המונחים: Signal Conditioning in Smart Grids

רשתות חשמל מודרניות עוברות טרנספורמציה עמוקה לרשתות חכמות, דו-צדדיות, אשר נקראות בדרך כלל רשתות חכמות.מערכות אלה משלבות חיישנים מתקדמים, פרוטוקולי תקשורת, ולשלוט באלגוריתמים כדי לייעל את הדור, שידור, הפצה וצריכה של חשמל.בלב של טרנספורמציה זו שוכנת אתגרים יסוד אך לעתים קרובות התעלמות: תאורה.ללא אות חזק, הנתונים שעליהם החלטות רשת חכמות יהיו מושחתות על ידי טכנולוגיות חכמות, והתערבות, ובסופו של מערכת בקרה, ובסופו של חוסר יציבות, ובסופו של חומרים, ובסופו של דבר, ופעולות לא יציבה, והתערבות, ובסופו של דבר, ופעולות לא יציבה, ופעולות לא יציבה, ופעולות, והתערבות, והתערבות, ובסופו של דבר, והתערבות, והתערבות, ומניעה, והתערבות, ובסופו של דבר, והתערבות, ופעולות לא יציבה, בסופו של דבר, והתערבות, והתערבות, ופעולות לא יציבה, ופעולות לא יציבה, ופעולות של מערכת העצבים, ופעולות לא יציבה, בסופו של מערכתית, ובסופו של דבר, ופעולות לא יציבה,.

מה זה איתות?

מיזוג אותות הוא תהליך של מניפולציה של אות אנלוגי או דיגיטלי כך שהוא עונה לדרישות של השלב הבא של עיבוד, בין אם זה אנרג'י-לספרי (ADC), מיקרובקר, או מערכת רכישת נתונים. במונחים מעשיים, תאורה כוללת את הגדלה, סינון, בידוד, לינאריזציה, המרת.

החשיבות של מיזוג אותות משתרעת מעבר להתאמה של אות.זה משמר שלמות אות, משפר טווח דינמי, ומפחית שגיאות המוצגות על ידי גורמים סביבתיים כגון התערבות אלקטרומגנטית (EMI), סחף טמפרטורה ורעש אספקת חשמל.ברשתות חכמות, שבו אלפי חיישנים פועלים במקביל על פני אזורים גיאוגרפיים עצומים, עקביים ואותיים הם לא ניתן להשגה.

תפקיד ה-Destion Conditioning in Smart Grids

רשתות חכמות תלויות בנתונים מדויקים, בזמן אמת מרשת מבוזרת של מכשירים אלקטרוניים אינטליגנטיים (IEDs), יחידות מדידה phasor (PMUs), מונים חכמים וחיישנים קו.מכשירים אלה מודדים מתח, נוכחי, תדירות, זווית שלב, גורם כוח, ועיוות הרמוני.

הסכם מדידה

אחד התפקידים העיקריים של מיזוג אותות הוא לחסל שגיאות מדידה הנגרמות על ידי רעש והתערבות.לדוגמה, ממירי מתח קיבוליבי (CVTs) בשימוש בתת-תתת-התתתת-תזונה גבוהה מפגינים שינויים לא-לינאריים ועיוותים הרמוניים על תגובת התדר שלהם.על ידי יישום מסננים נגד-aliasing ואלגוריתמים פיצוי במהלך שלב המיזוג, ניתן להפחית את השגיאה בתוך 0.01 מעלות, אשר הוא תקף עבור זיהומים קריטיים (CT) באופן דומה, כמו גם לגורמי תיקון קריטי (CT) ושינויים קריטיים).

שיפור יעילות המערכת וזיהוי שגיאות

ניתוח רשת אמין תלוי ביכולת לזהות omalies לפני שהם עולים לתוך כשלים קלאסיים.התתות מאפשר זיהוי מוקדם של תקלות על ידי מתן גלפורות נאמנות גבוהה לממסרים דיגיטליים ורשומות תקלות.לדוגמה, בתכנית הגנה קו שידור, זרם שונה בין שני הקצוות חייב להיות מלוכד עם עיכוב זמן מינימלי ודיוק גבוה.

