Penilaian Ketidakpastian untuk Pengukuran Penjana Elektronik Voltan Grid

1. Pengenalan

Pengukur voltan elektronik grid, sebagai komponen pengukuran yang tidak terpisahkan dalam sistem tenaga, mempunyai ketepatan pengukuran yang langsung berkaitan dengan operasi stabil dan pengurusan berkesan sistem tenaga. Namun, dalam amalan, disebabkan oleh ciri-ciri bawaan komponen elektronik, faktor-faktor persekitaran, dan keterbatasan kaedah pengukuran, hasil pengukuran pengukur voltan sering melibatkan ketidakpastian. Ketidakpastian ini bukan sahaja memberi kesan kepada ketepatan data tenaga tetapi juga menyesatkan strategi penjadualan, kawalan, dan perlindungan sistem tenaga. Oleh itu, penyelidikan mendalam tentang kaedah penilaian ketidakpastian untuk pengesahan dan hasil pengukuran pengukur voltan elektronik grid adalah penting untuk meningkatkan ketepatan pengukuran sistem tenaga.

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis secara sistematik faktor-faktor yang mempengaruhi ketidakpastian pengukuran pengukur voltan, termasuk hanyutan suhu, penuaan, dan gangguan bunyi komponen elektronik, serta perubahan suhu, kelembapan, dan medan elektromagnetik dalam persekitaran pengukuran. Melalui ini, kaedah-kaedah penilaian ketidakpastian yang saintifik dan munasabah akan dijelajahi. Dengan membina model-model matematik yang dikombinasikan dengan prinsip statistik dan pengetahuan metrologi, penelitian ini akan menilai secara menyeluruh ketidakpastian pengukuran pengukur voltan elektronik grid di bawah keadaan kerja yang berbeza, menyediakan asas teori dan sokongan teknikal untuk merumuskan peraturan pengesahan yang lebih tepat dan meningkatkan kualiti produk pengukur voltan.

2. Eksperimen untuk Menilai Ketidakpastian Hasil Pengukuran
2.1 Objek Eksperimen

Untuk penilaian ketidakpastian pengukur voltan elektronik grid, peranti kalibrasi voltan presisi dengan ketepatan tahap 0.001 dipilih, yang merangkumi julat pengukuran 1–1000 V. Pengukur voltan yang akan diperiksa direka untuk skenario dengan voltan utama 10 kV–50 kV dan voltan sekunder 100 V, dengan tahap ketepatan 0.02. Struktur pengukur voltan elektronik grid ditunjukkan dalam Gambar 1.

Persekitaran eksperimen ditetapkan pada suhu malar 20 ± 2 °C, dengan kelembapan relatif dikekalkan di bawah 60%, menghapuskan potensi kesan persekitaran terhadap hasil pengukuran.

2.2 Kaedah Pengesahan dan Pengukuran untuk Pengukur Voltan Elektronik Grid

Semasa pengesahan pengukur voltan elektronik grid, kaedah penilaian ketidakpastian yang saintifik diperlukan untuk memastikan ketepatan pengukuran. Menggunakan pengukur voltan elektronik grid yang ditunjukkan dalam Gambar 1 sebagai peranti standard, sambungan litar berdasarkan perbandingan digunakan. Ini membolehkan penyelarasan tanpa henti antara pengukur voltan elektronik yang diuji dan peranti standard, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.

Kemudian, sistem pengukuran digital tinggi-akurasi membaca dan mengira ralat pengukur voltan elektronik yang diuji secara langsung. Model peranti standard adalah DHBV-110/0.02, dengan ketepatan yang luar biasa yang mendasari pengesahan. Untuk pengukur voltan yang diuji, titik-titik voltan berperingkat 0.5%, 2%, 10%, 50%, dan 110% ditetapkan untuk merangkumi julat operasinya. Walaupun had ralat maksimum yang dibenarkan untuk titik-titik ini adalah sama di bawah keadaan beban penuh dan ringan, hanyutan suhu dan penuaan komponen elektronik boleh menyebabkan perbezaan kestabilan yang signifikan di bawah keadaan yang berbeza. Oleh itu, kestabilan setiap titik harus dinilai secara bebas untuk mengawal ketidakpastian hasil pengesahan, memenuhi tuntutan ketat teknologi pengukuran tinggi-akurasi bagi operasi grid tenaga.

