AMU - MJERENJE MREŽNE FREKVENCIJE 0,4 kV mreže koristeći DAQ FIFNALAAL

UNIVERZITET U SARAJEVU

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET

MJERENJE MREŽNE FREKVENCIJE 0,4 kV

MREŽE KORISTEĆI DAQ I

MATLAB/SIMULINK

AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE

šifra predmeta: ETF EEI AMU 4760 – Projekat –

Nastavni ansambl Prezime i ime studenata Broj indexa

Nastavnik:

V.Prof.dr Irfan Turković

Saradnici:

V.ass. mr Vedad Bečirović

1.Zejneba Muminović

2.Emina Deljanin

3.Muamera Boškailo

4.Fadil Bećirović

5.Faris Karić

1097/16310

1071/16420

1036/16035

1025/16389

998/16479

Kontakt e-mail: [email protected]

10.02.2016., Sarajevo

mailto:[email protected]

AUTOMATIZIRANO MJERENJE I UPRAVLJANJE - ETF EEI AMU 4760

- 1 -

1. OPIS PROJEKTNOG ZADATKA

Frekvencija je mjera koja pokazuje broj nekih događaja koji se dogodi u jedinici vremena

u određenom periodičkom procesu. To može biti broj valnih titranja u jednoj sekundi. Mjeri

se u Hercima (Hz), u čast Heinrich Hertza.

Za određivanje frekvencije događanja, broj događaja koji se promatra u određenom

vremenskom intervalu se podijeli s trajanjem tog vremenskog intervala. Alternativna metoda

određivanja frekvencije je mjerenje vremena između dva uzastopna ponavljanja događaja

(period) iz čega se frekvencija izračunava kao recipročna vrijednost tog vremena:

(1)

U okviru ovog projekta urađeno je mjerenje mrežne frekvencije 0,4 kV mreže koristeći

DAQ (eng. Data Aqusition Quad-akvizicijska kartica) i Matlab*.m file. Prvobitno je

napravljena autentična blok šema u Simulink-u.. Ispitana je efikasnost primjene tog

algoritma na određenom broju primjera. Frekvencija se pomoću akvizicijske kartice očita sa

ulaza, prođe kroz određen broj blokova, čiji će rad biti detaljno opisan u nastavku, i prikaže

se na grafiku u Matlabu.

Nakon što je urađen prvi testni primjer – mjerenje proizvoljno generisane frekvencije,

koji pokazuje adekvatan rad algoritma, izvršen je i testni primjer br. 2 - mjerenje mrežne

frekvencije 0,4 kV naponske mreže. Izvršeno je poređenje rezultata mjerenja frekvencije

pomoću MiniLab 1008 kartice i napravljenog Simulink modela sa rezultatima dobijenim iz

aplikacije koja očitava mjerenja frekvencije pomoću potenciometra glavnog razvodnog

ormara zgrade Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu. Urađena je grafička interpretacija

rezultata oba mjerenja, kao i relativne greške.

Poređenjem primjera i analizom dobijenih dijagrama, izveden je zaključak u kojem su

objašnjeni rezultati , navedene prednosti, mane i mogućnosti poboljšanja ovog projekta.

Student Opis aktivnosti

1. Muminović Zejneba Pisanje uvoda,teoretskih osnova korištenih

hardverskih i softverskih elemenata, zaključka.

Analiza testnih primjera i obrada rezultata.

2. Deljanin Emina Pisanje teoretskih osnova korištene metode i

primjena iste za izradu modela.

3. Karić Faris Razvoj i opis rada algoritma, analiza urađenih

primjera, opis rada bokova i podešavanja parametara.

4. Boškailo Muamera Pisanje izvještaja i lektorisanje.

Rad na grafičkoj obradi dobijenih rezultata.

5. Bećirović Fadil Razvoj algoritma i analiza rezultata.

Tabela 1. Tabela aktivnosti studenata na projektu


- 2 -

2. TEORIJSKA PODLOGA ZA IZRADU PROJEKTNOG

ZADATKA

Navedena je teorija neophodna za izradu projektnog zadatka. Dat je spisak

korištene opreme kao i njene karakteristike. Opisana je korištena metoda mjerenja

frekvencije. Detaljno je objašnjen programski dio zadatka, tj. algoritam rađen u

Simulinku, podešavanje parametara određenih blokova kao i rad blokova modelirane

šeme.

