DC-elektriliste ströötransformatorite kalibreerimistehnoloogia väljakutsed ja vastusmeetmed

Kaasaegsetes elektrivõrkudes mängivad DC-elektronilised ströömiümbritootjad olulist rolli. Nad kasutatakse mitte ainult kõrgetäpseks ströömimõõtmiseks, vaid on ka võrguoptimeerimise, veateadmiste ja energiajuhtimise peamised tööriistad. Kõrgetehendusliku otsese ströömi (HVDC) edasitoodangutehnoloogia kiire arengu ja selle laialdasel tasandil maailmas rakendamisega on DC-ströömiümbritootjate suhtes seotud nõuded muutunud üha rangeimateks, eriti mõõtmistäpsuse ja süsteemikompatibilituse osas. Seetõttu on DC-elektroniliste ströömiümbritootjate kalibreerimistegevus muutunud võtmeseks teguriks, mis tagab elektrivõrkude ohutu, stabiilse ja tõhusa toimimise.

1 DC-elektroniliste ströömiümbritootjate kalibreerimistegevuse analüüs
1.1 Kalibreerimise põhieeldused

DC-elektroniliste ströömiümbritootjate kalibreerimine põhineb magneetmodulatsioonilisel DC-ströömi võrdlusaladel ja optilisel lahviliidese digitaalsel sünkroonisüsteemil. Magneetmodulatsioonilises DC-ströömi võrdlusaladel kasutatakse magneetmodulatsioonitehnoloogiat, et mõõta DC-ströömi suurust. See tehnoloogia tugineb ströömi poolt loodud magneväli mõjule raudesse. Praktikas, kui strööm läbib peamist joont, magnetiseerib see ümbruskonna rautkere. Magnetiseeritud rautkera mõjutab oma muutuste kaudu teise keele ströömi, ja seda mõju saab kasutada aluseks peamise joone ströömi suuruse mõõtmiseks.

1.2 Kalibreerimissüsteemi koostis

DC-elektroniliste ströömiümbritootjate kalibreerimissüsteem koosneb peamiselt DC-ströömi allikast, standardse seadme ja testitava seadme ühendusest ja sünkroniseerimisest ning kõrgetäpsest andmekogumise ühikust. Iga osa disain ja funktsioon mängivad otsustavat rolli kalibreerimisprotsessi täpsuses ja usaldusväärsuses.

• DC-ströömi allikas vastutab stabiilse ja reguleeritava ströömi pakkumise eest kalibreerimiseks. Selle disain peab rahuldama kõrget stabiilsuse ja madala rippliga väljundnõudmist, et imiteerida ströömiümbritootja käitumist erinevatel ströömitingimustel. Selle eesmärgi saavutamiseks kasutab ströömi allikas tavaliselt täpseid jõukäsitlemise komponente ja sulgtagasiside juhtsüsteemi reaalajas väljundi reguleerimiseks ja ströömi stabiilsuse säilitamiseks. Isegi siis, kui töökoormus muutub või võimsus lõkkeb, tagab see väljundströömi täpsuse.

• Kui DC-ströömi allikas pakub põhiströömi, on õige ühendamine ja sünkroniseerimine standardse seadmega ja testitava seadmega võtmeteks elementideks, et tagada kalibreerimistulemuste täpsus. Standardne seade on tavaliselt riigi heakskiidetud kõrgetäpne seade, mis pakkub teadaoleval täpsusega ströömi väärtust viiteks; testitav seade on testitav ströömiümbritootja. Kalibreerimisprotsessi ajal tuleb standardset seadet ja testitavat seadet täpselt sünkroonis hoolda, et kõik mõõtmisandmed oleksid sama töötamistingimuste all saadud.

1.3 Kalibreerimismeetodid

DC-elektroniliste ströömiümbritootjate kalibreerimisprotsessis mängib meetodite valik otsustavat rolli mõõtmistulemuste täpsuses ja usaldusväärsuses. Paigalis kalibreerimine ja laboratooriumi kalibreerimine omavad mõlemad unikaalseid eeliseid ja puudusi. Kõrgetäpne digitaalne otsemõõtmeetod pakub efektiivset kalibreerimismenetlust. Analoogse ja digitaalse väljundiga ströömiümbritootjate kalibreerimismeetodeid kohandatakse spetsiifiliselt erinevate väljundtüüpidega ströömiümbritootjate jaoks, et neid sobituks erinevate rakendusskeemidega.

(1) Paigalis kalibreerimine vs Laboratooriumi kalibreerimine

Nende vahel on olulisi erinevusi meetodite ja keskkondade osas:

• Paigalis kalibreerimine: See toimub otse ströömiümbritootja paigalduskohtades ja võimaldab näha keskkonnafaktorite, nagu temperatuur, niiskus ja elektromagnetiline segamine, mõju. See sobib suure varustuse jaoks, mille paigalduskohta on raske liigutada või mille toimimist tuleb kontrollida. Kuid kui paigalis on palju negatiivseid tegureid ja keskkonnamuutujaid ei saa tõhusalt kontrollida, võib see mõjutada kalibreerimise täpsust.

• Laboratooriumi kalibreerimine: Keskkond saab tõhusalt kontrollida ja testitingimused täpselt reguleerida, mis parandab kalibreerimise repeetitavust ja täpsust. Kuid laboratooriumikeskkond ei saa täielikult imiteerida paigalist töötingimust, ja on raske hinnata paigaliste keskkonnafaktorite mõju varustuse toimimisele.