תמיכה ב-Time Monitoring and control

רשתות חכמות מודרניות דורשות לולאות בקרה בזמן אמת עבור יישומים כגון רגולציה מתח, איזון ותגובה תדירות.התתת אותות תומך הלולאות אלה על ידי מתן שקיפות ואיכות אות עקבית.לדוגמה, הרגולטור מתח דיגיטלי עבור גנרטור סינכרוני משתמש אותות מותנים מגורמים פוטנציאליים כדי לחשב את הנוכחי המצטיין הנדרש כדי לשמור על מתח מסוף בתוך ±0.5%.

שילוב אנרגיה מתחדשת

מקורות אנרגיה מתחדשת כמו photovoltaics סולרי ו טורבינות רוח להציג זרמי כוח משתנים לסירוגין כי מאתגר יציבות רשת.המיזוג אותות ממלא תפקיד חיוני באלקטרוניקה כוח המממשק מקורות אלה לרשת.מערכות בקרה מופנות מסתמכות על מדידות מדויקות של מתח רשת, זרם, ושלב כדי לסנכרן הזרקת ושמירה על איכות הכוח.

המונחים: Signal Conditioning in Smart Grids

שרשרת טיפוסית של מיזוג אותות ביישום רשת חכמה כוללת מספר שלבים, כל אחד נועד לטפל היבט מסוים של איכות אות והתאמה.

מגבר

מגברי הפעלה (op-amps) ומגברי מכשירים משמשים כדי להגביר את פלטי חיישן ברמה נמוכה טווח מתח תואם ADCs, בדרך כלל 0-10 V או ±5 V. באפליקציות רשת חכמות, מגבר חייב להראות מתח נמוך מכווץ, נמוך מעל טמפרטורה, ולהגדיל דיוק גבוה.

פילטרים

מסננים להסיר תדרים לא רצויים מהאות לפני דיגיטציה.ברשתות חכמות, הסוגים הנפוצים ביותר הם מסננים נגד-פניות שחתכו את התדרים מעל מחצית מקצב הדגימה של ADC כדי למנוע מפרש.עבור ניטור איכות כוח, מעקב אחר שלב פסים של פסים ולא-צ'ים משמשים לבודד מזיקים ספציפיים (למשל, 3rd, 5th, 7th) או תגובה דיגיטלית (F) כאשר הם מורידים יותר ויותר חומרים סטנדרטיים את הפילטרים (מסנמיצים) או דחפים מתקדמים יותר ויותר).

אנליסטים-to-Digital Converters (ADCs)

ADCs להמיר את אות אנלוגי מותנה לייצוג דיגיטלי המתאים לעיבוד על ידי מיקרובקרים, DSPs, או FPGAs. ב מכשירים חכמים רשת מ"מ והגנתיים, ADCs (-16-24 סיביות) עם שיעורי דגימות מ 1 kHz עד 10 הרץ יישומים הם נפוצים. פרמטרים מרכזיים כוללים יחס אות-ל-לא-מסוגן (SNR), מספר יעיל של (ENO-D) ו-D-Fic-FINE-F-F-F-F-F-F-FINE-FINE-D.

מכשירים בידוד

בידוד גאלואני חיוני במערכות רשת חכמות כדי להגן על אלקטרוניקה רגישה מפני טראנסים בעלי מתח גבוה, לולאות קרקע, וגלגות. מחסומים Isolation מיושמים באמצעות אופטימיזציה, הפיכה גמישה, או הפיכה מגנטית (למשל, ממריצים דיגיטליים מ-iV ADI) במטר חכם, הממטר חייב להישאר מבודדים מן התקשורת ואספקה כוח כדי לענות על סטנדרטים מתקדמים של CDC הם באופן דומה לפשטים.

