Onsekerheidsbepaling vir rooster elektroniese spenningsoversetter meting

1. Inleiding

Rooster elektroniese spanningsoversetters, as onmisbare meetkomponente in kragstelsels, het hul meetakkuraatheid direk verbind aan die stabiele operasie en doeltreffende bestuur van kragstelsels. In praktyk word egter, as gevolg van die inherente eienskappe van elektroniese komponente, omgewingsfaktore en beperkings van meetmetodes, die meetresultate van spanningsoversetters dikwels deur onsekerheid belaai. Hierdie onsekerheid beïnvloed nie net die akkuraatheid van kragdata nie, maar leid ook die skeduleer-, beheer- en beskermingstrategieë van kragstelsels in die bos. Daarom is die grondige navorsing van onsekerheids-evaluasiemetodes vir die verifikasie en meetresultate van rooster elektroniese spanningsoversetters essensieel vir die verbetering van die meetakkuraatheid van kragstelsels.

Hierdie studie streef daarna om die faktore wat die meetonsekerheid van spanningsoversetters beïnvloed, insluitend temperatuurafwyking, veroudering en geraasstoornisse van elektroniese komponente, sowel as veranderinge in temperatuur, vochtigheid en elektromagnetiese velde in die meetomgewing, sistematies te analiseer. Deur hierdie middel sal wetenskaplike en redelike onsekerheids-evaluasiemetodes ondersoek word. Deur wiskundige modelle in kombinasie met statistiese beginsels en metrologie-kennis te konstrueer, sal hierdie navorsing die meetonsekerheid van rooster elektroniese spanningsoversetters onder verskillende werksomstandighede alomvattend evalueer, en 'n teoretiese basis en tegniese ondersteuning bied vir die ontwikkeling van meer presiese verifikasievoorskrifte en die verbetering van die produkwaarde van spanningsoversetters.

2. Eksperiment vir die Evaluering van Onsekerheid van Meetresultate
2.1 Eksperimentele Onderwerp

Vir die evaluering van onsekerheid van rooster elektroniese spanningsoversetters, word 'n presisie-spanningskalibrasie-toestel met 'n akkuraatheid van 0.001 vlak gekies, wat 'n meetbereik van 1–1000 V omspan. Die spanningsoversetter wat verifieer moet word, is ontwerp vir scenario's met 'n primêre spanning van 10 kV–50 kV en 'n sekondêre spanning van 100 V, met 'n akkuraatheidvlak van 0.02. Die struktuur van die rooster elektroniese spanningsoversetter word in Figuur 1 gewys.

Die eksperimentele omgewing is ingestel op 'n konstante temperatuur van 20 ± 2 °C, met die relatiewe vochtigheid onder 60% gehou, om potensiële omgewingsimpakte op meetresultate te elimineer.

2.2 Verifikasie- en Meetmetode vir Rooster Elektroniese Spanningsoversetters

Tydens die verifikasie van rooster elektroniese spanningsoversetters, is 'n wetenskaplike onsekerheids-evaluasiebenadering nodig om meetakkuraatheid te verseker. Deur die rooster elektroniese spanningsoversetter in Figuur 1 as standaardtoestel te gebruik, word 'n vergelyking gebaseerde sirkelverbinding toegepas. Dit maak moontlik dat die geteste elektroniese spanningsoversetter naadloos uitlyn met die standaardtoestel, soos in Figuur 2 gewys.

Vervolgens lees en bereken 'n hooggakkurate digitale meetstelsel direk die fout van die geteste elektroniese spanningsoversetter. Die standaardtoestelmodel is DHBV - 110/0.02, met uitmuntende akkuraatheid wat die verifikasie ondersteun. Vir die geteste transformer word genoteerde spanningpunte van 0.5%, 2%, 10%, 50%, en 110% ingestel om sy werkbereik te dek. Dit is belangrik om daarop te let dat, hoewel die maksimum toelaatbare foutlimiete vir hierdie punte dieselfde is onder vol- en liglast toestande, kan die temperatuurafwyking en veroudering van elektroniese komponente beduidende stabiliteitsverskille veroorsaak. Daarom moet elke punt se stabiliteit onafhanklik geëvalueer word om die onsekerheid van verifikasieresultate te beheer, wat streng vereis word vir hooggakkurate meettegnologie in kragroosters.

