Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения Грицутенко Станислав Семенович

Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения
<
Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Грицутенко Станислав Семенович. Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения : диссертация ... кандидата технических наук : 05.22.07 Омск, 2007 154 с., Библиогр.: с. 126-135 РГБ ОД, 61:07-5/4500

Содержание к диссертации

Введение

1. Состояние качества электрической энергии потребляемое на тягу поездов железных дорог переменного тока 8

1.1 Нормирование и негативные последствия снижения качества электроэнергии 8

1.2. Анализ состояния качества электроэнергии в системах тягового электроснабжения переменного тока 21

1.3. Состояние измерительно-информационной базы качества электрической энергии 31

1.4. Выводы 36

2. Теоретическое обоснование методик построения алгоритмов измерительных устройств предназначенных для использования на электрифицированных железных дорогах 38

2.1. Математическая модель тока и напряжения в тяговых сетях электрифицированных железных дорог для проектирования измерительных устройств 38

2.2. Совершенствование алгоритма вычисления активной и реактивной мощности основной гармоники тока и напряжения в тяговых сетях при наличии высших гармоник 52

2.3. Повышение точности измерения высших гармонических составляющих тока и напряжения .54

2.4. Разработка алгоритма поиска экстремумов спектра тока и напряжения 65

2.5. Совершенствование алгоритма измерения частоты основной гармоники токаи напряжения 72

2.6. Использование неравномерной дискретизации для сокращения объема вычислений при спектральном анализе 76

2.7. Выводы 82

3. Разработка принципов построения многофункционального измерительного комплекса электрических величин для тяговых и трансформаторных подстанций электрифицированных железных дорог 84

3.1. Обоснование технических характеристик многофункционального измерительного комплекса электрических величин в тяговых сетях железных дорог г 84

3.2. Разработка структуры распределенной вычислительной системы измерительного комплекса с учетом возможных схем включения на тяговых и трансформаторных подстанциях 93

3.3. Разработка согласующей схемы, позволяющей проводить все типы измерения при любой схеме измерительных трансформаторов без перекомутации входных цепей 95

3.4. Разработка методики компенсации погрешностей, возникающих при измерении показателей качества электроэнергии 99

3.5. Структура проіраммного обеспечения, обеспечивающего работу многофункционального измерительного комплекса в режиме реального времени 105

3.6. Принципы функционирования операционной системы реального времени разработанной для измерительного комплекса 109

3.7. Выводы 115

4. Тестирование измерительного комплекса 117

5. Анализ экономического эффекта от внедрения многофункционального измерительного комплекса 121

Заключение 124

Список использованных источников 126

Приложение 1, ...136

Приложение 2 146

Приложение 3 150

Введение к работе

Актуальность исследования. Реформирование железнодорожной отрасли совпало с реформированием электроэнергетики страны, предъявляющей новые жесткие условия к потребителям. Не являясь производителем эперюресурсов, железнодорожный транспорт должен был гармонично вписаться в новые условия взаимоотношений с энергетикой с минимальными негативными последствиями.

В первый же год образования открытого акционерного общества «Российские железные дороги» была принята «Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта на период до 2010 года», одной из основных задач которой является контроль энергопотребления.

Особая роль в вопросе повышения эффективности контроля потребления электрической энергии отводится созданию средств и методов контроля, повышению надежности измерений. Важное значение при контроле энергопотребления отводится измерению показателей качества электрической энергии. Ухудшение качества электроэнергии приводит к ускоренному износу и выходу из строя силового оборудования, дополнительным потерям электроэнергии и снижению надежности работы систем, обеспечивающих безопасность движения поездов.

Задача повышения надежности контроля показателей качества может быть решена за счет создания новой измерительной базы, в полной степени отвечающей базовым нормативным документам и в первую очередь ГОСТ 13109-97. Создание нового измерительного оборудование требует разработки новых алгоритмов, учитывающих особенности эксплуатации в условиях железных дорог Российской Федерации. Особые возможности в этой области предоставляет цифровая обработка сигналов.

Большой резерв для совершенствования средств измерения заложен в совершенствовании методик компепсации искажений, вносимых датчиками и входными цепями приборов.

