Obserwacja na żywo zmian częstotliwości 50 Hz w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym

Obserwując zmiany częstotliwości napięcia w gnieździe 230 V będziemy widzieli wypadkową procesów zachodzących w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym. Na stronie PSE poza przepływami energii, zapotrzebowaniem i generacją mocy, zobaczymy także aktualną częstotliwość w KSE. W momencie pisania tego tekstu częstotliwość wynosi 50,034 Hz. Aby generatory w elektrowniach i falowniki OZE mogły oddawać energię do sieci, muszą synchronizować się z warunkami panującymi w KSE. Generacja w KSE musi bilansować aktualne zapotrzebowanie na moc. Na mapie dostępnej na stronach PSE zauważymy też, że KSE połączony jest z systemami elektroenergetycznymi państw przyległych. To dość ciekawe, że obserwując częstotliwość w "gniazdku" na ścianie widzimy wypadkową pracy bardzo złożonego systemu.

Jeżeli użyjemy miernika częstotliwości z bramkowaniem 1s uzyskamy rozdzielczość pomiaru 1 Hz. Aby w czasie rzeczywistym obserwować zmiany, interesują nas wahania częstotliwości rzędu dziesiątek lub nawet pojedynczych mHz. Aby zwiększyć rozdzielczość pomiaru można zwiększyć czas bramkowania tak jak tutaj: pomiar częstotliwości sieci z wykorzystaniem GPS+Arduino. Jednak ciężko uznać odświeżanie wyniku co 100s lub 1000s za obserwację w czasie rzeczywistym. Możemy też mierzyć czas jednego okresu sinusoidy napięcia sieciowego, czyli przebiegiem napięcia sieciowego bramkujemy zliczanie impulsów z generatora sygnał o częstotliwości kilku czy kilkudziesięciu MHz. Co do sinusoidy, to kształt napięcia sieciowego odbiega od takiego kształtu:eksperyment - rejestracja THD napięcia sieciowego.

Chwilowe zmiany są lepiej dostrzegalne na analogowych wskaźnikach niż cyfrowych wyświetlaczach, dobrze sprawdziłby się też wykres zmian częstotliwości w czasie. W starych zespołach prądotwórczych stosowane były częstotliwościomierze wibracyjne, jednak ich rozdzielczość byłaby zbyt niska do obserwacji zmian częstotliwości w KSE. Wykorzystamy oscyloskop do obserwacji zmian częstotliwości. Na jeden kanał podamy sygnał o częstotliwości 50 Hz, będzie to sygnał z generatora, który uznamy za wzorcowy. Oscyloskop będzie miał ustawione wyzwalanie na przebieg odniesienia, będzie to ślad niebieski, który będzie stabilnie wyświetlany na ekranie. Przebieg napięcia sieciowego podamy na drugi kanał i włączymy funkcję poświaty w oscyloskopie co ułatwi obserwację przesuwania się przebiegu. Będzie to ślad żółty. Gdy przebieg napięcia sieciowego zacznie się przesuwać w lewo to będzie oznaczało, że częstotliwość w KSE jest wyższa niż częstotliwość sygnału z generatora odniesienia. Gdy przebieg napięcia sieciowego zacznie przesuwać się w prawo, to jego częstotliwość będzie mniejsza niż sygnału odniesienia. Im przesuwanie się przebiegu będzie szybsze, tym różnica większa.

Jest coś zaskakująco ciekawego w obserwacji na żywo jak rezultaty procesów zachodzących w KSE możemy zobaczyć na ekranie oscyloskopu stojącego na biurku w naszym warsztacie.

Poniżej krótki film z zapisem eksperymentu obserwacji na żywo zmian częstotliwości sieci napięcia sieciowego.