3. Wiskundige Model

In die eksperiment vir die evaluering van die onsekerheid van verifikasie- en meetresultate van rooster elektroniese spanningsoversetters, wanneer die akkuraatheid van die toestel wat getoets word, verifieer word, word sy onsekerheid dikwels deur verskeie dimensies gekwantifiseer, soos akkuraatheidafwyking en faseverskuiving. Hierdie twee indikatore weerspieël onderskeidelik die amplituudverskil en faseafwyking tussen die gemeetde waarde en die werklike waarde. Daarom kan onafhanklike wiskundige modelle gekonstrueer word om hierdie bronne van onsekerheid akkuraat te beskryf. Vir die akkuraatheidafwyking Y, kan 'n lineêre regressiemodel gebruik word, uitgedruk as:

Waar β0 en β1 modelparameters is; X is die insetsignaal van die rooster elektroniese spanningsoversetter; ε is die ewekansige foutterm. Vir die faseverskuiving φ, kan dit deur 'n trigonometriese funksie-model uitgedruk word as

Waar α die vaste faseverskuiving voorstel; θ(X) is 'n fasefunksie wat met die insetsignaal varieer. Vir 'n meer gedetailleerde analise, kan nie-lineêre terme of polinoombenaderinge ingevoer word om die akkuraatheid van die model te verhoog. Die vestiging van hierdie wiskundige modelle bied 'n solide teoretiese basis en kwantitatiewe instrumente vir 'n alomvattende en sistematiese evaluering van die onsekerheid van meetresultate.

4. Resultate van die Onsekerheidkomponente-evaluasieeksperiment

In die verifikasie van rooster elektroniese spanningsoversetters, word meerdere stelle spanningvlakke vir onsekerheidevaluering ingestel. Die genoteerde spanningpunte van 0.5%, 2%, 10%, 50%, en 110% word gekies en gemeet deur die vergelykingsmetode. Die gemiddelde waardes van die amplituudverskil en faseafwyking word opgeteken en bereken as die verwysingswaardes by die ooreenstemmende spanningvlakke, om sodoende die prestasie-onsekerheid van die geteste transformer akkuraat te evalueer.

4.1 Tipe A Onsekerheidevaluering

Tipe A onsekerheid weerspieël die mate van dispersie tussen die resultate verkry tydens herhaalde metings van dieselfde objek. Sy berekeningformule is:

Waar n die aantal metings is; xi is die i-de gemeetde waarde; x̄ is die rekenkundige gemiddelde van die gemeetde waardes.

Dan, vir die genoteerde spanningpunte van 0.5%, 2%, 10%, 50%, en 110%, word die evaluasieresultate van Tipe A onsekerheid in Tabel 1 getoon.

Soos uit Tabel 1 blyk, neem die Tipe A onsekerheid van beide die amplituudverskil en die faseafwyking 'n toenemende tendens aan terwyl die genoteerde spanningpunt styg. Dit is omdat by laer spanningvlakke die spanningsoversetter meer stabiel is, wat minder dispersie in die meetresultate tot gevolg het. By hoër spanningvlakke word die spanningsoversetter egter deur meer faktore beïnvloed, wat lei tot groter dispersie in die meetresultate.

