4. Практическое занятие № 4

Расчет погрешности и класса точности отображения информации о потоках мощности и уровнях напряжения в отдельной линии сетевого района

4.1 Теоретическая часть

Информационное обеспечение контроля режимов и управления ими в реальном времени, основано на телеизмерениях режимных параметров и телесигнализации положения коммутирующей аппа­ратуры. Телеизмерение - это получение информации о значениях измеряемых параметров контролируемых или управляемых объектов методами и средствами телемеханики. Телеизмерение может осуществляться по вызову и по выбору.

Получение информации о значении измеряемого параметра в момент опроса устройством телемеханики называют ТИ текущих значений (ТИТ), получение же информации об интегральных значениях измеряемых величин, проинтегрированных по задан­ному параметру (например, времени) в месте передачи, называют ТИ интегральных значений (ТИИ).

При телеизмерениях измеряемые (контролируемые) параметры преобразуются в другие величины, удобные для передачи по каналу связи. Такое преобразование необходимо для того, чтобы полностью устранить или сделать незначительными погрешности, которые могут иметь место при изменении параметров канала связи. Таким образом, характеристики канала связи и помехи в нем оказывают влияние на точность телеизмерений.

Система телеизмерений представляет собой совокупность телеизмерительных устройств на передающей и приемной сторонах (ПУ и КП) и каналов связи для автоматического измерения параметров на расстоянии.

В телеизмерительных системах первичная информация по­ступает на датчики, называемые первичными преобразователями. Датчики автоматически преобразуют измеряемые параметры в

Рисунок 4.1 – Структурная схема системы телеизмерения

/ - первичный преобразователь; 2 - преобразователь; 3 - линия связи; 4-приемник; 5 - выходной прибор; А - измеряемый параметр; А' - электрическая величина, в ко­торую преобразован измеряемый параметр с помощью первичного преобразователя; С₁ - сигнал, в который преобразована электрическая величина с помощью вторич­ного преобразователя; С₂ - сигнал с помехами; А" - величина тока или напряжения, пропорциональная А ток или напряжение, которые преобразуются в сигнал, переда­ваемый по линии связи. Следовательно, передается не сам измеряемый параметр, а эквивалентный сигнал, параметры которого выбирают такими, чтобы искажения при передаче были мини­мальными.

На рисунке 4.1 представлена структурная схема телеизмерения. Измеряемый параметр А преобразуется с помощью первичного преобразователя 1 в электрическую величину А', которая претер­певает вторичное, телемеханическое преобразование, в резуль­тате которого получается сигнал С₁, передаваемый в линию связи. На приемной стороне сигнал С₂, отличный от С₁ за счет влияния помех в линии связи, преобразуется в ток или на­пряжение А", пропорциональные А, и отображается выходным прибором 5. Совокупность всех технических средств, осущест­вляющих ТИ, представленная на рисунке 4.1, называют телеизме­рительным устройством.

Для ЭЭС, в общем случае требуется измерять множество различных пара­метров. Телеизмерение этих параметров производят с помощью соответствующих датчиков и одной или нескольких многоканаль­ных или одноканальных систем ТИ. Следует подчеркнуть, что для промышленной телемеханики характерно применение единой многоканальной системы ТИ с одним приемным устройством и одним передающим устройством, если объекты ТИ сосредото­чены в одном пункте, и многими рассредоточенными передаю­щими устройствами при рассредоточенных объектах ТИ. В единой многоканальной системе ТИ унифицированным параметром в большинстве случаев служит постоянное напряжение или ток с нормированными пределами изменений и непрерывно изменяю­щейся (аналоговой) выходной величиной. В простейших одноканальных аналоговых системах ТИ измеряемая величина фик­сируется стрелочным прибором.

Одной из основных характеристик устройства ТИ является погрешность, характеризующая отличие показаний воспроизво­дящего или записывающего прибора от действительного значения телеизмеряемого параметра.

Погрешность ТИ определяет максимальную разность между показаниями выходного прибора на приемной стороне и действи­тельным значением телеизмеряемой величины, определяемым по показаниям образцового прибора.

Согласно ГОСТ 26.205-83* классы точности каналов ТИ для устройств и комплексов при цифровом и аналоговом воспро­изведении измеряемых параметров устанавливают из следующего ряда: 0,15; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,5; 2,5.