קואריזציה ועיגולי פיצוי

חיישנים רבים מציגים פונקציות העברה לא ליניארית.לדוגמה, סחף תלוי טמפרטורה בחיישנים הנוכחיים של הול-אפקט או אפקט השטחה ב Rogowski coils דורש לינאריזציה כדי לשמור על דיוק בטווח התפעולי.התתת אותות יכול לכלול טבלאות תצוגה דיגיטליות או צינורות אנלוגיים כדי לפצות על אלה שאינם לינאריות.חום באמצעות המתים או חיישני טמפרטורה משולבים הוא גם נפוץ לשמור על דיוק על פני תנאים סביבתיים טיפוסיים של ציוד חיצוני טיפוסי של ציוד חיצוני.

אתגרים ב-Integrating Signal Conditioning into Smart Grids

למרות היתרונות ברורים שלה, שילוב של התניה לתשתית רשת חכמה מציג כמה אתגרים טכניים וכלכליים.

כרך גבוה של נתונים ותקשורת Bandwidth

רשתות חכמות מודרניות לייצר כמויות עצומות של נתונים. a one PMU יכול לייצר 60 דגימות לשנייה עבור כל אחד מערוצים מרובים (מתחלים ושלבים נוכחיים) כאשר מצטברים על פני אלפי PMUs, שיעור הנתונים הגולמי עולה בקלות על כמה ג'יגה-בייטים לשנייה.

עיבוד בזמן אמת

יישומים להגנה ובקרה דורשים נטיות ⁇ .לדוגמה, ממסר הגנה שונה חייב לצאת בתוך 2-3 מ"ג שניות של גילוי אשם.כל שלב של התניה - הדגימה, סינון, המרה, בידוד - עיכובים. מהנדסים חייבים לייעל את ההתערבות בין דחיית רעש (אשר לעתים קרובות דורש מסננים גבוהים יותר עם זמניים ארוכים יותר) ו- Us overampings overampings ו-demigt טכניקות סטנדרטיות של CMA ניתן לעתים קרובות להשיג רזולוציה דיגיטלית (a-a-a-a-a-a-a-a-a-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to- off

Cybersecurity Vulnerabilities

כאשר מיזוג אותות הופך לדיגיטלי יותר ויותר מקושר, פני השטח של ההתקפה מתרחבים. An ⁇ שמפשרת קושחית הסימון של חיישן יכול להזריק נתונים כוזבים, המוביל לפעולות בקרה לא נכונות.לדוגמה, מניפולציה של רווח של מגבר ב- PMU עלולה לגרום לשגיאה שלב 10 מעלות, שעלולה לגרום לנסיעות לא רצויות או להסתיר תקלות בפועל.

עלויות ו Scalability

רכיבי תאורה גבוהים (למשל, מגבר נמוך, ADCs ברזולוציה גבוהה, מכשירי בידוד) יקרים יותר מאשר חלקים גנריים.בפריסת רשת חכמה של מיליוני חיישנים, אפילו עלייה של $50 בשלבים חד ענישה מתורגמת למיליונים של דולרים. יצרנים חייבים לאזן דיוק ואמינות נגד עלות כדי לעמוד בתקציבי רכש של טכנולוגיות במערכת הפעלה (p-in-in-upe) אך לשילוב של גמישות של מכשירים חד-C-p-p-p-p-p-p-p-p-p-תועלת (p) להפחתה של עלויות סטנדרטיים-p-p-p-p-p-p-p-p-p-in-upit-upit-upitation-upit-upitation-upit-upit-upit-upit-upit-upit-upit-upit-upit-upit-upit-upit-upit-upit-upit-in-upit-upit-upit-up-upit-upit.

