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Hallo liebe mikrocontroller Gemeinde, nachdem ich hier schon viele hilfreiche Tipps und Infos gefunden habe, bin ich nun dazu übergegangen mich hier anzumelden, mein eigenes Problem zu teilen und evtl. auch an anderer Stelle wieder etwas beizutragen soweit ich dazu in der Lage bin. ************************------------AUFGABE------------***************** Ich habe die Aufgabe eine Leistungsregelung(BMS) an einer großen VRFB (einfach Batterie) zu optimieren. Das bisherige System habe ich schon auf Totzeiten analysiert und habe auch einige Fehler/Schwachstellen gefunden. Sowohl im Programm, als auch an der Hardware. Die bezogene Leistung aus dem Netz soll so geregelt werden, dass sie einen gewissen Wert nicht überschreitet. Bzw. falls der Leistungsbedarf absinkt, soll die Batterie entsprechend laden. Die Leistungsmessung hat, dem Messgerät geschuldet, bisher eine Verzögerung von 2s gehabt, welche mit einem neuen Messgerät (bereits bestellt) auf hoffentlich unter 300ms gesenkt werden kann (Laut Datenblatt <200ms Einstellzeit). Die Batterie ist SPS gesteuert. Geschätzt wird die gesamte Verzögerung der Batterie später, von anfangs 10s (Einige waren im Programm), auf unter 1s gesenkt. ********************-------------PROBLEM------------******************** 1. Für die Modellerstellung sollte ich das System als diskret oder kontinuierlich betrachten? 2. Ist es sinnvoll bei einem so Totzeitbehafteten System einen PI-/PID Regler in der SPS zu verwenden? 3. Gibt es eine Möglichkeit, die Wirkleistung (3Ph. AC) noch schneller als in 200ms zu erfassen? 4. Ist es überhaupt möglich mit so großen Totzeiten, Ideal auf eine Störgröße zu reagieren, die mal kurz 20kW "springen" kann? (Vgl. Batterie bringt max. +-10kW) Ich hoffe ich konnte mein Problem einigermaßen verständlich beschreiben und bedanke mich schon mal für Anregungen, Tipps und Hilfe. MfG MM
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Erklärung der Frage eins, bitte. 2. Wo siehst du Totzeiten? Es gibt Regelkreise mit Sehr langen Totzeitden im Stundenbereich die lassen sich auch ausregeln. 3. Was hast du denn für ein Messgerät bestellt? 4. Ja das ist möglich. Wie schnell musst du denn reagieren? Mari M. schrieb: > Ich hoffe ich konnte mein Problem einigermaßen verständlich beschreiben Hmm, leider nicht so ganz. Das Bild passt auch nicht so ganz auf deine Anforderung.
Irgendwie erschliesst es sich mir nicht wo die Totzeiten entstehen. Ein Wechelrichter hat ja eine instantane Kontrolle, Am Wechselrichter kann ich ja auch instantan messen... Ja, einen Tiefpass von vielleicht 1kHz wuerde ich fuer das Rauschen und die Stoerungen nehmen, macht 1ms Verzoegerung.
Mari M. schrieb: > 1. Für die Modellerstellung sollte ich das System als diskret oder > kontinuierlich betrachten? Regelst du analog oder digital? Mari M. schrieb: > 2. Ist es sinnvoll bei einem so Totzeitbehafteten System einen PI-/PID > Regler in der SPS zu verwenden? Dann lese dich mal ein: http://www.dlr.de/rm/Portaldata/3/Resources/robsin/Diplomarbeit_hoh.pdf Mari M. schrieb: > Ich habe die Aufgabe Eine regelungstechnische "Aufgabe" fällt nicht vom Himmel. Was für eine Aufgabe ist das denn? Eine Batchelorarbeit? Auf jeden Fall übersteigen sinnvolle Antworten auf so grundlegende Fragen wie analog/digital, PID oder Mehrgrößenregelung, Zustandsregelungen, ... die Möglichkeiten eínes Forenbeitrags bei Weitem und sollten mit deinem Betreuer geklärt werden. Argumente dazu sollte dir dein RT Script oder eines/mehrere der Standardwerke der Regelungstechnik geben: Völlinger, Unbehauen, Isermann, ...