2.1 KARAKTERISTIKE KORIŠTENE HARDVERSKE OPREME IZ

LABARATORIJE ELEKTROTEHNIČKOG FAKULTETA U SARAJEVU

2.1.1 Matlab/Simulink programski paket

Kao alat obrade signala ( u ovom slučaju frekvencije) odabran je programski paket

Matlab/Simulink. Matlab predstavlja vrlo razvijen skup alata za računanje (matrice,

kompleksni brojevi, simbolička matematika) , vizualiziranje, modeliranje, simulaciju

i programiranje. Iako su integrisani u jedinstveno razvojno okruženje, važno je

naglastiti da postoji velika razlika u samom pristupu zadatka između Matlaba i

Simulink-a.

Slika 1. - Priključak akvizicijske kartice, generatora frekvencije i računara u kojem je

otvoren Matlab. *mfile.


- 3 -

Matlab predstavlja programski jezik koji je više orijentisan na obradu podataka

predstavljenih u vidu matrica, te omogućava sekvencijalno izvođenje naredbi za

procesiranje i prikaz podataka, ili kreiranje novih signala kombiniranjem postojećih.

Simulink , s druge strane pruža velike mogućnosti analize i ispitivanja veoma

složenih sistema kreiranih u vidu blok dijagrama. Simulink je za projekat poslužio

kao glavni alat pri izradi algoritma za rješavanje datog problemskog zadatka.

Kreirana je blok šema pomoću koje je moguće mjeriti frekvenciju generisanog

signala. Izgled konstruisane bok šeme se nalazi u dijelu 2.2.4.

2.1.2 Akvizicijska kartica miniLAB 1008 / DAQ

MiniLab 1008 je usb 1.1 niske brzine analogni i digitalni I/O uređaj koji je

podržan od strane popularnog Microsoft Windows operativnog sistema. MiniLab

1008 je u potpunosti kompatibilan sa USB 1.1 i USB 2.0 portovima. MiniLab 1008

ima osam 12-bitnih analognih ulaza signala konekcije i 28 digitalnih I/O konekcija.

Napajan je +5 voltnom USB dopunom. Nije potrebno eksterno napanjanje. Dva uska

terminalna reda omogućavaju konekcije za osam analognih ulaza, dva deseto-bitna

analogna izlaza, četiri dvosmjerne digitalne I/O linije, i jedan 32-bitni eksterni brojač

događaja. Moguće je konfigurisati analogne ulazne konekcije sa softverom sa ili četiri

samozavršavajuće ili osam različitih kanala.

Nakon priključenja akvizicijske kartice sa izvorom napona i računarom pokrenut

je Matlab na način da automatski prepozna akvizicijsku karticu. Tako je uspjelo

mjerenje frekvencije i prikaz iste grafički.

Slika 2. - Akvizicijska kartica na radnom stolu u labaratoriji


- 4 -

2.1.3 Generator impulsa

Tektronix CFG253 Generator impulsa proizvodi sinusne, kvadratne, testerne

valove i TTL signale u frekvencionom rasponu od 0.03 Hz do 3 MHz. Moguće je

koristiti generator impulsa za testiranje i kalibraciju audio i ultasonic opreme i servo

sistema. Moguće je direktno kontrolisati amplitudu i DC nagib. Generator impulsa

ima funkciju simetrije da bi mogao kontrolisati porast i pad sinusnih ili testernih

valova i duty cycle-a od valova oblika četvrtki. Također ima i funkciju dometa koja

omogućava da izlazni signal pređe domet frekvencije. Širina dometa i rang dometa

mogu biti kontrolisani iznutra ili funkcija domet može biti ulaz od eksternog DC

signala. Pomoću ovog generatora impulsa je uspješno generisan sinusni signal

proizvoljne frekvencije, na način da je spojen sa izvorom napona i priključen na

akvizicijsku karticu koja je povezana sa računarom.