Цель работы - разработка алгоритмической базы многофункционального измерительного комплекса путем адаптации классических измерительных алгоритмов к особенностям объекта измерения за счет всестороннего использования математической модели тока и напряжения в системе тягового электроснабжения.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

формализация свойств напряжения и тока в тяговой сети электрифицированных железных дорог;

систематизация и сравнительный анализ существующей отечественной и зарубежной измерительно-информационной базы показателей качества электрической энергии;

создание математической модели объекта измерения для решения задачи совершенствования измерательных алгоритмов;

совершенствование стандартных алгоритмов измерения показателей качества электрической энергии, за счет использования свойств математической модели;

разработка структуры многофункционального измерительного комплекса (МИК) позволяющего реализовывать улучшенные алгоритмы измерения показателей качества электрической энергии в режиме реального времени;

создание методики компенсации искажений, вносимых входными цепями МИК.

Научная новизна, В диссертационной работе решен рад теоретических и практических задач, позволивших создать измерительный комплекс показателей качества электрической энергии, предназначенный для

эксплуатации на железных дорогах Российской Федерации, функционирующий в режиме реального времени.

К наиболее значимым можно отнести следующие результаты:

разработана математическая модель напряжения и тока в системах тягового электроснабжения, использование которой позволило усовершенствовать стандартные измерительные алгоритмы;

повышена точность измерения действующих значений напряжения и тока, а также активной и реактивной мощностей за счет замены в измерительном алгоритме операции интегрирования на фильтр нижних частот;

усовершенствована стандартная методика спектрального анализа тока и напряжения за счет использования корреляции спектра наложенного окна и спектра сигнала в районе исследуемой гармоники, а так же применения итерационной процедуры поиска местоположения гармоник;

разработан принципиально новый алгоритм поиска местоположения высших гармоник, позволивший повысить надежность спектральною анализа напряжения и тока;

создан принципиально новый алгоритм спектрального анализа с использованием неравномерной дискретизацией, сформулированы и доказаны две леммы, решающие проблему калибровки МИК;

разработана новая многозадачная операционная система реального времени, в которой отсутствует понятие приоритета, обеспечившая возможность измерения одновременно нескольких показателей качества электроэнергии в системе тягового электроснабжения в режиме реального времени;

создана принципиально новая методика компенсации искажений, вносимых токосъемпыми клещами, позволяющая измерять высшие гармоники мощности;

разработан мощный измерительный комплекс, позволяющий получить высокую точность измерения в широком диапазоне внешних температур.

7 Практическая ценность н реализация результатов работы. На

основании теоретических и экспериментальных исследований разработан, изготовлен, испытан и внедрен многофункциональный измерительный комплекс МИК-К с высокой надежностью измерений в широком диапазоне внешних температур.

Анализ состояния качества электроэнергии в системах тягового электроснабжения переменного тока

Имеется множество источников высших гармоник в силовых сетях, питающих силовое оборудование железнодорожного транспорта, но основным источником продуктов нелинейности являются вентильные преобразователи. Причина состоит в том, что в России в основном эксплуатируются электровозы с двигателями постоянного тока, а силовые сети на железной дороге являются сетями переменного тока. Следовательно, возникает необходимость в вентильных преобразователях большой мощности, которые в свою очередь выдают обратно в сеть высшие гармоники тока и напряжения. Учитывая, что основным потребителем электроэнергии на железной дороге являются именно электровозы, то становиться очевидным, что основным источником высших гармоник являются именно вентильные преобразователи этих электровозов.

Кроме вентильных преобразователей переменного тока в постоянный, источником высших гармоник могут являться силовые трансформаторы на питающих подстанциях.

Указанные источники высших гармоник значительно снижают качество электрической энергии, потребляемой другими потребителями, что в свою очередь приводит к крупным штрафам, со стороны контролирующих организаций. Но необходимо учитывать и следующий факт: железная дорога далеко не всегда является основным источником высших гармоник в сетях 27,5 кВ. Если тот или иной участок железной дороги проходит около крупных производств (например, заводов по производству алюминия), то уровни высших гармоник, создаваемых этими промышленными объектами могут превосходить уровни гармоник, создаваемых железной дорогой, И в этом случае, штрафные санкции должны предъявляться с учетом долевого вклада каждого промышленного источника высших гармоник. Очевидно, что возникающие юридические споры в такой ситуации должны решаться при помощи мониторинга качества электрической энергии на базе самой современной измерительной техники, так как суммы штрафов могут быть очень высоки, в сравнении со стоимостью собственно измерительной техники.

