Tiêu chuẩn lỗi đo THD cho hệ thống điện

Sai Số Tính Toán của Tổng Méo Harmonic (THD): Phân Tích Chi Tiết Dựa Trên Các Tình Huống Ứng Dụng, Độ Chính Xác của Thiết Bị và Tiêu Chuẩn Ngành

Phạm vi sai số chấp nhận được cho Tổng Méo Harmonic (THD) phải được đánh giá dựa trên các bối cảnh ứng dụng cụ thể, độ chính xác của thiết bị đo lường và các tiêu chuẩn ngành áp dụng. Dưới đây là phân tích chi tiết về các chỉ số hiệu suất chính trong hệ thống điện, thiết bị công nghiệp và ứng dụng đo lường chung.

1. Tiêu Chuẩn Sai Số Harmonic trong Hệ Thống Điện

1.1 Yêu Cầu Tiêu Chuẩn Quốc Gia (GB/T 14549-1993)

• THD Điện Áp (THDv):
  Đối với lưới điện công cộng, tổng méo harmonic điện áp (THDv) cho phép là ≤5% đối với các hệ thống có điện áp định mức lên đến 110kV.
  Ví dụ: Trong hệ thống cán thép của một nhà máy thép, THDv đã giảm từ 12.3% xuống 2.1% sau khi áp dụng các biện pháp giảm harmonic, hoàn toàn tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia.

• THD Dòng Điện (THDi):
  Giới hạn THD dòng điện (THDi) thường nằm trong khoảng ≤5% đến ≤10%, tùy thuộc vào tỷ lệ tải khách hàng so với dung lượng ngắn mạch tại điểm nối chung (PCC).
  Ví dụ: Bộ nghịch lưu quang điện nối lưới phải duy trì THDi dưới 3% để đáp ứng yêu cầu IEEE 1547-2018.

1.2 Tiêu Chuẩn Quốc Tế (IEC 61000-4-30:2015)

• Thiết Bị Lớp A (Độ Chính Xác Cao):
  Lỗi đo THD phải ≤ ±0.5%. Phù hợp cho các điểm đo công tơ, giám sát chất lượng điện tại trạm biến áp truyền tải và giải quyết tranh chấp.

• Thiết Bị Lớp S (Đo Giản Hóa):
  Chấp nhận lỗi có thể nới lỏng đến ≤ ±2%. Áp dụng cho giám sát công nghiệp thông thường nơi không cần độ chính xác cao.

1.3 Thực Tiễn Ngành

• Trong các hệ thống điện hiện đại, các thiết bị giám sát độ chính xác cao (ví dụ: CET PMC-680M) thường đạt được lỗi đo THD trong phạm vi ±0.5%.

• Đối với việc tích hợp năng lượng tái tạo (ví dụ: nhà máy gió hoặc mặt trời), THDi thường yêu cầu ≤ 3%–5% để tránh ô nhiễm harmonic cho lưới điện.

2. Lỗi Thiết Bị Công Nghiệp và Thiết Bị Đo Lường

2.1 Thiết Bị Công Nghiệp

• Công Tơ Điện Đa Chức Năng (ví dụ: HG264E-2S4):
  Có khả năng đo harmonics từ thứ 2 đến thứ 31, với lỗi THD ≤ 0.5%. Được sử dụng rộng rãi trong ngành thép, hóa chất và sản xuất.

• Bộ Phân Tích Di Động (ví dụ: PROVA 6200):
  Lỗi đo harmonic là ±2% cho các bậc 1–20, tăng lên ±4% cho các bậc 21–50. Lý tưởng cho chẩn đoán tại hiện trường và đánh giá nhanh chóng.

2.2 Thiết Bị Kiểm Tra Chuyên Dụng

• Bộ Phân Tích Điện Áp/Dòng Điện Harmonic (ví dụ: HWT-301):

• Harmonic thứ 1 đến thứ 9: ±0.0%rdg ±5dgt

• Harmonic thứ 10 đến thứ 25: ±2.0%rdg ±5dgt
  Phù hợp cho sử dụng trong phòng thí nghiệm, phòng hiệu chuẩn và nhiệm vụ kiểm tra độ chính xác cao.

3. Nguồn Gốc Sai Số và Biện Pháp Tối ưu Hóa

3.1 Nguồn Gốc Sai Số Chính

• Hạn Chế về Phần cứng:
  Độ phân giải lấy mẫu ADC, sự thay đổi nhiệt độ (ví dụ: hệ số drift ADC ≤5 ppm/°C) và hiệu suất bộ lọc ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác.

• Khuyết Điểm Thuật Toán:
  Chọn cửa sổ FFT không phù hợp (ví dụ: cửa sổ hình chữ nhật gây rò rỉ phổ), và cắt ngắn harmonic (ví dụ: chỉ tính đến harmonic thứ 31) gây ra lỗi tính toán.

• Can Thiệp Môi Trường:
  Sự can thiệp điện từ (EMI >10 V/m) và dao động nguồn điện (±10%) có thể dẫn đến sai số đo.

3.2 Chiến Lược Tối ưu Hóa

• Sử dụng Phần cứng Dự Phòng:
  Sử dụng mô-đun giao tiếp kép và nguồn điện dự phòng để loại bỏ nguy cơ hỏng hóc điểm duy nhất ảnh hưởng đến tính toàn vẹn dữ liệu.

• Hiệu Chuẩn Động:
  Thực hiện hiệu chuẩn quý bằng nguồn chuẩn (ví dụ: Fluke 5522A) để đảm bảo độ chính xác lâu dài trong giới hạn quy định.

• Thiết Kế Kháng EMI:
  Đối với môi trường nhiễu tần số cao, triển khai kiểm tra lỗi kép CRC-32 + mã Hamming để tăng cường độ tin cậy và khả năng truyền tải dữ liệu.

4. Ví Dụ Tình Huống Thông Thường về Sai Số Đo THD

5. Tóm Tắt

• Giới Hạn Tiêu Chuẩn: Trong hệ thống điện, THDv thường được giới hạn ở ≤5%, và THDi ở ≤5%–10%. Các thiết bị độ chính xác cao có thể đạt được lỗi đo trong phạm vi ±0.5%.

• Lựa Chọn Thiết Bị: Chọn thiết bị lớp A (ví dụ: cho các điểm đo công tơ) khi cần độ chính xác cao, và thiết bị lớp S cho giám sát công nghiệp thông thường.

• Kiểm Soát Sai Số: Độ chính xác đo lường lâu dài có thể được duy trì trong giới hạn chấp nhận được thông qua phần cứng dự phòng, hiệu chuẩn định kỳ và thiết kế kháng EMI.