АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

В настоящие время в энергосистеме России и зарубежья происходит активное внедрение микропроцессорной техники, в том числе в комплекс релейной защиты и автоматики (РЗиА). Широкое внедрение микропроцессорных устройств за рубежом началось еще в конце прошлого века, в России лишь было начато в 2000-х. При этом уже накопился достаточный опыт в использовании микропроцессорной техники в энергетических устройствах и РЗиА.

Использование микропроцессорной техники позволяет улучшить эксплуатационные характеристики защит. Так удалось значительно повысить быстродействие и чувствительность защит. Так же увеличилась многофункциональность и уменьшились размеры устройств.

С середины прошлого века начали повсеместно использоваться цифровые методы измерения интегральных характеристик периодических сигналов.

В настоящие время широко применяются цифровые методы, основанные на аналогово-цифровом преобразовании (АЦП) мгновенных значений сигналов. На практике современные методы имеют погрешность, это возникает из-за невыполнения условия равномерного распределения мгновенного значения сигнала по периоду. Для достижения наибольшей точности результата измерения, как правило, увеличивают разрядность АЦП и количество точек дискретизации, это, в свою очередь, влияет на длительность измерений в худшую сторону.

Информационно-измерительные системы в качестве информационных носителей используют действующие значения напряжения и тока, активную и реактивную мощность, что принято считать интегральными характеристиками периодических сигналов.

В общем случае периодический сигнал имеет вид [1] :

                                                              (1)

где: l=1,2,3…;

T – период сигнала.

В общем виде периодические сигналы тока и напряжения имеют вид:

                                        (2)

                                         (3)

где: ,  –  амплитудное значение k-тых гармонических составляющих напряжения и тока;

  угловая частота;

,  начальные фазы гармоник напряжения и тока k-ого порядка.

К основным параметрам интегральных характеристик периодических сигналов относят:

• среднеквадратичное значение сигналов напряжения и тока:

                                                        (4)

                                                       (5)

• активная мощность:

                                     (6)

• реактивная мощность:

                                   (7)

где: u(t) и i(t) –  мгновенные значения сигналов напряжения и тока;

,  – среднеквадратические значения напряжения и тока k-ой гармонической составляющей;

 угол сдвига фаз между k-ыми гармоническими составляющими напряжения и тока.

Данный момент активно развивается новое направление, заключающие в измерении отдельных значений гармонических сигналов  и систем измерения интегральных характеристик, где измеряемые значения входного сигнала не связаны с его периодом. Такой подход предусматривает два основных способа разделения мгновенных значений: во времени или пространстве [2, с. 144].

Методы измерения интегральных характеристик по отдельным значениям можно разделить на те, что формируются без использования дополнительных сигналов, и те, которые формируются на основе дополнительного сигнала. Вторые, в свою очередь, можно разделить на те, которые используют дополнительный сигнал сдвинутый на определенный угол или  используют ортогональные составляющие.

При использовании ортогональных составляющих сигналов интегральную характеристику можно получить основываясь на сравнении или запоминании входных и дополнительных сигналов. А так же не связанные с характерными точками сигналов, которые основываются на запоминании и сравнении мгновенных значений друг с другом.

Проанализировав методы, представленные выше, можно сделать вывод, что они обладают значительно высоким быстродействием, по сравнению с ранними разработками, но также не являются совершенными из-за колебаний частоты входного сигнала и неточного деления периода на интервалы дискретизации.

Поэтому при необходимости интегральные характеристики можно получить  любым из предложенных способов, однако стоит помнить, что все они имеют погрешность.

Список литературы:

1. Лаппе Р.. Измерения в энергетической электронике / Р. Лаппе, Ф. Фишер. – М.:Энергоатомиздат,1986. – 232с.
2. Мелентьев, В.С. Метод измерения интегральных характеристик на основе использования характерных точек сигналов [Электронный ресурс] / В.С. Мелентьев, Ю.М. Иванов, А.С. Калашникова // Южно-Сибирский научный вестник. –2012. – №2(2). – 144-146 с.