Thách thức và giải pháp về công nghệ hiệu chuẩn cho biến dòng điện tử DC

Trong các hệ thống điện hiện đại, biến dòng điện DC điện tử đóng vai trò quan trọng. Chúng không chỉ được sử dụng để đo dòng điện chính xác mà còn là công cụ quan trọng cho việc tối ưu hóa lưới điện, phát hiện sự cố và quản lý năng lượng. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ truyền tải dòng điện một chiều áp suất cao (HVDC) và việc triển khai rộng rãi trên toàn cầu, yêu cầu về hiệu suất của biến dòng điện DC đã trở nên ngày càng nghiêm ngặt, đặc biệt là về độ chính xác đo lường và khả năng tương thích hệ thống. Do đó, công nghệ hiệu chuẩn của biến dòng điện DC điện tử đã trở thành yếu tố then chốt đảm bảo vận hành an toàn, ổn định và hiệu quả của hệ thống điện.

1 Phân tích Công nghệ Hiệu chuẩn cho Biến dòng điện DC Điện tử
1.1 Nguyên tắc Cơ bản của Hiệu chuẩn

Hiệu chuẩn của biến dòng điện DC điện tử dựa trên nguyên tắc của so sánh dòng điện DC điều chế từ tính và công nghệ đồng bộ hóa số bằng sợi quang. Trong đó, so sánh dòng điện DC điều chế từ tính sử dụng công nghệ điều chế từ tính để đo cường độ dòng điện DC. Công nghệ này dựa trên ảnh hưởng của từ trường do dòng điện tạo ra đối với tính chất từ của lõi sắt. Trong thực tế, khi dòng điện đi qua dây dẫn chính, nó từ hóa lõi sắt xung quanh. Lõi sắt từ hóa tác động đến dòng điện trong cuộn dây thứ cấp thông qua sự thay đổi của nó, và sự tác động này có thể được sử dụng làm cơ sở để đo cường độ dòng điện trong dây dẫn chính.

1.2 Thành phần của Hệ thống Hiệu chuẩn

Hệ thống hiệu chuẩn cho biến dòng điện DC điện tử chủ yếu bao gồm nguồn dòng điện DC, kết nối và cấu hình đồng bộ giữa thiết bị chuẩn và thiết bị cần kiểm tra, và đơn vị thu thập dữ liệu chính xác. Thiết kế và chức năng của từng phần đóng vai trò quyết định trong độ chính xác và tin cậy của quá trình hiệu chuẩn.

• Nguồn dòng điện DC chịu trách nhiệm cung cấp dòng điện ổn định và điều chỉnh được cho hiệu chuẩn. Thiết kế của nó cần đáp ứng yêu cầu về độ ổn định cao và đầu ra ít nhiễu để mô phỏng hiệu suất của biến dòng điện ở các điều kiện dòng điện khác nhau. Để đạt được mục tiêu này, nguồn dòng điện thường sử dụng các thành phần điện tử chính xác và hệ thống điều khiển phản hồi vòng kín để điều chỉnh đầu ra theo thời gian thực và duy trì độ ổn định của dòng điện. Ngay cả khi tải thay đổi hoặc nguồn điện dao động, nó vẫn có thể đảm bảo độ chính xác của dòng điện đầu ra.

• Khi nguồn dòng điện DC cung cấp dòng điện cơ bản, việc kết nối và đồng bộ hóa đúng cách giữa thiết bị chuẩn và thiết bị cần kiểm tra là các liên kết then chốt để đảm bảo độ chính xác của kết quả hiệu chuẩn. Thiết bị chuẩn thường là thiết bị đo chính xác được chứng nhận bởi nhà nước, cung cấp giá trị dòng điện có độ chính xác đã biết làm tham chiếu; thiết bị cần kiểm tra là biến dòng điện cần thử nghiệm. Trong quá trình hiệu chuẩn, thiết bị chuẩn và thiết bị cần kiểm tra phải hoạt động đồng bộ chặt chẽ để đảm bảo tất cả dữ liệu đo được lấy dưới cùng điều kiện hoạt động.

