Xây dựng thiết bị đo lường, giám sát chất lượng điện năng dựa trên máy tính cá nhân

Với phần mềm được xây dựng thì máy tính cá nhân hoàn toàn có thể được sử dụng như một thiết bị đo lường, giám sát chất lượng điện năng, với khả năng tùy biến cao.. Phần chính của luận vă

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Nguyễn Sỹ Chương

XÂY DỰNG THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG, GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG

ĐIỆN NĂNG DỰA TRÊN MÁY TÍNH CÁ NHÂN

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

T.S Nguyễn Xuân Tùng

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn cao học với đề tài: “Xây dựng thiết bị đo lường, giám sát chất lượng điện năng dựa trên máy tính cá nhân” là kết quả nghiên cứu

của riêng tôi, không sao chép của ai Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả có tham khảo một số tài liệu được ghi trong mục “Tài liệu tham khảo” của

luận văn

Tác giả

Trang 3

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ hành chính của Viện Điện và Viện Đào tạo Sau đại học đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập tại trường

Để có được ngày hôm nay tôi không thể không nhắc đến công ơn, tình cảm của những người thân trong gia đình đã tạo một hậu phương vững chắc giúp tôi yên tâm hoàn thành công việc và nghiên cứu của mình

Cuối cùng tôi xin gửi tới toàn thể bạn bè và đồng nghiệp lời biết ơn chân thành về những tình cảm tốt đẹp cùng sự giúp đỡ quý báu mà mọi người đã dành cho tôi trong suốt thời gian gian làm việc, học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài này

Trang 4

MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Nhu cầu về giám sát chất lượng điện năng (CLĐN) ngày càng tăng do các dây chuyền, thiết bị công nghiệp ngày càng phụ thuộc vào chất lượng của nguồn điện cung cấp Các thiết bị giám sát chất lượng điện năng chuyên dụng được chế tạo với mục đích sử dụng cụ thể, người sử dụng không có khả năng điều chỉnh, mở rộng tính năng cho thiết bị Mặc khác dung lượng lưu trữ của các thiết bị này thường bị hạn chế, giá thành cao, không phù hợp để triển khai lắp đặt trên diện rộng

Thiết bị đo lường dựa trên nền tảng máy tính cá nhân có ưu điểm là các tính năng của thiết bị do người sử dụng tự lập trình tạo ra, dung lượng lưu trữ chỉ phụ thuộc vào dung lượng của máy tính Tốc độ xử lý của các thiết bị đo lường ảo được cải thiện đáng kể do bộ vi xử lý của máy tính có tốc độ cao, năng lực xử lý vượt trội

so với các bộ vi xử lý dùng trong các thiết bị chuyên dụng Ngoài ra loại thiết bị này còn có cho phép truy cập giám sát từ xa, phù hợp triển khai trên diện rộng

Nội dung luận văn đi sâu nghiên cứu, phân tích và xây dựng phần mềm đo lường chất lượng điện năng trên nền tảng máy tính cá nhân Với phần mềm được xây dựng thì máy tính cá nhân hoàn toàn có thể được sử dụng như một thiết bị đo lường, giám sát chất lượng điện năng, với khả năng tùy biến cao

Lịch sử nghiên cứu

Việc sử dụng máy tính để thực hiện các nhiệm vụ đo lường đã được nghiên cứu trên thế giới, đặc biệt với sự trợ giúp của phần mềm Labview Tại Việt Nam các nghiên cứu về thiết bị đo lường ảo (virtual instrument - VI) trên máy tính được giới thiệu khá nhiều, tuy nhiên sử dụng máy tính và Labview để thiết kế thiết bị đo chất

lượng điện năng thì hoàn toàn chưa có tài liệu tham khảo nào đề cập tới

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Trang 5

Nội dung luận văn nghiên cứu tổng thể về phương thức giám sát và phân loại CLĐN cùng với các nguyên nhân và ảnh hưởng của hiện tượng này, phân tích các tiêu chuẩn đo lường và đánh giá CLĐN Phần chính của luận văn sẽ mô tả chi tiết phương pháp đánh giá, đo lường các hiện tượng này dựa theo tiêu chuẩn IEC, xây dựng khối đo lường giám sát CLĐN (sụt áp, mất cân bằng điện áp, sóng hài điện áp, nhấp nháy điện áp, …) dựa trên nền tảng phần mềm LabVIEW Kiểm nghiệm và đánh giá hoạt động của khối đo lường CLĐN dựa trên máy tính

Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản

Mục tiêu chính của luận văn bao gồm:

 Tìm hiểu và phân loại các các hiện tượng về CLĐN, nguyên nhân và ảnh hưởng của các hiện tượng này

 Đi sâu nghiên cứu về phân tích các tiêu chuẩn đo lường và đánh giá CLĐN và phương pháp đo lường giám sát CLĐN theo các tiêu chuẩn IEC hiện hành

 Xây dựng khối đo lường giám sát CLĐN dựa trên nền tảng phần mềm Labview, với mục tiêu để biến máy tính cá nhân thành thiết bị giám sát CLĐN

 Kiểm nghiệm và đánh giá hoạt động của khối đo lường chất lượng điện áp dựa trên máy tính

Để thực hiện các nội dung này thì luận văn được chia làm 5 chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu chung

Giới thiệu khái niệm CLĐN và các hiện tượng chất lượng điện thường gặp Phân tích nguyên nhân, ảnh hưởng của CLĐN tới hệ thống điện cũng như thiết bị điện Lý do cần giám sát các hiện tượng về CLĐN

Chương 2: Phân tích các tiêu chuẩn đo lường và đánh giá chất lượng điện áp trong Hệ thống điện

Đề cập tới các nghiên cứu các phương pháp đo và tổng hợp giá trị đo sử

dụng trong đo lường các đại lượng về CLĐN theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-30:

Trang 6

Phân tích hiện tượng nhấp nháy điện áp, kèm theo là tiêu chuẩn IEC 4-15 qui định về đo lường và đánh giá hiện tượng này Đồng thời phân tích chi tiết