Как было показано, высшие гармоники в тяговых сетях железных дорог в принципе могут оказывать весьма негативное влияние как на безопасность движения, срок службы и надежность оборудования так и на суммы штрафов выплачиваемых за ухудшение качества электроэнергии. Так же было установлено, что железная дорога по ряду причин в принципе может являться мощным источником высших гармоник. Теперь оценим степень серьезности этого фактора, рассмотрим, как в действительности обстоят дела с состоянием качества электрической энергии на реальных участках железной дороги, используя результаты реальных исследований. Сначала проведе. анализ исследований тока и напряжения на токоприемники электровоза и шинах тяговых подстанций. В настоящем разделе обобщены результаты экспериментальных исследований проводившихся на базе Омского государственного университета путей сообщения [8], Л именно работы, посвященные экспериментальным исследованиям, выполненных на двухпутном перегоне переменного тока Западно-Сибирской железной дороги. Измерения проводились па токоприемнике электровоза и на шинах тяговых подстанций при консольном и двустороннем питании. На указанном участке эксплуатируются электровозы ВЛ 80с без рекуперации, поэтому приведенные материалы характеризуют тяговые режимы.

Объектом исследования являлся действующий участок Иртышская -Ларичиха Западно-Сибирской железной дороги.

Центрами питания рассматриваемого участка системы являются районные подстанции Иртышская, Барнаульская, Урожай и Светлая.

На tjcex тяговых подстанциях исследуемого участка установлено по два тяговых трансформатора типа ТДТНЖ-40000 за исключением тяговых подстанций Валиханоао, Урываево, Сузун, на которых имеются по два автотрансформатора типа АТДЦТН-63000, обеспечивающих питание других районных потребителей напряжением 110 кВ.

Ряд тяговых подстанций (Районная, Карасук, Урываево, Световская, Плотинная) оборудован нерегулируемыми устройствами компенсации реактивной мощности (УПИК), настроенными на третью или пятую гармоники.

Измерения осуществлялись информационно-вычислительным комплексом (ИВК) "Омск", позволяющим определять все основные параметры системы, включая амплитудные и фазовые спектры напряжений и токов.

На основании источника [8] (таблицы П.2Л-П.2.2) составим новые таблицы- Некоторые закономерности в распределении высших гармоник для двухстороннего питания межподстанционной зоны приведены в табл. ПЛ. 1.

Совершенствование алгоритма вычисления активной и реактивной мощности основной гармоники тока и напряжения в тяговых сетях при наличии высших гармоник

Рассмотрим использование выбранной математической модели измеряемого сигнала, при разработке алгоритма измерения показателей качества электроэнергии. Для этого найдем активную и реактивную мощность основной гармоники.

При нахождении активной мощности мы должны предварительно при помоши фильтра выделить исновную гармонику.

Преобразование Гильберта не может быть выполнено абсолютно точно. Наиболее эффективный метод приближенного вычисления этого преобразования - нерекурсивный цифровой фильтр, рассчитываемый определенным образом. Очевидно, что любой фильтр имеет неравномерность амплитудно-частотной характеристики, что приводит к увеличению погрешности всего измерителя в целом. Неравномерность фильтра может быть снижена до сколь угодно малой величины, но для этого необходимо увеличивать в соответствующей мере порядок фильтра. А это, в свою очередь, приводит к дополнительным вычислительным затратам. Например, если взять практически важный случай (частота дискретизации 8000 Гц, погрешность измерения 0.05%), то в результате моделирования в среде Matlab мы получаем нерекурсивный фильтр 361-го порядка, который реализует преобразователь Гильберта в полосе 50-3950 Гц с заданным качеством.

Теперь упростим измеритель с учетом свойств объекта измерения, а именно; воспользуемся свойствами модели тока и напряжения для нахождения более эффективных методов сдвига фазы на 90.

Анализируя спектр переменного тока, можно сделать вывод, что основная мощность переменного тока сосредоточена только в районе гармоник (можно сказать, что напряжение и ток состоят только из гармоник), а в остальных областях спектра, согласно модели, он равен нулю. Основная гармоника может иметь некоторую девиацию (отклонение) в пределах ±0.4 Гц. Таким образом, необходимо обеспечить сдвиг фазы на 90 не во всей полосе частот, а всего лишь в полосе частот 0,8 Гц на частоте основной гармоники, а все прочие гармоники можно подавить, так как в вычислениях они не принимают участия.

