Nepewību novērtēšana tīkla elektroniskā sprieguma transformatora mērījumiem

1. Ievads

Tīkla elektroniskie sprieguma transformatoru, kā nepieciešami mērīšanas komponenti enerģijas sistēmā, to mērīšanas precizitāte tiek tievāk saistīta ar enerģijas sistēmu stabilo darbību un efektīvu pārvaldību. Tomēr praksē, tālreizējo elektronisko komponentu raksturojumu, vides faktoru un mērīšanas metožu ierobežojumu dēļ, sprieguma transformatoru mērīšanas rezultāti bieži satur nezināmību. Šī nezināmība ne tikai ietekmē enerģijas datu precizitāti, bet arī vilcina enerģijas sistēmas plānošanu, kontrolēšanu un aizsardzības stratēģijas. Tādēļ, tīkla elektronisko sprieguma transformatoru verifikācijas un mērīšanas rezultātu nezināmības novērtēšanas metožu dziļāka pētīšana ir svarīga, lai uzlabotu enerģijas sistēmu mērīšanas precizitāti.

Šis pētījums vēlas sistēmatiski analizēt faktorus, kas ietekmē sprieguma transformatoru mērīšanas nezināmību, ieskaitot elektronisko komponentu temperatūras nomākošanos, novecošanos un trokšņa iedarbību, kā arī temperatūras, mitruma un elektromagnētiskā lauka maiņas mērīšanas vides. Lai izprastu zinātniskus un saprātīgus nezināmības novērtēšanas metodes, šis pētījums izmantos matemātiskus modeļus, kombinējot statistikas principus un metrologijas zināšanas, lai visaptveroši novērtētu tīkla elektronisko sprieguma transformatoru mērīšanas nezināmību dažādos darbības apstākļos, sniedzot teorētisko pamatu un tehnisko atbalstu, lai izstrādātu precīzākas verifikācijas noteikumus un uzlabotu sprieguma transformatoru produktu kvalitāti.

2. Eksperiments Nezināmības Novērtēšanai Mērīšanas Rezultātos
2.1 Eksperimenta Objekts

Lai novērtētu tīkla elektronisko sprieguma transformatoru nezināmību, tiek izvēlēts precīzs sprieguma kalibrēšanas ierīce ar 0,001 līmeņa precizitāti, kas aptver mērīšanas diapazonu no 1–1000 V. Jāverificē gaidāmais sprieguma transformators ir paredzēts lietošanai scenārijos ar primāro spriegumu 10 kV–50 kV un sekundāro spriegumu 100 V, ar precizitātes līmeni 0,02. Tīkla elektronisko sprieguma transformatoru struktūra ir parādīta 1. attēlā.

Eksperimenta vide ir iestatīta konstantā temperatūrā 20 ± 2 °C, ar relatīvo mitrumu, kas saglabāts zemāk par 60%, izslēdzot potenciālo vides ietekmi uz mērīšanas rezultātiem.

2.2 Tīkla Elektronisko Sprieguma Transformatoru Verifikācijas un Mērīšanas Metode

Tīkla elektronisko sprieguma transformatoru verifikācijas laikā ir nepieciešama zinātniska nezināmības novērtēšanas metode, lai nodrošinātu mērīšanas precizitāti. Izmantojot 1. attēlā parādīto tīkla elektronisko sprieguma transformatoru kā standarta ierīci, tiek pieņemta salīdzinājuma bāzēta shēma. Tas ļauj bezsekošu savietojumu starp testējamajiem elektroniskajiem sprieguma transformatoriem un standarta ierīci, kā parādīts 2. attēlā.

Pēc tam augstas precizitātes digitālais mērīšanas sistēma tiek tieši nolasīta un aprēķināta testējamā elektroniskā sprieguma transformatora kļūda. Standarta ierīces modelis ir DHBV-110/0.02, ar labu precizitāti, kas veicina verifikāciju. Testējamam transformatoram tiek iestatītas nominālā sprieguma punkti 0,5%, 2%, 10%, 50% un 110%, lai pārklātu tā darbības diapazonu. Notikumi, kad maksimālā atļautā kļūdas robežas šiem punktiem ir vienādas pilnas un vieglās slodzes stāvokli, elektroniskie komponenti temperatūras nomākošana un novecošana var radīt nozīmīgas stabilitātes atšķirības starp šiem stāvokļiem. Tādēļ, katrs punkts jānovērtē neatkarīgi, lai kontrolētu verifikācijas rezultātu nezināmību, atbilstot enerģijas tīkla operācijām augstas precizitātes mērīšanas tehnoloģiju stingriem prasībām.

