มาตรฐานความผิดพลาดในการวัด THD สำหรับระบบไฟฟ้า

ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของการบิดเบือนฮาร์มอนิกรวม (THD): การวิเคราะห์อย่างครอบคลุมตามสถานการณ์การใช้งาน อุปกรณ์วัด และมาตรฐานอุตสาหกรรม

ขอบเขตความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้สำหรับการบิดเบือนฮาร์มอนิกรวม (THD) ต้องประเมินตามบริบทการใช้งานเฉพาะ อุปกรณ์วัด และมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง ด้านล่างนี้เป็นการวิเคราะห์รายละเอียดของตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักในระบบพลังงาน อุปกรณ์อุตสาหกรรม และการใช้งานวัดทั่วไป

1. มาตรฐานความคลาดเคลื่อนฮาร์มอนิกในระบบพลังงาน

1.1 ข้อกำหนดมาตรฐานชาติ (GB/T 14549-1993)

• THD แรงดันไฟฟ้า (THDv):
  สำหรับระบบไฟฟ้าสาธารณะ ความคลาดเคลื่อน THD แรงดันไฟฟ้า (THDv) ที่ยอมรับได้คือ ≤5% สำหรับระบบที่มีแรงดันไฟฟ้ากำหนดไม่เกิน 110kV
  ตัวอย่าง: ในระบบโรงกลิ้งเหล็กของโรงงานผลิตเหล็ก THDv ลดลงจาก 12.3% เป็น 2.1% หลังจากดำเนินมาตรการลดฮาร์มอนิก ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานชาติอย่างสมบูรณ์

• THD กระแสไฟฟ้า (THDi):
  ความคลาดเคลื่อน THD กระแสไฟฟ้า (THDi) ที่ยอมรับได้มักจะอยู่ระหว่าง ≤5% ถึง ≤10% ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของโหลดผู้ใช้กับกำลังสั้นที่จุดเชื่อมต่อร่วม (PCC)
  ตัวอย่าง: อินเวอร์เตอร์โซลาร์เซลล์ที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าต้องรักษา THDi ให้อยู่ต่ำกว่า 3% เพื่อปฏิบัติตามข้อกำหนด IEEE 1547-2018

1.2 มาตรฐานสากล (IEC 61000-4-30:2015)

• เครื่องมือระดับ A (ความแม่นยำสูง):
  ความคลาดเคลื่อนในการวัด THD ต้อง ≤ ±0.5% เหมาะสำหรับจุดวัดของหน่วยงานสาธารณูปโภค การตรวจสอบคุณภาพไฟฟ้าที่สถานีส่งและรับไฟฟ้า และการแก้ไขข้อพิพาท

• เครื่องมือระดับ S (การวัดแบบง่าย):
  ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้สามารถผ่อนปรนเป็น ≤ ±2% เหมาะสำหรับการตรวจสอบประจำวันในอุตสาหกรรมที่ไม่จำเป็นต้องใช้ความแม่นยำสูง

1.3 แนวทางปฏิบัติในอุตสาหกรรม

• ในระบบพลังงานสมัยใหม่ อุปกรณ์ตรวจสอบความแม่นยำสูง (เช่น CET PMC-680M) มักจะสามารถวัดความคลาดเคลื่อน THD ภายใน ±0.5%

• สำหรับการรวมพลังงานทดแทน (เช่น โรงไฟฟ้าลมหรือแสงอาทิตย์) THDi ทั่วไปต้องอยู่ที่ ≤ 3%–5% เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้า

2. ความคลาดเคลื่อนของอุปกรณ์อุตสาหกรรมและการวัด

2.1 อุปกรณ์ระดับอุตสาหกรรม

• เครื่องวัดพลังงานหลายฟังก์ชัน (เช่น HG264E-2S4):
  สามารถวัดฮาร์มอนิกตั้งแต่ลำดับที่ 2 ถึงลำดับที่ 31 ด้วยความคลาดเคลื่อน THD ≤ 0.5% ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเหล็ก เคมี และการผลิต