61000-về các khối cần xây dựng khi thực hiện việc đo lường nhấp nháy điện áp

Nghiên cứu tiêu chuẩn EN50160 sử dụng để đánh giá CLĐN

Chương 3: Xây dựng khối đo lường, giám sát CLĐN dựa trên nền tảng phần mềm Labview

Giới thiệu khái quát về các đặc điểm của phần mềm Labview, cũng như thế mạnh của phần mềm này trong việc xây dựng các thiết bị đo lường, giám sát dựa trên nền tảng máy tính cá nhân (PC)

Sơ đồ chi tiết của khối giám sát CLĐN thực hiện bằng phần mềm Labview cũng sẽ được phân tích cụ thể trong chương này

Chương 4: Kiểm nghiệm và đánh giá hoạt động của khối đo CLĐN dựa trên máy tính

Tiến hành các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm để kiểm tra độ tin cậy về đo lường CLĐN của phần mềm LabVIEW

Thực hiện việc mô phỏng các hiện tượng về CLĐN (sụt áp, mất cân bằng điện áp, sóng hài điện áp, nhấp nháy điện áp, …) như tín hiệu đầu vào để kiểm tra

sự hoạt động của khối đo lường đã được thực hiện Đánh giá kết quả và đề xuất các vấn đề cần nghiên cứu trong tương lai

Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu trong tương lai

Các đóng góp mới của tác giả

 Tác giả đã đi sâu nghiên cứu và làm rõ vai trò chức năng của từng khâu trong toàn bộ qui trình đo lường các hiện tượng về CLĐN theo tiêu chuẩn IEC Đây là một hướng hầu như chưa được đề cập tới trong các tài liệu về CLĐN ở Việt Nam Thêm vào đó, tác giả đã xây dựng được các khối đo lường các hiện tượng

Trang 7

về CLĐN dựa trên phần mềm Labview với mục đích sử dụng máy tính cá nhân như một công cụ đo các hiện tượng CLĐN

Trang 8

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỞ ĐẦU 3

MỤC LỤC 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 10

DANH MỤC HÌNH VẼ 12

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TÁC GIÁM SÁT VÀ PHÂN LOẠI CÁC HIỆN TƯỢNG CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 16

1.1 Lý do cần giám sát các hiện tượng về CLĐN 16

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn 18

1.3 Giới thiệu chung về các hiện tượng CLĐN 21

1.3.1 Phân loại CLĐN 21

1.3.2 Sóng hài trong hệ thống điện: định nghĩa, nguyên nhân và ảnh hưởng23 1.3.3 Sụt áp ngắn hạn: định nghĩa, nguyên nhân và ảnh hưởng 29

1.3.4 Mất cân bằng điện áp, dòng điện trong hệ thống điện: định nghĩa, nguyên nhân và ảnh hưởng 32

1.3.5 Hiện tượng chớp nháy điện áp 36

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CÁC TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 39

2.1 Mục đích sử dụng của các tiêu chuẩn đo lường, đánh giá chất lượng điện áp 39

Trang 9

2.2 Tiêu chuẩn IEC 61000-4-30:2008 áp dụng trong việc đo lường các hiện

tượng CLĐN 39

2.2.1 Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn 39

2.2.2 Các phương pháp đo và tổng hợp giá trị đo sử dụng trong đo lường các đại lượng CLĐN 40

2.2.3 Các qui định theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-30:2008 liên quan tới việc đo lường các đại lượng CLĐN 43

2.3 Giới thiệu tiêu chuẩn EN50160 sử dụng để đánh giá CLĐN 46

2.3.2 Các qui định chính theo tiêu chuẩn EN50160 48

2.4 Đo lường hiện tượng chớp nháy điện áp (Flicker measurement) 51

2.4.1 Các nghiên cứu về hiện tượng chớp nháy điện áp 52

2.4.2 Đo lường hiện tượng chớp nháy điện áp theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-15 53

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG KHỐI ĐO LƯỜNG, GIÁM SÁT CLĐN DỰA TRÊN NỀN TẢNG PHẦN MỀM LABVIEW 65

3.1 Giới thiệu phần mềm Labview 65

3.2 Xây dựng khối đo lường giám sát CLĐN bằng Labview 67

3.2.1 Sơ đồ tổng thể của khối đo lường CLĐN 67

3.2.2 Diễn giải chi tiết các khối 70

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA KHỐI ĐO CLĐN DỰA TRÊN MÁY TÍNH 82

4.1 Phương thức đánh giá độ chính xác của khối đo CLĐN đã xây dựng 82

4.2 Kiểm tra đối chứng khối đo lường CLĐN với máy hiện sóng Tektronix TDS 1001C-EDU 83

Trang 10

4.2.2 Các bước thử nghiệm đối chứng và kết quả 84

4.3 Kiểm tra đánh giá khối đo lường CLĐN của phần mềm LabVIEW với tín hiệu mô phỏng trên máy tính 103

4.3.1 Các bước tiến hành 103

4.3.2 Khối tạo tín hiệu mô phỏng thử nghiệm trên máy tính 103

4.3.3 Phương thức đánh giá chi tiết khối đo CLĐN đã xây dựng 107

4.4 Kết quả mô phỏng 112

4.4.1 Kịch bản 1: Tạo tín hiệu dòng và áp cân bằng & không có sóng hài 112 4.4.2 Kịch bản 2: Tạo tín hiệu dòng và áp cân bằng & có sóng hài với các thành phần sóng hài thay đổi và khác nhau giữa các pha 114

4.4.3 Kịch bản 3: Tạo tín hiệu dòng và áp không cân bằng & có sóng hài với các thành phần sóng hài thay đổi và khác nhau giữa các pha 122

4.4.4 Kịch bản 4: Tạo sụt áp & quá áp để kiểm tra khâu phát hiện sụt áp và quá áp 126

4.4.5 Kịch bản 5: Tạo chớp nháy điện áp 134

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 141

5.1 Kết luận 141

5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai 142

TÀI LIỆU THAM KHẢO 143

Trang 11

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng biểu Trang

Bảng 1.2.1 So sánh ưu, nhược điểm của hai loại thiết bị đo 21

Bảng 1.3.1 Phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE 1159 - 1995 22

