EVALUATION OF THE EFFECT OF THE ADC APERTURE time and jitter ON THE REACTIVE POWER MEASURement ERROR
Authors: Серов А.Н. , Иваненко К.А. , Подобуев С.А. , Шатохин А.А. 
Published: July 2023

Для измерения параметров электрической мощности применяются два измерительных канала: напряжения и тока. Большая часть современных методов измерения реактивной мощности основаны на последовательном фазовом сдвиге одного из сигналов и последующего измерения активной мощности. Для точного измерения реактивной мощности моменты выборки напряжения и тока обязательно должны выполняться синхронно во времени. Каждый из измерительных каналов содержит АЦП, из-за неидеальности которых возникает переменная во времени задержка выборок и напряжения и тока. Это вызывает погрешности измерения среднего квадратического значения, активной мощности и реактивной мощности. Для случая двух последних, различные задержки получения отсчетов напряжения и тока приводят к появлению дополнительного фазового сдвига между сигналами и, как следствие, дополнительной погрешности измерения. Можно выделить две составляющие задержки получения выборок сигнала: постоянное (апертурная задержка) и переменное (апертурный дребезг) во времени. В статье рассмотрена погрешность измерения реактивной мощности от несинхронизации выборок напряжения и тока. Получены аналитические значения погрешности от постоянной и переменной составляющих задержки выборок во времени. Рассмотрено влияние параметров сигналов (амплитудных значений, начальных фаз, частоты дискретизации, времени измерения, сдвига фаз) на погрешность измерения реактивной мощности. С помощью программных пакетов Matlab и Simulinkпостроена имитационная модель для оценки данной погрешности. Проанализировано влияние характера распределения (случайная и гармоническая функция) апертурного дребезга на погрешность измерения реактивной мощности.

To measure the parameters of electrical power, two measuring channels are used: voltage and current. Most of the modern methods of reactive power measurement are based on the sequential phase shift of one of the signals and the subsequent measurement of active power. For accurate measurement of reactive power, the samples of voltage and current must necessarily be performed synchronously in time. Each of the measuring channels contains ADCs, due to the imperfection of which there is a time-variable delay in the samples of both voltage and current. This causes measurement errors in RMS, active power and reactive power. For the case of the last two, different delays in obtaining voltage and current readings lead to an additional phase shift between the signals and, as a result, an additional measurement error. Two components of the delay in obtaining signal samples can be distinguished: constant (aperture delay) and variable (aperture jitter) in time. The paper considers the measurement error of reactive power due to non-synchronization of voltage and current samples. Analytical error values are obtained from the constant and variable components of the sampling delay in time. The influence of signal parameters (amplitude values, initial phases, sampling frequency, measurement time, phase shift) on the reactive power measurement error is considered. By using the Matlab and Simulink software, a simulation model was performed to estimate this error. The influence of the nature of the distribution (random and harmonic functions) of aperture bounce on the measurement error of reactive power is analyzed.