Стандарти за грешка на измерване на THD в електрическите системи

Толерантността към грешка на общата хармонична искаженост (THD): Комплексен анализ въз основа на сценарии за приложение, точност на оборудването и индустриални стандарти

Приемливият диапазон на грешките за общата хармонична искаженост (THD) трябва да бъде оценен въз основа на специфични контексти на приложение, точност на измервателното оборудване и приложими индустриални стандарти. По-долу е представен подробен анализ на ключовите показатели за производителност в електроенергийните системи, индустриалното оборудване и общите приложения за измерване.

1. Стандартите за хармонични грешки в електроенергийните системи

1.1 Изисквания на националните стандарти (GB/T 14549-1993)

• THD на напрежението (THDv):
  За обществените електроенергийни мрежи, допустимата общата хармонична искаженост (THDv) е ≤5% за системи с номинално напрежение до 110kV.
  Пример: В системата за валцовање на сталната фабрика, THDv беше намалена от 12.3% до 2.1% след прилагането на мерки за намаляване на хармониките, което е в пълно съответствие с националните стандарти.

• THD на тока (THDi):
  Допустимата THD на тока (THDi) обикновено варира между ≤5% и ≤10%, в зависимост от отношениято между потребителската нагрузка и капацитета за краткосрочно замыкание в точката на обща връзка (PCC).
  Пример: Инверторите за свързване с мрежата на фотоелектрически системи трябва да поддържат THDi под 3%, за да спазват изискванията на IEEE 1547-2018.

1.2 Международни стандарти (IEC 61000-4-30:2015)

• Клас A прибори (висока точност):
  Грешката при измерването на THD трябва да е ≤ ±0.5%. Подходящи за точки на измерване на енергийните дружества, мониторинг на качеството на енергията в преходни станции и разрешаване на спорове.

• Клас S прибори (упростено измерване):
  Толерантността към грешка може да бъде ослабена до ≤ ±2%. Приложимо за рутинен индустриален мониторинг, когато високата точност не е критична.

1.3 Индустриални практики

• В модерните електроенергийни системи, приборите за високоточен мониторинг (например, CET PMC-680M) обикновено постигат грешки при измерването на THD в рамките на ±0.5%.

• За интеграцията на възобновяема енергия (например, вятърни или слънчеви централи), THDi обикновено е необходима да бъде ≤ 3%–5%, за да се избегне хармоничното замърсяване на мрежата.

2. Грешки на индустриалното оборудване и измервателните прибори

2.1 Индустриални прибори

• Многофункционални електроенергийни сметачи (например, HG264E-2S4):
  Способни да измерват хармоники от 2-ри до 31-ви порядък, с грешка на THD ≤ 0.5%. Широко използвани в сталната, химическата и производствената промишленост.

• Портативни анализатори (например, PROVA 6200):
  Грешката при измерването на хармониките е ±2% за порядъци 1–20, увеличава се до ±4% за порядъци 21–50. Идеални за полеви диагностики и бързи оценки на местата.

2.2 Специализирано тестово оборудване

• Анализатор на хармоничните напрежения/токове (например, HWT-301):

• 1-ви до 9-ти хармоники: ±0.0%rdg ±5dgt

• 10-ти до 25-ти хармоники: ±2.0%rdg ±5dgt
  Подходящи за лабораторно използване, калибрационни лаборатории и задачи за високоточна проверка.

3. Источници на грешки и оптимизационни мерки

3.1 Основни източници на грешки

• Ограничения на хардуера:
  Резолюцията на ADC, температурната дрейф (например, коефициент на дрейф на ADC ≤5 ppm/°C) и производителността на филтрите значително влияят върху точността.

• Недостатъци в алгоритмите:
  Неправилно избиране на FFT прозорец (например, правоъгълните прозорци причиняват спектрално изтичане) и усечене на хармониките (например, само до 31-ви хармоника) водят до компютърни грешки.

• Екологично въздействие:
  Електромагнитната интерференция (EMI >10 V/m) и колебанията на напрежението (±10%) могат да доведат до отклонения при измерванията.

3.2 Стратегии за оптимизация

• Излишък на хардуера:
  Използване на двойни комуникационни модули и излишъчен източник на напрежение, за да се елиминира риска от повреди на единична точка, които засягат целостта на данните.

• Динамична калибрация:
  Изпълняване на квартална калибрация с използване на стандартни източници (например, Fluke 5522A), за да се гарантира дългосрочна точност в зададените граници.

• Дизайн, устойчив на EMI:
  В условия на високочестотна интерференция, прилагане на двойна проверка на грешките CRC-32 + Hamming код, за да се увеличи надеждността на данните и устойчивостта на предаването.

4. Типични примери на сценарии за грешки при измерване на THD

5. Резюме

• Стандартни ограничения: В електроенергийните системи, THDv обикновено е ограничена до ≤5%, а THDi до ≤5%–10%. Приборите с висока точност могат да постигнат грешки при измерването в рамките на ±0.5%.

• Избор на оборудване: Изберете прибори от клас A (например, за точки на измерване на енергийните дружества), когато е необходима висока точност, и прибори от клас S за общ индустриален мониторинг.

• Контрол на грешките: Дългосрочната точност при измерванията може да бъде поддържана в приемливи граници чрез излишен хардуер, регулярна динамична калибрация и дизайн, устойчив на EMI.