Bảng 1.3.2 Tiêu chuẩn điện áp theo Thông tư 12 và 32 25

Bảng 1.3.3 Dạng sóng dòng điện, phổ tần và tổng độ méo sóng hài của một số tải phi tuyến khác 27

Bảng 2.3.1 Tổng hợp các giới hạn qui định theo tiêu chuẩn EN 50160 50

Bảng 2.3.2 Qui định về mức độ sóng hài trong hệ thống điện theo tiêu chuẩn EN50160 51

Bảng 2.4.1 Qui định về ngưỡng tần số và mức độ dao động điện áp chu kỳ hình sin gây ra giá trị Pinst,max=1 61

Bảng 4.2.1 Bảng kết quả thử nghiệm nhằm kiểm chứng chức năng đo điện áp của phần mềm LabVIEW 86

Bảng 4.2.2 Bảng tổng kết đánh giá kết quả thử nghiệm chức năng đo tần số và đánh giá sóng hài của phần mềm LabVIEW 96

Bảng 4.3.1 Đáp ứng của thiết bị đo nhấp nháy điện áp với biên dạng dao động điện áp xung hình sin - Giá trị đầu ra của khối đo là 1 109

Bảng 4.3.2 Đáp ứng của thiết bị đo nhấp nháy điện áp với biên dạng dao động điện áp xung vuông - Giá trị đầu ra của khối đo là 1 110

Bảng 4.4.1 Kết qủa thử nghiệm với kịch bản 2 120

Trang 12

Bảng 4.4.4 Kết qủa thử nghiệm chớp nháy điện áp với biên dạng dao động hình sin 137 Bảng 4.4.5 Kết qủa thử nghiệm chớp nháy điện áp với biên dạng dao động dạng xung vuông 139

Trang 13

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình vẽ Trang

Hình 1.2.1 Thiết bị đo lường CLĐN của hãng Fluke 19

Hình 1.2.2 Cấu trúc điển hình của thiết bị đo lường ảo dựa trên nền tảng PC 20

Hình 1.2.3 Giao diện thiết bị đo lường ảo do người sử dụng tự thiết lập 20

Hình 1.3.1 Phân tích Fourer của một sóng bị méo dạng 24

Hình 1.3.2 Sóng méo dạng và phân tích Fourier tương ứng 24

Hình 1.3.3 Điện áp sin đặt vào tải phi tuyến tạo ra dòng điện không sin 25

Hình 1.3.4 Dạng sóng và phổ dòng pha A khi máy biến áp hoạt động trong điều kiện quá áp 10% điện áp định mức 26

Hình 1.3.5 Định nghĩa hiện tượng sụt áp ngắn hạn 29

Hình 1.3.6 Sụt giảm điện áp khi động cơ lớn khởi động 31

Hình 1.3.7 Mất cân bằng trong hệ thống điện 3 pha 32

Hình 1.3.8 Minh họa quá trình phân tích/tổ hợp một hệ thống điện áp ba pha không đối xứng thành các thành phần đối xứng và ngược lại 33

Hình 1.3.9 Ảnh hưởng của mất cân bằng điện áp tới dòng điện trong động cơ 35

Hình 1.3.10 Sơ đồ cấu tạo của bộ biến tần dùng cho động cơ 35

Hình 1.3.11 Dao động điện áp và hiện tượng nhấp nháy do cường độ sáng thay đổi 37

Hình 2.2.1 Ví dụ tính toán giá trị hiệu dụng dựa trên các mẫu đo được 40

Hình 2.2.2 Ví dụ tính toán giá trị hiệu dụng theo phương pháp nửa chu kỳ 41

Hình 2.2.3 Dạng sóng và sụt áp đánh giá cho từng pha 44

Trang 14

Hình 2.2.4 Đánh giá sụt áp ngắn hạn cho hệ ba pha 44

Hình 2.2.5 Phân tích sóng hài theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-7 45

Hình 2.4.1 Ví dụ của nhấp nháy điệp áp chu kỳ 52

Hình 2.4.2 Đường cong nhấp nháy điện áp theo tiêu chuẩn IEEE 141 và 519 54

Hình 2.4.3 Các khâu của thiết bị đo lường hiện tượng nhấp nháy điện áp theo tiêu chuẩn IEC 56

Hình 2.4.4 Phương thức tính toán mức độ nhấp nháy điện áp ngắn hạn Pst 63

Hình 2.4.5 Ví dụ về giá trị nhấp nháy điện áp ngắn hạn đo tại thanh góp cấp điện cho lò hồ quang 64

Hình 3.2.1 Sơ đồ khối của khối đo lường CLĐN 68

Hình 3.2.2 Giao diện chính khối đo lường CLĐN trên máy tính 69

Hình 3.2.3 Giao diện chính khối mô phỏng tạo tín hiệu cần đo trên máy tính 69

Hình 4.2.1 Sơ đồ đấu nối kiểm chứng khối đo lường CLĐN của LabVIEW 83

Hình 4.2.2 Sơ đồ đấu nối kiểm chứng chức năng đo điện áp thực tế của LabVIEW tại phòng thí nghiệm mô phỏng HTĐ sử dụng bộ phát điện áp dhf (MTM 3U) 84

Hình 4.2.3 Sơ đồ đấu nối kiểm chứng chức năng đo tần số thực tế của LabVIEW tại phòng thí nghiệm mô phỏng Hệ thống điện sử dụng bộ phát tín hiệu chuẩn FG8216A 85

Hình 4.2.4 Kết quả thử nghiệm thu được khi phát ra UA=10,3V và UB=20,6V với f = 50Hz 87

Hình 4.2.5 Kết quả thử nghiệm thu được khi phát ra UA=15,5V và UB=25,6V 88

Trang 15

Hình 4.2.11 Kết quả thử nghiệm thu được khi phát ra UA=80,7V và UB=90,9V với f = 50Hz 94