Это легко достигается при помощи комплексного фильтра, настроенного на частоту первой гармоники с подавлением отрицательной части спектра. Очевидно, что это решение обеспечивает значительно лучшее качество измерения при существенном сокращении объемов вычислений по сравнению со стандартным преобразователем Гильберта во всей полосе сигнала, так как преобразование производится не для всего спектра сигнала, а только для очень узкой его части - в районе основной гармоники.

Заметим, что для примеров рассмотренных в этом разделе, и в разделе 2.1 (измерение действующего значения напряжения/тока) возможно использование одного и того же фильтра, что приведет к дополнительному упрощению всего устройства в целом.

Таким образом показано, что при использовании дополнительной информации о токе или напряжении в тяговых сетях электрифицированных дорог (модели), получена возможность существенно сократить вычислительные затраты при измерении значения реактивной мощности.

Как любой реальный периодический сигнал, переменные напряжение и ток в сетях электрифицированных железных дорог имеют в своем спектре высшие гармоники. Ранее было показано, что измерение и мониторинг этих гармоник имеет большое значение, как при эксплуатации электроподвижного состава, так и для экономики железных дорог. Также было показано, что точность измерений высших гармоник, должна быть достаточно высокой: согласно ГОСТ13109-97 абсолютная погрешность не должна превышать 0.05% . При этом, необходимо учитывать, что алгоритм спектрального анализа дос 55 таточно сложен, и при его реализации весьма непросто добиться высокой точности измерения. Поэтому для устройств анализирующих спектральные характеристики сигнала всегда является актуальной задача повышения точности измерения.

Ниже описывается алгоритм, позволяющий получить высокую точность измерения фазы и амплитуды высших гармоник периодического сигнала при использовании алгоритмов цифровой обработки сигнала.

Обычно, при измерении гармоник, аналоговый сигнал предварительно дискретизируют и далее обрабатывают при помощи дискретного преобразования Фурье (ДПФ) [92,110,111]. В том случае, если период аналогового сигнала кратен расстоянию между отсчетами дискретизированного сигнала, то процедура ДПФ выдает точные значения для высших гармоник. В качестве примера возьмем набор из четырех гармоник: основной (50 Гц) с амплитудой 1, третьей (150 Гц) с амплитудой 0.05, пятой (250 Гц) с амплитудой 0.02 и седьмой (350 Гц) с амплитудой 0,01. Амплитуды гармоник выбраны исходя из реальных значений, наблюдаемых в тяговых сетях переменного то-ка[113,114].

Разработка структуры распределенной вычислительной системы измерительного комплекса с учетом возможных схем включения на тяговых и трансформаторных подстанциях

Структурная схема устройства должна являться логическим следствием выбранных технических характеристик. В результате анализа технического задания все функции распределенной вычислительной системы МИК можно разделить на два типа: realime функции и функции не требующие режима реального времени. Такое деление должно найти отражение в архитектуре разрабатываемого прибора. Режим реального времени имеет отношение только к вычислительным функциям измерителя. Но разрабатываемое устройство еще имеет большой объем сервисных функций: управления, отображения и хранения информации. Следовательно, необходимо по возможности функции вычислительные и функции сервисные разделить. Таким образом, приходим к двухпроцессорной схеме прибора. Все задачи связанные с общим управлением, отображением и храпением информации возложены на универсальный процессор. Задачи, связанные с обработкой сигнала, требующие ре 94 жима реального времени следует реализовывать на цифровом сигнальном процессоре. Специализация процессоров приводит к следующей иерархии в системе: универсальный процессор является главным, а сигнальный процессор, соответственно, подчиненным, Главный процессор может запускать, прерывать сигнальный процессор, закачивать в него программы и так далее. Следовательно, все органы управления и контроля (клавиатура, дисплей, USB-иптерфейс, флэш-карта) должны замыкаться на универсальный процессор. Сигнальный процессор только обрабатывает поток данных от АЦП и по запросу главного процессора выдает результаты обработки для индикации и архивации.

Структурная схема распределенной вычислительной системы МИК Универсальный процессор, кроме сервисных и управляющих функций имеет еще одну важную функцию: череч него осуществляется отладка всей системы во время разработки. Отладочные функции также имеются у флэш-карты, где располагается код программы универсального процессора и USB-интерфейс, который позволяет подключать удаленный компьютер для передачи данных или отладки.