Slika 3. - Generator impulsa Tektronix CFG253

2.1.4 Otpornični naponski djeljitelj

Pri mjerenjima niskih i srednjih napona za prilagođavanje mjernog signala

napona upotrebljavaju se mjerni pretvarači temeljeni na mjerenju pada napona

na impedansi, tzv. djelitelji napona. Princip rada djelitelja napona izveden je iz

Ohmovog zakona. Za mjerenja na niskom i dijelom na srednjem naponu,

sinusoidalnog valnog oblika relativno niske frekvencije, redovito se upotrebljavaju

tzv. Otpornički djelitelji napona.


- 5 -

Jedan otpornički naponski djeljitelj je iskorišten pri mjerenju mrežne frekvencije 0.4

kV naponske mreže, kako ne bi došlo do izgaranja instrumenata labaratorije.

Korišteni su otpornici vrijednosti: R1=1kΩ, R2=22Ω, napon DC= 12 V, što znači da

je proračunom dobijen napon U2=0.26 V.

Slika 4. – Otpornički naponski djeljitelj

2.1.5 Mjerni instrument – Multimetar VOLTCRAFT VC 270

Multimetar je univerzalni instrument i služi za mjerenje različitih električnih

veličina, najčešće napona, struje i otpora, no mnogi modeli imaju i mogućnosti

mjerenja kapaciteta, induktiviteta, frekvencije, strujnog pojačanja tranzistora,

ispravnosti dioda, baterija i sl. U projektnim zadacima je korišten multimetar u

funkciji volmetra za mjerenje napona.

Slika 5. – Multimetar VOLTCRAFT VC 270

http://trpaj.info/wp-content/uploads/2015/08/pokit_d0cffa36e832b65fe145a6e9360bda831.jpg


- 6 -

2.1.6 Ostala korištena oprema

PC računar ili laptop

Laboratorijski sto (izvori napona)

Pribor za spajanje šeme (kabeli, veko stezaljke, šarafciger)

Transformator 220/12 V

2.2 PRIMJENJENA METODA MJERENJA FREKVENCIJE

Korištena je metoda mjerenja frekvencije pomoću zatvorene kružne petlje. Detaljno je

objašnjen programski dio zadatka, (tj. algoritam rađen u Simulinku), podešavanje

parametara određenih blokova kao i rad blokova šeme.

2.2.1 Teoretske osnove i matematski model metode fazno zatvorene petlje

PLL (eng. Phase Locked Loop – Fazno zatvorena kružna petlja) predstavlja sistem

povratne informacije koji uključuje VCO, detektor faze i niskopropusni filter u okviru

date petlje. Njegova namjena je da uzima VCO signal, preslikava i prati fazu na ulazu

zatvorene petlje. PLL je kontrolni sistem koji dopušta uzajamnu pratnju dva

oscilatora. Moguće je da se javi i fazni pomak između ulaza i izlaza, ali kad je sistem

zaključan (zatvoren) frekvencije moraju biti jednake.

(2)

(3)

PLL izlaz može biti preuzet iz Vcont, filtriranog (skoro DC/istosmjernog)

kontrolnog napona ili iz izlaza VCO bloka ovisno o načinu rada. Svi ti načini pružaju

nemoduliran izlaz koji prati faznu promjenu na ulazu. VCO izlaz se može koristiti kao

lokalni oscilator signala ili da generiše vremenski signal za digitalni sistem.

Kao ulazne i izlazne varijable mogu biti korištene ili faza ili frekvencija.

Slika 6. – Opća blokovska šema metode


- 7 -

Faza i frekvencija su povezane preko sljedeće relacije:

(4)

(5)

Postoje različiti kriteriji formiranja blokovske strukture, ali i dalje se može koristiti

osnovna petlja (Slika br. 6), topologija i način analize. Fazni detektor upoređuje fazu

na svakom ulazu i generira grešku signala, ve(t), proporcionalnu razlici faza između

dva ulaza. Kd je gain faznog detektora (V/rad).

(6)

Blizak primjer ovom blokovskom krugu je jedan analogni množač ili multioperator

koji može biti korišten kao fazni detektor. Kod multioperatora se uzima proizvod dva

ulaza.

