选相合分闸机构的精度分析

   
        以单片机为主组成的选相合分闸系统，在检测和数据处理方面存在着一定的误差，同时由于选相系统的实际工作环境的影响，也会出现一些误差干扰。本文主要针对选相机构中计算、控制精度分析误差产生的原因，并提出解决措施。
        选相系统中对电压、电流的采样信号进行处理，可以计算出电流、电压频率、相位以及功率因数等参数。其计算结构的误差包括：检测误差和计算原理误差。
        其中产生检测误差的原因是：
     （1）用于检测电压、电流信号的A/D芯片的精度有限；
     （2）在采集电压、电流时做不到“同时”采集，会造成一定的相位误差。对于检测误差可以选择多位数的A/D芯片，提供检测精度；采用保持电路解决“同时”采样问题。    
        产生计算原理误差的原因是：
     （1）选相机构的核心单片机的中断周期；
     （2）在计算电压、电流频率、相位以及功率因数等参数时，所使用采样数据的个数N；
     （3）在公式推到过程中的近似处理。 

        一、单片机的中断周期       
        单片机每次中断时，根据要求执行采样或控制合分闸的任务。因此，中断周期是影响控制精度的重要指标。比如，交流电压信号的周期为20ms，单片机中断周期为T，则所能分辨的角度为θ_e为：         式中可见，要保证能够分辨的角度足够小，单片机的中断周期要足够小，中断频率要足够快。
 
        二、计算误差分析
        对信号的采样总是在有限的时间区间里进行，这个时间区间被称为时间窗。若采样点个数为N，采样频率 _s则频谱的分辨率 为：         为了提高频谱的分辨率，可以通过增加采样点个数，和降低采样频率两个途径。快速傅里叶变换（FFT）的计算复杂度为（N/2）log₂N，N的增加预示着计算时间的加长，因此N的取值要适当，一般取2¹⁰。由于电压、电流频率相等，采样频率可以适当降低，不影响计算相位初值。一般 _s取200，可得到 。
 
        三、 控制时间
        控制时间是指：从发出分合闸命令到单片机完成FFT运算、选相到发出分合闸控制信号的这一段时间。在这时间段中，FFT运算所用的时间占相当大的比重，要想缩短控制时间，可采用高档单片机或DSP（数据信号处理器）。