Võrguelektronilise võimsustekandja mõõtmise ebakindluse hindamine

1. Sissejuhatus

Võrgu elektronilised napetuseks teisendajad on energiaüsteemides olulised mõõtmise komponendid, nende mõõtmistäpsus on otseselt seotud energiaüsteemi stabiilse toimimise ja tõhusa haldusega. Kuid praktikas mõjutavad elektroniliste komponentide omadusi, keskkonnategureid ja mõõtmismeetodite piiranguid napetuseks teisendajate mõõtresulteidi ebakindlust. See ebakindlus mõjutab mitte ainult energiandmete täpsust, vaid suunab ka energiaüsteemi juhtimise, kontrolli ja kaitsestrateegiate ebaõiget suunda. Seega on sügavam uurimus võrgu elektroniliste napetuseks teisendajate mõõt- ja verifitsemistulemuste ebakindluse hindamismeetodite osas oluline energiaüsteemide mõõtmistäpsuse parandamiseks.

Selle uuringu eesmärk on süstemaatiliselt analüüsida tegureid, mis mõjutavad napetuseks teisendajate mõõtmise ebakindlust, sealhulgas elektroniliste komponentide temperatuuri langedust, vananemist ja müra häirivust, samuti mõõtmiskeskkonna muutused nagu temperatuur, niiskus ja elektromagnetväli. Läbi selle uuritakse teaduslikke ja õiguspäraseid ebakindluse hindamismeetodeid. Matemaatiliste mudelite loomisel koos statistika põhimõtetega ja metroloogia teadmistega hinnatakse võrgu elektroniliste napetuseks teisendajate mõõtmise ebakindlust erinevatel töötingimustel, pakkudes teoreetilist alust ja tehnilist toetust täpsemate verifitsemismääruste väljatöötamiseks ja napetuseks teisendajate tootekvaliteedi parandamiseks.

2. Mõõtmistulemuste ebakindluse hindamise eksperiment
2.1 Eksperimentaalne objekt

Võrgu elektroniliste napetuseks teisendajate ebakindluse hindamiseks valitakse 0,001 taseme täpsusega napetuse kalibreerimise seade, mis katab mõõtmisvahemiku 1–1000 V. Verifitseeritava napetuseks teisendaja on mõeldud 10 kV–50 kV esmanapetuse ja 100 V sekundaarnapetuse stsenaariumidele, täpsuse taseme 0,02-ga. Võrgu elektronilise napetuseks teisendaja struktuur on näidatud Joonis 1-s.

Eksperimentaalne keskkond on seatud konstantseks 20 ± 2 °C temperatuurile, suhteline niiskus hoitakse alla 60%, vältides potentsiaalset mõju mõõtmistulemustele.

2.2 Võrgu elektroniliste napetuseks teisendajate verifitseerimis- ja mõõtmismeetod

Võrgu elektroniliste napetuseks teisendajate verifitseerimisel on vaja teaduslikku ebakindluse hindamismeetodit, et tagada mõõtmistäpsus. Kasutades Joonis 1-s näidatud võrgu elektronilist napetuseks teisendajat standardseadmena, rakendatakse võrreldava ühendusega ringikone. See võimaldab testitud elektronilise napetuseks teisendaja ja standardseadme vahel soe ühenduse, nagu on näidatud Joonis 2-s.

Seejärel loetakse ja arvutatakse otse kõrgetäpsuse digitaalse mõõtesüsteemi abil testitava elektronilise napetuseks teisendaja viga. Standardseadme mudel on DHBV-110/0,02, mis pakub väga head täpsust verifitseerimiseks. Testitava transformaatori jaoks on seatud 0,5%, 2%, 10%, 50% ja 110% niminaapetuse punktid, et katuda selle töövahemikku. Kuigi need punktid on sama maksimaalsed lubatud vealimitega täielikul- ja kehvadel laadimistingimustel, võib elektroniliste komponentide temperatuuri langedus ja vananemine põhjustada olulisi stabiilsuse erinevusi tingimuste vahel. Seega tuleb iga punkti stabiilsust hinnata sõltumatult, et kontrollida verifitseerimistulemuste ebakindlust, vastavalt energiaüsteemi toimimise rangele nõudmisele kõrge täpsusega mõõtmiste Tehnoloogiale.

3. Matemaatiline mudel

Võrgu elektroniliste napetuseks teisendajate mõõtmis- ja verifitsemistulemuste ebakindluse hindamise eksperimendis, kui kontrollitakse testitava seadme täpsust, selle ebakindlust mõõdetakse sageli mitmel mõõtmeetril, näiteks täpsuse hälve ja faasi viivitus. Need kaks indikatorit iseloomustavad vastavalt mõõtitavate väärtuste ja tegelike väärtuste amplituudi- ja faasideviatsiooni. Seega saab neile ebakindluse allikatele täpset kirjeldamiseks luua sõltumatud matemaatilised mudelid. Täpsuse hälbe Y korral saab kasutada lineaarregressioonimudelit, mis väljendub järgmiselt:

Kus β0 ja β1 on mudeli parameetrid; X on võrgu elektronilise napetuseks teisendaja sisendsignaal; ε on juhuslik veaterm. Faasi viivituse φ korral saab seda trigonomeetrilise funktsiooniga mudelis väljendada:

Kus α tähistab fikseeritud faasisuvikut; θ(X) on sisendsignaaliga muutuv faasifunktsioon. Detailsemaks analüüsiks võidakse tuua sisse mittelineaarsed terminid või polünoomlikud ligikaudsed, et suurendada mudeli täpsust. Nende matemaatiliste mudelite loomine annab tugeva teoreetilise aluse ja kvantitatiivsed tööriistad, et hinnata mõõtmistulemuste ebakindlust süstemaatiliselt ja täpselt.