Hình 4.2.12 Kết quả thử nghiệm thu được khi phát ra UA=90,7V và UB=100V 95

Hình 4.2.13 Kết quả thử nghiệm thu được khi tạo tần số f = 50Hz 97

Hình 4.3.1 Tín hiệu mô phỏng và khối đo lường chất lượng điện áp cùng được lập trình trên máy tính với phần mềm Labview 103

Hình 4.3.2 Giao diện của khối mô phỏng tín hiệu điện áp và dòng điện cần đo 104

Hình 4.3.3 Sơ đồ khối thiết lập số lượng và thứ tự kênh tạo tín hiệu theo cấu hình của lưới điện mô phỏng cần đo được lập trình trên máy tính với phần mềm Labview 106

Hình 4.3.4 Tín hiệu mô phỏng và khối đo lường CLĐN cùng được lập trình trên máy tính với phần mềm Labview 106

Hình 4.4.1 Tín hiệu mô phỏng được tạo ra bằng phần mềm Labview cho kịch bản 1 (Cả điện áp và dòng điện đều cân bằng & không có sóng hài) 112

Hình 4.4.2 Kết quả đo được của khối đo lường điện áp và dòng điện ứng với kịch bản 1 113

Hình 4.4.3 Kết quả đo được của khâu đo sóng hài ứng với kịch bản 1 113

Trang 16

Hình 4.4.4 Tín hiệu mô phỏng được tạo ra bằng phần mềm Labview cho kịch bản

2 (Cả điện áp và dòng điện đều cân bằng & có sóng hài) 114

Hình 4.4.5 Tín hiệu đo được của khâu đo lường điện áp và dòng điện ứng với kịch bản 2 115 Hình 4.4.6 Tín hiệu đo được của khâu đo lường sóng hài ứng với kịch bản 2 115

Hình 4.4.7 Tín hiệu mô phỏng được tạo ra bằng phần mềm Labview cho kịch bản

3 (Cả điện áp và dòng điện đều không cân bằng & có sóng hài) 122

Hình 4.4.8 Tín hiệu đo được của khâu đo lường điện áp và dòng điện ứng với kịch bản 3 123 Hình 4.4.9 Tín hiệu đo được của khâu đo lường sóng hài ứng với kịch bản 3 123

Hình 4.4.10 Tín hiệu mô phỏng được tạo ra bằng phần mềm Labview cho kịch bản 4 (dao động điện áp ngắn hạn) 126

Hình 4.4.11 Tín hiệu đo được của khối đo lường điện áp và dòng điện ứng với kịch bản 4 127 Hình 4.4.12 Tín hiệu đo được của khối đo lường Sag/Swell ứng với kịch bản 4 127

Hình 4.4.13 Tín hiệu mô phỏng được tạo ra bằng phần mềm Labview cho kịch bản 5 (Nhấp nháy điện áp) 135

Hình 4.4.14 Dạng sóng điện áp phát ra và kết quả đo Pinst tương ứng 136 Hình 4.4.15 Đồ thị nhấp nháy điện áp với biên dạng dao động hình sin 138 Hình 4.4.16 Dạng sóng điện áp phát ra và kết quả đo Pinst tương ứng với kịch bản

5 (Fliker theo dạng xung vuông) 139 Hình 4.4.17 Đồ thị nhấp nháy điện áp với biên dạng dao động hình chữ nhật 140

Trang 17

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TÁC GIÁM SÁT VÀ PHÂN LOẠI

CÁC HIỆN TƯỢNG CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

1.1 Lý do cần giám sát các hiện tượng về CLĐN

Nhu cầu về giám sát CLĐN (điện áp và dòng điện) ngày càng tăng do các dây chuyền, thiết bị công nghiệp ngày càng phụ thuộc vào chất lượng của nguồn điện cung cấp Sự cần thiết của việc giám sát CLĐN thể hiện qua các mục tiêu sau đây (1):

 Giám sát để phân tích đặc tính của hệ thống

Đây là một trong những mục tiêu phổ biến nhất Trong thị trường điện cạnh tranh, các đơn vị bán điện cần hiểu rõ đặc tính của hệ thống để cung cấp dịch vụ với chất lượng đáp ứng yêu cầu, nâng cao khả năng cạnh tranh Nắm bắt rõ đặc tính hệ thống cũng giúp nhanh chóng xác định các vấn đề phát sinh và gửi thông tin đến khách hàng để họ có thể sử dụng các thiết bị với đặc tính kỹ thuật phù hợp với đặc tính của hệ thống

 Giám sát để đặc tính hóa các vấn đề cụ thể

Các nhà quản lý hoặc qui hoạch cũng cần nắm bắt các vấn đề về CLĐN phát sinh tại các điểm cụ thể để có thể đưa ra các qui hoạch hoặc cấu hình vận hành hợp

lý

 Giám sát để nâng cao chất lượng dịch vụ

Trong thị trường điện cạnh tranh, các nhà cung cấp điện có thể đưa ra nhiều mức độ khác nhau của dịch vụ, đi kèm đó là giá bán điện tương ứng Với các khách hàng quan trọng, nhà cung cấp có thể đảm bảo cấp điện với độ tin cậy và CLĐN cao, tuy nhiên giá bán điện cũng được tính tương xứng Trong những trường hợp này việc giám sát CLĐN là quan trọng để đảm bảo rằng hợp đồng đã được thực hiện đúng

 Giám sát để đưa ra kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng hợp lý

Dữ liệu giám sát CLĐN trong khoảng thời gian đủ dài có thể sử dụng để cung cấp thông tin về thiết bị đang vận hành Ví dụ, hiện tượng phóng điện lặp lại

Trang 18

có thể là chỉ báo của cáp điện đang bị xuống cấp, đóng cắt bộ tụ nhiều lần liên tục

có thể là chỉ báo của hư hỏng trong thiết bị tự động đóng/cắt các bộ tụ Phân tích các hiện tượng này có thể giúp nhanh chóng bảo dưỡng khắc phục các vấn đề trước khi nó trở nên trầm trọng hơn

