ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛНОЙ МОЩНОСТИ, ОСНОВАННОГО НА НИЗКОЧАСТОТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ КВАДРАТА ОТСЧЕТОВ
Authors: Дементьева А.А. , Серов А.Н. 
Published: October 2024

В настоящее время повышение точности измерения действующих значений напряжений, токов, мощности и энергии занимает важное место, так как это способствует рациональному использованию энергоресурсов. Задача измерения полной мощности сводится к решению задачи измерения среднего квадратического значения (СКЗ) тока и напряжения. В настоящее время для измерения СКЗ применяются преимущественно цифровые методы. В данной статье рассмотрен цифровой метод измерения полной мощности однофазной цепи переменного тока промышленной частоты, основанный на цифровой фильтрации квадрата отсчетов входного сигнала. Преимуществом измерения полной мощности предлагаемым методом измерения, является то, что он применим как к синусоидальному, так и к полигармоническому сигналу. Реализация цифровых методов предполагает использование аналогоцифровых преобразователей (АЦП) для получения отсчетов входного сигнала в цифровом виде. Функция преобразования реального АЦП неидеальна: имеет место аддитивные, мультипликативные и нелинейные составляющие погрешности, которые имеют различные коэффициенты влияния на погрешность измерения СКЗ. В работе показано, что аддитивная составляющая практически не влияет на погрешность измерения СКЗ, а мультипликативная составляющая погрешности функции преобразования АЦП линейно связана с погрешностью измерения СКЗ. В работе на основе пакета Simulink спроектирована схема имитационного моделирования цифрового измерительного преобразователя для определения полной мощности. Определены требования к применяемому цифровому фильтру. Проанализированы аналитические выражения для оценки погрешности измерения СКЗ предлагаемым методом измерения. Выполнено имитационное моделирование с целью определения погрешности метода измерения полной мощности для номинального значения частоты.

Currently, improving of measurement accuracy of parameters of voltages, currents, power and energy occupies an important place, as it contributes to the rational use of energy resources. The problem of measuring of the apparent power is reduced to solving the problem of measurement of the root mean square value (RMS) of current and voltage. At present, digital methods are mainly used for RMS measurement. This article describes a digital method of measuring the apparent power of a singlephase power grids, based on digital filteration of the square of the input signal samples. The advantage of measuring of the total power by the proposed measurement method is that it is applicable to sinusoidal and polyharmonic signals. The implementation of digital methods presupposes the use of analogtodigital converters (ADCs) to obtain the samples of the input signal in digital form. The conversion function of the real ADC is not ideal: there are additive, multiplicative and nonlinear correlating errors that have different coefficients of influence on the error of RMS measurement. It is shown that the additive component practically does not affect the error of RMS measurement, and the multiplicative component of the error of the ADC conversion function is linearly related to the error of RMS measurement. In the work on the basis of Simulink software package the scheme of simulation of digital measuring Converter for determination of apparent power is designed. Requirements to the applied digital filter are defined. Analytical expressions for estimation of measurement error of RMS by the proposed measurement method are analyzed. Simulation modeling with the purpose of determining the error of the apparent power measurement method for the nominal frequency value is performed.