3. Matemātiskais Modelis

Tīkla elektronisko sprieguma transformatoru verifikācijas un mērīšanas rezultātu nezināmības novērtēšanas eksperimentā, verificējot ierīces precizitāti, tās nezināmība bieži tiek kvantificēta caur daudziem aspektiem, piemēram, precizitātes novirzes un fāzes aizpaliekšanu. Šie divi rādītāji atspoguļo mērītā un patiesā vērtība amplitūdes atšķirību un fāzes novirzi. Tādēļ, var tikt izveidoti neatkarīgi matemātiski modeļi, lai precīzi aprakstītu šos nezināmības avotus. Precizitātes novirzei Y var izmantot lineāru regresijas modeli, ko izsaka kā:

Kur β0 un β1 ir modeļa parametri; X ir tīkla elektronisko sprieguma transformatoru ieejas signāls; ε ir gadījuma kļūdas termins. Fāzes aizpaliekšanai φ to var izteikt trigonometriskā funkcijas modelī kā

Kur α pārstāv fiksēto fāzes nobīdi; θ(X) ir fāzes funkcija, kas mainās atkarībā no ieejas signāla. Detalizētākai analīzei var ieviest nelīnijas terminus vai polinomu aproksimācijas, lai uzlabotu modeļa precizitāti. Šo matemātisko modeļu izveidošana nodrošina stipru teorētisko pamatu un kvantitatīvus rīkus, lai visaptveroši un sistēmiski novērtētu mērīšanas rezultātu nezināmību.

4. Nezināmības Komponentu Novērtēšanas Eksperimenta Rezultāti

Tīkla elektronisko sprieguma transformatoru verifikācijā tiek iestatīti vairāki sprieguma līmeņi, lai novērtētu nezināmību. Izmantojot salīdzinājuma metodi, tiek atlasīti un mēriti nominālā sprieguma punkti 0,5%, 2%, 10%, 50% un 110%. Amplitūdes atšķirības un fāzes novirzes vidējie vērtības tiek reģistrētas un aprēķinātas kā atbilstoši sprieguma līmeņiem, lai precīzi novērtētu testējamā transformatora veiktspējas nezināmību.

4.1 A Veida Nezināmības Novērtēšana

A veida nezināmība atspoguļo rezultātu izplatību, kas iegūti, atkārtoti mērījot to pašu objektu. Tās aprēķināšanas formula ir:

Kur n ir mērījumu skaits; xi ir i-tais mērītā vērtība; x̄ ir mērītā vērtību aritmētiskais vidējais.

Tad, nominālā sprieguma punktiem 0,5%, 2%, 10%, 50% un 110%, A veida nezināmības novērtēšanas rezultāti ir parādīti 1. tabulā.

No 1. tabulas redzams, ka, kā nominālais sprieguma punkts pieaug, gan amplitūdes atšķirības, gan fāzes novirzes A veida nezināmība rāda pieaugšanas tendenci. Tas notiek tāpēc, ka zemākos sprieguma līmeņos sprieguma transformators ir stabīgāks, kas rada mazāku mērījumu izplatību. Taču augstākos sprieguma līmeņos sprieguma transformatori tiek ietekmēti vairākiem faktoriem, kas rada lielāku mērījumu izplatību.

4.2 B Veida Nezināmības Novērtēšana

Saskaņā ar JJF 1059.1—2022 "Mērīšanas nezināmības novērtēšana un izteiksmes", B veida nezināmība nāk no zināmā informācija saprātīgas inferences, lai novērtētu to standartnovirzi. Šī informācija var ietvert ražotāju ierīču specifikācijas, nozares atzītas kalibrēšanas metodes dati vai vēsturiskā mērījuma datu statistiskā analīze. B veida nezināmības kodols ir definēt mērītā vērtība iespējamās variācijas diapazons, balstoties uz pieredzi vai profesionālo zināšanu, ar tā pusplatumu, kas ir pusdiapazona platums.

Pēc tam, atbilstoši varbūtības sadalījuma raksturojumiem un prasītajam uzticības līmenim, tiek izvēlēts atbilstošs aizseguma koeficients k. Parasti, ja mērītās vērtības ir vienmērīgi sadalītas iepriekš noteiktajā intervālā (katra vērtība ir vienāda iespējamība), tiek izmantots vienmērīgās sadalījuma modelis, un k var būt aptuveni √3, lai nodrošinātu novērtējuma precizitāti un stingrumu. B veida nezināmības aprēķināšanas formula ir

Kur a ir mērījuma variācijas intervāla pusplatums.

Nominālā sprieguma punktiem 0,5%, 2%, 10%, 50% un 110%, B veida nezināmības novērtēšanas rezultāti ir parādīti 2. tabulā.

No 2. tabulas redzams, dažādos nominālajos sprieguma punktos, gan amplitūdes atšķirībai, gan fāzes novirzei, nezināmība rāda pieaugšanas tendenci, kā sprieguma līmenis pieaug. Salīdzinājumā ar A veida nezināmību, B veida nezināmības novērtēšana vairāk balstās uz zināmajās informācijas precizitāti un pilnīgumu, atspoguļojot priekšgaidāmo sprieguma transformatoru mērīšanas veiktspēju. Tādēļ, praktiskā lietojumā, plaši ņemot vērā gan A, gan B veida nezināmību, var iegūt plašāku uztveri par mērījuma rezultātu precizitāti un uzticamību.

4.3 Kombinētā Standa