ДП 140604.65. ПЗ 658 (1232986), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

- коэффициент мощности электровоза;

- изменение частоты, напряжения и тока;

- значения активной и полной мощностей, полезной мощности, эквива-лентной реактивной мощности, а также активной электрической энергии.

Блок-диаграмма виртуального прибора автоматизированной системы учета расхода электрической энергии, потребляемой на тягу поездов (рисунок 3.7), составлена на основе структуры Цикл по условию (While Loop), которая эквивалентна следующему коду: do {программа} while {условие}. Внутри структуры размещаются терминал счетчика итераций i и терминал условия выхода из цикла. Цикл отвечает за выполнение блок-диаграммы, собранной внутри него. Код программы, размещенный в структуре, выполняется до подачи на терминал условия логической переменной Истина (True), т.е. прекращение работы программы происходит при условии «Остановить если истина» (Stop If True), путем нажатия кнопки STOP на лицевой панели ВП [19].

Рисунок 3.6 – Лицевая панель ВП автоматизированной системы учета расхода электрической энергии

Сбор данных аналоговых сигналов величин переменных напряжений и токов осуществляется при помощи Экспресс-ВП DAQmx Assistant. На данном этапе производится измерение напряжения ( ) и тока ( ) в первичной обмотке тягового трансформатора электровоза, выпрямленного напряжения между положительной и отрицательной шинами выпрямительно-инверторного преобразователя электровоза ( ) и выпрямленного тока ( ), подаваемого на якорь тягового двигателя электровоза. В процессе работы программы, измеряемые величины напряжений и токов отображаются на графическом индикаторе (Waveform Graph), имитирующем работу осциллографа.

Поступающие мгновенные значения измеряемых величин подвергаются обработке. При помощи функции измерения параметров осциллограмм (Basic Average DC-RMS) рассчитывается значение постоянной составляющей и среднеквадратического (действующего) значения величины. Экспресс-ВП Измерения спектра (Spectral Measurements) выполняет измерения амплитудного спектра сигнала, полученного при быстром преобразовании Фурье (БПФ – англ. FFT). Гармонические составы напряжения и тока первичной обмотки тягового трансформатора электровоза отображаются на графических индикаторах в виде гистограмм. Функции перемножения и суммирования производят вычисление полной мощности .

Активная мощность определяется при помощи Экспресс-ВП Математическая обработка во временной области (Time Domain Math), который выполняет функцию интегрирования сигнала (Integral x(t)) во временной области.

Рисунок 3.7 – Блок-диаграмма ВП автоматизированной системы учета расхода электрической энергии

Расход электрической энергии, потребляемой на тягу поездов, в процессе поездки определяется путем сложения активных мощностей через узел Обратная связь (Feedback Node) и умножения полученной мощности на время следования локомотива.

Отображение колебания частоты напряжения контактной сети производится при помощи элемента числовой индикации и Экспресс-ВП Измерения гармонического колебания (Tone Measurements), который позволяет находить единственное гармоническое колебание в заданном диапазоне частот (52 – 48 Гц) и определять его частоту.

Экспресс-ВП Измерения искажения (Distortion Measurements) выполняет измерение искажения сигнала напряжения, т.е. определяет коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения и тока (THD – Total harmonic distortion). Отображение и тока в % осуществляется при помощи графических индикаторов, имитирующих работу самописца (Waveform Chart). Индикатор запоминает и отображает всю поступающую на него информацию в виде отдельных чисел.

На протяжении всей поездки локомотива ВП автоматизированной системы учета расхода электрической энергии производит запись результатов измерения LabVIEW в файл с расширением .lvm с помощью Экспресс-ВП (Write LabVIEW Measurement File). В предлагаемом ВП осуществляется запись двух файлов. В первый файл производится запись мгновенных значений токов и напряжений, во второй – значения частоты питающего напряжения в Гц, коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения и тока в %, коэффициента мощности электровоза, а также активной электрической энергии в кВт∙ч[18].

4 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УЧЕТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

4.1 Методика математического моделирования электромагнитных процессов

Наиболее распространенным теоретическим методом исследования различных физических объектов и их явлений на стадии проектирования является математическое моделирование. Этот метод осуществляется путем создания специальных моделей, основанных на идентичности формы уравнений и однозначности соотношения между переменными в уравнениях оригинала и модели.

Моделирование электромагнитных процессов, происходящих в электрической цепи, начинается с ее представления в виде схемы замещения, эквивалентной реальной. Затем производится математическое описание схемы замещения и построение на основе этого математической модели. Полученная математическая модель служит исходным материалом для создания алгоритма, моделирующего исследуемую электрическую цепь и протекающие в ней электромагнитные процессы. Алгоритм записывается в виде программы для ЭВМ, с помощью которой предполагается проводить исследование описанных процессов.

Реализация математической модели в виде программы для ЭВМ осуществляется с использованием пакетов специализированных программ схемотехнического моделирования. Такие программы построены по модульному принципу. В них предоставляется возможность замены компонентов модели, позволяя таким образом проводить исследование нескольких вариантов исполнения частей электрической цепи в различных сочетаниях. Для удобства пользователя работа с пакетом схемотехнических программ проводится в диалоговом режиме.

