Современные информационные технологии/2. Вычислительная техника и программирование

Е. А. Степанова

Омский государственный университет путей сообщения, Россия

Измерители качества электрической энергии

В данной статье выполнен обзор существующих аппаратных решений в области измерения качества электрической энергии. Рассмотрены достоинства и недостатки зарубежных и отечественных измерителей.

Обеспечение надежного качества электроэнергии ведет к повышению эффективности работы приемников электроэнергии и электроэнергетических систем [1]. Контроль качества электрической энергии подразумевает оценку соответствия показателей установленным нормам с помощью контрольно-измерительных приборов. Качество электроэнергии оценивается по технико-экономическим показателям, которые учитывают ущерб, вследствие порчи материалов и оборудования, расстройства технологического процесса, ухудшения качества выпускаемой продукции, технологический ущерб, электромагнитный ущерб. Показатели качества электроэнергии регламентируются ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».

В настоящее время в области качества электрической энергии ведется исследовательская работа, существуют научно-исследовательские лаборатории, такие как, лаборатория по качеству электрической энергии Омского Государственного Технического Университета где разработали 16-канальный измерительно-вычислительный комплекс ИВК ОМСК-М, предназначенный для глубокого и всестороннего исследования режимов работы систем электроснабжения промышленных предприятий. По всей России существует ряд частных испытательных лабораторий: «НИЦ Тест-Электро» г. Москва, ООО «Юнитекс» г. Екатеринбург, ООО «Энергосоюз» г. Ростов-на-Дону, АНО «Научный и инженерно-испытательный центр электротехники и электроэнергетики» г. Санкт-Петербург и других.

Контроль электротехнической информации выполняется с помощью сертифицированных модулей (вычислителей или измерителей) которые работают в составе электротехнических комплексов и обеспечивают измерение и расчёт всех необходимых параметров для определения и анализа качества электрической энергии.

В настоящее время наибольшее распространение получили модули выполненные, в виде цифровых вычислителей, которые измеряют спектр сигнала с помощью алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ). Мировыми производителями цифровых электротехнических измерительных комплексов, такими как SATEC, Fluke, АКИП, Metrel, CIRCUTOR и других выпускается различное оборудование для измерения и мониторинга электротехнической информации. В России разработками модулей измерителей электротехнических сигналов занимаются такие научно-производственные предприятия, как ООО "НПП Марс-Энерго", ООО «Л Кард», ЗАО «СигналТест» и другие. В Таблице 1 представлен сравнительный ряд наиболее популярных моделей измерителей.

Как видно из таблицы, готовых измерителей довольно много, но существует ряд нерешенных проблем:

- стоимость измерителей достаточно высока и не всегда оправдано;

- оборудования, способного работать с сигналами различной частоты (в том числе и для частоты бортовой сети 400 Гц) крайне мало;

- далеко не все существующее оборудование способно работать в широком диапазоне внешних воздействий;

- портативность устройства зачастую достигается снижением его производительности;

- отечественная элементная база (в том числе и с «приемкой») используется мало;

Таблица 1 – Измерители качества электроэнергии

Производитель (Страна)/ модель	Число каналов	Fраб	Питание	Число гармоник	Цена	Конструкция
SATEC (Израиль)/ PM130 PLUS[2]	4	25/50/60/ 400 Гц	~ 220 В	До 40	Около 190000 руб	Щитовой
Metrel (Словения)/ MI 2792[3]	4	10-70 Гц	батарея	До 50	Около 180000 руб	Переносной GPRS-модем
Metrel (Словения)/ MI 2592[4]	4	10-70 Гц	батарея	До 50	Около 150000 руб	Переносной
CIRCUTOR (Испания)/ AR.5[5]	4	50-60 Гц	батарея	До 49	Около 180000 руб	Переносной
Fluke (США)/ Fluke 434[6]	4	50-60 Гц	батарея	До 49	Около 220000 руб	Переносной
АКИП (Россия)/ ПКК-57[7]	4	50-60 Гц	батарея	До 49	Около 160000 руб	Переносной
АКИП (Россия)/ МЭТ-5080[8]	2	50 Гц	батарея	До 49	Около 75000 руб	Переносной
Л Кард (Россия)/ LPW-305[9]	4	50 Гц	~ 220 В	До 50	От 29000 руб	Щитовой