Việc giám sát có thể cần thiết thực hiện tại điểm đấu nối ở lưới hạ áp, trung

áp và kể cả giám sát trên lưới điện cao áp Mục đích của việc giám sát tại các vị trí này có thể khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu như sau:

 Giám sát tại các thiết bị

Việc giám sát tại thiết bị giúp xác định chính xác CLĐN đang sử dụng Các

dữ liệu của quá trình giám sát còn giúp cho việc phân tích các vấn đề phát sinh Khoảng thời giam giám sát có thể thay đổi tùy theo mục đích nghiên cứu, ví dụ giám sát CLĐN cần khoảng thời gian theo dõi ít nhất một tuần, tuy nhiên với các hiện tượng quá độ điện áp chỉ cần giám sát trong khoảng thời gian đóng cắt thiết bị Trường hợp đầu tiên thiết bị đo lường cần đo được giá trị hiệu dụng và giá trị trung bình, trường hợp thứ hai thiết bị đo bắt buộc phải ghi được dạng sóng

Việc giám sát tại một thiết bị đơn lẻ trong nhiều trường hợp cũng là cần thiết

o Nắm bắt, giám sát các xu hướng biến đổi của CLĐN;

o Phân tích các vấn đề (nếu có) đối với việc lắp đặt thiết bị

 Giám sát CLĐN trên lưới điện

Lý do cần thiết cho việc giám sát CLĐN trên lưới điện hoàn toàn tương tự như với việc giám sát tại các thiết bị Ngoài ra còn thêm các lý do khác như:

o Giám sát CLĐN của lưới điện phục vụ cho việc vận hành lưới được tốt hơn

o Phục vụ cho công tác qui hoạch, xác lập cấu hình lưới để giám thiểu các hiện tượng xấu về CLĐN

Trang 19

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn

Mục tiêu của luận văn là xây dựng được khối giám sát chất lượng điện năng bao gồm thông số của cả điện áp và dòng điện đối với hệ 3 pha dựa trên

phần mềm Labview Khối giám sát sẽ cho phép biến máy tính trở thành thiết bị đo lường các hiện tượng CLĐN (kết hợp bộ chuyển đổi A/D và các cảm biến dòng, áp) tương tự như các thiết bị chuyên dụng

Lý do lựa chọn xây dựng thiết bị giám sát CLĐN sóng hài trên nền tảng máy tính cá nhân là do thiết bị sẽ có nhiều ưu điểm hơn trên quan điểm của người sử dụng, khả năng tùy biến tốt Các so sánh cụ thể hơn được thể hiện ở phần sau đây (2)

a) Thiết bị đo lường giám sát CLĐN chuyên dụng

Các thiết bị giám sát CLĐN sử dụng phổ biến hiện nay thường do các nhà sản xuất như Fluke, Hioki…chế tạo Sơ bộ các thiết bị này có thể phân loại như sau:

 Các thiết bị đo lường cho hệ thống nối đất;

 Các đồng hồ vạn năng;

 Các máy hiện sóng;

 Các thiết bị phân tích nhiễu loạn (distubances);

 Các thiết đo và phân tích sóng hài, phổ tần;

 Thiết bị phân tích kết hợp cả sóng hài và các nhiễu loạn khác;

 Thiết bị đo và giám sát hiện tượng nhấp nháy điện áp;

 Thiết bị đo và giám sát điện năng…

Các thiết bị này tùy theo nhu cầu, có thể là dạng lắp đặt cố định phục vụ cho mục đích đo lường dài hạn với dung lượng lưu trữ lớn, hoặc có thể là các thiết bị xách tay phục vụ cho công tác chuẩn đoán sơ bộ hoặc đo lường ngắn hạn

Nhược điểm: Các thiết bị này được chế tạo chuyên dụng với từng mục đích cụ thể,

và do vậy đây cũng chính là nhược điểm khi người sử dụng hoàn toàn lệ thuộc vào

Trang 20

lưu trữ của các thiết bị này thường bị hạn chế, thiết bị với dung lượng cao thường có giá thành rất đắt, không phù hợp để triển khai lắp đặt trên diện rộng

b) Thiết bị giám sát CLĐN dựa trên máy tính cá nhân

Thiết bị đo lường dựa trên nền tảng máy tính cá nhân thường còn được gọi là thiết

bị đo lường ảo (Virtual Instrument - VI) Các tính năng của thiết bị do người sử dụng tự tạo ra, dung lượng lưu trữ chỉ phụ thuộc vào dung lượng của máy tính Tốc

độ xử lý của các thiết bị đo lường ảo được cải thiện đáng kể do bộ vi xử lý của máy tính có tốc độ cao, năng lực xử lý vượt trội so với các bộ vi xử lý dùng trong các thiết bị chuyên dụng

Một ưu điểm nữa của thiết bị đo lường ảo dựa trên nền tảng PC là khả năng truy cập, sử dụng hệ thống mạng Internet trong việc giám sát từ xa, truyền dữ liệu cần thiết về các trung tâm giám sát Các thiết bị này còn có khả năng triển khai trên diện rộng với giá thành hợp lý

Cấu trúc điển hình của thiết bị đo lường ảo dựa trên nền tảng PC thể hiện trên Hình 1.2.2

Hình 1.2.1 Thiết bị đo lường CLĐN của hãng Fluke

Thiết bị giám sát kiểu xách tay

(Fluke 434)

Thiết bị giám sát kiểu lắp đặt cố định

(Fluke 1570)

