal) ו- IEC 60068-2-64 (random) עבור החיים הצפויים בתת-קרקעית או מתקני טורבינות רוח.
  • (ב) ,0 (EMI/EMC) בודקים את המעבדות המוסמכות כדי לאמת את תאימות לסטנדרטים IEC 61000 ו- CISPR.
  • (FLT:0) בדיקות יציבות לטווח ארוך 1 (למשל, 30 יום מדידות תחת רכיבה על טמפרטורה) כדי לכמת סחף בזווית שלב ודיוק גודל.

תקן IEEE C37.118.1 מגדיר את דרישות הדיוק של PMUs בתנאים יציבים ודינמית.בדיקה צריכה לוודא כי PMU עומד "P" (הגנה) או "M" (משימת) דרישות מעמדות בטווח הסביבתי.FLT:0IEEE C37.118.1-2011FalLT:1 נשאר ההתייחסות הבסיסית לבדיקות ביצועים של PMU.

מחקרים: עקרונות אמיתיים של PMU בתנאים קיצוניים

בחינת פריסות מוצלחות ממחישה כיצד עקרונות העיצוב הללו פועלים בפועל.

התפוצצות מטרופולין

שירות גדול מותקן PMUs בתת 345 kV בצפון קנדה שבו טמפרטורות החורף יורדות ל- 45 מעלות צלזיוס. יחידות ראשוניות נכשלו בתוך חודשים בשל סחף אוצילטור ומחברים מלוחים. PMU מחדש עיצב מחדש השתמש תנור גבישי ברמה צבאית (שמירת ה-oscillator ב +65 מעלות צלזיוס) ומחממת למתחרים חמים למקרר הפנימי של כל אלה, אשר הותאמות חמישה אחוזים, לאחר מכן, לאחר שהשגת מערכת נתונים של ניקל.

Offshore Wind Platform

חוות רוח offshore בים הצפוני דרשה PMUs בכל טורבינות לפקח על איכות כוח והתאמה רשת. הסביבה בשילוב לחות גבוהה (98% RH), תרסיס מלח, רטט מתמשך מסיבוב (0.2 G ב 1 הרץ), ומוגבל גישה לתחזוקה.מהנדסים המפורטים לחלוטין סגורה IP67 סגורה עם מודולים של נירוסטה, מברשות צנרת חשמל מתואם ואדום להאכיל טורבינות של קישור של DCU.

תחנת המטרו Sun Install

במפעל סולארי של 500 מ"מ באריזונה, PMUs הוצבו בקבינטות בחוץ ליד מופנים.האתגרים העיקריים היו טמפרטורות יומיות מעל 55 מעלות צלזיוס, קרינת UV אינטנסיבית, אבק דק באגרסיביות.הפתרון השתמש במכלות אלומיניום עם אבקה לבנה רפלקטיבית, כיור חום חיצוני גדול, ומערכת לחץ חיובי (באמצעות אוויר מסונן) כדי למנוע כניסת אבק פנימי נשאר מתחת לגיל 70 מעלות צלזיוס אפילו ל-105 מעלות צלזיוס.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

הדור הבא של PMUs יהיה להפיק תועלת מחומרים ושיטות אשר משפרים עוד יותר את העוצמה:

  • (FLT:0Wide Bandgap Semiconductors (SiC, GaN)FreaLT:1 יכול לפעול בטמפרטורות צומת גבוהות יותר (200 מעלות צלזיוס+), צמצום דרישות קירור בסביבות חמות.
  • (pLT:0 חיישנים אופטיים חיישנים (למשל, חיישני סיבים אופטיים) מבטלים קשרים מוליכים למתח גבוה, צמצום בידוד ודאגות EMI.הם חסינים מטבעם לשדות מגנטיים ויכולים לפעול על פני טווח טמפרטורה רחב ללא סחף.
  • (FLT:0) מחשוב ו-AIFLT:1ir מאפשר ל- PMU לבצע אבחון מקומי ואפילו לחזות כשלים מבוישים - למשל, על ידי ניתוח מגמות בטמפרטורה פנימית, מתח קרוע, או רעש שלב.אינטליגנציה זו מפחיתה את הצורך לבדיקה ידנית ומאפשרת תחזוקה מבוססת מצב.
  • (FLT:0) חלופות סינכרוניזציה ללא ספק ל-Synכרוניזציה 1FIRLT:1 , כגון הארנב הלבן (WR) על סיבים או IEEE 1588v2 (פרוטוקול זמן קדמית) על פני Ethernet חוטי יכול לספק דיוק מיקרו-שני ללא אנטנה GPS, אשר הוא יתרון בתת תת-קרקעית או אזורים עם חשיפה לוויינית ירודה.

מחקר ממעבדות לאומיות, כגון FLT:0) National Renewable Energy Laboratory Archives, PMU Data Archives, ממשיך לספק נתונים שדה יקר ערך המודיע על פיתוח חומרה ואלגוריתמים יותר.

מסקנה

תכנון מערכות מדידה חזקות של phasor לסביבות קשות הוא אתגר הנדסי רב-ממדי מעבר פשוט בחירת רכיבי "industrial-class" (industrial-class) , זה דורש תשומת לב שיטתית לניהול תרמי, יושרה מכנית, תאימות אלקטרומגנטית, איכות כוח, אדמוניות, ושחיקה למנוע עמידות במערכת הפעלה מחדש - אם יש יציבות גבוהה יותר, גבולות, או גבוהה - דורש שילוב מותאם אישית של אסטרטגיות עיצוביות גבוהה יותר, למנוע גמישות גבוהה יותר, כי יש מגבלות גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, בתנאי מערכת יעילה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, בתנאי מערכת גמישה גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, כי יש מגבלות גבוהה יותר, כי יש לספק יציבות גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, כי יש מגבלות גבוהה יותר, כי יש מגבלות גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, כי יש מגבלות גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, כי יש מגבלות מהירות גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, בתנאי אבטחה גבוהה יותר, כי יש מגבלות גבוהה יותר, כי יש מגבלות גבוהה יותר, כי יש מגבלות גבוהה יותר, כי יש מגבלות מהירות גבוהה יותר, כי יש מגבלות מהירות גבוהה