1.3 Phương pháp Hiệu chuẩn

Trong quá trình hiệu chuẩn của biến dòng điện DC điện tử, việc lựa chọn phương pháp hiệu chuẩn đóng vai trò quyết định đối với độ chính xác và tin cậy của kết quả đo lường. Hiệu chuẩn tại chỗ và hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp đo trực tiếp số chính xác cung cấp một phương tiện hiệu chuẩn hiệu quả. Các phương pháp hiệu chuẩn cho đầu ra tương tự và số được điều chỉnh cụ thể cho các biến dòng điện có các loại đầu ra khác nhau để phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau.

(1) So sánh giữa Hiệu chuẩn Tại chỗ và Hiệu chuẩn trong Phòng Thí nghiệm

Có sự khác biệt đáng kể giữa hai phương pháp về phương pháp và môi trường:

• Hiệu chuẩn Tại chỗ: Được thực hiện trực tiếp tại vị trí lắp đặt của biến dòng điện và có thể phản ánh ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và nhiễu điện từ. Nó phù hợp cho các thiết bị lớn mà vị trí lắp đặt khó di chuyển hoặc cần xác minh hiệu suất. Tuy nhiên, nếu có nhiều yếu tố bất lợi tại chỗ và các biến môi trường không thể được kiểm soát hiệu quả, độ chính xác hiệu chuẩn có thể bị ảnh hưởng.

• Hiệu chuẩn trong Phòng Thí nghiệm: Môi trường có thể được kiểm soát hiệu quả, và điều kiện thử nghiệm có thể được điều chỉnh chính xác, cải thiện tính lặp lại và độ chính xác của hiệu chuẩn. Tuy nhiên, môi trường phòng thí nghiệm không thể mô phỏng hoàn toàn tình huống làm việc tại chỗ, và khó có thể phân tích toàn diện ảnh hưởng của môi trường tại chỗ đối với hiệu suất thiết bị.

(2) Phương pháp Đo Trực tiếp Số Chính xác Cao

Với sự giúp đỡ của thiết bị đo số chính xác, đầu ra của biến dòng điện được đọc trực tiếp và so sánh với giá trị chuẩn đã biết, nhờ đó kết quả hiệu chuẩn có thể được thu được nhanh chóng và hiệu quả, giảm thiểu sai số trong các khâu trung gian.

(3) Phương pháp Hiệu chuẩn cho Đầu ra Tương tự và Số

Ưu điểm của phương pháp này nằm ở việc xem xét đầy đủ các đặc tính đầu ra của các loại biến dòng điện khác nhau:

• Phương pháp Đầu ra Tương tự: Sử dụng thiết bị đo dòng điện chính xác để đọc giá trị đầu ra, sau đó so sánh với giá trị chuẩn để hiệu chuẩn, đảm bảo độ chính xác của chuyển đổi và đo lường tín hiệu tương tự.

• Phương pháp Đầu ra Số: Trong quá trình hiệu chuẩn, phần mềm phân tích và công nghệ đồng bộ hóa được kết hợp để truyền và xử lý dữ liệu, đảm bảo độ chính xác hiệu chuẩn đáp ứng yêu cầu, phù hợp với nhu cầu hiệu chuẩn của biến dòng điện có đầu ra số.

2 Thách thức và Đối sách trong Áp dụng Công nghệ Hiệu chuẩn Biến dòng điện DC Điện tử
2.1 Chống nhiễu Tại chỗ

Khi áp dụng hiệu chuẩn biến dòng điện DC điện tử tại chỗ, xảy ra nhiễu điện từ nghiêm trọng. Nó xuất phát từ môi trường điện từ của lưới điện áp cao, bao gồm bức xạ từ cáp/thiết bị và nhiễu do hệ thống tạo ra. Sự nhiễu này ảnh hưởng đến độ chính xác đo, gây sai lệch dữ liệu hiệu chuẩn trong hệ thống HVDC và thậm chí làm hỏng các thành phần. Nó mang lại cả lỗi tức thì và vấn đề ổn định/lưu giữ lâu dài.

