K2U-NODE: ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МЕТОДИКА ВАЛИДАЦИИ ДВУХПОКОЛЕННОГО УСТРОЙСТВА С ОТКРЫТЫМ ИСХОДНЫМ КОДОМ ДЛЯ МОНИТОРИНГА НЕСИММЕТРИИ ТРЁХФАЗНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
Боковая панель статьи
Основное содержимое статьи
Аннотация
В статье представлена методика разработки и валидации двухпоколенного устройства с открытым исходным кодом K2U-Node, предназначенного для мониторинга несимметрии напряжений в трёхфазных электрических сетях. Проанализированы теоретические ограничения определения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности (K₂U) только по действующим значениям фазных напряжений. Устройство Gen-1 на базе ESP32 и трёх модулей PZEM-004T v3.0 предложено для предварительного скрининга и распределённого мониторинга несимметрии напряжений. В устройстве Gen-2 на базе микросхемы ATM90E32AS реализовано измерение амплитуд и фазовых углов напряжений, позволяющее вычислять комплексные симметричные составляющие и коэффициент K₂U. Расчётные примеры показывают, что даже при одинаковых амплитудах фазных напряжений угловая несимметрия может приводить к значительному значению K₂U. Разработана трёхэтапная методика калибровки и валидации устройства, а также реализованы принципы 10-минутного агрегирования результатов измерений в соответствии с требованиями ГОСТ 32144-2013 и IEC 61000-4-30. Предлагаемое решение является перспективным для многоточечного мониторинга качества электроэнергии, выявления источников несимметрии и оценки технического состояния объектов распределённой энергетики.
Downloads
Информация о статье
Выпуск
Раздел
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Условия массовой лицензии
(Для Open Journal Systems (OJS))
-
Авторское право:
Авторское право на опубликованную статью остается за автором(ами). В то же время после публикации статья распространяется на платформе OJS под лицензией Creative Commons (CC BY). -
Тип лицензии:
Данная статья распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Это означает, что пользователи могут использовать статью на следующих условиях:- Копирование и распространение: Текст статьи или его части могут свободно распространяться.
- Цитирование и анализ: Части статьи могут использоваться для цитирования.
- Свободное использование: Статья может быть свободно использована для научных и образовательных целей.
- Указание авторства: Пользователи обязаны правильно указывать авторство и ссылаться на оригинальный источник.
-
Коммерческое использование:
Использование статьи в коммерческих целях разрешено, однако необходимо указание авторства и ссылки на источник. -
Изменение документа:
Текст или содержание статьи могут быть изменены или переработаны, при условии, что это не наносит вреда авторству. -
Ограничение ответственности:
Автор(ы) несут ответственность за точность информации, содержащейся в статье. Редакция платформы не несет ответственности за любой ущерб, возникший в результате использования данной информации. -
Обязательства при публичном использовании:
Содержание статьи должно использоваться только в соответствии с законодательными и этическими нормами. Незаконное использование строго запрещено.
Примечание:
Данные условия лицензии направлены на обеспечение прозрачности и открытости использования материалов. Принимая эти условия, вы соглашаетесь на переработку и распространение содержания статьи в соответствии с условиями лицензии Creative Commons.
Ссылка: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0)
Как цитировать
Библиографические ссылки
[1] Fortescue, C. L. (1918). Method of symmetrical co-ordinates applied to the solution of polyphase networks. Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 37(2), 1027–1140. https://doi.org/10.1109/T-AIEE.1918.4765570 DOI: https://doi.org/10.1109/T-AIEE.1918.4765570
[2] Pillay, P., & Manyage, M. (2001). Definitions of voltage unbalance. IEEE Power Engineering Review, 21(5), 50–51. https://doi.org/10.1109/39.920965 DOI: https://doi.org/10.1109/39.920965
[3] Ghijselen, J. A. L., & Van den Bossche, A. P. M. (2005). Exact voltage unbalance assessment without phase measurements. IEEE Transactions on Power Systems, 20(1), 519–520. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2004.841146 DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2004.841145
[4] Kim, J.-G., Lee, E.-W., Lee, D.-J., & Lee, J.-H. (2005). Comparison of voltage unbalance factor by line and phase voltage. In Proceedings of the Eighth International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS 2005) (Vol. 3, pp. 1998–2001). https://doi.org/10.1109/ICEMS.2005.202912 DOI: https://doi.org/10.1109/ICEMS.2005.202910
[5] Hashmi, M. U., Koirala, A., Lundholm, R., Ergun, H., & Van Hertem, D. (2022). Evaluation of voltage magnitude based unbalance metric for low voltage distribution networks. In 2022 IEEE Power & Energy Society General Meeting (PESGM). https://doi.org/10.5281/zenodo.6171009 DOI: https://doi.org/10.1109/PESGM48719.2022.9916772
[6] GOST 32144-2013. (2013). Electric energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Power quality limits in the public power supply systems.
[7] GOST 30804.4.30-2013 (IEC 61000-4-30:2015). (2013). Electric energy. Electromagnetic compatibility of technical equipment. Power quality measurement methods.
[8] CircuitSetup. (n.d.). Expandable 6-channel ESP32 energy meter [Hardware and software documentation]. GitHub.
[9] CircuitSetup. (n.d.). ATM90E32 Arduino library [Software library]. GitHub.
[10] OpenEnergyMonitor. (n.d.). Open-source energy monitoring hardware: emonTx and emonPi. GitHub.
[11] Espressif Systems. (2023). ESP32-WROOM-32 datasheet.
[12] Peacefair. (2019). PZEM-004T V3.0 user manual: AC communication module.
[13] Microchip Technology Inc. (n.d.). ATM90E32AS enhanced poly-phase high-performance wide-span energy metering IC datasheet (DS-46003).
[14] National Institute of Standards and Technology. (2020). IoT device cybersecurity capability core baseline (NISTIR 8259A). https://doi.org/10.6028/NIST.IR.8259A DOI: https://doi.org/10.6028/NIST.IR.8259a
[15] Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM) (JCGM 100:2008).
[16] Joint Committee for Guides in Metrology. (2008). Evaluation of measurement data—Supplement 1 to the Guide to the expression of uncertainty in measurement—Propagation of distributions using a Monte Carlo method (JCGM 101:2008).
[17] Viciana, E., Alcayde, A., Montoya, F. G., et al. (2023). All-in-one three-phase smart meter and power quality analyzer with extended IoT capabilities. Measurement, 206, 112309. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2022.112309 DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2022.112309
[18] Viciana, E., Alcayde, A., Montoya, F. G., et al. (2018). OpenZmeter: An efficient low-cost energy smart meter and power quality analyzer. Sustainability, 10(11), 4038. https://doi.org/10.3390/su10114038 DOI: https://doi.org/10.3390/su10114038
[19] von Jouanne, A., & Banerjee, B. (2001). Assessment of voltage unbalance. IEEE Transactions on Power Delivery, 16(4), 782–790. https://doi.org/10.1109/61.956770 DOI: https://doi.org/10.1109/61.956770