A criação de um sistema de monitoramento de qualidade de

A criação de um sistema de monitoramento de qualidade de energia usando NI
Measurement Studio e o hardware DAQ
"O Measurement Studio nos ajudou a construir um
software autônomo que pode ser instalado em
qualquer sistema operacional Windows sem a
necessidade de software adicional. Deste modo, o
usuário pode monitorar o sistema em uma rede ou
apenas por uma unidade de controle."
- Abdul Rahim Abdullah , Kolej Universiti Teknikal Kebangsaan Malaysia (
http://www.etawau.com)
O desafio:
Desenvolver um sistema para monitorar e analisar a qualidade de energia em linhas de transmissão de energia elétrica.
A solução:
Utilizar um hardware de aquisição de dados (DAQ) da NI e o NI Measurement Studio development system para criar um sistema de medição,
monitoramento e análise em tempo real para linhas de transmissão que integra aquisição de sinais e aplica técnicas de processamento de sinais
para identificar problemas de qualidade de energia a serem corrigidos e prevenidos.
Autor(es):
Abdul Rahim Abdullah - Kolej Universiti Teknikal Kebangsaan Malaysia (http://www.etawau.com)
Norhashimah Mohd Saad - Kolej Universiti Teknikal Kebangsaan Malaysia (http://www.etawau.com)
Qualidade de energia é a disponibilidade de tensão e corrente senoidais puras a 50Hz (frequência da rede na Malásia) sem quaisquer quedas ou picos
no ponto de entrada do sistema de fornecimento. Problemas na qualidade de energia ocorrem devido à um desvio fora do padrão de tensão, corrente ou
frequência, que resulta em uma falha ou em uma não operação de equipamentos ligados à rede. Nos últimos 20 anos, a conscientização do problema de
qualidade de energia tem sido muito melhorada. Um exemplo disso é o relato da revista Bussiness Week (1991) que diz que picos, quedas e
interrupções no fornecimento de energia custam aos Estados Unidos 26 bilhões de dólares durante o estado de inatividade da rede, levando as perdas
de tempo, produção, vendas, atrasos em entregas e danos a equipamentos de produção.
Outro problema nos sistemas de transmissão de energia é o fator de potência. O fator de potência mede a potência útil na linha e fornecimento. Contudo,
o valor real varia dependendo das condições de carga. Para as indústrias e negócios da Malásia, o fator de potência deve ser ajustado para ser maior
que 0,85. Uma multa é cobrada se o valor cai abaixo do limite. Portanto, há a necessidade de entender e melhorar os problemas de qualidade de
energia.
Nosso sistema consiste em monitorar medições de energia como fator de potência, potência real, potência aparente, frequência, tensão (rms) e corrente
(rms) em tempo real. Além disso, realizamos técnicas de análise de sinal como periodograma de espectro de potência e análise
de espectrograma tempo-frequência para analisar e identificar problemas de qualidade de energia como transientes e harmônicas. A figura 1 mostra o
diagrama de blocos do sistema de monitoramento de qualidade de energia.
Aquisição de Dados
Nós utilizamos o dispositivo DAQ USB 6009 para adquirir as formas de onda da linha de transmissão. O sistema mede tensão entre 0V e 500V. Um
circuito com um transformador abaixador e um divisor de tensão é conectado à linha de transmissão para diminuir a tensão de entrada para menos de
12V. Além disso, o transformador abaixador age como isolador entre a linha de transmissão e o dispositivo DAQ. Para o processamento no tempo
discreto das formas de onda da linha de transmissão, o sistema amostra continuamente a entrada analógica a uma frequência de amostragem de 8kHz.
O sistema realiza medições de corrente entre 0A e 100A. Um adaptador clamp é ligado à entrada analógica do dispositivo DAQ. Similar a forma de onda
de tensão, o dispositivo DAQ amostra o sinal e envia os dados ao computador para processamento, monitoramento e registro de dados.
Desenvolvimento do Software
Os dados de qualidade de energia do dispositivo DAQ são transferidos ao computador para processamento, apresentação e armazenamento. Uma
interface gráfica apresenta os dados na forma de indicadores, gráficos e textos. Utilizamos o NI Measurement Studio Professional Edition para
desenvolver o software. O Measurement Studio nos ajudou a construir um software autônomo que pode ser instalado em qualquer sistema operacional
Windows sem a necessidade de software adicional. Deste modo, o usuário pode monitorar o sistema em uma rede ou apenas por uma unidade de
controle.
As medições básicas realizadas incluem tensão (rms), corrente (rms), frequência, fator de potência, potência real e potência aparente. Além disso, o
sistema calcula o periodograma e espectrograma de formas de onda de tensão e corrente. A figura 2 apresenta a tela principal da interface gráfica do
usuário que controla e representa os resultados das medições no computador.
A primeira linha da interface gráfica mostra as leituras de tensão (rms), corrente (rms), fator de potência, potência real e potência aparente nos
indicadores gráficos. As formas de onda de corrente e tensão em tempo real são representadas na linha seguinte. O periodograma de espectro de
potência para as formas de onda de tensão e corrente são calculados e mostrados na terceira linha da Interface gráfica. Ele representa a distribuição do
sinal no domínio da frequência. O periodograma de espectro de potência é calculado baseando-se na transformada rápida de Furrier (Fast Furrier
Transform – FFT) da forma de onda no tempo discreto. Além da medição de frequência, o periodograma detecta a presença de harmônicas e transientes
nas formas de onda da linha de transmissão.
Um data-logger construído dentro do sistema armazena automaticamente os dados de qualidade de energia no computador. Os usuários podem
configurar um momento específico ou um período para armazenar os dados no computador. O usuário consegue recuperar os dados de um arquivo de
texto (.txt) para uma avaliação mais aprofundada.
O usuário também pode escolher o monitoramento do espectograma tempo-frequência no software para desenhar gráficos de linha ou 3D das formas de
onda de qualidade de energia que representa o sinal em conjunto como uma distribuição tempo-frequência.
O monitoramento do espectograma tempo-frequência supera a limitação do periodograma que estima somente o sinal em frequência. O espectrograma
caracteriza problemas de qualidade de energia em termos de potência do sinal, tempo e frequência para ajudar usuários a identificar problemas de
qualidade de energia.
Além das medições dos parâmetros de qualidade de energia (mostradas na primeira linha da tela principal da interface gráfica), o usuário também pode
realizar o monitoramento de longa duração de parâmetros de qualidade de energia: tensão, corrente, frenquência, fator de potência, potência real e
potência aparente escolhendo a janela menu do software principal.
Conclusão
Construímos um sistema de monitoramento de qualidade de energia utilizando o dispositivo DAQ NI USB-6009 e o NI Measurement Studio Professional
Edition. Além das medições de potência básicas como tensão, corrente, frequência e fator de potência, o sistema também realiza análise como espectro
de potência e espectrograma. Os resultados estão disponíveis através do software integrado. O monitoramento de qualidade de energia fornece uma
melhor caracterização de problemas de qualidade de energia comparados a um espectro de potência. Com o sistema que criamos, os usuários podem
identificar problemas de qualidade de energia e tomar ações para prevenir ou corrigir o problema.
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www.ni.com
Sistema de monitoração de qualidade de energia
Tela do sistema
Informações legais
Esse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO
ESTÁ", SEM GARANTIAS DE QUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA
NOS TERMOS DE USO DA NI.COM (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/ (http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/)).
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