Вышеперечисленные проблемы возникают прежде всего из-за использования в измерителях процессорных устройств с невысокой производительностью. Повышение производительности процессора достигается несколькими путями:

- Увеличение тактовой частоты, однако, при высокой тактовой частоте возрастает и энергопотребление, а также выделение тепла.

- Наличие нескольких ядер. Большинство современных процессоров являются двухъядерными, это значит, что в одной микросхеме находятся сразу два процессора. Есть трех и четырехъядерые процессоры, но для полноценного использования ресурсов двух и более ядер необходимо программное обеспечение, эффективно разделяющее нагрузку на несколько потоков.

- Увеличение объема кэш-памяти. В кэш-память помещаются наиболее часто используемые процессором данные и куски программного кода. Чем больше объем кэш-памяти, тем выше скорость работы процессора на реальных задачах.

- Увеличение тактовой частоты фронтальной шины. Обмен данными современных процессоров с оперативной памятью происходит через канал, называемый фронтальной шиной, чем выше ее тактовая частота, тем быстрее происходит передача данных.

Таким образом, для достижения высокой производительности требуется процессор с несколькими ядрами, оптимальной тактовой частотой и объемом кэш-памяти. Из процессоров российского производства этим требованиям отвечает телекоммуникационный процессор NVCom-01 ГУП НПЦ «ЭЛВИС» г. Зеленоград. Микросхема NVCom-01имеет трехъядерную архитектуру, она содержит 32-разрядный центральный процессор и два высокопроизводительных процессора-акселератора для цифровой обработки сигналов с фиксированной и плавающей точкой, обеспечивающих обработку информации с переменными форматами данных. Все процессоры работают независимо друг от друга (каждый по своей собственной программе) и представляют систему на кристалле MIMD – архитектуры (MIMD – Multiple Instructions Multiple Data). Использование в структуре процессора двухпортовых ОЗУ обеспечивает высокое быстродействие. Микропроцессор NVCom-01 позволяет замещать высокопроизводительные DSP процессоры зарубежного производства. Его тактовая частота равняется 300 МГц [10].

В результате выполненного анализа можно сделать вывод о том, что существует потребность в недорогом, высокопроизводительном, портативном вычислителе для измерителя качества электроэнергии.

Литература:

1. Ананичева С. С. Качество электроэнергии. Регулирование напряжения и частоты в энергосистемах/ С. С. Ананичева, А. А. Алексеев, А. Л. Мызин// Екатеринбург.-2001 .- 93 с.

2. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.satec-global.com/rus/Products.aspx?product=44 (дата обращения: 20.05.2014);

3. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.metrel-russia.ru/products/Kachestvo/MI2792 (дата обращения: 20.05.2014);

4. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.metrel-russia.ru/products/Kachestvo/MI2592PowerQ4 (дата обращения: 20.05.2014);

5. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.e-v-t.ru/9225/circutor/ar-5-l/ (дата обращения: 20.05.2014);

6. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.fluke.com/fluke/ruru/Power-Quality-Tools/Logging-Power-Meters/Fluke-434-Series-II-Energy-Analyzer.htm?PID=73937 (дата обращения: 20.05.2014);

7. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.academline.com/docs/akip/desc_akip_pkk-57.pdf (дата обращения: 20.05.2014);

8. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.prist.ru/produce.php/card/meas.htm?id=350223273#t=main (дата обращения: 20.05.2014);

9. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.power-control.ru/ (дата обращения: 20.05.2014).

10. Микросхема интегральная NVCom-01. Руководство пользователя/ ГУП НПЦ «Элвис» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://multicore.ru, версия 217009, С. 8-13, 129, (дата обращения: 20.05.2014).