W temacie:Upały i zapotrzebowanie na moc można znaleźć ciekawe informacje o funkcjonowaniu krajowego systemu energetycznego. W warunkach domowych można rejestrować wahania napięcia sieciowego, które mają charakter lokalny. Czy w warunkach amatorskich można zbadać wahania częstotliwości 50Hz w sieci, które powinny mieć charakter ogólnopolski i mają związek z aktualnym stanem KSE? Trafiłem na opracowanie Rynek energii w Polsce w 2015, minimalna częstotliwość w 2015r. wynosiła 49,962Hz a maksymalna 50,065Hz. Widać że obecnie częstotliwość napięcia sieciowego jest bardzo stabilna dla przykładu w 1990r. Fmin wynosiła 48,700Hz, a Fmax 50,410Hz. Aby zmierzyć tak małe odchyłki trzeba dysponować stabilnym źródłem częstotliwości wzorcowej, czy w warunkach domowych jest to w ogóle możliwe?
Nie posiadam wzorca rubidowego 10MHz ale trafiłem na temat: Wzorzec czasu GPS na module FGPMMOPA6C opisujący wykorzystanie odbiornika GPS a konkretnie sygnału 1PPS, jest to sygnał prostokątny o okresie 1 sekundy. Jak stabilny jest sygnał 1PPS w posiadanym odbiorniku GPS nie wiem, ale spróbowałem wykorzystać sygnał 1PPS w eksperymentalnej rejestracji częstotliwości sieci. Okres zliczania impulsów z sieci ustawiłem na 1000 impulsów PPS z GPS co daje długość pomiaru ponad 16 minut, oraz teoretyczną rozdzielczość 1mHz (0,001Hz) natomiast dokładność jest nieznana i w zasadzie trudno powiedzieć co będzie wynikiem, zbadanie stabilności częstotliwości napięcia sieciowego czy stabilności sygnału PPS w posiadanym module.
Efekt tygodniowej rejestracji średniej częstotliwości sieciowej w odstępach 1000s wygląda tak:
I już widać, że wynik jest raczej mało prawdopodobny, odchyłka 1Hz jest mało prawdopodobna w zestawieniu z danymi za 2015r. Na stronie Zapotrzebowanie KSE dostępne są dane o zapotrzebowaniu na moc w KSE w odstępach 15min:
Efekty pomiarów zostały poprawione w drugim podejściu do eksperymentu pomiarowego: Pomiar częstotliwości sieci z wykorzystaniem GPS+Arduino.
Zestawienie zebranych danych z danymi o zapotrzebowaniu na moc w KSE:
Widać pewną zależność, największe zmiany na + występują przy silnym spadku zapotrzebowania na moc. Wygląda na to, że mimo że wartości częstotliwości są mało wiarygodne to same momenty odchyłki są skorelowane ze zmianami krajowego zapotrzebowania na moc. W przypadku soboty i niedzieli zmiany nie jest to takie czytelne, ale od poniedziałku do piątku wyraźnie widać tą zależność. Gdy usuniemy z wykresu wartości powyżej 50,4Hz (i sztucznie zastąpimy wartością 50Hz) dodatkowo widać dzienne cykliczne zmiany zarejestrowanej częstotliwości:
Jestem bardzo ciekawy Waszego komentarza do tego eksperymentu, może ktoś potrafi zaprezentować lepsze metody i wyniki pomiaru lub może podzielić się posiadanymi ciekawymi informacjami lub pomiarami dotyczącymi KSE ew. lokalnych systemów?
Dla zabawy dodałem także rejestrację wartości napięcia sieciowego, co ma charakter wyłącznie lokalny związany z mocą pobieraną z transformatora 15/0,4kV. Wyniki nie są szczególnie interesujące, jednak pokazują dobowe wahania napięcia sieciowego:
Metody zastosowane przy próbie rejestracji częstotliwości napięcia sieciowego.
