Αξιολόγηση Αβεβαιότητας για τη Μέτρηση του Ηλεκτρονικού Μετατροπέα Τάσης Δικτύου

1. Εισαγωγή

Οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς τάσης δικτύου, ως απαραίτητα μέτρησης συστατικά στα συστήματα ενέργειας, έχουν την ακρίβεια της μέτρησής τους συνδεδεμένη άμεσα με τη σταθερή λειτουργία και την αποτελεσματική διαχείριση των συστημάτων ενέργειας. Ωστόσο, στην πράξη, λόγω των γενικών χαρακτηριστικών των ηλεκτρονικών συστατικών, των περιβαλλοντικών παραγόντων και των περιορισμών των μεθόδων μέτρησης, τα αποτελέσματα μέτρησης των μετατροπέων τάσης συχνά περιλαμβάνουν αβεβαιότητα. Αυτή η αβεβαιότητα επηρεάζει όχι μόνο την ακρίβεια των δεδομένων ενέργειας, αλλά και παραπλανά τις στρατηγικές διανομής, ελέγχου και προστασίας των συστημάτων ενέργειας. Έτσι, η ενδελεχής έρευνα στις μεθόδους αξιολόγησης της αβεβαιότητας για την επαλήθευση και τα αποτελέσματα μέτρησης των ηλεκτρονικών μετατροπέων τάσης του δικτύου είναι κρίσιμη για τη βελτίωση της ακρίβειας των μετρήσεων των συστημάτων ενέργειας.

Αυτή η μελέτη έχει ως στόχο να αναλύσει συστηματικά τους παράγοντες που επηρεάζουν την αβεβαιότητα της μέτρησης των μετατροπέων τάσης, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκίνητης διαφοράς, της γήρανσης και της ηχητικής ενοχλήσεως των ηλεκτρονικών συστατικών, καθώς και των αλλαγών στη θερμοκρασία, την υγρασία και τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία στο περιβάλλον μέτρησης. Μέσω αυτού, θα εξερευνηθούν επιστημονικές και λογικές μεθόδους αξιολόγησης της αβεβαιότητας. Συνδυάζοντας μαθηματικά μοντέλα με στατιστικές αρχές και γνώσεις μετρολογίας, αυτή η έρευνα θα αξιολογήσει συνολικά την αβεβαιότητα της μέτρησης των ηλεκτρονικών μετατροπέων τάσης του δικτύου υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, παρέχοντας θεωρητική βάση και τεχνική υποστήριξη για τη διαμόρφωση πιο ακριβών κανονισμών επαλήθευσης και τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων μετατροπέων τάσης.

2. Πείρα Αξιολόγησης της Αβεβαιότητας των Αποτελεσμάτων Μέτρησης
2.1 Εξερευνητικό Αντικείμενο

Για την αξιολόγηση της αβεβαιότητας των ηλεκτρονικών μετατροπέων τάσης του δικτύου, επιλέγεται ένας προσαρμοσμένος διαχειριστής επιβεβαίωσης τάσης με ακρίβεια 0.001 επιπέδου, που καλύπτει μια περιοχή μέτρησης 1-1000 V. Ο μετατροπέας τάσης που θα επαληθευτεί είναι σχεδιασμένος για σενάρια με πρωτογενή τάση 10 kV-50 kV και δευτερογενή τάση 100 V, με επίπεδο ακρίβειας 0.02. Η δομή του ηλεκτρονικού μετατροπέα τάσης του δικτύου είναι δείκτης στο Σχήμα 1.

Το πειραματικό περιβάλλον ρυθμίζεται σε σταθερή θερμοκρασία 20 ± 2 °C, με τη σχετική υγρασία να διατηρείται κάτω από το 60%, εξαλείφοντας τις πιθανές περιβαλλοντικές επιπτώσεις στα αποτελέσματα μέτρησης.