(7)

Ako vrijede relacije:

(8)

в) (9)

Onda je:

(10)

S obzirom na to da su dva ulaza na istoj frekvenciji onda kad je petlja zaključana

imamo jednu izlaznu na dvije ulazne frekvencije i jedan izlaz proporcionalan kosinusu

fazne razlike. Uduplana frekventna komponenta mora biti eliminisana preko

niskopropusnog filtera. Nakon toga, svaka fazna razlika koja se pojavi predstavlja

kontrolni napon VCO-a, DC istosmjernog ili AC izmjeničnog signala (koji polako

varira) nakon filtriranja.


- 8 -

2.2.2 Blokovska struktura korištene PLL metode

Na osnovu PLL metode objašnjene u poglavlju iznad je formirana blokovska struktura koja je prikazana na slici.

Slika 7 – Algoritamska/Blokovska šema konstruisanog modela


- 9 -

2.2.3 Princip rada primjenjene korištene metode

Ulazni signal dolazi na MiniLab1008 karticu koja je povezana preko USB

kabla na PC/Laptop. Pomoću bloka „Analog Input“ učitava se signal u

„MATLAB/Simulink“ fajl. Ulazni signal je sinusnog karaktera, nepoznate faze i

frekvencije. Da bi se iskoristila PLL metoda potrebno da se ulazni signal koji dolazi

sa MiniLab kartice 1008 pomnoži sa kosinusnim signalom iz razloga što je sinusna

funkcija koja predstavlja analizirani signal neparna funkcija.

Na izlazu iz bloka proizvoda je signal:

) (11)

в) (12)

Tada novonastali signal ima oblik:

в в (13)

Ovaj signal nije ni parna ni neparna funkcija, što je bio i cilj postići jer je

srednja vrijednost parne, odnosno neparne funkcije nula. Nakon toga, dobijeni signal

se prosljeđuje na najsloženiji blok radi poređenja i uzimanja srednje vrijednosti

promjenljivog ulaznog i izlaznog signala koji je vraćen pomoću negativne povratne

sprege. U prvoj iteraciji vrijednost izlaznog signala je f=50 Hz i on predstavlja

referentni signal. U sljedećim iteracijama vrijednost izlaznog signala mijenja se u

ovisnosti o ulaznom signalu.

U ovom bloku se nalazi interni oscilator koji pomoću “Bloka transportnog

kašnjenja” drži u fazi ulazni i izlazni signal. Odnosno njihova fazna razlika poprima

vrijednost nule. Pomoću blokova “To avoid division by zero” i “Number of samples”

dobija se kašnjenje signala u odnosu na ulazni signal. Proračunom srednje vrijednosti

prosljeđena dva signala dobijen je novi signal drugačije frekvencije. Novonastali

signal je udvostručen, pa se u odjeljku za filtriranje mora eliminisati nastala pojava.

(14)

,

Na izlazu je dobijen signal nove ugaone frekvencija koja se prosljeđuje na

“PID regulator”. Ovim blokom se vrši upravljanje signalom, na način da se

povećava/smanjuje vrijeme prijelaznog režim, odnosno podešavanje vremenski

konstanti upravljanog signala. Prelazak iz domena ugaone frekvencije u frekventni

domen vrši se pomoću “Gain” bloka prikazanog na strukturalnoj blokovskoj šemi. U

posljednjem dijelu algoritma se vrši filtriranje novonastalog frekventnog signala


- 10 -

pomoću filtera “Rate Limiter”, odnosno limitera vrijednosti i “2nd-Order filter” koji

predstavlja niskopropusni filter. Niskopropusni filter propušta vrijednosti manje od 75

Hz. Pomoću ovih filtera se uklanja udvostručena komponenta frekvencije, koja je

dobijena zbog relacije:

в в

Konačno na izlazu se dobija vrijednost frekvencije, koja je prikazana na

sljedećoj slici. Ova metoda radi u “countinues time domen”, što znači da se bilo

kakvom promjenom ulaznog napona, frekvencija mijenja. Takav način mjerenja

frekvencije omogućava analiziranje promjena opterećenja mreže i njihov utjecaj na

frekvenciju.