Naja eine Messzeit von weniger als eine Periode also 20ms (nicht 10ms weil ist ja 3ph) halte ich schon für sportlich.... Also eigentlich nicht machbar. Denn weder Strom noch Spannung sind wirklich sinusförmig. Die Kurvenform musste aber mindestens vorher bekannt sein um durch eine Messung die kürzer ist auf die leistung zu schließen
Hallo zusammen danke für die schnellen Antworten. zu 1: Die Messwerte werden analog in die SPS eingelesen, dort verarbeitet und der Sollwert wird über Modbus an den Wechselrichter weitergegeben. Somit müsste es sich um eine digitale Regelung handeln. zu 2: - Einstellzeit des Messgeräts (Alt: 2s Neu: ca. 200ms) - Derzeit werden die Istwerte noch über 5s gemittelt, weil man die Regelung nicht stabil bekommen hat. Was natürlich aus dem Programm raus muss. - Kommunikation über Modbus, die Sollwertausgabe findet derzeit ca. 8-258ms nach dem Anstehen eines neuen Wertes statt(noch Programmbedingt). - Der Wechselrichter fährt den Sollwert mit einer Rampe an (ca. 800W/ms). zu 3: - Das Messgerät, welches ich zukünftig einsetzen möchte: http://www.weigel-messgeraete.de/wp-content/uploads/2014/07/C_FEMTO-D4-DC_d.pdf zu 4: - Ich möchte auf jeden Fall unter 0.5s kommen. Idealerweise natürlich darunter. Beispielsweise kommt es vor, dass die Batterie am Anschlag ist und 10kW ins Netz gibt, der Angeschlossene Verbraucher (Ein großes Wohnheim) schlagartig keine Leistung mehr benötigt und je nach Verzögerung speist die Batterie noch (derzeit 9s!) mit voller Leistung ins Netz ein, bis sie auf die Veränderte Störgröße reagiert. @Der Andere: Danke das werde ich gleich mal durcharbeiten. Ich habe schon einiges an Theorie zu diesem Thema durchgearbeitet, doch habe ich so meine Schwierigkeiten, das nun auf dieses System zu übertragen. Und ja eine Aufgabe fällt nicht vom Himmel, es handelt sich um eine Praxisarbeit ca. 1 1/2 Jahre vor der Bachelorarbeit. Mein Offizieller Betreuer ist leider in einer so hohen Position, dass er im Prinzip keine Zeit hat mich zu betreuen und ich die meiste Zeit auf mich allein gestellt bin. Und analog/digital, PID-Regelung (Theoretisch) sind mir natürlich geläufig. Versuche nur hier vielleicht Anregungen und Tipps zu finden, mit denen ich weiter arbeiten kann. Dass, mir das alles zu erklären den Forenrahmen sprengt ist mir bewusst -.- MfG MM
Mari M. schrieb: > Mein Offizieller Betreuer ist leider in einer so hohen Position, dass er > im Prinzip keine Zeit hat mich zu betreuen und ich die meiste Zeit auf > mich allein gestellt bin. War bei uns genauso, also hat man einen Assistenten benannt der für solche Fragen ansprechbar war. Ist aber zu lange her (>25 Jahre aus dem Thema) als dass ich dir konkret helfen könnte.
Die Zeitkonstante ist viel zu gross. Der Strom muss natuerlich sinusformig sein, auch wenn es die Spannung nicht ist. Die Phase muss Null sein. Allenfalls kann man Blindleistung einspeisen. Lassen das jetzt aber mal weg. Ich glaube gerne, dass ihr die Regelung nicht stabil bekommen habt. Der Regler wird ein I Regler fuer den Fehler sein, der die Stoergroesse per P-Anteil erfasst, und das Stellglied ist eine Stromquelle, die einen Sinus generiert. Die I Zeitkonstante wird mehrere Perioden betragen, und die P-Konstante darf sofort, oder ueber eine Periode verteilt wirken.
