SI23915A

SI23915A - Vezje in postopek za merjenje kvalitete elektriäśne energije v visoko napetostnem omreĺ˝ju

Info

Publication number: SI23915A
Application number: SI201100407A
Authority: SI
Inventors: MID Janez Ĺ; Janez Humar
Original assignee: ISKRA MIS, d.d.
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-30
Also published as: WO2013058719A3; WO2013058719A2

Abstract

Vezje in postopek za merjenje kvalitete energije v visoko napetostnem omrežju sestavljajo trije visoko napetostni merilniki toka in napetosti, ki vsebujejo merilni elektronski sklop (1), plavajoč na visoko napetostnem potencialu, ki se preko optičnih povezav (6, 6a) povezujejo s centralno procesno enoto na potencialu zemlje (9), ki procesira sprejete podatke o električnih veličinah in izračuna množico izhodnih veličin delovnih, jalovih in harmonskih komponent zajetih signalov in faznih;razmerij med njimi. Vezje in postopek po izumu omogoča spremljanje kvalitete električne energije v skladu s standardom EN 50160, izvajanje zaščitnih funkcij ter spremljanje stanja visoko napetostnega kapacitivnega delilnika za preprečevanje nenadnih odpovedi.

Description

VEZJE IN POSTOPEK ZA MERJENJE KVALITETE ELEKTRIČNE ENERGIJE V VISOKO NAPETOSTNEM OMREŽJU

Predmet izuma sta vezje elektronskega visoko-napetostnega merilnega transformatorja (EHVT) in postopek za merjenje kvalitete električne energije v visoko napetostnem omrežju. Izum temelji na uporabi visokonapetostnega kapacitivnega delilnika v povezavi z merilno in procesno elektroniko. Ta se delno nahaja na potencialu visoko napetostnega vodnika in delno na potencialu zemlje, povezuje pa ju optična povezava, ki med merilno in centralno procesno elektroniko zagotavlja prenos podatkov v realnem času. Za razliko od ostalih patentov na tem področju ta patent omogoča nov pristop k merjenju vseh parametrov visoko napetostnega električnega omrežja vključno z meritvami kvalitete energije na vseh treh faznih vodnikih. Predloženi izum sodi predvsem v razred G01R 15/16 is mednarodne patentne klasifikacije, nanaša pa se tudi na druga področja te klasifikacije.

Tehnični problem, ki ga predloženo vezje in postopek merjenja zadovoljivo rešujeta je merjenje napetosti in tokov ter posledično vseh izpeljanih veličin brez uporabe visoko napetostnih tokovnih transformatorjev.

Pri tem je omogočeno tudi merjenje signalov pri višjih frekvencah ob predvidljivih faznih zamikih, ter s tem harmonska analiza elektroenergetskega omrežja tudi pri višjih harmonikih, kar je koristno predvsem na delih omrežja s povečanim vplivom nestalnih obnovljivih virov.

Na ta način je možna tudi analiza pojavov v omrežju, ki jih z dosedanjimi metodami ni bilo možno cenovno učinkovito izvajati. Izum tudi rešuje problem napajanja elektronike na visoko napetostnem potencialu.

Znane rešitve se poslužujejo različnih tehnik oz. fizikalnih principov merjenja toka in napetosti na visoko napetostnih vodnikih. Najbližje prelagani rešitvi je rešitev opisana v patentnem dokumentu PCT/AU 1999/000107 ki le delno rešuje problem merjenja toka in napetosti na potencialu visokonapetostnega vodnika, vendar tako metoda merjenja kot način napajanja vodnika nista definirana.

io Druge rešitve problem rešujejo le delno oziroma podajajo le določene metode izračuna posameznih vrednosti, medtem ko nobeden od patentov ne opisuje reševanja sistemskega vidika zbiranje vrednosti toka in napetosti ter prenosa in obdelave podatkov v centralni enoti, ki je na potencialu zemlje. Tako patentni dokument št. EP 1 766 424 opisuje drugačno izvedbo is povezave merilnega dela za napetost in merilnega dela za tok, patentni dokument EP 1 664 804 pa opisuje način reševanja kompenzacije merilne napake, ki je v našem primeru rešena na drug način. V patentnem dokumentu EP 1 624 312 je uporabljena drugačna merilna metoda merjenja toka in napetosti in ne vsebuje elektronike, patentni dokument EP

1 573 341 pa opisuje delno drugačno izvedbo merjenja napetosti brez uporabe elektronike, medtem ko je v patentnem dokumentu EP 1 295 133 opisana meritev harmonskih popačenj z več tokovnimi senzorji, ki v našem primeru ni bila uporabljena.