Рассмотрим обработку аналоговой информации, поступающей на вход МИК. Так как согласно схемам измерения прибор должен одновременно измерять три напряжение и три тока, то, соответственно, он имеет шесть информационных входов (три входа по напряжению и три входа по току). В качестве преобразователя, был выбран единственный на момент разработки продукт компании Analog Devices, созданный специально для сетевых измерителей (Industrial Power Metering) - шестикапальный 16-ти битный АЦП AD73360 [120]. Три входа АЦП работают с токовыми клещами, которые подключены по стандартной дифференциальной схеме. Еще три входа АЦП работают с датчиками напряжения. Исходя из условий заданных в техническом задании, по напряжению реализованы три схемы подключения измерителя: однофазные измерительные трансформаторы напряжения, соединенные по схеме «звезда» с доступной нулевой точкой; однофазные измерительные трансформаторы напряжения, соединенные по схеме «звезда» с недоступной нулевой точкой; однофазные измерительные трансформаторы напряжения, соединенные по схеме «треугольник» или трехфазные измерительные трансформаторы напряжения с обмотками, соединенными по схеме «треугольник»; сети 0.4 кВ.

Как видно из приведенных формул, потенциал нейтрали п нигде не включен явно, а фазные и линейные напряжения вычисляются только из значений напряжений Ua, Ub, Ьс (из тех напряжений, которые подаются на АЦП). Следовательно, потенциал нейтрали п для схемы подключения РУ-35 кВ может быть выбран произвольно, то есть в отсутствии нейтрали работоспособность МИК нарушена не будет. То же касается и входов по напряжению - отсутствие доступа к нейтрали не приведет к нарушению устойчивости АЦП. Что касается измерений на стороне 27,5 кВ, то она получается из схемы для стороны 10(6} кВ. При этом фазы а и Ь используются в обычном режиме, а фаза с соединяется с рельсом (землей).

Вышесказанное означает, что при применении универсальной схемы подключения исчезает необходимость физической перекоммутации. Перекоммутация осуществляется, в данном случае, арифметически.

Рассмотрим проблему погрешностей прибора, вызываемых климатическими факторами. Как известно, измерительные устройства весьма чувствительны к внешним климатическим факторам. Особенно - к перепаду температур, из-за которого значительно ухудшается точность измерения. Существуют множество методов, позволяющих снизить влияние перепада температур на точность измерения, и каждый из них обладает определенными преимуществами. В данном разделе сделана попытка объединить два разных метода в один, для получения максимальной устойчивости измерительного прибора к фактору внешней температуры. Критерием устойчивости будет считаться достижение заданной точности измерения при работе прибора в заданном диапазоне температур.

Разработка методики компенсации погрешностей, возникающих при измерении показателей качества электроэнергии

Рассмотрим проблему погрешностей прибора, вызываемых климатическими факторами. Как известно, измерительные устройства весьма чувствительны к внешним климатическим факторам. Особенно - к перепаду температур, из-за которого значительно ухудшается точность измерения. Существуют множество методов, позволяющих снизить влияние перепада температур на точность измерения, и каждый из них обладает определенными преимуществами. В данном разделе сделана попытка объединить два разных метода в один, для получения максимальной устойчивости измерительного прибора к фактору внешней температуры. Критерием устойчивости будет считаться достижение заданной точности измерения при работе прибора в заданном диапазоне температур.

В качестве методов защиты от температурного воздействия выберем следующие: структурный - максимальное сокращение аналоговых элементов, за счет применения цифровой обработки сигналов, и термокомпенсацию -специальный набор алгоритмов, позволяющий компенсировать температурные уходы и дрейфы аналоговых элементов.

Первый метод основан на нечувствительности алгоритмов исполняемых на цифровых элементах к температуре. Естественно, что на сами цифровые элементы фактор температуры имеет большое влияние. У них могут «затягиваться» фронты, изменяться потребление и так далее. Но на работу алгоритма это никаким образом не сказывается, К сожалению, этого нельзя сказать про аналоговые элементы. Поэтому сокращение аналоговых элементов в схеме объективно приводит к снижению температурной погрешности. Сокращение аналоговых элементов может быть весьма радикальным, вплоть до того, что единственным аналоговым элементом в схеме остается аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Учитывая это, основные производители АЦП выпускают все более многофункциональные АЦП. Они становятся многоканальными, у них появляется возможность в больших пределах регулировать коэффициент усиление и тому подобное. Все служит одной цели: чтобы разработчик мог подавать аналоговый сигнал сразу на вход АЦП, так как за счет схемотехники и технологических приемов одну микросхему гораздо легче защитить от внешних воздействий, чем группу отдельно стоящих на печатной плате чипов. Попробуем ответить на вопрос: на сколько оправдан этот метод? Какую устойчивость к температурным воздействиям может гарантировать устройство, в разработку которого был положен данный принцип?