מגמות עתידיות ב-Destion Conditioning for Smart Grids

האבולוציה של התניה אותות היא בשילוב הדוק עם התקדמות בטכנולוגיית Semiconductor, עיבוד אותות דיגיטליים וקישוריות.

עיבוד אותות ו- Edge Intelligence

יותר ויותר, מיזוג אותות נע לתוך התחום הדיגיטלי.במקום מסנן נמוך אנלוגי, עיצובים מודרניים רבים מבצעים סינון נגד-aliasing באמצעות פילטרים integrator-comb (CIC) ופילטרים FIR לאחר המרה מופרזת של מעבדי אותות דיגיטליים (DSPs) ומערךי שערים הניתנים לחיזוי שדה (FPGA) מאפשרים הסתגלות כי ניתן להפחית את הפילטרים המבוססים על ידי גורמי בקרה דיגיטליים כגון צוקה, כגון מיקוד נתונים ממוקדים, כגון מיקוד נתונים, ביצוע פעולות מתמטיים, פעולות מתמטיים, כגון:

שילוב של Machine Learning

אלגוריתמים של מכונות מתחילים להיות פרוסים בשרשראות מיזוג אותות כדי לפצות על אי-לינאריות חיישן, לחזות סחף, לזהות כישלונות בלתי אפשריים.לדוגמה, רשת עצבית המוכשרת על נתונים היסטוריים מגורם מתח קיבולי יכול להעריך את המתח העיקרי האמיתי על ידי תיקון שגיאות שלב הנגרמות טמפרטורה ואפקטי השבתה.

אינטרנט של דברים ורשתות חיישן Wireless

חיישנים אלחוטיים בעלי כוח נמוך הם מתרבים ברשתות ההפצה ומיקרו-צמחים תעשייתיים.התת של מכשירים אלה חייב לפעול עם תקציבי חשמל אולטרה-נמוכים - לעתים קרובות מתחת 1 מ"ו - תוך שמירה על דיוק מספיק עבור יישומי ניטור.טכניקות עיצוב כגון רכיבה על אופניים, קציר אנרגיה, ו מצבי שינה דורשים תשומת לב זהירה לזמני הפחתת מגבר ופילטרים.

טכנולוגיות מתקדמות

גליום ניטרד (GaN) וסיליקון carbide (SiC) חשמל אלקטרוניקה מאפשר תדרי מעבר גבוהים יותר (עד כמה מגההרץ) ב inverters וממירים. אלה טרנסים מהירים להטיל דרישות מחמירות על התניה של אותות עבור הנוכחי רגיש - דרישה רוחב פס מעל 100 MHz ודחייה משותפת מעל 80DB. Integrated Gate ו- הנוכחי פתרונות (gcy) שיפור דיוק מרובים, או פונקציות חד פעמיות.com).

סטנדרט והתאמה

כמו השימושים לפרוס ציוד ממוכרים מרובים, הצורך ממשקי מיזוג אותות סטנדרטיים הופך קריטי. Standards כגון IEC 61850 מגדיר פרוטוקולי תקשורת ומודלים נתונים, אך לא לרשום מפרטים אנלוגיים מראש. Efforts על ידי קבוצות כמו תקן IEEE עבור התקנים Synchrophasor Measurements (C37.118.1) ו- IEC 62053 עבור מטר כדי להבטיח ביצועי אותות תאורה זהה, כלומר, שגיאות שלב אנלוגי, עשוי לראות , לעומת זאת, גירסאות מתקדמות.

מסקנה

המיזוג הוא מאפשר קריטי של פונקציונליות רשת חכמה, המאחד את הפער בין פלטי חיישן גולמי לבין הנתונים המדויקים והאמין הדרושים לניהול רשת מודרנית.משפר דיוק מדידה ותמיכה בשליטה בזמן אמת על מנת לאפשר תרחישים בעלי יכולת גבוהה-החדשה-התאמת, עקרונות של הגדלת אות, סינון, בידוד, והמרות הם הכרחיים.