Vezje in postopek za merjenje kvalitete električne energije v visoko napetostnem omrežju po izumu na tehnično inovativen način rešuje merjenje toka in napetosti v visoko napetostnem elektroenergetskem omrežju ter posledično omogoča izračun bistvenih parametrov tega omrežja kot so fazni koti, delovna in jalova moč, energija, harmonska popačenja in ostale motnje v omrežju. Ker v vezju niso uporabljeni visoko napetostnih tokovni merilni transformatorji je z njim možno doseči večje točnosti zajema podatkov tudi v višjih frekvenčnih območjih in boljše izračune faznih kotov tudi pri višjih harmonikih v omrežju. Zbrane podatke o toku in napetosti obdeluje elektronika s postopki digitalnega signalnega procesiranja tako na visoko napetostnem potencialu v sklopu visoko napetostnega merilnega kondenzatorja kot tudi elektronika, ki obdeluje zbrane in predobdelane podatke za vse tri faze merjenega omrežja.

Vzorčevalna elektronika ter procesirna elektronika komunicirata v is realnem času. S tem so merilni vzorci z vseh treh faz časovno usklajeni, s čimer je omogočeno procesiranje tudi drugih dogodkov v omrežju, na primer procesiranje zaščitnih mehanizmov.

Dodatna prednost merilne elektronike po izumu omogoča tudi spremljanje stanja kondenzatorjev kapacitivnega delilnika ter s tem pravočasno obveščanje o slabšanju stanja in preprečevanju nenadne odpovedi.

Napajanje vezja je zasnovano tako, da se le-to napaja iz treh virov to je napetosti v visoko napetostnem omrežju, toka v visokonapetostnem omrežju in preko optičnega napajanja iz centralnega procesnega dela sistema. Slednje omogoča omejeno delovanje vezja tudi ob izpadu visoko napetostnega omrežja in s tem možnost takojšnjega izvajanja zaščitnih funkcij ob ponovni vzpostavitvi visoko napetostnega omrežja.

Izum bomo opisali na osnovi slike 1, ki pojasnjuje predložen opis in prikazuje shematsko sliko vezja za merjenje kvalitete električne energije v visoko napetostnem omrežju po izumu. V primeru EHVT referenčni potencial ni zemlja temveč potencial visoke napetosti. Tako je celotna merilna elektronika plavajoča na tem potencialu.

io Vezje merilnega dela (1) po izumu je sestavljeno iz treh elektronskih sklopov (4, 5, 6), ki se nahajajo na visoko - napetostni strani kapacitivnega delilnika (8). Posamezni merilni elektronski sklopi (1), za vsako fazo omrežja, preko optičnega komunikacijskega vmesnika (6) komunicirajo s centralno procesno elektronsko enoto (9), ki je na potencialu zemlje in se is naprej preko standardnih vmesnikov (npr. IEC61850) povezuje z ostalimi napravami (npr. zaščitnimi releji) in sistemi v elektroenergetskem omrežju. Merilne podatke o napetosti, vezje po izumu pridobiva preko merilnega odcepa na kapacitivnem delilniku (8a). Podatke o toku pridobiva preko tokovnih transformatorjev (2a meritev, 2b zaščita), ki sta enaka kot za nizko napetostna omrežja, saj napetosti v merilnem elektronskem sklopu (1) ne presegajo 240V. Podatke o toku skozi kapacitivni delilnik, ki je potreben za spremljanje stanja kondenzatorjev v delilniku, elektronika pridobiva iz dodatnega nizkonapetostnega tokovnika (7). Za potrebe delovanja različnih zaščitnih funkcij je mogoče vgraditi dodatne tokovne merilne transformatorje, katerih izhode vzorči merilna elektronika. Na ta način se enostavno razširi uporabnost EHVT.

