The METHODS of ACCURACY INCREASING OF FREQUENCY MEASUREMENT WHEN USING THE METHOD BASED ON THE ANALYSIS OF PHASE Increments

Abstract

В настоящее время важно иметь возможность быстро и точно измерять частоту напряжения в электросети. Это нужно для управления и контроля электрической сети, а также для корректной работы ряда электрических устройств. Для измерения частоты цифровых сигналов существует множество методов, один из них ‒ метод, основанный на анализе приращения фазы. Цель данной работы ‒ рассмотреть возможные способы повышения точности данного метода и оценить их эффективность. В работе описываются следующие возможные способы повышения точности измерения частоты электрической сети при применении метода, основанного на анализе приращения фазы: применение цифровой фильтрации; метод, основанный на расчёте производной прямой (МРПП), соединяющей отсчёты, отстоящие на период входного сигнала; применение метода наименьших квадратов (МНК). Эффективность методов оценивается путём имитационного математического моделирования. В данной работе считается, что напряжение электросети было преобразовано в цифровой формат с помощью идеального АЦП, погрешность квантования которого в данной задаче не учитывается. Также считается, что частота дискретизации входного сигнала многократно превышает верхнюю границу частотного диапазона сигнала. Моделирование проводится с помощью пакета Matlab. В работе установлено, что с точки зрения точности наиболее эффективной модификацией является применение КИХ-фильтра, с точки зрения скорости измерения ‒ МРПП. Применение МНК позволяет провести измерение частоты с более высокой точностью, чем метод усреднения окна сдвига. При этом применение МНК требует гораздо большей вычислительной мощности чем все перечисленные выше методы, что делает его применение в данном случае малоэффективным. Currently, it is important to be able to quickly and accurately measure the frequency of voltage in the power grid. This is necessary for the management and control of the electrical network, as well as for the correct operation of a number of electrical devices. There are many methods for measuring the frequency of digital signals, one of them is a method based on the analysis of phase increment. The purpose of this work is to consider possible ways to improve the accuracy of this method and evaluate their effectiveness. The paper describes the following possible ways to improve the accuracy of measuring the frequency of the electrical network when using a method based on the analysis of phase increment: the use of digital filtering; a method based on the calculation of the derivative of the straight line (LDCM) connecting the samples spaced for the period of the input signal; the use of the method of least squares (LSM). The effectiveness of the methods is evaluated by simulation mathematical modeling. In this paper, it is assumed that the mains voltage was converted to digital format using an ideal ADC, the quantization error of which is not taken into account in this problem. It is also assumed that the sampling frequency of the input signal is many times higher than the upper limit of the frequency range of the signal. Modeling is carried out using the Matlab package. In the work it is established that from the point of view of accuracy, the most effective modification is the use of the FIR filter, from the point of view of the measurement speed - the LDCM. The use of LSM makes it possible to measure the frequency with higher accuracy than the Shifting Window Average Method. At the same time, the use of LSM requires much more computing power than all the methods listed above, which makes its use ineffective in this case.