Как и в технике измерений, погрешность устройства ТИ может быть абсолютной, относительной и приведенной. Преобразователи, используемые при телеизмерениях, должны иметь небольшую, обычно нормируемую погрешность. В ТИ широко применяют различные методы уменьшения погрешностей, а также преобразования измеряемых (контролируемых) параметров к виду, удобному для ввода в ЭВМ, регистрации и восприятия человеком.

В соответствии с ГОСТ 26.205-83* допускается отклонение напряжения питания от плюс 10 до минус 15% (класс уст­ройств АСЗ) и от плюс 15 до минус 2% (класс устройств АС4) от номинальных параметров питания (при частоте пере­менного тока 50 Гц напряжение однофазной сети 220 В, трехфазной 220/380 В). Допускается отклонение частоты 50 Гц в пределах ±2% (класс 3) и ±5% (класс 4). Устройства (кроме телеизмерительных устройств систем интенсивности) должны выполнять свои функции при отклонении уровня сигнала на входе приемного устройства на ±50% номинального значения входного сигнала.

Погрешность отображения в ЭВМ телеизмерения мощности, передаваемой по линии электропередачи, складывается из погрешностей, вносимых измерительными трансформаторами ( , ), потерей напряжения в контрольном кабеле ( ) от трансформатора напряжения до датчика напряжения, датчиком (преобразова­телем) мощности ( ), информационным каналом (кодоимпульсными устройствами) ( ) и самой ЭВМ ( ):

(4.1)

(4.2)

 - погрешность соответствующего аппарата, % полной шкалы ( класс точности); Р_ном, Р, Р_шк – значение активной мощности при номинальных параметрах измерительных трансформаторов, текущее значение активной мощности и значение полной шкалы преобразователя соответственно, МВт; U_кк – потеря напряжения в контрольном кабеле, отн. ед. Погрешность, вносимая ЭВМ, зависит от программ приема, обработки первичной информации, разрядности ЭВМ.

Как видим, составляющие погрешности отображения мощности в ЭВМ представляют собой случайные величины, которые в свою очередь зависят от случайных погрешностей, входящих в информационный канал аппаратов (аддитивные погрешности), и от самих измеряемых величин (мультипликативные погрешности). Следовательно, результирующая погрешность отображения телеизмерения мощности, образованная суммой случайных величин, сама является случайной величиной и может быть охарактеризована математическим ожиданием и дисперсией (стандартным отклоне­нием). Эти величины можно определить по правилам определения числовых характеристик суммы случайных величин

(4.3)

(4.4)

где - математическое ожидание величины результирующей погрешности отображения мощности и i-й составляющей погрешности соответственно; , – дисперсии соответствующих величин; – корреляционный момент между i-й и j-й составляющими погрешности.

Числовые характеристики случайных величин составляющих погрешности определяются по выражениям:

(4.5)

Здесь черта над символом представляет собой знак математического ожидания.

На практике фактические числовые характеристики погрешностей каждого элемента информационного канала неизвестны. Поэтому на первом этапе оценки достоверности отображения информации следует исходить из классов точности аппаратуры. В соответствии с энтропийной теорией погрешности, которая устанавливает наиболее вероятную связь между значением класса точности и среднеквадратическим значением погрешности [3],

(4.6)

Если нет конкретной информации о систематических погрешностях, то принимаем

(4.7)

в противном случае считаем, что эта погрешность учтена или скомпенсирована. Так же принимается условие

. (4.8)

Таким образом, математическое ожидание погрешности отобра­жения телеизмерения мощности определяется практически только потерей напряжения в контрольном кабеле

(4.9)

Дисперсия результирующей погрешности зависит от дисперсий погрешностей звеньев информационного канала и числовых характеристик самой измеряемой величины. Из (4.4) следует, что корреляционные моменты между составляющими также влияют на результат, но обычно информации о них нет и в первом приближении они приравниваются нулю.

Остальная информация, необходимая для расчета числовых характеристик погрешностей отображения измерений мощности в ЭВМ, доступна в условиях эксплуатации. Это - паспортные данные аппаратуры, статистические характеристики измеряемой величины, которые могут пересчитываться в реальном времени с помощью той же ЭВМ за заданный период. Потери напряжения в контрольных кабелях могут быть измерены специальным дифференциальным вольтметром или определены расчетом по известной нагрузке и параметрам кабеля. Расчетный метод дает достаточную точность. Таким образом, за любой заданный период времени с помощью самой ЭВМ, для которой анализируется точность отображения информации, можно определять нормативные (на основе заданных значений классов точности) числовые характеристики погрешности и распределение вероятностей разных диапазонов погрешностей в предположении, например, нормального закона распределения.