Wykorzystałem płytkę Arduino mini pro 3.3V 8MHz ATMega328, mimo że zgadzam się w wielu aspektach z tematem: Nie używaj Arduino w zastosowaniach profesjonalnych! to właśnie do takich zastosowań typu eksperyment/zabawa/prototypowanie/proof of concept, Arduino (i każda inna dobra platforma z dużą ilością bibliotek) uważam za idealną (a już szczególnie przy całkowicie rozrywkowych tematach typu sprawdzanie po jakim czasie słońce skasuje EPROM
).
Arduino pracowało z zasilaniem 3.3V co pozwoliło na bezpośrednie podłączenie adaptera karty micro SD (CS-10, DI-11(MOSI), DO-12(MISO), SCLK-13(SCK)), na karcie co 1000s zapisywane były dane o zarejestrowanej częstotliwości. Dla krótszych odcinków rejestracji zamiast karty SD można wykorzystać wbudowaną pamięć EEPROM mikrokontrolera, tutaj przykład wykorzystania EEPROM w Arduino: Rejestracja tętna podczas snu - Arduino nano. Sygnał PPS z GPS trafiał na wejście INTO (D2) uruchamiając obsługę przerwania. Impulsy 50Hz trafiają na wejście licznika T1 (D5) a stan licznika jest zapamiętywany i zerowany co 1000 impulsów na INT0. Dodatkowo logowane jest napięcie na wejściu A0 (ustawione na ok. 600mV przy nap. odniesienia 1.1V). Źródłem informacji o napięciu sieciowym jest transformator o napięciu jałowym na wtórnym uzwojeniu około ~13V. Poniżej układ dostarczający informację o napięciu oraz impulsy 50Hz:
Schemat po poprawce:
Dodany kondensator 100nF na wejściu bramki U1 ogranicza zakłócenia.
Tak to wygląda po połączeniu na płytce stykowej:
Ponieważ rejestracja ma trwać tydzień, warto podłączyć wyświetlacz LCD aby mieć kontrolę nad poprawnością pracy urządzenia:
Kod programu:
Mimo że cały "eksperyment" pomiaru częstotliwości napięcia sieciowego miał charakter dość mało poważny to związany jest z dość ciekawymi tematami m.in dokładnych wzorców częstotliwości, oraz zjawisk w KSE. Czy odbiornik GPS lub inne urządzenie może być stabilnym wzorcem częstotliwości w warunkach amatorskich?
Nie posiadam wzorca rubidowego 10MHz ale trafiłem na temat: Wzorzec czasu GPS na module FGPMMOPA6C opisujący wykorzystanie odbiornika GPS a konkretnie sygnału 1PPS, jest to sygnał prostokątny o okresie 1 sekundy. Jak stabilny jest sygnał 1PPS w posiadanym odbiorniku GPS nie wiem, ale spróbowałem wykorzystać sygnał 1PPS w eksperymentalnej rejestracji częstotliwości sieci. Okres zliczania impulsów z sieci ustawiłem na 1000 impulsów PPS z GPS co daje długość pomiaru ponad 16 minut, oraz teoretyczną rozdzielczość 1mHz (0,001Hz) natomiast dokładność jest nieznana i w zasadzie trudno powiedzieć co będzie wynikiem, zbadanie stabilności częstotliwości napięcia sieciowego czy stabilności sygnału PPS w posiadanym module.
Efekt tygodniowej rejestracji średniej częstotliwości sieciowej w odstępach 1000s wygląda tak:
I już widać, że wynik jest raczej mało prawdopodobny, odchyłka 1Hz jest mało prawdopodobna w zestawieniu z danymi za 2015r. Na stronie Zapotrzebowanie KSE dostępne są dane o zapotrzebowaniu na moc w KSE w odstępach 15min:
Efekty pomiarów zostały poprawione w drugim podejściu do eksperymentu pomiarowego: Pomiar częstotliwości sieci z wykorzystaniem GPS+Arduino.