• เครื่องวิเคราะห์แบบพกพา (เช่น PROVA 6200):
  ความคลาดเคลื่อนในการวัดฮาร์มอนิก ±2% สำหรับลำดับที่ 1–20 และเพิ่มเป็น ±4% สำหรับลำดับที่ 21–50 เหมาะสำหรับการวินิจฉัยในสนามและประเมินสถานที่อย่างรวดเร็ว

2.2 อุปกรณ์ทดสอบเฉพาะทาง

• เครื่องวิเคราะห์แรงดัน/กระแสฮาร์มอนิก (เช่น HWT-301):

• ฮาร์มอนิกลำดับที่ 1 ถึง 9: ±0.0%rdg ±5dgt

• ฮาร์มอนิกลำดับที่ 10 ถึง 25: ±2.0%rdg ±5dgt
  เหมาะสำหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการ ห้องสอบเทียบ และงานตรวจสอบความแม่นยำสูง

3. แหล่งที่มาของความคลาดเคลื่อนและการแก้ไข

3.1 แหล่งความคลาดเคลื่อนหลัก

• ข้อจำกัดของฮาร์ดแวร์:
  ความละเอียดในการสุ่มตัวอย่าง ADC การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง ADC ≤5 ppm/°C) และประสิทธิภาพของฟิลเตอร์ส่งผลกระทบต่อความแม่นยำอย่างมาก

• ความบกพร่องของอัลกอริทึม:
  การเลือก FFT window ที่ไม่เหมาะสม (เช่น หน้าต่างสี่เหลี่ยมทำให้เกิดการรั่วไหลของสเปกตรัม) และการตัดฮาร์มอนิก (เช่น คำนวณเฉพาะจนถึงลำดับที่ 31) ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการคำนวณ

• การแทรกแซงจากสภาพแวดล้อม:
  การแทรกแซงทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI >10 V/m) และการเปลี่ยนแปลงของแหล่งจ่ายไฟ (±10%) อาจทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการวัด

3.2 กลยุทธ์การแก้ไข

• การทำสำเนาฮาร์ดแวร์:
  ใช้โมดูลการสื่อสารคู่และแหล่งจ่ายไฟสำรองเพื่อกำจัดความเสี่ยงจากการล้มเหลวของจุดเดียวที่ส่งผลกระทบต่อความครบถ้วนของข้อมูล

• การสอบเทียบแบบไดนามิก:
  ทำการสอบเทียบทุกไตรมาสด้วยแหล่งมาตรฐาน (เช่น Fluke 5522A) เพื่อรับประกันความแม่นยำในระยะยาวภายในขอบเขตที่กำหนด

• การออกแบบที่ทนทานต่อ EMI:
  สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการแทรกแซงความถี่สูง ใช้การตรวจสอบความผิดพลาด CRC-32 + Hamming code แบบคู่เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือของข้อมูลและความแข็งแกร่งในการส่งข้อมูล

4. ตัวอย่างสถานการณ์ทั่วไปของการวัดความคลาดเคลื่อน THD

5. สรุป

• ขีดจำกัดมาตรฐาน: ในระบบพลังงาน THDv ทั่วไปจำกัดอยู่ที่ ≤5% และ THDi ที่ ≤5%–10% เครื่องมือความแม่นยำสูงสามารถวัดความคลาดเคลื่อนได้ภายใน ±0.5%

• การเลือกอุปกรณ์: ควรเลือกเครื่องมือระดับ A (เช่น สำหรับจุดวัดของหน่วยงานสาธารณูปโภค) เมื่อต้องการความแม่นยำสูง และเครื่องมือระดับ S สำหรับการตรวจสอบอุตสาหกรรมทั่วไป

• การควบคุมความคลาดเคลื่อน: ความแม่นยำในการวัดระยะยาวสามารถรักษาไว้ภายในขอบเขตที่ยอมรับได้ผ่านการทำสำเนาฮาร์ดแวร์ การสอบเทียบแบบไดนามิก และการออกแบบที่ทนทานต่อ EMI