- 11 -

2.2.4 Blok šema za mjerenje frekvencije konstruisana u Matlab/Simulink programu, na osnovu PLL metode

Slika 10 – Blok šema za mjerenje frekvencije konstruisana u

Matlab/Simulink programu


- 12 -

2.2.5 Korišteni elementi MATLAB/Simulink softverskog paketa

Ovdje će biti detaljno opisani elementi korišteni u izradi softverskog dijela metode

u programskom paketu MATLAB/Simulink. Prilikom konstruisanja ove metode u

Simulinku koriste se elementi iz standardne biblioteke „Simulink.lib“ te iz dodatnih

biblioteka „powergui.lib“ i „SimPowerSystems.lib“, koje su prikazane na sljedećoj slici:

Slika 11. – „Simulink biblioteka“

Elementi korišteni za izradu softverskog dijela metode za mjerenje frekvencije pomoću

PLL-a u programskom paketu MATLAB/Simulink su:

1. Blok „Analog input“

Koristi se za očitanje signala sa MiniLab1008 akvizicijske kartice u

Matlab/Simulink fajlu. Simbol za ovaj element je:

- Simbol za blok „Analog input“

Ž


- 13 -

2. Blok „Product“

Koristi se za množenje dva ili više signala. Ovaj element je korišten na više

mjesta pri izradi šeme. Simbol za ovaj element je:

- Simbol za blok „Product“

-

3. Blok „Integrator“

Koristi se za integriranje određenog signala. Ovaj element je korišten na više

mjesta pri izradi šeme. Simbol za ovaj element je:

- Simbol za blok „Integrator“

4. Blok „Math - Mod“

Koristi se za matematičke funkcije, u našem slučaju „Modul signala“. Simbol

za ovaj element je:

- Simbol za blok „Math“

5. Blok „Gain“

Koristi se za množenje odgovarajućeg signala sa određenom vrijednosti. Ovaj

element je korišten na više mjesta pri izradi šeme. Simbol za ovaj element je:

- Simbol za blok „Gain“

6. Blok „To avoid divison by zero“

Koristi se za ograničavanje ulaznog signala na gornje i donje vrijednosti

zasićenja. Simbol za ovaj element je:

- Simbol za blok „To avoid divison by zero“

7. Blok „Variable Transport Delay“

Koristi se za pomjeranje ulaznog signala za prosljeđenu vrijednost. Simbol za

ovaj element je:

- Simbol za blok „Variable Transport Delay“


- 14 -

8. Blok „Number of samples per cycle“

Koristi se za određivanje vrijednosti pomjeranja ulaznog signala odnosno,

kašnjenja. Simbol za ovaj element je:

- Simbol za blok „Number of samples per cycle“

9. Blok „Rate limiter“

Koristi se za ograničenje vrijednosti signala. Simbol za ovaj element je:

- Simbol za blok „Rate Limiter“

10. Blok „PID Controller“

Koristi se za sve vrste upravljanja ulaznim signalom. Simbol za ovaj element je:

- Simbol za blok „PID Controller“

9

11. Blok „2nd-Order Filter“

Koristi se za određivanje vrijednosti pomjeranja ulaznog signala. Simbol za

ovaj element je:

- Simbol za blok „2nd-Order Filter“

12. Blok „Scope“

Koristi se za prikaz mjerenog signala. Simbol za ovaj element je:

- Simbol za blok „Scope“

13. Blok „Trigonometric Function“

Koristi se za generisanje „cos“ funkcije u našem slučaju. Simbol za ovaj

element je:

- Simbol za blok „Trigonometric Function“


- 15 -

2.2.6 Podešavanje parametara korištenih blokova MATLAB/Simulink

softverskog paketa

Detaljno će biti objašnjeno podešavanje parametara korištenih elemenata u

MATLAB/Simulinku. Podešavanje parametara je bitno za funkcionalost šeme i izgled

izlaznog signala, te je potrebno tačno odrediti podešene vrijednosti.