2.2 Μέθοδος Επαλήθευσης και Μέτρησης των Ηλεκτρονικών Μετατροπέων Τάσης του Δικτύου

Κατά την επαλήθευση των ηλεκτρονικών μετατροπέων τάσης του δικτύου, απαιτείται μια επιστημονική μέθοδος αξιολόγησης της αβεβαιότητας για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια της μέτρησης. Χρησιμοποιώντας τον ηλεκτρονικό μετατροπέα τάσης του δικτύου που είναι δείκτης στο Σχήμα 1 ως πρότυπο συστηματικό, χρησιμοποιείται μια σύνδεση πειραματικής σύγκρισης. Αυτό επιτρέπει την ατελείωτη συμφωνία μεταξύ του ελεγχόμενου ηλεκτρονικού μετατροπέα τάσης και του πρότυπου συστηματικού, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.

Στη συνέχεια, ένα υψηλά ακριβές ψηφιακό σύστημα μέτρησης αναγνωρίζει και υπολογίζει άμεσα το σφάλμα του ελεγχόμενου ηλεκτρονικού μετατροπέα τάσης. Το πρότυπο συστηματικό μοντέλο DHBV-110/0.02, με εξαιρετική ακρίβεια, υποστηρίζει την επαλήθευση. Για τον ελεγχόμενο μετατροπέα, ορίζονται σημεία ρυθμισμένης τάσης 0.5%, 2%, 10%, 50% και 110% για να καλύψει την περιοχή λειτουργίας. Λαμβανομένου υπόψη ότι οι μέγιστες επιτρεπτές οριακές τιμές σφάλματος για αυτά τα σημεία είναι ίδιες υπό πλήρη και ελαφρύ φορτίο, η θερμοκίνητη διαφορά και η γήρανση των ηλεκτρονικών συστατικών μπορεί να προκαλέσει σημαντικές διαφορές στη σταθερότητα σε διαφορετικές συνθήκες. Έτσι, η σταθερότητα κάθε σημείου πρέπει να αξιολογηθεί ανεξάρτητα για τον έλεγχο της αβεβαιότητας των αποτελεσμάτων επαλήθευσης, πληρούμενης της αυστηρής απαίτησης για υψηλά ακριβή μετρητική τεχνολογία στη λειτουργία του δικτύου ενέργειας.

3. Μαθηματικό Μοντέλο

Στο πείραμα αξιολόγησης της αβεβαιότητας των αποτελεσμάτων επαλήθευσης και μέτρησης των ηλεκτρονικών μετατροπέων τάσης του δικτύου, κατά την επαλήθευση της ακρίβειας του ελεγχόμενου συστηματικού, η αβεβαιότητά του συχνά ποσοτικοποιείται μέσω πολλών διαστάσεων, όπως η απόκλιση ακρίβειας και η καθυστέρηση φάσης. Αυτά τα δύο δείκτες αντικατοπτρίζουν αντίστοιχα τη διαφορά στην πλάτος και την απόκλιση φάσης μεταξύ της μετρημένης τιμής και της πραγματικής τιμής. Έτσι, μπορούν να κατασκευαστούν ανεξάρτητα μαθηματικά μοντέλα για την ακριβή περιγραφή αυτών των πηγών αβεβαιότητας. Για την απόκλιση ακρίβειας Y, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα μοντέλο γραμμικής παλινδρόμησης, εκφρασμένο ως:

Όπου β0 και β1 είναι παράμετροι του μοντέλου; X είναι το εισερχόμενο σήμα του ηλεκτρονικού μετατροπέα τάσης του δικτύου; ε είναι το τυχαίο σφάλμα. Για την καθυστέρηση φάσης φ, μπορεί να εκφραστεί από ένα τριγωνομετρικό μοντέλο ως

Όπου α αντιπροσωπεύει τη σταθερή μετατόπιση φάσης; θ(X) είναι μια φασική συνάρτηση που μεταβάλλεται με το εισερχόμενο σήμα. Για πιο λεπτομερή ανάλυση, μπορούν να εισαχθούν μη γραμμικοί όροι ή πολυωνυμικές προσεγγίσεις για την ενίσχυση της ακρίβειας του μοντέλου. Η δημιουργία αυτών των μαθηματικών μοντέλων παρέχει στερεή θεωρητική βάση και ποσοτικά εργαλεία για την εξαγγελία και συστηματική αξιολόγηση της αβεβαιότητας των αποτελεσμάτων μέτρησης.

