Материал: Аппроксимационные методы измерений периодических сигналов

; (4.61)

. (4.62)

Анализ выражений (4.59) - (4.62) показывают, что погрешность определения ИПГРС зависит не только от погрешности по модулю фазосдвигающих блоков, но и от угла сдвигов фаз между сигналами напряжения и тока (для АКМ и РЕМ)

На рис. 4.11 и 4.12 представлены графики зависимостей приведенных погрешностей определениям АКМ и РЕМ от угла сдвига фаз между сигналам напряжения и тока в соответствии с выражениями (4.61) и (4.62).

Анализ указывает падение погрешности с ростом угла сдвига фаз между сигналами напряжения и тока φ.

Недостатком метода и, реализующей его ИИС, является возможность возникновений погрешностей, обусловленной отличием от угла сдвига фаз в каналах напряжения и тока.

Рис. 4.11. Зависимость погрешности  от φ при hmU=hmI=0,05%

Рис. 4.12. Зависимость погрешности  от φ при hmU=hmI=0,05%

4.3 Основные результаты и выводы

. Анализы погрешностей измерений интегральных характеристик из-за отклонения реальных сигналов от гармонической модели показывают, что возникают существенные погрешности, значения которых определяется, в первую очередь, спектром реальных сигналов.

В первом методе, использующем пространственное разделение сигналов, данный вид погрешностей так же зависит от угла сдвига фаз между первым и гармониками напряжения и тока (кроме СКЗ напряжений и тока).

Во втором методе погрешность, обусловленная отклонением реальных сигналов от гармонической модели, зависит от угла сдвига фаз между первыми гармониками напряжениями и токами и углами сдвига фазы ФСБ.

3. Проведенный анализ погрешности позволяет определить область использования рассматриваемого метода в зависимости от требований по точности измерения интегральной характеристики периодического сигнала и спектра сигналов напряжения и тока.

4. При реализации методов степень влияния погрешностей квантования АЦП на погрешности результата измерения интегральных характеристик сигналов определятся, в первую очередь, разрядностью АЦП.

В ИИС, реализующий первый метод, данный вид погрешностеи зависит от угла сдвига фаз между первыми гармониками напряжения и тока (кроме СКЗ напряжения и тока).

При реализации второго метода погрешностей, обусловленная квантованием, мгновенных значений сигнала, зависит от угла сдвига фаз между первыми гармониками напряжений и тока и угла сдвига фазы ФСБ.

. Реализация первого метода может привести к возникновению погрешностеи, обусловленных не идеальностью ФСБ (погрешность по модулю). Наличие данных вида погрешностеи вызвано отличием амплитудных значений входного и дополнительного напряжений.

Данный вид погрешностеи при реализации первого метода зависят от угла сдвига фаз между первыми гармониками напряжений и тока (кроме СКЗ напряжения и тока).

Погрешности, возникающие при реализации второго метода, корректируются.

. При реализации первого метода может возникнуть существенная дополнительная погрешность, в случае, если углы сдвига фаз ФСБ отличается друг от друга.

Второй метод исключает данный вид погрешности.

. Полученные результаты позволяет выбрать параметр измерительного процесса для обеспечений оптимальных соотношений по точности и времени измерения.

. В общем случае реализация второго разработанного метода обеспечивает значительное повышение точности измерения ИПГРС.

Заключение

Результаты, полученные в рамках магистерской диссертации, направлены на разработку и исследование аппроксимационных методов измерения интегральных параметров периодических сигналов и создание на их основе быстродействующих информационно-измерительных систем.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Выявлено, что среди периодических сигналов, которые очень часто используются как в теории, так и в практических целях, выделяются гармонические сигналы. Это связано с тем, что такие сигналы независимы к преобразованиям, которые производятся линейными системами.

. Выполненные в работе исследования состава высших гармоник сигналов в цепях ряда энергообъектов и электрического оборудования показали, что: в электрических сетях с номинальным напряжением 110 кВ и более высокими номинальными напряжениями действующие сигналы имеют форму, которая близка к синусоидальной; коэффициенты искажения синусоидальности, которые являются комплексной величиной и характеризуют в целом соотношение между высшими гармониками и первой гармоникой сигналов, меньше 2 %.