Kao što je prethodno opisano u jednom od paragrafa, ulazni signal dolazi na

MiniLab1008 karticu koja je povezana preko USB kabla na PC/Laptop. Pomoću bloka

„Analog Input“ učitava se signal u „MATLAB/Simulink“ fajl i vrši obradu signala, da

bi kao rezultat dobili frekvenciju u ovisnosti o vremenu kao izlazni signal.

Na bloku „Analog Input“ vrši se podešavanje ulaznog signala koji dolazi sa, miniLAB

1008“ kartice. Matlab automatski prepoznaje karticu.

Slika 12. – Podešavanje parametara „Analog Inputa“


- 16 -

Nakon toga vrši se podešavanje parametara bloka „PID Controller“. Podešavanje

se vrši na način da se proračunava vrijednosti konstanti PID regulatora i upisuje u

blok za PID regulator. U PID regulatoru nalaze se tri konstante:

Proporcionalna konstanta - KP

Integralna konstanta - KI

Derivaciona konstanta - Kd

Pomoću PID regulatora može se vršiti upravljanje signalom, na način da

povećava/smanjuje vrijeme prijelaznog režim, odnosno podešavanje vremenski

konstanti upravljanog signala. Također može se izvršiti upravljanje vrijednostima

preskoka i greške upravljanog signala. Na sljedećoj slici je prikazano podešavanje

parametara unutar bloka „PID Controller“:

Slika 13. – Podešavanje parametara „PID Controller“

Nakon toga dolazi se do podešavanja skupa elemenata koji su vezani za filtriranje

i ograničavanje izlaznog signala, odnosno blokova „Rate Limiter“ and „2nd-Order

Filter – Lowpass filter“. Unutar bloka „Rate Limiter“ vrši se podešavanje maksimalne


- 17 -

i minimalne vrijednosti ripla upravljanog signala, odnosno ograničavaju oscilacije

signala oko stacionarne vrijednosti.

U razmatranom slučaju podešena je maksimalna vrijednost na 12, a minimalna

vrijednost na -12. Maksimalna peek to peek vrijednost je 24. Na sljedećoj slici je

prikazano podešavanje parametara unutar bloka „Rate Limiter“:

Slika 14. – Podešavanje parametara „Rate Limitera“

Podešavanje parametara „Lowpass filtera“, podešava se maksimalna propusna

vrijednost signala, odnosno ograničava signal da bi se zaštitili pojedini elemente koji

ne mogu raditi pri visokim frekvencijama. Podešena vrijednost „Niskopropusnog

filtera“ je 75 Hz. Također postavljen je i „Cutoff frequency“ ili maksimalna

frekvencija pri kojoj neće doći do rezanja signala postavljen je na 50Hz. Ove

vrijednosti se proračunavaju na osnovu detaljne analize „Nyquist dijagrama“ i

prelaska u frekventni domen (Bodeovi dijagrami) u kojem se određuje maksimalna

vrijednost ripla signala u dB. Princip rada ovih filtera je na bazi „Passband frequency

and Stopband frequency“, odnosno kada vrijednost frekvencija u radijanima pređe

vrijednost granične frekvencije, dolazi do rezanja signala. Za „Lowpass filter“ vrijedi

da je ωp < ωs. Na sljedećoj slici je prikazano podešavanje parametara unutar bloka

„2nd-Order Filter – Lowpass filter“:


- 18 -

Slika 15. – Podešavanje parametara „Lowpass filtera“


- 19 -

3. REZULTATI I ANALIZA MJERENJA FREKVENCIJE

3.1 „TEST 1“ – MJERENJE PROIZVOLJNO GENERISANE FREKVENCIJE

Razmatran je slučaj mjerenja proizvoljno generisane frekvencije u labaratoriji

Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu, na sljedeći način:

Slika 16. – Hardverska blok šema -”Test 1”

Pomoću “Generatora impulsa”, koji je objašnjen u poglavlju 2 je izvršeno

generisanje signala proizvoljne amplitude, faze i frekvencije koja je prosljeđena na

“miniLAB 1008” akvizicijsku karticu. Kartica je pomoću USB kabla spojena na laptop.

Ovaj primjer pokazuje ispravnost konstruisanog algoritma u Matlab/Simulink

programskom paketu. Pri analizi rezultata uočena je minimalna greška +/- 1 Hz koja je

nastala zbog nesavršenosti korištene električne opreme.