Trang 21

Hình 1.2.2 Cấu trúc điển hình của thiết bị đo lường ảo dựa trên nền tảng PC

Trang 22

So sánh chi tiết của hai loại thiết bị đo lường được thể hiện ở Bảng 1.2.1

Bảng 1.2.1 So sánh ưu, nhược điểm của hai loại thiết bị đo

Thiết bị chuyên dụng truyền thống Thiết bị ảo dựa trên máy tính

Các chức năng được cụ thể hóa bởi

nhà sản xuất, khả năng kết nối hạn chế

Hệ thống hướng ứng dụng với khả năng kết nối tới mạng, thiết bị ngoại vi

và các ứng dụng

Phần cứng đóng vai trò quyết định Phần mềm quyết định tính năng của

thiết bị Chi phí tương đối cao Chi phí thấp, có thể tái sử dụng

Tính năng cố định Tính năng linh hoạt do người dùng tự

tạo Vòng đời công nghệ dài (5-10 năm) Vòng đời công nghệ ngắn (1-2 năm)

Chi phí phát triển và bảo trì cao Phần mềm giúp hạn chế tối đa chi phí

Có thể phân loại các vấn đề của CLĐN một cách sơ bộ bao gồm:

 Mất cân bằng dòng điện & điện áp

 Sụt giảm điện áp, mất điện áp

 Chớp nháy điện áp

 Quá độ điện áp

 Sóng hài

Trang 23

Theo tiêu chuẩn IEEE 1159 - 1995, các hiện tượng CLĐN có thể được phân loại như sau (Bảng 1.3.1):

Bảng 1.3.1 Phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn

1.2.2 Tần số trung bình 5 – 500 kHz 20 micro giây 0 – 8 pu

1.2.3 Tần số cao 0,5 – 6 MHz 5 micro giây 0 – 4 pu

3 Biến đổi dài hạn

Trang 24

(Long duration)

4 Điện áp không cân bằng

(Voltage unbalance)

Trạng thái ổn định

0 – 20%

5.3 Hài đa tần

(Interharmonics)

0 – 2%

5.4 Các xung nhọn xuất

hiện chu kỳ (Notching)

5.5 Do các thành phần khác

(Noise)

0 – 1%

6 Dao động điện áp < 25 Hz Không liên tục 0,1 – 7%

1.3.2 Sóng hài trong hệ thống điện: định nghĩa, nguyên nhân và ảnh

hưởng a) Định nghĩa

Sóng hài là các dạng nhiễu không mong muốn, xuất hiện dưới dạng các dòng điện hay điện áp có tần số bằng số nguyên lần tần số của nguồn cung cấp (thường được gọi là tần số sóng cơ bản) Các thành phần sóng hài này do các tải phi tuyến sinh ra Công cụ toán học để phân tích mức độ méo của dạng sóng dòng điện có chu kỳ là phân tích Fourier Phương pháp này dựa trên nguyên lý là một sóng méo dạng, có chu kỳ thì có thể phân tích được thành tổng của các dạng sóng điều hòa hình sin, bao gồm:

 Sóng hình sin với tần số cơ bản;

 Các sóng hình sin khác với tần số hài cao hơn, là bội của tần số cơ bản

Trang 25

Dạng sóng méo ở Hình 1.3.2 được phân tích thành một thành phần sóng cơ bản và thành phần sóng hài bậc 3, bậc 5

b) Các chỉ số đánh giá sóng hài trong hệ thống điện

Thường dùng khái niệm tổng độ biến dạng sóng hài (Total Harmonic Distiortion)

(THD v & THD i) là tỷ lệ của giá trị điện áp (dòng điện) hiệu dụng của sóng hài với giá trị hiệu dụng của điện áp (dòng điện) cơ bản, biểu diễn bằng đơn vị phần trăm (%) để đánh giá mức độ biến dạng sóng hài:

Tổng biến dạng sóng hài theo điện áp:

Hình 1.3.1 Phân tích Fourer của một sóng bị méo dạng

Hình 1.3.2 Sóng méo dạng và phân tích Fourier tương ứng

Trang 26

Trong đó:

 THDv, THDi: là tổng biến dạng sóng hài điện áp, dòng điện;

 V i , I i: là giá trị hiệu dụng thành phần điện áp, dòng điện tại sóng hài bậc

Bảng 1.3.2 Tiêu chuẩn điện áp theo Thông tư 12 và 32

Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

c) Nguồn phát sinh sóng hài trong hệ thống điện

Sóng hài được phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, phần lớn được sinh ra do các tải phi tuyến hoặc do các thiết bị điện tử công suất khi hoạt động gây ra Khi đặt một điện áp hình sin chuẩn vào tải phi tuyến thì dòng điện sinh ra sẽ có dạng sóng bị méo như trong Hình 1.3.3

Trang 27

Một số nguồn phát sinh sóng hài thường gặp trong hệ thống điện:

 Các máy biến áp: hiện tượng bão hòa mạch từ là một nguyên nhân gây ra sóng

hài Khi biên độ điện áp từ thông đủ lớn (hiện tượng quá từ thông) để rơi vào vùng không tuyến tính trên đường cong B-H của mạch từ sẽ dẫn đến dòng điện

bị méo dạng và chứa thành phần sóng hài mặc dù sóng điện áp đặt vào vẫn là hình sin Hình 1.3.4 mô tả dạng sóng dòng điện pha A của máy biến áp khi lõi từ

bị quá kích thích

 Động cơ: tương tự máy biến áp, động cơ cũng có lõi từ và khi hoạt động cũng có

thể sinh ra các thành phần sóng hài, tuy nhiên chủ yếu là hài bậc 3

 Thiết bị điện tử công suất: thiết bị điện tử công suất có sử dụng bộ chỉnh lưu

đầu vào, thiết bị chỉnh lưu này chính là nguồn gây phát sóng hài Mặt khác các van công suất khi đóng/cắt cũng có thể gây ra nhiễu, hài với tần số cao Thiết bị điện tử công suất sử dụng phổ biến trong các thiết bị công nghiệp, gia dụng như: máy tính, bộ điều tốc động cơ, đèn huỳnh quang, bộ lưu điện UPS Các thiết bị này tạo ra dòng điện méo dạng rất lớn tùy thuộc vào công suất định mức

