Flicker en harmonischen. Inhoud

Transcriptie

1 Flicker en harmonischen Inhoud 1. Flicker: meten volgens IEC en Flickermeter volgens IEC Implementatie van een flickermeter in Simulink 4. Harmonischen: meten volgens IEC en Harmonischen: praktische metingen 1

2 1. Flicker: meten volgens IEC en Proefopstelling ~ R X R T X T ~ R X R T X T M 3~ ~ R X R T X T Fasespanning Lijnstroom PC Flickermeter Oscilloscoop PC 1.1. Proefopstelling 2

3 1.2. Resultaten flickermeter Pst number Pst value Plt = Berekening PLT door flickermeter P 3,291 35, ,24 34, , ,5378 3,196 32, ,309 0, , ,8916 0,39 0, ,389 0, ,345 0, ,354 0, ,203 0, ,239 0, Plt 3, LT = 3 12 i = 1 3 STi P Resultaten oscilloscoop Spanning Stroom 3

4 1.2. Resultaten oscilloscoop U(t) : Niet correcte eerste waarde, doordat de start niet op een nuldoorgang ligt. Tf Tt 10 ms 1.2. Resultaten oscilloscoop F = 0.94 Tf = 20 ms Tt = 50 ms F =

5 1.2. Resultaten oscilloscoop 2 ms, Resultaten oscilloscoop Tf Tt F U (max) U (max) top Un d (max) tf PST PST tot Gemeten Pst ,94 77,78 54, , , , , ,94 76,79 54, , , , , ,94 79,33 56, ,5 23, , , ,94 86,26 60, ,5 25, , , , , ,94 85,418 60, ,5 24, , , , , , , , , ,94 87,39 61, ,3 25, , , , ,23 Plt form 1 3, ,191 Plt form 2 flick 3, t f = 2.3 d P ST ( F. ) t = T p max f T p = 600s P LT P LT 2.3 t = T p = 3 12 i = 1 f STi P 12 T p =7200s 5

6 2.1. Architectuur 2. Flickermeter volgens IEC Architectuur kan in twee delen verdeeld worden: -simulatie van de lamp-eye-brain chain respons -on-line statistische analyse van het flickersignaal en de output van de resultaten Implementatie bestaat uit 5 blokken: -blok 1: input and calibration -blok 2, 3 and 4: chain response -blok 5: statistical analysis 2.1. Architectuur - let op het feit dat de meter als een analoge meter beschreven wordt, met een digitalisering in blok 5 6

7 2.1. Architectuur Blok 1: signaalgenerator voor calibratie input voltage adaptor: flicker wordt relatief uitgedrukt (verhouding) schalen van de input heeft geen invloed Blok 2: kwadrateren: simulatie van het gedrag van een lamp 2.1. Architectuur Blok 3: Weighting filters: eerste filter: eliminatie van DC en netharmonischen tweede filter: weighting filter voor simulatie van de lamp-eye chain Range selector: zie verder: van belang voor de analoge meter Transfer functie voor de weighting filters: 7

8 2.1. Architectuur Blok 4: Squaring multiplier: Eye-brain chain Eerste orde sliding mean filter Opslageffect in de hersenen Tijdsconstante van 300 ms Blok 5: On-line statistische analyse: Sampling of the flicker level Minimum sample rate is 50 s -1 Verdeel flicker level in klassen (bins) Tel hoeveel keer het flicker niveau voorkomt op een zeker niveau (frequency distribution function) Bereken de cumulative probability function in the time-at-level statistical method 2.1. Architectuur Blok 5: voorbeeld met 10 klassen 8

9 2.2. Evaluatie Short-term flicker evaluation: * Observatie tijd Tst = 10 min * Formule: de percentielen Pi zijn de flicker levels die overschreden worden gedurende i% van de tijd. Pi s zijn de uitgemiddelde waarden, bijv.: Long-term flicker evaluation: * combinatie van N short-term periodes: 2.3. Performance testing Betekenis van V/V: 50 Hz, 1V gemiddelde spanning, V/V van 40%, 8.8 Hz rechthoekige modulatie: 9

10 2.3. Performance testing De volgende waarden zouden een Pst = 1.00 ± 0.05 moeten geven: waarde x 3 Pst = 3 3. Implementatie van een flickermeter in Simulink 3.1. Matlab & Simulink Matlab: MATrix LABoratory high-performance language for technical computing integrates: mathematics visualisation programmation M-files 10