- 20 -

3.2 „TEST 2“ – MJERENJE MREŽNE FREKVENCIJE 0,4 KV NAPONSKE

MREŽE

Razmatran je slučaj mjerenja mrežne frekvencije 0,4kV naponske mreže u

labaratoriji Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu. Vršeno je poređenje rezultata dobijenih

mjerenjem frekvencije pomoću MiniLab kartice i Simulink modela i rezultata dobijenih

pomoću aplikacije za glavni razvodni ormar. Aplikacija je učitana u kabinetu nadležnog

asistenta pod njegovim rukovodstvom.

Ovaj primjer je složeniji od prethodno razmatranog, izvršena je detaljna analiza i

obrada rezultata. Budući da je u pitanju 0,4 kV mreža, korišten je transformator

220V/12V koji snižava vrijednost napona i štiti korištenu električnu opremu. Naponski

djeljitelj prima napon od 12V i snižava njegovu vrijednost na 0,26 V. Snižena vrijednost

prosljeđena je akvizicijskoj kartici koja je pomoću USB kabla spojena na laptop.

Slika 17. – Hardverska blok šema -”Test 2”


- 21 -

Proizvoljno je odlučeno da prvo mjerenje frekvencije traje 120 sekundi.

Vrijednosti mjerene frekvnecije pomoću Minilab kartice i Simulink modela ima 1000

uzoraka u sekundi, a mjerenje pomoću aplikacije za GRO ima jedan uzorak u sekundi.

Zbog toga je napravljen kod u Matlabu koji uzima te vrijednosti koje dolaze sa

akvizicijske kartice i računa njihovu srednju vrijednost za svaku sekundu. Da nije urađen

taj dio ne bi bilo moguće izvršti poređenje.

Rezultati mjerenja 0,4 kV frekvencije pomoću napravljenog algoritma u Simulinku se

porede sa vrijednostima frekvencije mjerene putem aplikacije koja se koristi za

rukovođenje glavnog razvodnog ormara .

Slika 18. – Glavni razvodni ormar ETF


- 22 -

Prvo poređenje je urađeno za vrijeme od dvije minute. Nakon analize rezultata, napravljeni su

dijagrami u Matlabu.

Slika 19. – Grafik frekvencije mjerene aplikacijom za GRO i iste frekvencije mjerene pomoću

MiniLab kartice i Simulink modela u trajanju od T=120 s


- 23 -

Slika 20. – Odstupanje rezulata (relativna greška) mjerenja frekvencije pomoću

Minilab kartice I Simulink modela u odnosu na mjerenje frekvencije pomoću aplikacije GRO-a za

period T=120s


- 24 -

Sljedeće mjerenje je urađeno na isti način ali u trajanju od 60 minuta.

Slika 21. – Vrijednosti frekvencije i napona mjerenih direktno sa GRO u trajanju od 3600 s


- 25 -

Slika 22. – Grafik frekvencije mjerene pomoću aplikacije za GRO i iste frekvencije mjerene pomoću

MiniLab kartice I Simulink modela u trajanju od T=3600 s


- 26 -

Slika 23. – Odstupanje rezulata (relativna greška) mjerenja frekvencije pomoću Minilab

kartice i Simulink modela u odnosu na mjerenje frekvencije pomoću aplikacije GRO-a za

period T=3600s


- 27 -

4. ZAKLJUČAK

U svakodnevnom radu inženjera elektroenergetike , posebno tokom izrade

raznovrsnih projektnih zadataka potrebno je vršiti mjerenje raznih veličina. Mjerenje

frekvencije je ključno za analiziranje nestabilnosti u elektroenergetskim sistemima.

Napretkom tehnologije povećani su zahtjevi za što preciznijim i bržim načinom mjerenja

frekvencije. Ekonomija u 21. vijeku igra ključnu ulogu u svim privrednim djelatnostima ,

pa tako projektovanje u elektroenergetici danas predstavlja balansiranje između

ekonomski povoljnijih riješenja i onih sa odličnim izlaznim karakteristikama.