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Bernd H. schrieb: > Naja eine Messzeit von weniger als eine Periode also 20ms (nicht 10ms > weil ist ja 3ph) halte ich schon für sportlich.... Auch bei 1Ph wäre die Periode 20ms oder? Und mir ist klar, dass eine Wirkleistungsmessung mindestens 20ms benötigt. Doch ist die Frage wie ich unter 200ms komme. Die Messgeräte, die ich gefunden habe, hatten mindestens eine Einstellzeit von <200ms angegeben. @Sapperlot W. Welche Zeitkonstante meinst du? Regeln muss ich lediglich auf Wirkleistung und die Batterie bzw. der Wechselrichter ist auch so eingestellt, dass sie/er nur Wirkleistung abgibt. Die Zusammenhänge Wirk-/Blind-/Scheinleistung, Phasenverschiebung, Leistungsfakor sind mir wohl bekannt. Und ja nachdem ich diese Verzögerungen gesehen habe, war mir auch klar, dass man so keine stabile Regelung hinbekommt. Doch das ist nun meine Aufgabe :P Danke.
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> Auch bei 1Ph wäre die Periode 20ms oder? > Und mir ist klar, dass eine Wirkleistungsmessung mindestens 20ms > benötigt. Doch ist die Frage wie ich unter 200ms komme. Die Messgeräte, > die ich gefunden habe, hatten mindestens eine Einstellzeit von <200ms > angegeben. > > Ja sicher wäre die Peiode 20ms aber ich würde mich eher trauen eine Halbwelle zumessen.... Bei 3p sollte schon mindetstens jede Phase mal eine Halbwelle durch haben. Wobei wenn ichs mir so überlege und die Halbwelle nicht unbedingt von 0 bis 2pi gehen lassen sondern einfach nur 10ms lang, dann ginge das auch bei Drehstrom
Wenn man zur Messung ein Fenster das genau der Netzfrequenz entspricht über die Daten legt, kann man zu beliebigem Zeitpunkt die Leistung berechnen und liefern. Die Totzeit wäre dafür 1/2f also bei 50 Hz 10ms da die zur Berechnung genommenen Daten im Mittel eine halbe Periode alt sind. Natürlich zuzüglich der Rechenzeit. Unabhängig ob man eine oder 3 Phasen misst.
Mari M. schrieb: > Gibt es eine Möglichkeit, die Wirkleistung (3Ph. AC) noch schneller > als in 200ms zu erfassen Aber sicher, hängt im Wesentlichen nur von der Maschine ab, die diese Wirkleistung berechnet.
D.h. wenn ich nun z.B. Den Strom mit 3 Klappkern Messwandlern und die Spannung über einen Hochohmigen Spannungsteiler erfasse, die Werte über Verstärker und ADC digitalisiere, diese "Momentanwerte" multipliziere und über 10-20ms aufsummiere/aufintegriere und abschließend durch die Anzahl der Messwerte teile, müsste ich schneller als 200ms an die Wirkleistung kommen? Die Berechnung + Weitergabe des Werts dürfte ja eigentlich nicht mehr als 10ms dauern? Oder denke ich da irgendwo falsch? Der Andere schrieb: > Wenn man zur Messung ein Fenster das genau der Netzfrequenz entspricht > über die Daten legt Wie meinst du das, mit einem Fenster drüber legen? Die gemessenen Werte z.B. in ein Array ablegen, das genau so viele Werte aufnehmen kann, wie in einer Periode gemessen werden können? Und entsprechend immer den ältesten Wert rauswerfen und den neuen dafür nehmen?
Mari M. schrieb: > Wie meinst du das, mit einem Fenster drüber legen? > Die gemessenen Werte z.B. in ein Array ablegen, das genau so viele Werte > aufnehmen kann, wie in einer Periode gemessen werden können? > Und entsprechend immer den ältesten Wert rauswerfen und den neuen dafür > nehmen? Genau so, nennt sich glaube ich auch "moving Window" Algorithm. Im Prinzip musst du dnn für einen Wert alle Augenblickswerte von Strom und Spannung pro Phase miteinander multiplizieren und dann aufsummieren und für die Leistung durch die "Breite" des Fensters teilen. Man kann aber auch sich die "alte" Summe merken und nur den neuen Wert dazuaddieren und den ältesten löschen. Den Ältesten erhält man einfach, wenn man die Werte in einem Ringspeicher ablegt, der Älteste ist der der durch den neuen überschrieben wird.