Кроме того, коэффициенты отдельных гармоник в сигналах, имеют наибольшую амплитуду, меньше 1,5 %. Достаточно близки к гармоническим моделям сигналы, которые имеют место в силовых цепях разных электромеханических систем.

3. Анализ существующих методов и систем измерения ИПГРС, основанных на формировании ортогональных составляющих сигналов, выявил наличие частотной погрешности фазосдвигающих блоков, значительно снижающей точность измерения даже в узком диапазоне изменения частоты.

. Разработанные новые методы измерения ИПГРС позволяют устранить частотную погрешность фазосдвигающих блоков, кроме того, второй метод позволяет устранить угловую погрешность, возникающую из-за отличия углов сдвига фаз ФСБ.

Литература

1.       Анашкин С.В., Карташов С.В., Любарский Ю.Я., Мирошкин А.Г. Автоматизированный анализ нештатных ситуаций в электрических сетях // Электрические станции. - 2013. - №9.- С. 49 - 53.

.         Гореликов Н.И., Николайчук О.Л. Измерительные преобразователи интегральных характеристик сигналов сложной формы // ЦНИИТЭИ приборостроения. - 1981. - Вып. 3. - 32с.

.         Лаппе Р., Фишер Ф. Измерения в энергетической электронике. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 232с.

.         Безикович А.Я., Шапиро Е.З. Измерение электрической мощности в звуковом диапазоне частот. - Л.: Энергия, 1980. - 168с.

.         Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного напряжения в постоянное. - М.: Сов. радио, 1979. - 240с.

.         Кизилов В.У. Аналоговые измерительные преобразователи мощности // Измерение, контроль, автоматизация. - 1976. - Вып. 1(5). - С. 55-63.

.         Кизилов В.У. Методы и средства измерения активной и реактивной мощности в трехфазных цепях // Приборы и системы управления. - 1985. - №10. - С. 26-28.

.         Попов В.С., Желбаков И.Н. Измерение среднеквадратического значения напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 120с.

.         Туз Ю.М., Синицкий О.П., Губарь В.И. Цифровой малокосинусный ваттметр / Новые электронные приборы: Сб. науч. трудов. - Киев: КПИ, 1972. - С. 3 - 6.

10.     Marzetta Lois A. An evaluation of three-voltmeter method for AC power measurement // IEEE Trans. On Instrum. and Measur. - 1972. - V. 21. - №4. - P. 353 -357.

.         Клисторин И.Ф. Цифровые вольтметры действующих значений (обзор принципов построения и перспективы развития) // Автометрия. - 1966. - № 2. - С. 3-11.

.         Кудряшов Э.А. Терморезонансные преобразователи // Приборы и системы управления. - 1972. - № 2. - С. 33-35.

13.     Germer H. Electronic method with direct time encoding for precision measurement of electric power over a wide range of frequency // IEEE Trans. On Instrum. and Measur. - 1972. - V. 21. - № 4. - P. 350-353.

.         Кирьяков В.П. Об одном методе обработки результатов прямых измерений для определения действующих значений периодических напряжений произвольной формы // Автометрия. - 1967. - № 2. - С. 17-22.

.         Клисторин И.Ф., Коршевер И.И. Методы определения интегральных характеристик переменных напряжений путем обработки их мгновенных значений // Автометрия. - 1967. - № 2. - С. 3-16.

.         Клисторин И.Ф., Коршевер И.И. Определение интегральных характеристик напряжений произвольной формы путем обработки результатов измерения мгновенных значений // Автометрия. - 1966. - № 2. - С.28-40.

.         Левин М.И., Семко Ю.И. Определение параметров периодических сигналов путем измерения их мгновенных значений // Автометрия. - 1966. - № 1. - С. 33-40.

.         Пат. 3959724 США. Rochester Instrument Systems Inc. / R.L. Kraley, E.A. Hauptmann, B.M. Pressman. №490783; заявл. 22.07.74; опубл. 25.05.76. Бюл. №5.

19.     Smith Y.R. Rapid detection and mesurement of 3-phase reactive power, power and power-factor // Electron. Lett. - 1972. - V. 8. - №23. - P. 574, 575.

20.     Clarke F.J.J., Stockton J.R. Principles and theory of wattmeters operating on the base of regulary spaced sample pairs // J. Phys. Ser. E. Sci. Instr. - 1982. - V. 15. - №6. - P. 645-652.