Одним из наиболее известных программных продуктов для осуществления математического моделирования является комплекс схемотехнического моделирования OrCAD версии 9.2, разработанный корпорацией OrCAD. Данный программный продукт производит расчет электротехнических схем любой сложности путем решения дифференциальных уравнений, описывающих электрические и магнитные переходные процессы в цепях электровоза.

Упрощенная схема структуры моделирующей системы OrCAD 9.2 представлена на рисунке 4.1. На линиях связи структурной схемы указаны расширения имен основных файлов системы [20].

Рисунок 4.1 – Упрощенная структурная схема системы OrCAD 9.2

Расширения имен файлов, используемых в системе OrCAD 9.2:

.lib – текстовые файлы библиотек математических моделей компонентов в формате SPICE;

.plb – библиотеки компонентов: содержат списки компонентов и их упаковочную информацию (количество секций, количество выводов в секции, имена выводов и др.);

.slb – библиотеки графических символов компонентов;

.clr – текстовый входной файл задания на моделирование для программы PSpice;

.net – список соединений схемы для выполнения моделирования;

.als – список соответствий номеров выводов компонентов именам подсоединенных к ним цепям;

.dat – бинарный файл результатов моделирования, передаваемый программе Probe, используемый для построения графиков.

В процессе моделирования электромагнитных переходных процессов в системе «контактная сеть – электровоз» с возможностью определения расхода электрической энергии при помощи пакета схемотехнического моделирования OrCAD 9.2 используются следующие программные модули, входящие в состав пакета:

- OrCAD Capture – графический редактор схем, предназначенный для создания проекта, часть которого может быть задана в виде принципиальной электрической схемы, а другая часть может быть описана на языке высокого уровня VHDL, а также из него запускаются программы моделирования аналоговых, цифровых и смешанных аналого-цифровых устройств PSpiсe и параметрической оптимизации PSpiсe Optimizer [20];

- OrCAD Capture CIS (Component Information System) – графический редактор схем, дополненный средством ведения баз данных компонентов; при этом зарегистрированные пользователи получают через Интернет (с помощью службы ICA, Internet Component Assistant) доступ к каталогу компонентов, содержащему более 200 тыс. наименований;

- OrCAD PSpice A/D – система моделирования аналоговых и смешанных аналого-цифровых устройств, данные в которую передаются как из PSpice Schematics, так и из OrCAD Capture;

- Parts – программа идентификации параметров математических моделей диодов, биполярных транзисторов, полевых и мощных МОП-транзисторов, операционных усилителей, компараторов напряжения, регуляторов и стабилизаторов напряжения, а также магнитных сердечников по паспортным данным;

- PSpice Schematics – графический редактор принципиальных схем, являющийся одновременно оболочкой для запуска основных модулей системы на всех стадиях работы с проектом;

- PSpice Optimizer – параметрическая оптимизация аналого-цифровых устройств по заданному критерию при наличии нелинейных ограничений.

Структурная схема обобщенной модели системы «контактная сеть – электровоз» приведена на чертеже ДП 140604.65 025 Э15.

Для оценки влияния электромагнитных установившихся и переходных процессов, протекающих в системе «контактная сеть – электровоз», на точность учета расхода электрической энергии необходимо создание обобщенной математической модели такой системы. Электровоз переменного тока в процессе своей работы непрерывно электрически взаимодействует непосредственно с контактной сетью и через нее с тяговыми подстанциями, поэтому при построении обобщенной математической модели используют принцип разбиения общей модели системы на взаимодействующие между собой частные модели.

Такая методика математического моделирования с использованием частных математических моделей, построенных на основе применения пакета схемотехнического моделирования OrCAD 9.2, позволяет проводить исследования электромагнитных процессов и давать оценку их влияния на точность учета расхода электрической энергии с учетом:

- искажения синусоидальной формы кривых тока и напряжения в контакт-ной сети;

- частотной зависимости электрических параметров схемы;

- нелинейности вольтамперных характеристик отдельных элементов сис-темы.

4.2. Разработка математической модели системы учета электрической энергии на электровозах переменного тока

В настоящее время учет электрической энергии потребителями железной дороги в системе тягового электроснабжения не соответствует требованиям качества, которые предъявляются в системах электроснабжения промышленных предприятий и коммунального хозяйства. Существует проблема «условных» потерь электрической энергии в тяговой сети. Разность в показаниях счетчиков электрической энергии на тяговых подстанциях и электровозах нельзя объяснить только потерями в контактной сети. Одной из причин значительной величины «условных» потерь электрической энергии является несовершенство системы тягового электроснабжения для организации коммерческого учета на тяговых подстанциях. Другой причиной является несовершенство измерительной системы расхода электрической энергии на электровозах переменного тока.

Для оценки экономии при внедрении энергосберегающих технологий необходимы средства измерения, принцип работы которых основан на регистрации мгновенных значений электрических параметров, характеризующих работу электровоза, и дальнейшей их обработке. Таким требованиям удовлетворяют средства измерения, построенные на основе микропроцессоров. Они имеют электронную память, дисплей для отображения информации, возможность измерять в одном блоке потребление и возврат электроэнергии, что позволит сократить количество счетчиков на электровозах с рекуперативным торможением.

Характеристики

Список файлов ВКР