Zestawienie zebranych danych z danymi o zapotrzebowaniu na moc w KSE:
Widać pewną zależność, największe zmiany na + występują przy silnym spadku zapotrzebowania na moc. Wygląda na to, że mimo że wartości częstotliwości są mało wiarygodne to same momenty odchyłki są skorelowane ze zmianami krajowego zapotrzebowania na moc. W przypadku soboty i niedzieli zmiany nie jest to takie czytelne, ale od poniedziałku do piątku wyraźnie widać tą zależność. Gdy usuniemy z wykresu wartości powyżej 50,4Hz (i sztucznie zastąpimy wartością 50Hz) dodatkowo widać dzienne cykliczne zmiany zarejestrowanej częstotliwości:
Jestem bardzo ciekawy Waszego komentarza do tego eksperymentu, może ktoś potrafi zaprezentować lepsze metody i wyniki pomiaru lub może podzielić się posiadanymi ciekawymi informacjami lub pomiarami dotyczącymi KSE ew. lokalnych systemów?
Dla zabawy dodałem także rejestrację wartości napięcia sieciowego, co ma charakter wyłącznie lokalny związany z mocą pobieraną z transformatora 15/0,4kV. Wyniki nie są szczególnie interesujące, jednak pokazują dobowe wahania napięcia sieciowego:
Metody zastosowane przy próbie rejestracji częstotliwości napięcia sieciowego.
Wykorzystałem płytkę Arduino mini pro 3.3V 8MHz ATMega328, mimo że zgadzam się w wielu aspektach z tematem: Nie używaj Arduino w zastosowaniach profesjonalnych! to właśnie do takich zastosowań typu eksperyment/zabawa/prototypowanie/proof of concept, Arduino (i każda inna dobra platforma z dużą ilością bibliotek) uważam za idealną (a już szczególnie przy całkowicie rozrywkowych tematach typu sprawdzanie po jakim czasie słońce skasuje EPROM
Arduino pracowało z zasilaniem 3.3V co pozwoliło na bezpośrednie podłączenie adaptera karty micro SD (CS-10, DI-11(MOSI), DO-12(MISO), SCLK-13(SCK)), na karcie co 1000s zapisywane były dane o zarejestrowanej częstotliwości. Dla krótszych odcinków rejestracji zamiast karty SD można wykorzystać wbudowaną pamięć EEPROM mikrokontrolera, tutaj przykład wykorzystania EEPROM w Arduino: Rejestracja tętna podczas snu - Arduino nano. Sygnał PPS z GPS trafiał na wejście INTO (D2) uruchamiając obsługę przerwania. Impulsy 50Hz trafiają na wejście licznika T1 (D5) a stan licznika jest zapamiętywany i zerowany co 1000 impulsów na INT0. Dodatkowo logowane jest napięcie na wejściu A0 (ustawione na ok. 600mV przy nap. odniesienia 1.1V). Źródłem informacji o napięciu sieciowym jest transformator o napięciu jałowym na wtórnym uzwojeniu około ~13V. Poniżej układ dostarczający informację o napięciu oraz impulsy 50Hz:
Schemat po poprawce:
Dodany kondensator 100nF na wejściu bramki U1 ogranicza zakłócenia.
Tak to wygląda po połączeniu na płytce stykowej:
Ponieważ rejestracja ma trwać tydzień, warto podłączyć wyświetlacz LCD aby mieć kontrolę nad poprawnością pracy urządzenia:
Kod programu:
Kod: C / C++
Mimo że cały "eksperyment" pomiaru częstotliwości napięcia sieciowego miał charakter dość mało poważny to związany jest z dość ciekawymi tematami m.in dokładnych wzorców częstotliwości, oraz zjawisk w KSE. Czy odbiornik GPS lub inne urządzenie może być stabilnym wzorcem częstotliwości w warunkach amatorskich?
Fajne? Ranking DIY