Merilni elektronski sklop (1) ima lastni napajalnik (4), ki se lahko napaja iz treh različnih virov in sicer napetostnega vira na napajalnem odcepu kapacitivnega delilnika (8b), tokovnega transformatorja (3) ali s pomočjo laserja, ki preko optične povezave (6a) ter foto-sprejemnika zagotavlja dovolj energije za delovanje zaščitnih funkcij sistema tudi v primeru, da prva dva vira ne delujeta (omrežje ne deluje).

io Postopke vzorčenja napetosti, tokov in pomožnih veličin izvaja merilna enota (5), ki jo sestavljajo A/D pretvorniki, vgrajeni procesor (CPU) in senzorji pomožnih veličin . CPU preko A/D pretvornikov pridobiva podatke o napetostih in tokovih ter nato časovno označene vzorce in sekundarne veličine (podatek o toku skozi kapacitivni delilnik, podatek o interni is temperaturi, podatek o napetosti pomožnega napajanja...) pošlje preko optičnega komunikacijskega vmesnika (6) v centralno procesno enoto (9). Ta sprejema signale iz vseh treh faz visoko napetostnega omrežja in na podlagi zbranih podatkov v realnem času posreduje zbrane in izračunane podatke preko sistemskega vmesnika ostalim napravam in sistemom v omrežju. Poleg tega jih preko D/A pretvornika v obliki standardne analogne oblike posreduje drugim analognim napravam v sistemu (npr. obstoječi zaščitni releji). Na ta način se ohrani osnovna funkcionalnost visoko6 napetostneg merilnega transformatorja, hkrati pa so omogočene dodatne funkcije, ki so bistvenega pomena za delovanje pametnih omrežij.

Centralna procesna enota (9) lahko v sodelovanju z merilnimi elektronskimi sklopi (1) izračuna tudi druge podatke ki jih potrebujejo 5 aplikacije v elektroenergetskem omrežju oziroma izvaja napredne algoritme analize stanja merjenega visoko napetostnega omrežja. Vse funkcije lahko delujejo tudi v realnem času.

Claims

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Vezje za merjenje kvalitete električne energije v visoko napetostnem omrežju, ki je za izvajanje svoje funkcije sestavljen iz sklopov

5 označeno s tem, da se merilni elektronski sklopi (1) nahajajo na visoko napetostnem delu kapacitivnega delilnika (8) vseh treh faz in so preko optičnih vmesnikov (6) povezani s centralno procesno enoto (9).

io 2. Vezje za merjenje kvalitete električne energije v visoko napetostnem omrežju, po zahtevku 1, označeno s tem, da je napajanje merilno elektronskega sklopa (1) izvedeno z napajalnikom (4), ki je priključen na napajalni odcep visoko is napetostnega kapacitivnega delilnika (8b) in/ali na nizko napetostni tokovni transformator (3) ali na laserski vir preko optične povezave (6a).

3. Vezje za merjenje kvalitete električne energije v visoko napetostnem omrežju po zahtevku 1 in 2,
2o označeno s tem, da je optična povezava (6a) integrirana v izolacijo kapacitivnega delilnika (8).
4. Vezje za merjenje kvalitete električne energije v visoko napetostnem omrežju po zahtevkih od 1 do 3, označeno s tem, da ima merilni elektronski sklop (1) zagotovljeno stalno ali pomožno
5 napajanje preko optične povezave (6a).

5. Vezje za merjenje kvalitete električne energije v visoko napetostnem omrežju po zahtevku 1, označeno s tem, io da omogoča merilni elektronski sklop spremljanje stanja kondenzatorjev kapacitivnega delilnika preko merjenja kapacitivnega toka skozi kondenzatorje z nizko napetostnim tokovnikom (7).
6. Postopek za merjenje kvalitete električne energije v visoko

15 napetostnem omrežju z vezjem po zahtevkih 1 do 4, označen s tem, da je procesiranje zajetih signalov iz merilnega odcepa kapacitivnega delilnika (8a) in enega ali dveh nizko napetostnih tokovnih merilnih transformatorjev (2a, 2fc>) izvedeno deloma v merilni elektroniki (5), ki se

20 nahaja na potencialu visoko napetostnega voda in deloma v centralni procesni enoti (9), ki se nahaja na potencialu zemlje.
7. Postopek za merjenje kvalitete električne energije v visoko napetostnem omrežju z vezjem po zahtevkih od 1do 4, označeno s tem, da so signali v merilnih elektronikah (1) sinhronizirani z časom, ki ga 5 posreduje centralna procesna enota (9) in s tem do nivoja vsakega zajetega vzorca pravilni za vse zajete vrednosti v vseh treh fazah sistema.