В разработку МИК была заложена идея, что главная погрешность АЦП при изменении внешней температуры - это уход коэффициента передачи. Соответственно относительные характеристики сигнала (ни амплитудные, ни фазовые) не должны изменяться.

Отдельно рассматрим влияние температурного фактора на уход частоты дискретизации. Но в результате анализа, данный фактор был признан несущественным. Частота дискретизации обычно задается от опорного тактового генератора. В настоящее время, эти генераторы имеют достаточно малые уходы от температуры.

Как было описано выше, измеряемый сигнал через мостовые делители на резисторах подается прямо на вход АЦП. Далее, оцифрованный сигнал в виде отсчетов обрабатывается цифровым сигнальным процессором. При помощи алгоритма быстрого преобразования Фурье определяется амплитуда и фаза гармоник сигнала.

На экспериментов описанных далее, был сделан вывод, что воздействие температуры на АЦП приводит, в основном, только к изменению коэф 101 фнциента передачи и практически не сказывается на измерении относительных параметров сигнала, таких как коэффициент гармоник или фаза.

Этот вывод очень важен, так как позволяет значительно упростить алгоритм термокомпенсации АЦП, Единственное, что необходимо компенсировать - это коэффициент передачи. То есть, для выполнения термокомпенсации необходимо замерить коэффициенты передачи АЦП для различных значений внешней температуры, и далее руководствуясь информацией с термодатчика эту компенсацию выполнять.

Рассмотрим этот алгоритм подробнее. Как было сказано выше, вся процедура компенсации описывается следующей формулой; и адо, (3.4) где UK(JMrj -компенсированное значение входного сигнала; U&x - входной сигнал; k(t) - зависящий от температуры коэффициент.

Нахождение точной величины коэффициента k(t) по некоторым измеренным ранее значениям осуществляется при помощи интерполяции. Так как данный коэффициент имеет зависимость от температуры близкую к линейной, то количество узлов интерполяции (точки, где значения k(t) измерены заранее) имеет смысл выбирать небольшим и аппроксимацию проводить по-линомом низкого порядка, например - кубическим: k(t) = a + bt + ct2+dt3, (3.5)

Коэффициенты а, Ь, с, и рекомендуется ВЫЧИСЛИТЬ заранее и хранить в памяти прибора. Ввиду того, что абсолютный уход по температуре для АЦП составляет проценты и имеет достаточно линейную зависимость, то точность термокомпенсации при помощи интерполяции получается весьма высокой -0Л%.

Таким образом, можно сказать, что погрешности, имеющие относительную природу устраняются при помощи максимального приближения цифровой обработки сигнала ко входу устройства, или, что одно и тоже - минимизации количества аналоговых элементов в проектируемом устройстве. Погрешности измерения абсолютных величин могут быть устранены при помощи введения термодатчика и алгоритмов компенсации, использующих информацию, поступающую с датчика. Совместное применение этих двух методов позволяет разработать измерительный прибор, работающий в широком диапазоне температур без потери точности измерений.

При правильном подходе к разработке устройства, температурные погрешности, имеющие относительною природу, и погрешности, приводящие к ошибкам абсолютного характера, могут стать независимыми и, вследствие этого, компенсированы по отдельности. Иными словами, алгоритм компенсации одного вида погрешности не должен влиять на погрешности другого вида. Это значительно упрощает задачу повышения устойчивости к фактору температуры.

Рассмотрим токосъемные клещи с точки зрения вносимых искажений. Как и любые датчики, токовые клещи вносят искажения в измеряемую величину. Искажения, вносимые токосъемными клещами характеризуются: линейными искажениями спектра измеряемого сигнала; параметрическими искажениями, которые могут быть описаны как задержка, где в качестве параметра используется действующее значение измеряемого переменного тока.

Похожие диссертации на Повышение достоверности измерения показателей качества электрической энергии в системе тягового электроснабжения