Để giải quyết vấn đề này, việc tối ưu hóa cấu trúc chống từ là then chốt. Nguyên tắc là sử dụng vật liệu có độ thấm từ cao để xây dựng lớp chắn xung quanh các phần nhạy cảm, chặn từ trường bên ngoài. Khi thiết kế, đánh giá môi trường thực tế (loại nhiễu, cường độ, tần số) vì chúng ảnh hưởng đến hiệu quả chắn. Cấu trúc nhiều lớp, với các vật liệu có độ thấm từ khác nhau, hoạt động tốt hơn. Ví dụ, lớp ngoài sử dụng vật liệu có độ thấm từ cao để hấp thụ hầu hết từ trường, và lớp trong sử dụng vật liệu có độ kháng cao để chặn từ trường dư. Dữ liệu thiết kế chắn từ tối ưu được hiển thị trong Bảng 1.

2.2 Độ chính xác Đồng bộ Hóa Số

Trong hiệu chuẩn biến dòng điện DC điện tử, độ chính xác đồng bộ hóa là rất quan trọng. Hiệu chuẩn thường cần đồng bộ hóa nhiều thiết bị/nguồn dữ liệu ở các vị trí phân tán. Độ chính xác/tin cậy của dữ liệu phụ thuộc vào đồng bộ hóa thời gian; những sai lệch nhỏ gây ra không chính xác, ảnh hưởng đến hiệu quả/an toàn của hệ thống điện. Việc lựa chọn/tối ưu hóa công nghệ đồng bộ hóa và so sánh đồng bộ hóa bằng sợi quang và GPS là rất quan trọng.

Trong việc lựa chọn/tối ưu hóa, thách thức là kiểm soát môi trường điện phức tạp và phân bố địa lý rộng để đồng bộ hóa chính xác. Trong môi trường nhiễu mạnh, các phương pháp truyền thống không hiệu quả. Giải pháp bao gồm việc giới thiệu Giao thức Thời gian Chính xác IEEE1588 và sử dụng dấu thời gian chính xác/và giao tiếp hiện đại để đồng bộ hóa.

Đồng bộ hóa bằng sợi quang, với tốc độ cao và chống nhiễu, phù hợp cho các kịch bản chính xác cao (ví dụ: trung tâm dữ liệu). Nó không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, đảm bảo độ tinh khiết của tín hiệu, nhưng có chi phí triển khai cao. Đồng bộ hóa bằng GPS tiết kiệm chi phí, bao phủ diện rộng và phù hợp với mạng phân tán. Nó sử dụng tín hiệu vệ tinh để đánh dấu thời gian nhưng ít ổn định hơn dưới nhiễu mạnh. So sánh độ chính xác đồng bộ hóa dưới các mức nhiễu khác nhau được hiển thị trong Hình 1.

Để giải quyết những thách thức này, hãy chọn công nghệ đồng bộ hóa phù hợp dựa trên môi trường ứng dụng và nhu cầu hiệu chuẩn. Ưu tiên đồng bộ hóa bằng sợi quang cho các kịch bản ít nhiễu EMI và chính xác cao. Đối với mạng điện phân tán địa lý, hãy xem xét đồng bộ hóa bằng GPS và tối ưu hóa vị trí đặt máy thu để giảm nhiễu tín hiệu. Kết hợp cả hai để thêm tính dự phòng cũng tăng cường độ chính xác đồng bộ hóa và độ tin cậy của hệ thống.

3 Kết luận

Tóm lại, bằng cách nghiên cứu sâu về công nghệ hiệu chuẩn biến dòng điện DC điện tử và các ứng dụng của nó, không chỉ có ý nghĩa lớn trong việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của biến dòng điện, mà còn là yếu tố then chốt thúc đẩy đổi mới công nghệ và phát triển bền vững của hệ thống điện. Trong tương lai, trong khi tiếp tục tối ưu hóa công nghệ hiệu chuẩn, cũng cần chú ý đến hiệu suất của các công nghệ này trong ứng dụng thực tế để đảm bảo chúng có thể đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn cao của lưới điện hiện đại.