Un sistema automatico di taratura on-line ai bassi carichi dei trasformatori di misura per energia eolica
Autore
Antonio Camiletti - Università degli Studi del Sannio - [2002-03]
Documenti
Abstract
Questo lavoro di tesi nasce da un’esigenza precisa da parte dei gestori di centrali eoliche: monitorando per alcuni mesi i consumi energetici di una centrale eolica ad intervalli temporali di 15 minuti si è registrato un valore di energia attiva importata di soli 17 kWh che equivale allo 0,26 % della massima energia integrabile in 15 minuti. Tali misure sono state effettuate su un sistema trifase in alta tensione; in tali condizioni occorre inserire, per ragioni di isolamento e sicurezza, anche trasformatori di tensione e di corrente detti rispettivamente TA e TV e gli errori introdotti da tali apparecchiature di misura rappresentano, nella catena metrologica, la principale causa di incertezze.
Considerando che ai capi della rete elettrica trifase nel momento di assorbimento dell’energia esiste una modesta variazione di tensione, il valore 0,26 % è praticamente la variazione percentuale massima di corrente raggiunta in 15 minuti.
E’ chiaro quindi che nel caso di energia importata, cioè quando il vento è sotto la soglia di cut in e la centrale non produce ma assorbe corrente dalla rete elettrica nazionale per alimentare le apparecchiature di controllo, i trasformatori lavorano molto al di fuori della loro portata presentando una notevole incertezza di misura.
Le idee che si sono sfruttate per far fronte al problema sono essenzialmente due: utilizzare il metodo indiretto per la taratura dei trasformatori e utilizzare il microcontrollore TINI accessibile via Internet. Con tali idee l’obiettivo è stato quello di proporre un metodo di autotaratura e autocorrezione dei trasformatori di misura implementabile su microcontrollore e accessibile via INTERNET.
Quindi si è utilizzato il metodo indiretto per studiare direttamente il comportamento magnetico dei trasformatori di corrente per un funzionamento al di sotto dell’1 % della corrente nominale. La principale peculiarità di tale metodo è che si presta agevolmente all’automazione della procedura di taratura.
La procedura completa di taratura automatica da remoto prevede i seguenti passi:
1) Si effettua da remoto una richiesta di taratura automatica;
2) Il microcontrollore riceve la richiesta e mediante relè provvede a staccare il trasformatore dal complesso di misura e a collegarlo al sistema di taratura;
3) Si esegue la taratura e si ricollega il TA al complesso di misura;
4) Si utilizza il TA correggendone gli errori deterministici.
Il metodo proposto è stato implementato in LabView per la sua verifica sperimentale. Si è implementato cioè un vero e proprio strumento virtuale di taratura automatica.
Per caratterizzare i segnali di tensione e di corrente acquisiti si è utilizzato un nuovo algoritmo di sine-fitting a sette parametri più accurato e più veloce del classico tre più quattro parametri.
Il processo di taratura viene eseguito in tre diverse fasi ognuna delle quali è caratterizzata da un proprio pannello di comando ed è propedeutica per quelle successive.
Infine, con i risultati di taratura ottenuti, si quantifica la precisione complessiva dell’apparecchiatura di misura tenendo conto che i TA e i TV sono tutti uguali , dei parametri del cavidotto, e degli errori introdotti dal contatore di energia.
Il problema della taratura dei TA ai bassissimi carichi è un problema particolarmente importante e sentito e come tale ha bisogno di essere affrontato a livello di norme nazionali ed europee visto che non è risolvibile con le moderne apparecchiature di testing.
Il metodo proposto in questo lavoro si basa su un tradizionale sistema di taratura rivisitato in chiave moderna e che permette di effettuare tarature in qualsiasi range di misura. Inoltre è un metodo a bassissimo costo, che non richiede dispositivi campione e può essere utilizzato anche on-site, cioè senza dover spostare fisicamente i trasformatori di misura.
Infine, poiché il metodo si presta all’automazione, è stato possibile realizzare, mediante il microcontrollore TINI, tarature automatiche anche da remoto, ottenendo, da qualsiasi postazione e in tempo reale, i risultati di taratura.
I risultati sperimentali dimostrano che per i bassi carichi esiste una percentuale di errore che porta a sovrastimare l’energia importata con importanti ricadute economiche.