4. Αποτελέσματα του Πειράματος Αξιολόγησης των Συνισταμένων Αβεβαιότητας

Κατά την επαλήθευση των ηλεκτρονικών μετατροπέων τάσης του δικτύου, ορίζονται πολλαπλά σύνολα επιπέδων τάσης για την αξιολόγηση της αβεβαιότητας. Επιλέγονται τα σημεία ρυθμισμένης τάσης 0.5%, 2%, 10%, 50% και 110% και μετρούνται με τη μέθοδο σύγκρισης. Τα μέσα τιμές της διαφοράς πλάτους και της απόκλισης φάσης καταγράφονται και υπολογίζονται ως αναφορικές τιμές στα αντίστοιχα επίπεδα τάσης, ώστε να αξιολογηθεί ακριβώς η αβεβαιότητα επίδοσης του ελεγχόμενου μετατροπέα.

4.1 Αξιολόγηση της Τύπου A Αβεβαιότητας

Η αβεβαιότητα τύπου A αντικατοπτρίζει το βαθμό διασποράς μεταξύ των αποτελεσμάτων που προκύπτουν κατά την επανειλημμένη μέτρηση του ίδιου αντικειμένου. Η τύπος της είναι:

Όπου n είναι το πλήθος των μετρήσεων; xi είναι η i-οστή μετρημένη τιμή; x̄ είναι το αριθμητικό μέσο των μετρημένων τιμών.

Έπειτα, για τα σημεία ρυθμισμένης τάσης 0.5%, 2%, 10%, 50% και 110%, τα αποτελέσματα της αξιολόγησης της αβεβαιότητας τύπου A είναι δείκτης στο Πίνακα 1.

Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 1, καθώς αυξάνεται το σημείο ρυθμισμένης τάσης, η αβεβαιότητα τύπου A τόσο της διαφοράς πλάτους όσο και της απόκλισης φάσης δείχνει αυξανόμενη τάση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε χαμηλότερα επίπεδα τάσης, ο μετατροπέας τάσης είναι πιο σταθερός, προκαλώντας λιγότερη διασπορά στα αποτελέσματα μέτρησης. Ωστόσο, σε υψηλότερα επίπεδα τάσης, ο μετατροπέας τάσης επηρεάζεται από περισσότερους παράγοντες, οδηγώντας σε μεγαλύτερη διασπορά στα αποτελέσματα μέτρησης.

4.2 Αξιολόγηση της Τύπου B Αβεβαιότητας

Σύμφωνα με το JJF 1059.1—2022 "Αξιολόγηση και Εκφώνηση της Αβεβαιότητας Μέτρησης", η αβεβαιότητα τύπου B προέρχεται από την εύλογη συμπερασματολογία γνωστών σχετικών πληροφοριών για την εκτίμηση της τυπικής απόκλισής της. Αυτές οι πληροφορίες μπορεί να περιλαμβάνουν ταχυδρομικά δεδομένα από τους κατασκευαστές, δεδομένα αναγνωρισμένων μεθόδων επαλήθευσης της βιομηχανίας ή στατιστική ανάλυση ιστορικών δεδομένων μέτρησης. Η κύρια ιδέα της αβεβαιότητας τύπου B είναι να ορίσει το πιθανό εύρος μεταβολής της μετρημένης τιμής με βάση την εμπειρία ή την επαγγελματική γνώση, με το μισό εύρος να είναι το μισό του πλάτους του εύρους.
Στη συνέχεια, επιλέγεται ένα κατάλληλο παράγοντας κάλυψης k για την ποσοτικοποίηση, σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά κατανομής πιθανότητας και το απαιτούμενο επίπεδο εμπιστοσύνης. Συνήθως, αν οι μετρημένες τιμές είναι ομοιόμορφα κατανεμημένες εντός του προκαθορισμένου διαστήματος (κάθε τιμή έχει ίση πιθανότητα), χρησιμοποιείται το μοντέλο ομοιόμορφης κατανομής, και ο k μπορεί να ληφθεί ως προσέγγιση του √3, για να εξασφαλίσει την ακρίβεια και την ακρίβ