11 3.1. Matlab & Simulink Simulink: software package for modelling, simulating and analysing building models as block diagrams linked to Matlab by the workspace (variables, postprocessing, ) 3.1. Matlab & Simulink Simulink building blocks: basic building blocks: sources, sinks, functions, subsystems user functions: ~ M-files ~ S-function M-files ~ C-MEX S-functions (compiled C-coded S-functions) toolboxes and third-party libraries: ~ dspace RTI

12 3.2. Model Blok testsignaal: simulatie: input via generator testsignaal volgens norm (Pst=1) werkelijke meting: toevoer via datafile 12

13 Blok 1: voltage adapter en sliding filter voltage adapter: verwachte input van het model is 1Vrms berekenen van RMS-waarde (M-function) sliding filter voor het wegfilteren van trage spanningsvariaties nadeel: opstart transiënt (Simulink ziet dit de start als een aangelegde stap) de opstart transiënt wordt als flicker beschouwd oplossing: * transiënt verminderen door andere startwaarde * eerste x aantal seconden weglaten Blok 1: voltage adapter en sliding filter welke startwaarde: * RMS-waarde is altijd ongeveer 1V (andere waarden zijn aanpasbaar via de voltage adapter) * test gebeurde met 7.07V en 9.9V als initialisatiewaarde voor sftijd10s Trunc van eerste x seconden Evalflicker1(0) Evalflicker1(10) Evalflicker1(20) Evalflicker1(30) Evalflicker1(40) Evalflicker1(50) Evalflicker1(60) Evalflicker1(70) Evalflicker1(80) Evalflicker1(90) Init = Init = 10/sqrt(2) Init = Te oscillerend St.st vanaf 90s St.st. vanaf 30 s gebruikte methode: 9.9 neem de eerste 40s als ongeldige meetpunten, dus 10 min + 40s meten 13

14 Blok 2: squaring operator RMS-waarde en vermogen van de lamp zijn gerelateerd: U²/R Blok 3: Weighting filters 14

15 Blok 4: Sliding mean filter en versterker voor calibratie averaging filter: simulatie van het opslag effect in het menselijk geheugen versterker: ~ calibratie ~ testsignalen moeten Pst = 1 geven Blok 5: Statistische analyse sampler: 100 Hz sampling sfhistogram: S-function voor het berekenen van een histogram memory en feedback: cumulatie per bin 15

16 Blok 6: Data: blok voor het oplossen van Matlab-problemen probleem: Simulink onthoudt alles (400 bins, gesampled op 1kHz, 10 min) Beperken van geheugenverbruik: - eerste versie: Matlab loopt tegen 640 MB geheugengebruik Oplossing: alles schrijven naar file i.p.v. variabelen - tweede versie: Bestand is 1 GB en kan niet door Matlab geopend worden Oplossing: schrijven enabled pas in de laatste seconde Probleem, we hebben de 40ste seconde ook nodig. Daarom volgend systeem om ook de 40ste seconde op te slaan Naverwerking van de data: Evalueren met evalflicker.m Resultaat is de CPF en de Pst-waarde 16

17 Handleiding: -laat het model lopen -laat evalflicker lopen -kijk naar fig. 1 -als de waarde op het maximaal aantal bins (bins is bijvoorbeeld 6400) niet 0 is, dan moet je max verhogen (maximum hiervoor is 2200 voor 20% variatie) - let op:bij max*2 moet aantal bins ook *2 voor dezelfde calibratie! Invloed van samplefrequentie (Simulink) op het resultaat: Basis simulatiestap voor simulaties: - testsignaal is 50 Hz en 13.5 Hz modulatie - gemeenschappelijk veelvoud is Hz of 3 ms Test met volgende frequenties: Hz geeft Pst = khz geeft Pst = khz geeft Pst = Hz geeft Pst = Hz geeft Pst = Voor echte metingen: - samplefrequentie is 2 x gewenste maximale flickerfrequentie - norm spreekt over 33.3 Hz, dit geeft 66.6 Hz - Pst = intern zit echter een sampler op 100 Hz, hiervoor nemen we een simulatiestap van 5e-3 of 200 Hz 17