3. Model Matematik

Dalam eksperimen untuk menilai ketidakpastian hasil pengesahan dan pengukuran pengukur voltan elektronik grid, semasa mengesahkan ketepatan peranti yang diuji, ketidakpastiannya sering dikuantifikasi melalui beberapa dimensi, seperti penyimpangan ketepatan dan lag fasa. Dua indikator ini masing-masing mencerminkan perbezaan amplitudo dan penyimpangan fasa antara nilai yang diukur dan nilai sebenar. Oleh itu, model-model matematik yang bebas dapat dibina untuk menggambarkan dengan tepat sumber-sumber ketidakpastian ini. Untuk penyimpangan ketepatan Y, model regresi linear boleh digunakan, dinyatakan sebagai:

Di mana β0 dan β1 adalah parameter model; $X$ adalah isyarat input pengukur voltan elektronik grid; $\ε$ adalah istilah ralat rawak. Untuk lag fasa $\φ$, ia boleh dinyatakan dengan model fungsi trigonometri sebagai

Di mana α mewakili pergeseran fasa tetap; θ(X) adalah fungsi fasa yang berubah dengan isyarat input. Untuk analisis yang lebih mendalam, istilah non-linear atau hampiran polinomial boleh diperkenalkan untuk meningkatkan ketepatan model. Pembentukan model-model matematik ini menyediakan asas teori dan alat kuantitatif yang kukuh untuk menilai secara menyeluruh dan sistematis ketidakpastian hasil pengukuran.

4. Hasil Eksperimen Penilaian Komponen Ketidakpastian

Dalam pengesahan pengukur voltan elektronik grid, beberapa set tahap voltan ditetapkan untuk penilaian ketidakpastian. Titik-titik voltan berperingkat 0.5%, 2%, 10%, 50%, dan 110% dipilih dan diukur menggunakan kaedah perbandingan. Nilai purata perbezaan amplitudo dan penyimpangan fasa dicatat dan dihitung sebagai nilai rujukan pada tahap voltan yang bersesuaian, supaya dapat menilai dengan tepat ketidakpastian prestasi pengukur voltan yang diuji.

4.1 Penilaian Ketidakpastian Jenis A

Ketidakpastian jenis A mencerminkan darjah dispersi di antara hasil yang diperoleh semasa pengukuran berulang objek yang sama. Formula penghitungannya adalah:

Di mana n adalah bilangan pengukuran; x_i adalah nilai pengukuran ke-i; xˉ adalah min aritmetik nilai-nilai pengukuran.

Kemudian, untuk titik-titik voltan berperingkat 0.5%, 2%, 10%, 50%, dan 110%, hasil penilaian ketidakpastian jenis A ditunjukkan dalam Jadual 1.

Seperti yang dapat dilihat dari Jadual 1, seiring dengan peningkatan titik voltan berperingkat, ketidakpastian jenis A baik untuk perbezaan amplitudo maupun penyimpangan fasa menunjukkan trend peningkatan. Ini disebabkan pada tahap voltan yang lebih rendah, pengukur voltan lebih stabil, menghasilkan dispersi yang lebih sedikit dalam hasil pengukuran. Namun, pada tahap voltan yang lebih tinggi, pengukur voltan dipengaruhi oleh lebih banyak faktor, sehingga menghasilkan dispersi yang lebih besar dalam hasil pengukuran.

