خطاي اندازه‌گيري THD استاندارد براي سيستم‌هاي برق

کلیه خطای تحریف هارمونیک کل (THD): تحلیل جامع بر اساس سناریوهای کاربردی، دقت تجهیزات و استانداردهای صنعتی

محدوده قابل قبول خطا برای تحریف هارمونیک کل (THD) باید بر اساس زمینه‌های کاربردی خاص، دقت تجهیزات اندازه‌گیری و استانداردهای صنعتی مربوطه ارزیابی شود. در ادامه تجزیه و تحلیل دقیق نشانگرهای عملکرد کلیدی در سیستم‌های برق، تجهیزات صنعتی و کاربردهای اندازه‌گیری عمومی آورده شده است.

1. استانداردهای خطای هارمونیک در سیستم‌های برق

1.1 الزامات استاندارد ملی (GB/T 14549-1993)

• THD ولتاژ (THDv):
  برای شبکه‌های برق عمومی، مقدار مجاز THD ولتاژ (THDv) برای سیستم‌های با ولتاژ اسمی تا 110kV برابر یا کمتر از 5٪ است.
  مثال: در سیستم پرس رولینگ یک کارخانه فولاد، THDv از 12.3٪ به 2.1٪ کاهش یافت پس از اجرای اقدامات کاهش هارمونیک، که به طور کامل با استانداردهای ملی منطبق است.

• THD جریان (THDi):
  مقدار مجاز THD جریان (THDi) معمولاً بین ≤5٪ تا ≤10٪ متغیر است، بسته به نسبت بار مشتری به ظرفیت کوتاه‌مداری در نقطه مشترک (PCC).
  مثال: وارونگرهای فتوولتائیک متصل به شبکه باید THDi را زیر 3٪ حفظ کنند تا با الزامات IEEE 1547-2018 مطابقت داشته باشند.

1.2 استانداردهای بین‌المللی (IEC 61000-4-30:2015)

• دستگاه‌های کلاس A (با دقت بالا):
  خطای اندازه‌گیری THD باید ≤ ±0.5٪ باشد. مناسب برای نقاط اندازه‌گیری مصرف برق، نظارت بر کیفیت برق در زیراستانیون‌های انتقال و حل اختلافات.

• دستگاه‌های کلاس S (اندازه‌گیری ساده):
  می‌توان خطای مجاز را تا ≤ ±2٪ آرام کرد. قابل کاربرد برای نظارت صنعتی معمولی که دقت بالا ضروری نیست.

1.3 رویکردهای صنعتی

• در سیستم‌های برق مدرن، دستگاه‌های نظارت با دقت بالا (مانند CET PMC-680M) معمولاً خطای اندازه‌گیری THD را در محدوده ±0.5٪ دارند.

• برای یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر (مانند پارک‌های بادی یا خورشیدی)، THDi معمولاً باید ≤ 3٪–5٪ باشد تا آلودگی هارمونیک به شبکه را جلوگیری کند.

2. خطاهای تجهیزات صنعتی و دستگاه‌های اندازه‌گیری

2.1 دستگاه‌های صنعتی

• کنتورهای چندمنظوره برق (مانند HG264E-2S4):
  توانایی اندازه‌گیری هارمونیک‌ها از مرتبه 2 تا 31، با خطای THD ≤ 0.5٪. به طور گسترده در صنایع فولاد، شیمی و تولید استفاده می‌شود.

• آنالیزگرهای قابل حمل (مانند PROVA 6200):
  خطای اندازه‌گیری هارمونیک برای مرتبه‌های 1-20 برابر ±2٪ و برای مرتبه‌های 21-50 به ±4٪ افزایش می‌یابد. مناسب برای تشخیص زمینه‌ای و ارزیابی سریع محلی.

2.2 تجهیزات تست تخصصی

• آنالیزر ولتاژ/جریان هارمونیک (مانند HWT-301):

• هارمونیک‌های 1 تا 9: ±0.0%rdg ±5dgt

• هارمونیک‌های 10 تا 25: ±2.0%rdg ±5dgt
  مناسب برای استفاده در آزمایشگاه‌ها، آزمایشگاه‌های کالیبراسیون و وظایف تأیید دقت بالا.

3. منابع خطا و اقدامات بهینه‌سازی

3.1 منابع اصلی خطا

• محدودیت‌های سخت‌افزاری:
  دقت نمونه‌برداری ADC، تغییر دما (مانند ضریب تغییر ADC ≤5 ppm/°C) و عملکرد فیلتر به طور قابل توجهی دقت را تحت تاثیر قرار می‌دهند.

• نقایص الگوریتمی:
  انتخاب نادرست پنجره FFT (مانند پنجره‌های مستطیلی که باعث رسوخ طیفی می‌شوند) و تراکم هارمونیک (مانند محاسبه فقط تا هارمونیک 31) خطاهای محاسباتی را معرفی می‌کنند.

• تداخل محیطی:
  تداخل الکترومغناطیسی (EMI >10 V/m) و نوسانات تغذیه (±10%) می‌توانند باعث انحراف اندازه‌گیری شوند.

3.2 استراتژی‌های بهینه‌سازی

• 冗余硬件：
  使用双通信模块和冗余电源以消除影响数据完整性的单点故障风险。

• 动态校准：
  每季度使用标准源（例如 Fluke 5522A）进行校准，以确保长期精度在指定容差范围内。

• 抗电磁干扰设计：
  对于高频干扰环境，实施 CRC-32 + 海明码双重错误检查，以增强数据可靠性和传输鲁棒性。

4. THD 测量误差的典型场景示例

5. خلاصه

• محدوده استاندارد: در سیستم‌های برق، THDv معمولاً به 5٪ یا کمتر محدود می‌شود و THDi به 5٪-10٪. دستگاه‌های با دقت بالا می‌توانند خطای اندازه‌گیری را در محدوده ±0.5٪ داشته باشند.

• انتخاب تجهیزات: در مواردی که دقت بالا لازم است (مانند نقاط اندازه‌گیری مصرف برق)، از دستگاه‌های کلاس A (مانند HG264E-2S4) و در نظارت صنعتی معمولی از دستگاه‌های کلاس S استفاده شود.

• کنترل خطا: با استفاده از سخت‌افزارهای زائد، کالیبراسیون دینامیکی منظم و طراحی مقاوم در برابر EMI، دقت بلندمدت اندازه‌گیری را می‌توان در محدوده قابل قبول حفظ کرد.