Lo sviluppo futuro del sistema proposto, sarà una piattaforma di monitoraggio e telecontrollo in tempo reale di tutto il complesso di misura, che prevede la taratura automatica on-line anche dei contatori di energia, che soffrono dello stesso problema dei trasformatori di misura.
In questo modo il cerchio si chiude e tutto il complesso di misura sarà così completamente accessibile e controllabile in tempo reale da remoto attraverso internet o mediante rete cellulare GSM o ancora via satellite.
Considerando che ai capi della rete elettrica trifase nel momento di assorbimento dell’energia esiste una modesta variazione di tensione, il valore 0,26 % è praticamente la variazione percentuale massima di corrente raggiunta in 15 minuti.
E’ chiaro quindi che nel caso di energia importata, cioè quando il vento è sotto la soglia di cut in e la centrale non produce ma assorbe corrente dalla rete elettrica nazionale per alimentare le apparecchiature di controllo, i trasformatori lavorano molto al di fuori della loro portata presentando una notevole incertezza di misura.
Le idee che si sono sfruttate per far fronte al problema sono essenzialmente due: utilizzare il metodo indiretto per la taratura dei trasformatori e utilizzare il microcontrollore TINI accessibile via Internet. Con tali idee l’obiettivo è stato quello di proporre un metodo di autotaratura e autocorrezione dei trasformatori di misura implementabile su microcontrollore e accessibile via INTERNET.
Quindi si è utilizzato il metodo indiretto per studiare direttamente il comportamento magnetico dei trasformatori di corrente per un funzionamento al di sotto dell’1 % della corrente nominale. La principale peculiarità di tale metodo è che si presta agevolmente all’automazione della procedura di taratura.
La procedura completa di taratura automatica da remoto prevede i seguenti passi:
1) Si effettua da remoto una richiesta di taratura automatica;
2) Il microcontrollore riceve la richiesta e mediante relè provvede a staccare il trasformatore dal complesso di misura e a collegarlo al sistema di taratura;
3) Si esegue la taratura e si ricollega il TA al complesso di misura;
4) Si utilizza il TA correggendone gli errori deterministici.
Il metodo proposto è stato implementato in LabView per la sua verifica sperimentale. Si è implementato cioè un vero e proprio strumento virtuale di taratura automatica.
Per caratterizzare i segnali di tensione e di corrente acquisiti si è utilizzato un nuovo algoritmo di sine-fitting a sette parametri più accurato e più veloce del classico tre più quattro parametri.
Il processo di taratura viene eseguito in tre diverse fasi ognuna delle quali è caratterizzata da un proprio pannello di comando ed è propedeutica per quelle successive.
Infine, con i risultati di taratura ottenuti, si quantifica la precisione complessiva dell’apparecchiatura di misura tenendo conto che i TA e i TV sono tutti uguali , dei parametri del cavidotto, e degli errori introdotti dal contatore di energia.
Il problema della taratura dei TA ai bassissimi carichi è un problema particolarmente importante e sentito e come tale ha bisogno di essere affrontato a livello di norme nazionali ed europee visto che non è risolvibile con le moderne apparecchiature di testing.
Il metodo proposto in questo lavoro si basa su un tradizionale sistema di taratura rivisitato in chiave moderna e che permette di effettuare tarature in qualsiasi range di misura. Inoltre è un metodo a bassissimo costo, che non richiede dispositivi campione e può essere utilizzato anche on-site, cioè senza dover spostare fisicamente i trasformatori di misura.
Infine, poiché il metodo si presta all’automazione, è stato possibile realizzare, mediante il microcontrollore TINI, tarature automatiche anche da remoto, ottenendo, da qualsiasi postazione e in tempo reale, i risultati di taratura.
I risultati sperimentali dimostrano che per i bassi carichi esiste una percentuale di errore che porta a sovrastimare l’energia importata con importanti ricadute economiche.
Lo sviluppo futuro del sistema proposto, sarà una piattaforma di monitoraggio e telecontrollo in tempo reale di tutto il complesso di misura, che prevede la taratura automatica on-line anche dei contatori di energia, che soffrono dello stesso problema dei trasformatori di misura.
In questo modo il cerchio si chiude e tutto il complesso di misura sarà così completamente accessibile e controllabile in tempo reale da remoto attraverso internet o mediante rete cellulare GSM o ancora via satellite.
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