Hình 1.3.4 Dạng sóng và phổ dòng pha A khi máy biến áp hoạt động trong điều kiện

quá áp 10% điện áp định mức

Trang 28

a Ảnh hưởng của sóng hài tới các thiết bị trong hệ thống điện

Ảnh hưởng của sóng hài trong hệ thống điện thể hiện trên nhiều nhiều thiết bị, tuy nhiên việc xác định chính xác mức độ ảnh hưởng vẫn còn là vấn đề cần có các nghiên cứu chuyên sâu Những tác hại của sóng hài gây ra có thể gây ảnh hưởng trực tiếp, tuy nhiên cũng có thể gây ảnh hưởng gián tiếp qua một thời gian dài

 Làm méo hệ thống điện áp: điện áp nguồn phát ra là dạng sóng sin (mức độ méo sóng rất nhỏ, hoàn toàn có thê bỏ qua), tuy nhiên khi xuất hiện phụ tải phi tuyến kèm theo dòng điện không sin sẽ gây ra sụt áp không sin trên đường dây Sụt áp không sin gây ra điện áp tại thanh cái tổng chung bị méo sóng và sẽ ảnh hưởng đến các thiết bị khác đang nhận điện từ thanh cái chung này

Bảng 1.3.3 Dạng sóng dòng điện, phổ tần và tổng độ méo sóng hài của

một số tải phi tuyến khác

Trang 29

 Làm xấu hệ số công suất: càng nhiều thành phần sóng điều hòa thêm vào cùng với thành phần cơ bản, thì giá trị dòng điện hiệu dụng tổng sẽ tăng lên, vì vậy sẽ ảnh hưởng tới hệ số công suất của mạch

 Gây thêm phát nóng: Do ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài, làm cho vật dẫn bị làm nóng nhanh chóng khi tần số dòng điện tăng Nếu trong điều kiện tồn tại sóng hài với trị số lớn, thiết bị vẫn có thể bị quá nhiệt ngay cả khi mang dòng định mức và làm cho tổn hao công suất cũng tăng lên

 Tổn hao từ trễ tỉ lệ với tần số và dòng fu-cô tỉ lệ với bình phương tần số nên dòng điều hòa cũng gây tăng tổn thất trong cuộn dây và mạch từ của máy biến

áp Cũng giống như máy biến áp sóng hài gây ra thêm tổn hao từ trường trong lõi thép của động cơ Dòng hài cũng gây nên tổn hao trong cuộn dây động cơ Một ảnh hưởng khác nghiêm trọng hơn là sự dao động mômen vì sóng hài Hai trong số những sóng hài thường gặp trên lưới điện là hài bậc năm và bậc bảy Sóng hài bậc năm là sóng hài thứ tự nghịch, dẫn tới từ trường quay ngược chiều với từ trường cơ bản với tốc độ bằng năm lần tốc độ cơ bản Sóng hài bậc bảy là sóng hài thứ tự thuận, từ trường quay cùng hướng từ trường cơ bản với tốc độ bằng bảy lần cơ bản Từ đó dẫn tới sự tương tác từ trường và dòng điện cảm ứng trên rô-to tạo ra sự dao động của trục động cơ

 Ảnh hưởng tới thiết bị bảo vệ rơle và đo đếm: sự xuất hiện thành phần sóng hài làm cho thiết bị bảo vệ tác động sai hoặc không tác động khi có sự cố Tùy từng điều kiện rơle có thể tác động trước hoặc chậm hơn so với yêu cầu hoặc định vị sai vị trí điểm sự cố (ảnh hưởng nhiều nhất đến các rơle tĩnh và rơle cơ, rơle số thường được trang bị các bộ lọc rất tốt nên ít bị ảnh hưởng), điều này có thể gây

ra những tác động xấu đến cả hệ thống

 Các thiết bị đo đếm cũng bị ảnh hưởng, tuy nhiên rất khó để xác định sai số gây

ra là âm hay dương Sai số này phụ thuộc không những vào tần số sóng hài có trong đại lượng cần đo mà còn cả vào góc pha của sóng hài, do đó rất khó tổ hợp hết các trường hợp có thể xảy ra để tiến hành thí nghiệm kiểm chứng

Trang 30

 Gây nhiễu: Đối với các thiết bị đo, hệ thống máy tính, các thiết bị truyền thông,

kĩ thuật số, y tế đòi hỏi chất lượng điện áp cao, sự xuất hiện của sóng hài có thể làm chúng hoạt động không chính xác

 Quá tải các bộ tụ bù: tổng trở của các bộ tụ phụ thuộc vào tần số vận hành, tần

số càng cao thì tổng trở càng giảm thấp Do vậy, với các sóng hài thì bộ tụ có thể trở thành nơi hút sóng hài và có thể bị quá tải, quá nhiệt (nhất là với các bộ tụ khô)

Bên cạnh đó, tại các tần số của sóng hài, có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng giữa bộ tụ và trở kháng của hệ thống, có thể gây lên các dao động mạnh của điện

Thuật ngữ được sử dụng: khi đề cập tới sụt áp ngắn hạn thì giá trị được đề cập là giá

trị điện áp dư còn lại Do dó, sụt áp ngắn hạn 30% nghĩa là sụt áp xảy ra với điện áp

dư còn lại là 30% của điện áp định mức

Hình 1.3.5 Định nghĩa hiện tượng sụt áp ngắn hạn

Trang 31

Mất điện áp: là trường hợp riêng của sụt áp ngắn hạn khi tại một thời điểm nào đó

điện áp cả 3 pha sụt giảm xuống dưới 10% điện áp định mức

a Chỉ số đánh giá

Sụt áp ngắn hạn được đánh giá qua hai thông số:

 Độ lớn sụt giảm: sai khác giữa điện áp tiêu chuẩn và điện áp dư còn lại khi sụt giảm (Hình 1.3.5)

Độ lớn sụt giảm điện áp phụ thuộc nhiều yếu tố:

 Phụ thuộc vào vị trí điểm đo đến điểm sự cố;

 Phụ thuộc vào tổ đấu dây máy biến áp;

 Tùy thuộc dạng sự cố xảy ra trong hệ thống

 Thời gian sụt giảm: được tính từ khi điện áp xuống dưới ngưỡng đến khi phục hồi trở lại (Hình 1.3.5)