(2) Kõrgetäpne digitaalne otsemõõtmeetod

Kõrgetäpsete digitaalsete mõõteseadmete abil luetaakse ströömiümbritootja väljund otse ja võrreldakse teadaoleva standardväärtusega, mis võimaldab kiiresti ja efektiivselt saada kalibreerimistulemusi, vähendades vahendite vahelist viga.

(3) Analoogse ja digitaalse väljundiga kalibreerimismeetodid

Selle meetodi eelis seisneb selles, et see arvestab täielikult erinevate tüübiga ströömiümbritootjate väljundomadusi:

• Analoogse väljundiga meetod: Kasutatakse kõrgetäpset ströömi mõõtesaadet, et lugeda väljundväärtust ja seejärel võrrelda standardväärtusega kalibreerimiseks, et tagada analoogsignaali teisendamise ja mõõtmise täpsus.

• Digitaalse väljundiga meetod: Kalibreerimisprotsessis kombinatakse andmeanalüüsi tarkvara ja sünkroonitehnoloogia andmete edastamiseks ja töötlemiseks, et tagada, et kalibreerimistäpsus rahuldaks nõudmisi, mis sobib digitaalse väljundiga ströömiümbritootjate kalibreerimiseks.

2 DC-elektroniliste ströömiümbritootjate kalibreerimistegevuse rakendamisel esinevad väljakutsed ja vastukäivid
2.1 Paigalis segamise vastandamine

DC-elektroniliste ströömiümbritootjate kalibreerimisel paigalis tekib tugev elektromagnetiline segamine. See tuleneb kõrgetehendusliku võrgu elektromagnetilisest keskkonnast, sealhulgas kabe/laadvarustuse raadiatsioonist ja süsteemilt tekitatud müra. Selline segamine mõjutab mõõtmistäpsust, põhjustades HVDC-süsteemides kalibreerimisandmete vigu ja isegi komponendidel kahju. See tekitab nii koheolulisi vigu kui ka pikajooksul stabiilsuse/reliabilitaatide probleeme.

Selle lahendamiseks on oluline optimeerida magneetilist ekraanistruktuuri. Printsiip on kasutada kõrgepermeabelistes materiale, et ehitada ekraan tundliku osa ümber, blokeerides väliseid magneväliste. Disainimisel tuleb hindata tegelikku keskkonda (segamise tüüp, tugevus, sagedus), kuna need mõjutavad ekraanistiku tõhusust. Mitmesiheline struktuur, mis koosneb erinevatest permeabelistest materjalidest, töötab paremini. Näiteks kasutatakse väliskeelega kõrgepermeabelist materjali, et absorbereerida enamik magneväliste, ja sisemise kihina kõrgeohmelist materjali, et blokeerida järelmagneväliste. Optimeeritud magneetilise ekraanistiku disaini andmed on tabelis 1.

2.2 Digitaalne sünkroonitäpsus

DC-elektroniliste ströömiümbritootjate kalibreerimisel on sünkroonitäpsus kriitiline. Kalibreerimisel tuleb sageli sünkroonida mitmeid seadmeid/andmeallikaid erinevatel asukohtadel. Andmete täpsus/usaldusväärsus sõltub ajasünkroonist; väikesed valed põhjustavad ebategust, mille tulemuseks on elektrivõrgu tõhususe/ohutuse halvenemine. On oluline valida ja optimeerida sünkroonitehnoloogia, võrreldes optilise lahviliidese ja GPS-sünkroonit.

Valikul ja optimeerimisel on väljakutseks keeruliste võrgukeskkondade ja laias geograafilises levikus olevate andmeallikate täpne sünkroonimine. Tugeva segamise keskkonnas ebaõnnestuvad traditsioonilised meetodid. Lahendused hõlmavad IEEE1588 Precision Time Protocoli ja täpse ajatempli/moderne sidekanalite kasutamist sünkroonimiseks.

Optilise lahviliidese sünkroonimine, mis on kiire ja segamisvastane, sobib kõrgetäpsetele stsenaariumidele (nt andmekeskused). See ei mõjuta elektromagnetilist segamist, tagades signaali puhtuse, kuid selle implementeerimine on kallis. GPS-sünkroonimine on odav, kattab laia ala ja sobib hajutatud võrkudele. See kasutab satelliitide signaale ajatempliteks, kuid on vähem stabiilne tugeva segamise korral. Erineva segamise korral sünkroonitäpsuse võrdlus on näidatud joonisel 1.

Nende väljakutsete lahendamiseks tuleb valida sobiv sünkroonitehnoloogia rakenduskorra ja kalibreerimisnõuetega. Prioriteediks peaks olema optiline lahviliide vähesel EMI-ga ja kõrgetäpsetel stsenaariumidel. Geograafiliselt hajutatud võrkude puhul tuleks kaaluda GPS-sünkroonimist ja optimiseerida vastuvõtja asukohta, et vähendada signaali segamist. Mõlema kombinatsioon lisaks redundantsi, suurendades sünkroonitäpsust ja süsteemi usaldusväärsust.

3 Järeldus

Lõpetuseks, DC-elektroniliste ströömiümbritootjate kalibreerimistegevuse ja nende rakenduste sügavamate uuringute läbiviimine on oluline mitte ainult ströömiümbritootjate jõudluse ja usaldusväärsuse parandamiseks, vaid on ka võtmeseks teguriks elektrivõrkude tehnoloogilise innovatsiooni ja jätkusuutliku arengu edendamisel. Tulevikus tuleb jätkata kalibreerimistegevuse optimeerimist, samas kui tuleb tähelepanelikult jälgida nende tehnoloogiate toimimist praktilistes rakendustes, et tagada, et need vastaksid kaasaegsete elektrivõrkude kõrgetele standarditele.