ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИИ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ДЛЯ МЕТОДА КВАДРАТУРНОЙ ДЕМОДУЛЯЦИИ
Authors: С.А. Подобуев , А.А. Крылович , А.А. Шатохин , А.Н. Серов 
Published: November 2024

В настоящее время метод квадратурной демодуляции является одним из активно изучаемых методов измерения таких показателей качества электроэнергии, как частота, амплитудный и фазовый спектры. У данного метода имеется множество достоинств: возможность обеспечить высокую точность за счёт применения различных фильтров, простота борьбы с эффектом “растекания спектра”, простота вывода аналитических выражений и анализа погрешности измерения, широкий выбор способов снижения погрешности измерения, простота проведения имитационного моделирования. Одним из весомых недостатков данного метода является относительно большая динамическая составляющая погрешности, вызванной применением следующих модификаций: использование пост-фильтра и подстройка частоты опорного генератора. В настоящей работе предложен иной подход, способствующий значительному снижению статической погрешности измерения без увеличения динамической её составляющей и повышения порядка используемых фильтров. Данный подход основан на компенсации результатов измерения амплитудного и фазового спектра по аналитическим зависимостям и результату измерения параметров сигнала и характеристикам фильтров. Помимо этого, в данной статье выведены аналитические формулы, которые позволяют оценить предельную погрешность измерения спектра при использовании предлагаемого метода. Рассмотрено влияние погрешности измерения частоты на эффективность предлагаемой методики компенсации результатов измерения амплитудного и фазового значений. Для анализа точности полученных аналитических выражений и эффективности рассматриваемой методики было проведено имитационноемоделирование с помощью программных пакетов Matlab и Simulink. В рамках проделанного моделирования были рассмотрены синусоидальный и полигармонический сигналы, а также синусоидальный сигнал, искаженный белым шумом. Показано, что для случая синусоидального сигнала исследуемый подход показывает наибольшую эффективность.

Currently, the quadrature demodulation method is one of the actively studied methods for measuring such indicators of power quality as frequency, amplitude and phase spectra. This method has many advantages: the ability to provide high accuracy through the use of various filters, the simplicity of combating the “spectrum spreading effect”, the simplicity of displaying analytical expressions and analyzing measurement error, a wide range of ways to reduce measurement error, and the simplicity of conducting simulation. One of the significant disadvantages of this method is the relatively large dynamic component of the error caused by the use of the following modifications: the use of a post-filter and frequency tuning of the reference oscillator. In this paper, a different approach is proposed that significantly reduces the measurement error without increasing the dynamic component of the error and increasing the order of the filters used. This approach is based on compensation of the results of measuring the amplitude and phase spectrum according to analytical dependencies and the result of frequency measurement. In addition, analytical formulas are derived in this article that allow us to estimate the marginal error of spectrum measurement using the proposed method. The influence of the frequency measurement error on the effectiveness of the proposed method of compensation of the spectrum measurement results is considered. The application of the considered approach to reduce the error of measuring the signal frequency is also considered. To analyze the accuracy of the obtained analytical expressions and the effectiveness of the considered technique, simulation modeling was carried out using the Matlab and Simulink software packages. As part of the simulation, sinusoidal and polyharmonic signals, as well as a sinusoidal signal distorted by white noise, were considered. It is shown that for the case of a sinusoidal signal, the investigated approach shows the greatest efficiency.