18 3.3. Performance testing Testwaarden (norm): - juiste waarde is Pst = 1 (versterkingswaarde 3e5) - maximale fout moet < 5% (gemeten < 3%) - simulatiestap 5e-3 Variaties/min 1 square DV/V % Pst juist 1 Pst gemeten bins 1200 maxhistinput 30 2 square square square square square square sine 20 (max. vereiste meetwaarde) Performance testing Probleem: * niet altijd real time: * afhankelijk van de computersnelheid * afhankelijk van sampletijd (bijv. op 3.2 GHz) 200 Hz: rekentijd 64% van real time 1 khz: rekentijd 153% van real time * voorlopige oplossing: 10 min. loggen, daarna verwerken * volgende stap: m-files (interpreter) omzetten naar gecompileerde C-files 18

19 4. Harmonischen: meten volgens IEC en IEC en IEC harmonic currents scope: : equipment having an input current 16A per phase (low voltage public network; no limits for network <220 V phase ) : equipment having an input current > 16A and 75A per phase (max. 240V single phase, 690V three phase) important definitions: Total harmonic current: total rms value of the harmonic components of orders 2 to 40: 40 2 I n n= IEC Classification: Class A: - balanced three phase equipment - household appliances - tools (non-portable) - dimmers - audio Class B: - portable tools - non-prof arc welding equipment Class C: - lighting equipment Class D: - PC, monitor, TV 19

20 4.3. Limits : Class A: table 1 Class B: table 1 x 1.5 Class C > 25 W: table 2 Class C < 25 W: table 3 column 2 OR 3de harm < 86% and 5th harm < 61% Class D: table Meten Voedingsspanning: stabiel beperkte harmonische vervorming: Testcircuit: Enkelfasige en driefasig Zs en Zm zijn niet gedefinieerd, maar moeten voldoende laag zijn 20

21 4.4. Meten Meetprincipe: - voor elke harmonische: 1.5 s smoothed rms current bepalen - observatietijd: voldoende voor een herhaalbaarheid van 5% - meetkundig gemiddelde van de gemeten waarden Toepassen van de limieten: - individuele harmonische, meetkundig gemiddelde limiet - voor elke harmonische orde, elke 1,5 s smoothed value 150% limiet (200% onder bepaalde voorwaarden) Smoothed value: - beschrijving in IEC digitale LPF met tijdsconstante 1.5 s 4.5. IEC Belangrijke definities: Three phase short circuit power S sc = U 2 nom / Z Rated apparent power: Short circuit ratio: 21

22 4.6. Limieten: 4.7. Meten Meetprincipe: - voor elke harmonische: 1,5 s smoothed rms current bepalen - observatietijd: voldoende voor een herhaalbaarheid van 5% (10% boven 7de orde, 1% voor grondgolf) - meetkundig gemiddelde van de gemeten waarden Toepassen van de limieten: - individuele harmonische, meetkundig gemiddelde limiet - voor elke harmonische orde, elke 1,5 s smoothed value 150% limiet Smoothed value: - beschrijving in IEC : * per harmonische, de RMS sturen door een digitale LPF met tijdsconstante 1.5 s 22

23 5. Harmonischen: praktische metingen 5.1. Oscilloscoop met fft-functie Principe: neem een geheel aantal periodes en voor een fft uit let op: - oscilloscoop geeft amplitude en geen RMS - Micro VIP geeft RMS 5. Harmonischen: praktische metingen 5.1. Oscilloscoop met fft-functie Tijdsbasis: * voor onze oscilloscoop: punten per reading - mogelijk aantal sec/div: 1s, 2s, 5s, 10s - aantal seconden per reading: 10s, 20s, 50s, 100s - samplefrequenties ( samples per aantal seconden): 4 khz, 2 khz, 800 Hz, 400 Hz - 40ste orde harmonische is 2 khz, dus volgens Shannon F s = 4 khz - besluit: max. 1sec/div 23

24 5. Harmonischen: praktische metingen 5.1. Oscilloscoop met fft-functie Probleem: - wat met de 1.5s smoothing? - voert een fft een smoothing uit? Signaal met subharmonische. Subharmonische bevat geen geheel aantal perioden binnen de 1.5s. -volgens de norm: per periode de rms waarde van elke harmonische bepalen smoothing 5. Harmonischen: praktische metingen 5.1. Oscilloscoop met fft-functie Vgl. zonder subharmonische en met subharmonische: Grondgolf 3de 9de Zonder 230 V 23 V 11.5 V Met V V V Is dit hetzelfde als smoothing? Indien niet, is de fout toelaatbaar? 24

25 5. Harmonischen: praktische metingen 5.2. MicroVIP Driefasige energie analyzer Extentie: harmonic box 4 khz sampling 1 meting / seconde Extentie: memory pack Loggen: 1 record/min 25

26 26

27 27

28 28