4. Ebakindluse komponentide hindamise eksperimenti tulemused

Võrgu elektroniliste napetuseks teisendajate verifitseerimisel määratakse ebakindluse hindamiseks mitu napetustaset. Valitakse 0,5%, 2%, 10%, 50% ja 110% niminaapetuse punktid ning mõõdetakse võrdlemise meetodiga. Amplituudi- ja faasideviatsiooni keskmised väärtused registreeritakse ja arvutatakse vastavate napetustasemete viiteväärtusteks, et täpselt hinnata testitava transformaatori jõudlust ebakindluse osas.

4.1 Tüübi A ebakindluse hindamine

Tüübi A ebakindlus näitab sama objekti mitmekordsete mõõtmiste tulemuste dispersiooniast. Selle arvutusvalem on:

Kus n on mõõtmiste arv; xi on i-nes mõõtitav väärtus; x̄ on mõõtitavate väärtuste aritmeetiline keskmine.

Siis 0,5%, 2%, 10%, 50% ja 110% niminaapetuse punktide tüübi A ebakindluse hindamistulemused on näidatud Tabel 1-s.

Nagu näha tabelist 1, kui niminaapetuse punkt kasvab, siis nii amplituudi- kui ka faasideviatsiooni tüübi A ebakindlus näitavad kasvavat trendi. See on sellega seotud, et madalamate napetustasemete korral on napetuseks teisendaja stabiilsem, mis tähendab, et mõõtmistulemuste dispersioon on väiksem. Kuid kõrgemate napetustasemete korral mõjutavad napetuseks teisendajat rohkem tegureid, mis viib suuremate dispersioonini mõõtmistulemustes.

4.2 Tüübi B ebakindluse hindamine

JJF 1059.1—2022 dokumenti "Mõõtmise ebakindluse hindamine ja väljendamine" kohaselt tuleb tüübi B ebakindlus hinnata teadmiste põhjal, mis tulenevad tootja andmetest, tööstuse tunnistatud kalibreerimismeetoditest või ajalooliste mõõtmiste statistilisest analüüsist. Tüübi B ebakindluse üheks peamiseks elementiks on defineerida mõõtitava väärtuse võimalik muutumisvahemik kogemuse või professionaalse teadmiste põhjal, mille poolvahemik on vahemiku laiuse poolik.

Seejärel valitakse sobiv kaalurfaktor k, et kvantificeerida sellest tõenäosusjaotuse omaduste ja nõutava usaldusnivood järgi. Tavaliselt, kui mõõtitavad väärtused on ühtlase tõenäosusega jaotunud etteantud vahemikus (iga väärtus on võrdne tõenäosusega), kasutatakse ühtlase jaotuse mudelit, ja k võib olla lähedane √3-le, et tagada hindamise täpsus ja täpsus. Tüübi B ebakindluse arvutusvalem on

Kus a on mõõtmisvahemiku poolvahemik.

0,5%, 2%, 10%, 50% ja 110% niminaapetuse punktide tüübi B ebakindluse hindamistulemused on näidatud Tabel 2-s.

Nagu näha tabelist 2, erinevatel niminaapetuse punktidel, nii amplituudi- kui ka faasideviatsiooni ebakindlus näitavad kasvavat trendi, kui napetustase tõuseb. Tüübi A ebakindlusega võrreldes sõltub tüübi B ebakindluse hindamine rohkem teadmiste täpsusest ja täielikkusest, näitades ennetähtlikku hinnangut mõõtitava napetuseks teisendaja jõudlusele. Seega, praktilistes rakendustes võimaldab tüübi A ja tüübi B ebakindluse üldine arvestamine paremini hõlmata mõõtmistulemuste täpsust ja usaldusväärsust.

4.3 Kombineeritud standardebakindluse hindamine

Kombineeritud standardebakindluse hindamisel, kui iga võrgu elektronilise napetuseks teisendaja verifitseerimis- ja mõõtmistulemused on sõltumatud ja korreleerimata (nende korreelatsioonikoeffitsiendid on kõik 0), siis ebakindlused järgivad lineaarse kombinatsiooni printsiipi summeerimiseks. Selle alusel saab kombineeritud standardebakindluse hindamise väljendada järgmisel valemil

Siis 0,5%, 2%, 10%, 50% ja 110% niminaapetuse punktide kombineeritud standardebakindluse hindamistulemused on näidatud Joonis 3-s.

Joonis 3 tulemuste järgi, kui niminaapetuse tase tõuseb 0,5%st 110%ni, siis amplituudi- ja faasideviatsiooni kombineeritud standardebakindlused näitavad stabiilset kasvu. Konkreetsemalt amplituudi ebakindlus kasvab 0,008%st 0,085%ni (umbes 10-kordselt) ja faasideviatsiooni ebakindlus tõuseb 0,05°st 0,35°ni (umbes 7-kordselt). See trend viitab, et kõrgemad napetused suurendavad transformaatori tundlikkust välisele häirijale, laiendades mõõtmise ebakindlust. Siiski ei tekkinud äkke muutusi, mis viitab, et hindamisprotsess on stabiilne ja usaldusväärne.

5. Järeldus

Võrgu elektroniliste napetuseks teisendajate mõõtmis- ja verifitsemistulemuste ebakindluse hindamismeetodi uurimisel analüüsitakse mitmeid tegureid, mis mõjutavad mõõtmistäpsust, ja uuritakse teaduslikke ja tõhusaid hindamismeetodeid. Teoreetilise analüüsi ja eksperimentaalse kinnituse kaudu parandatakse mitte ainult napetuseks teisendajate mõõtmistulemuste usaldusväärsust, vaid pakutakse ka kindlat tagatist energiaüsteemi stabiilsele toimimisele.