4.2 Penilaian Ketidakpastian Jenis B

Berdasarkan JJF 1059.1—2022 Penilaian dan Penerangan Ketidakpastian Pengukuran, ketidakpastian jenis B berasal dari inferensi yang masuk akal berdasarkan informasi relevan yang diketahui untuk mengestimasi sisihan piawai. Informasi ini mungkin melibatkan spesifikasi peralatan dari pembuat, data metode kalibrasi yang diakui industri, atau analisis statistik data pengukuran historis. Inti dari ketidakpastian jenis B adalah untuk menentukan rentang variasi yang mungkin dari nilai yang diukur berdasarkan pengalaman atau pengetahuan profesional, dengan lebarnya setengah menjadi setengah dari lebar rentang.

Kemudian, pilih faktor liputan k yang sesuai untuk kuantifikasi berdasarkan ciri distribusi probabilitas dan tahap keyakinan yang diperlukan. Biasanya, jika nilai pengukuran tersebar secara seragam dalam selang yang ditetapkan (setiap nilai memiliki probabilitas yang sama), model distribusi seragam digunakan, dan k dapat diambil sebagai aproksimasi √3 untuk memastikan ketepatan dan ketatnya penilaian. Formula penghitungan ketidakpastian jenis B adalah

Di mana a adalah lebar setengah selang variasi pengukuran.

Untuk titik-titik voltan berperingkat 0.5%, 2%, 10%, 50%, dan 110%, hasil penilaian ketidakpastian jenis B ditunjukkan dalam Jadual 2.

Seperti yang dapat dilihat dari Jadual 2, pada titik-titik voltan berperingkat yang berbeda, baik untuk perbezaan amplitudo maupun penyimpangan fasa, ketidakpastian menunjukkan trend peningkatan seiring dengan kenaikan tahap voltan. Berbanding dengan ketidakpastian jenis A, penilaian ketidakpastian jenis B lebih bergantung pada ketepatan dan kelengkapan informasi yang diketahui, mencerminkan perkiraan awal tentang prestasi pengukur voltan yang diukur. Oleh itu, dalam aplikasi praktis, mempertimbangkan secara menyeluruh ketidakpastian jenis A dan B memungkinkan pemahaman yang lebih komprehensif tentang ketepatan dan keandalan hasil pengukuran.

4.3 Penilaian Ketidakpastian Standard Gabungan

Semasa menilai ketidakpastian standard gabungan, jika hasil pengesahan dan pengukuran setiap pengukur voltan elektronik grid adalah bebas dan tidak berkorelasi (yaitu, koefisien korelasinya semua 0), ketidakpastian mengikuti prinsip kombinasi linear untuk penambahan. Berdasarkan ini, penilaian ketidakpastian standard gabungan dapat dinyatakan dengan formula berikut

Kemudian, untuk titik-titik voltan berperingkat 0.5%, 2%, 10%, 50%, dan 110%, hasil penilaian ketidakpastian standard gabungan ditunjukkan dalam Gambar 3.

Dari hasil Gambar 3, seiring dengan kenaikan voltan berperingkat dari 0.5% hingga 110%, ketidakpastian standard gabungan untuk perbezaan amplitudo dan penyimpangan fasa menunjukkan pertumbuhan yang stabil. Secara khusus, ketidakpastian perbezaan amplitudo meningkat dari 0.008% hingga 0.085% (sekitar 10 kali), dan ketidakpastian penyimpangan fasa meningkat dari 0.05° hingga 0.35° (sekitar 7 kali). Trend ini menunjukkan bahwa peningkatan voltan yang lebih tinggi meningkatkan kepekaan transformator terhadap gangguan eksternal, memperluas ketidakpastian pengukuran. Namun, tidak ada perubahan data ekstrem yang terjadi, menunjukkan proses penilaian stabil dan dapat diandalkan.

5. Kesimpulan

Dalam penelitian tentang metode penilaian ketidakpastian untuk hasil pengesahan dan pengukuran pengukur voltan elektronik grid, beberapa faktor yang mempengaruhi ketepatan pengukuran dianalisis, dan metode penilaian yang saintifik dan efektif dijelajahi. Melalui analisis teoretis dan verifikasi eksperimental, tidak hanya meningkatkan keandalan hasil pengukuran pengukur voltan, tetapi juga memberikan jaminan yang kuat untuk operasi stabil sistem tenaga.