4.2 Evaluering van Tipe B Onsekerheid

Onder JJF 1059.1—2022 Evaluering en Uitdrukking van Meetonsekerheid, kom Tipe B onsekerheid voort uit die redelike afleiding van bekende relevante inligting om die standaardafwyking te beraam. Hierdie inligting kan betrekking hê op toestelspesifikasies van vervaardigers, data van industrie-erkende kalibrasie-metodes, of statistiese analise van historiese meetdata. Die kern van Tipe B onsekerheid is om die moontlike variasiebereik van die gemeetde waarde op grond van ervaring of professionele kennis te definieer, met sy halfwydte as die helft van die bereikwydte.

Dan word 'n geskikte dekkingfaktor k vir kwantisering gekies volgens die waarskynlikheidsverdelingskenmerke en vereiste vertrouensvlak. Gewoonlik, as gemeetde waardes uniform verdeel is binne die voorafgestelde interval (elke waarde het gelyke waarskynlikheid), word die uniforme verdelingsmodel gebruik, en k kan as 'n benadering van √3 geneem word om die evaluasieakkuraatheid en -strengheid te verseker. Die berekeningformule vir Tipe B onsekerheid is

Waar a die halfwydte van die meetvariasie-interval is.

Vir die genoteerde spanningpunte van 0.5%, 2%, 10%, 50%, en 110%, word die evaluasieresultate van Tipe B onsekerheid in Tabel 2 getoon.

Soos uit Tabel 2 blyk, neem die onsekerheid by verskillende genoteerde spanningpunte, of dit nou amplituudverskil of faseafwyking betref, 'n toenemende tendens aan terwyl die spanningvlak styg. In vergelyking met Tipe A onsekerheid, hang die evaluering van Tipe B onsekerheid meer af van die akkuraatheid en volledigheid van bekende inligting, wat 'n voorafskatting van die prestasie van die spanningsoversetter onder meetbehandeling weerspieël. Daarom, in praktiese toepassings, laat die omvattende oorweging van Tipe A en Tipe B onsekerhede 'n meer alomvattende begrip van die akkuraatheid en betroubaarheid van meetresultate toe.

4.3 Evaluering van Gekombineerde Standaardonsekerheid

Wanneer die gekombineerde standaardonsekerheid geëvalueer word, en die verifikasie- en meetresultate van elke rooster elektroniese spanningsoversetter onafhanklik en ongekorreleerd is (d.w.s., hul korrelasiekoeffisiënte is allemaal 0), volg die onsekerhede die beginsel van lineêre kombinasie vir opsomming. Op grond van hierdie, kan die evaluering van die gekombineerde standaardonsekerheid deur die volgende formule uitgedruk word

Dan, vir die genoteerde spanningpunte van 0.5%, 2%, 10%, 50%, en 110%, word die evaluasieresultate van die gekombineerde standaardonsekerheid in Figuur 3 getoon.

Uit die resultate in Figuur 3 blyk dit dat, terwyl die genoteerde spanning van 0.5% tot 110% styg, die gekombineerde standaardonsekerhede van amplituudverskil en faseafwyking 'n gestage groei vertoon. Spesifiek, neem die amplituudverskil-onsekerheid toe van 0.008% tot 0.085% (ongeveer 10-voud), en die faseafwyking-onsekerheid van 0.05° tot 0.35° (ongeveer 7-voud). Hierdie tendens impliseer dat hoër spanning die spanningsoversetter meer vatbaar maak vir buitentydse interferensie, wat die meetonsekerheid vergroot. Geen ekstreme dataveranderinge het plaasgevind nie, wat dui op 'n stabiele en betroubare evaluasieproses.

5. Gevolgtrekking

In die navorsing oor die onsekerheids-evaluasiebenadering vir die verifikasie- en meetresultate van rooster elektroniese spanningsoversetters, word verskeie faktore wat die meetakkuraatheid beïnvloed, ontleed, en wetenskaplike en effektiewe evaluasiemetodes ondersoek. Deur middel van teoretiese analise en eksperimentele verifikasie, word dit nie net die betroubaarheid van die meetresultate van spanningsoversetters verbeter nie, maar word ook 'n solide waarborg gebied vir die stabiele operasie van die kragstelsel.