Mari M. schrieb: > Den Strom mit 3 Klappkern Messwandlern und > die Spannung über einen Hochohmigen Spannungsteiler erfasse, > die Werte über Verstärker und ADC digitalisiere, > diese "Momentanwerte" multipliziere und über 10-20ms > aufsummiere/aufintegriere und abschließend durch die Anzahl der > Messwerte teile, > > müsste ich schneller als 200ms an die Wirkleistung kommen? > Die Berechnung + Weitergabe des Werts dürfte ja eigentlich nicht mehr > als 10ms dauern? > Oder denke ich da irgendwo falsch? Du willst selber eine eigene Elektronik bauen? Die Anforderungen sind ja nicht so hoch, wenn ich das richtig verstehe, nicht? Problem hier, du schaffst mit Netzspannung. Da wäre ich grundsätzlcih vorsichtig. Kann mir nicht vorstellen, dass es keine fertigen Messwandler gibt. Ich hatte mal für einen Motorenprüfstand eine SW entwickelt, die Live Daten verarbeitet hat - mit einer Messbox von ARadex damals die Phasenspannung/Ströme abgegriffen und gewandelt in Analogspannungen. Diese habe ich dann selber weiter verarbeitet(Messung mit Oszi und Transfer zum Rechner), wo die Anwendung drauf lief. Das ganze ging schön in Echtzeit. Zudem brauchte ich nur zwei Phasenströme/Spg., die dritte ließ sich dann rechnerisch bestimmen. Für Transienten würde ich diese Messeinrichtugn dann nicht einsetzen. Diese würde ich mit einer Schutzbeschaltung raushauen.
Nimm einen fertigen Messwandler welcher Wirkleistung messen kann. Umrichter können normalerweise entweder analog oder über den Bus, also auch so wie er mit Stellwerten versorgt wird Daten liefern. Dann bräuchtest du keine zusätzliche Messung.
Gogo schrieb: > Du willst selber eine eigene Elektronik bauen? Die Anforderungen sind ja > nicht so hoch, wenn ich das richtig verstehe, nicht? Naja mein Chef meinte ich soll in Erfahrung bringen, was ich theoretisch machen würde, wenn das bestellte Messgerät (siehe Link unten) doch noch zu langsam wäre. Da ich mein Projekt auch Präsentieren muss ist es durchaus Sinnvoll sich mit der Leistungsmessung genauer zu befassen. Die Anforderungen wäre auf jeden Fall Industriestandart einzuhalten, doch würde die Entwicklung einer eigenen Elektronik für die Messung den Rahmen meiner Arbeit sprengen. Gogo schrieb: > Zudem brauchte ich nur zwei Phasenströme/Spg., die dritte ließ sich dann > rechnerisch bestimmen. Beim Strom verstehe ich das, doch wie kann ich von 2 Phasenspannungen auf die 3te schließen? Lukas schrieb: > Nimm einen fertigen Messwandler welcher Wirkleistung messen kann. > Umrichter können normalerweise entweder analog oder über den Bus, also > auch so wie er mit Stellwerten versorgt wird Daten liefern. So ist der Plan, nur fand ich es verwunderlich, dass es kein Messgerät gab(ich keins fand) welches eine Einstellzeit von weniger als 200ms hat. Das Messgerät was nun bestellt wurde -> http://www.weigel-messgeraete.de/wp-content/uploads/2014/07/C_FEMTO_d.pdf Ja auch der Wechselrichter liefert Werte für die Leistung sowohl AC als auch DC seitig, doch kommen diese erst 350ms, nachdem der Wert auf der Leitung anliegt, auch über die Schnittstelle an die Steuerung. Außerdem sind die Werte vom WR sehr grob.
Es gibt chips die machen all die Umrechnung und Wandlung. Sie werden per Stromtrafo und Spannungsteiler ans Netz angeschlossen. zB ADE 7754 http://www.analog.com/en/products/analog-to-digital-converters/integrated-special-purpose-converters/energy-metering-ics/ade7754.html#product-overview
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