Projektovanje ovog modela mjerenja frekvencije je pokazalo još jednom kako se uz

domišljatost i timski rad, mogu postići izvanredni rezultati.

Postoje razni uređaji za mjerenje frekvencije. Digitalni frekvenciometari su se

počeli koristiti nakon digitalnih integriranih sklopova. Zbog svoje visoke tačnosti, do

danas su gotovo u potpunosti potisnuli iz upotrebe analogne frekvenciometre i mjerne

mostove za mjerenje frekvencije.Komercijalni digitalni frekvenciometri su prilično skupi,

što predstavlja glavni nedostatak istih.Jedan od najvećih izazova u izradi ovog projekta je

osmišljavanje algoritma za mjerenje frekvencije. Odabran je programski paket

Matlab/Simulink kao jedan od trenutno najzastupljenijih inženjerskih softvera.

Napravljena je autentična blok šema u Simulink-u zasnovana na suštinskoj ideji

PLL metode (metode zatvorene kružne petlje). Prvi test koji je sproveden u labaratoriji

Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu 1.38, pokazuje ispravnost projektovane

algoritamske strukture i njenu univerzalnost.Zatim je izvršeno mjerenje mrežne

frekvencija 0,4 kV naponske mreže. Radi daljeg analiziranja rada blokovske strukture i

dobijenih rezultata mjerenja, urađeno je poređenje tih izmjerenih vrijednosti frekvencije

sa rezultatima mjerenja iste frekvencije ali na drugačiji način. Budući da glavni razvodni

ormar glavne zgrade Elektrotehničkog fakulteta u Sarajevu ima mogućnost memorisanja i

upravljanja rezultatima mjerenja frekvencije i napona zahvaljujući posebnom softveru,

odabran je taj metod mjerenja frekvencije za usporedbu sa napravljenim modelom.

Akvizicijska kartica kao najveći generator greške, naponski mjerni transformator ručne

proizvodnje i ostala laboratorijska oprema, predstavljaju veliki rizik za valjanost rezultata.

Suprotno očekivanom, dobijeni su rezultati visoke tačnosti. Urađeni grafikoni u Matlabu

su pokazali malo odstupanje mjerenja frekvencije akvzicijskom karticom, od mjerenja

putem potenciometra glavnog razvodnog ormara. To odstupanje je modelirano kao

relativna greška koja iznosi 0,1688 %. Ovom greškom je pokazana preciznost mjerenja

napravljenog modela.


- 28 -

Model mjerenja frekvencije napravljen u fakultetskoj laboratoriji, uz minimalne

troškove, pokazuje preciznost mjerenja koja može parirati mnogo skupljim i složenijim

uređajima za mjerenje frekvencije.

Nedostatak ovakvog načina mjerenja frekvencije se ogleda u priključenju

akvizicijske kartice i transformatora kao dva dodatna uređaja čije korištenje bi nekome

predstavljalo usložnjavanje samog procesa mjerenja frekvencije.

U budućnosti, se napravljeni model može nadograditi dodavanjem dodatnih

blokova u Simlunk-u koji bi predstavljali razne pogodnosti za mjerenje frekvencije kao

što su direktno ispisivanje rezultata mjerenja frekvencije u Matlabu.


- 29 -

5. LITERATURA

[1] V.prof.dr Irfan Turković, „ Bilješke i slajdovi s predavanja”, Elektrotehnički fakultet u

Sarajevu, 2015.god.

[2] General PLL Description: T. H. Lee, Chap. 15. Gray and Meyer, 10.4 Clock generation:

B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, Chap. 15, McGraw-Hill, 2001.

[3] http://www.mathworks.com/help/physmod/sps/powersys/ref/pll.html?requestedDomai

n =w ww.mathworks.com&requestedDomain=www.mathworks.com , 8.1.2016.god.

[4] Prezentacija „ANALIZA POTROŠNJE EL. ENERGIJE ETF-SA GLAVNA ZGRADA za

period:24.11.2015 – 24.12.2015“, V.ass. mr Vedad Bečirović

Documents

AMU - MJERENJE MREŽNE FREKVENCIJE 0,4 kV mreže koristeći DAQ FIFNALAAL