Thời gian sụt giảm phụ thuộc vào:

 Phụ thuộc vào thời gian loại trừ sự cố của bảo vệ;

 Phụ thuộc vào nguyên nhân gây sụt áp

b) Nguyên nhân gây sụt áp ngắn hạn trong hệ thống điện

Có nhiều nguyên nhân có thể gây ra sụt áp ngắn hạn trong hệ thống, tuy nhiên phổ biến nhất vẫn là do ngắn mạch gây ra Các nguyên nhân có thể liệt kê như sau:

 Sự cố ngắn mạch gây sụt áp tại thanh cái phụ tải;

 Đóng /cắt các phụ tải lớn, khởi động động cơ lớn;

 Trục trặc trong hệ thống tự động điều chỉnh kích từ của các máy phát điện,

hư hỏng tại các bộ tự động điều chỉnh đầu phân áp các máy biến áp;

Trang 32

Hình 1.3.6 là ví dụ biên dạng điện áp khi có động cơ lớn khởi động

c) Ảnh hưởng của sụt giảm điện áp ngắn hạn

Các thiết bị hiện đại hiện nay ngày càng nhạy cảm với điện áp, hơn nữa sụt giảm điện áp là một trong những nguyên nhân chính gây nhiễu loạn quá trình điện từ:

 Các quá trình điều khiển các thiết bị điện tử công suất, cảm biến, điều khiển máy tính, PLCs điều khiển tốc độ động cơ, hoạt động các rơle dễ bị ảnh hưởng bởi sụt điện áp Nhiều thiết bị phải ngừng hoạt động khi điện áp sụt giảm xuống dưới 90% điện áp danh định chỉ trong thời gian 2 chu kỳ

 Các quá trình điều khiển công nghiệp rất nhạy cảm với sự thay đổi điện áp Việc bị ngừng do sụt giảm điện áp dẫn đến phá hỏng cả quá trình sản xuất liện tục Vì thế hầu hết các quá trình sản xuất công nghiệp đều được trang bị bảo vệ chống sụt điện áp

 Các bộ điều khiển tốc độ động cơ thường lấy điện qua các bộ chỉnh lưu Điện

áp phía một chiều thường được trang bị các bảo vệ điện áp thấp và điện áp cao Khi điện áp giảm dưới 85% giá trị bình thường tín hiệu cắt sẽ được gửi

Hình 1.3.6 Sụt giảm điện áp khi động cơ lớn khởi động

Thời gian (s) Biến thiên giá trị hiệu dụng

Trang 33

đi sau vài chu kỳ Vì thế quá trình điều khiển tốc độ cũng rất nhạy cảm với điện áp

 Động cơ đồng bộ, không đồng bộ có thể ngừng máy khi điện áp sụt giảm trong thời gian kéo dài hoặc tốc độ và mô-men thay đổi gây mất đồng bộ Sụt điện áp làm cho động cơ không thể khởi động do điện áp thấp

1.3.4 Mất cân bằng điện áp, dòng điện trong hệ thống điện: định nghĩa,

nguyên nhân và ảnh hưởng a) Định nghĩa

Hiện tượng mất cân bằng trong hệ thống 3 pha được định nghĩa là khi dòng điện (điện áp):

 Hoặc không cân bằng về độ lớn

 Hoặc góc lệch giữa các vectơ không bằng 1200

 Hoặc tổ hợp cả hai yếu tố

b) Các nguyên nhân gây mất cân bằng điện áp (dòng điện)

Có thể có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng mất cân bằng trong hệ thống điện 3 pha, tuy nhiên các nguyên nhân chính có thể liệt kê như sau:

 Do phân bố không đều giữa các pha trong lưới phân phối và hạ áp

 Do các phụ tải 1 pha lớn trong hệ thống điện như: tàu điện, máy hàn…

 Do các phụ tải có đồ thị phụ tải khác nhau, hệ số đồng thời khác nhau: các tải

có thể đạt max,min tại các thời điểm bất kỳ không trùng nhau

Hình 1.3.7 Mất cân bằng trong hệ thống điện 3 pha

Trang 34

 Trở kháng không đồng đều của các đường dây truyền tải và phân phối cũng

có thể gây ra điện áp mất cân bằng Điều này xảy ra các pha của đường dây truyền tải trên không hoặc phân phối không được chuyển vị đầy đủ

c) Phương pháp phân tích, đánh giá

Mức độ mất cân bằng được đánh giá thông qua phân tích tỷ lệ của các thành phần đối xứng so sánh với thành phần thứ tự thuận

Dựa vào phương pháp các thành phần đối xứng, điện áp ba pha không đối xứng được phân tích thành các thành phần đối xứng (Thứ tự thuận [TTT], Thứ tự nghịch [TTN], Thứ tự không [TTK],) được thể hiện trong phương trình sau:

{

U̇a = U̇a0 + U̇a1 + U̇a2

U̇b = U̇a0 + a2U̇a1 + aU̇a2

U̇c = U̇c0 + aU̇a1 + a2U̇a2

İa = İa0 + İa1 + İa2 İb = İa0 + a2İa1+ aİa2 İc = İc0 + aİa1 + a2İa2

Hình 1.3.8 Minh họa quá trình phân tích/tổ hợp một hệ thống điện áp ba pha không

đối xứng thành các thành phần đối xứng và ngược lại

Trang 35

Trong đó: 𝑎 = 𝑒𝑗120 = 1 1200 = −1

2+ i√3

2 : gọi là toán tử quay

Từ hệ phương trình điện áp ở trên ta suy ra được:

Hệ số mất cân bằng K:

Theo tiêu chuẩn châu Âu để đánh giá mức độ mất cân bằng có thể dựa theo tỷ lệ so sánh tỷ lệ giữa thành phần thứ tự nghịch hoặc thứ tự không với thành phần thứ tự thuận

Phương thức khác để đánh giá mức độ mất cân bằng là dựa theo độ chênh lệch điện

áp lớn nhất so với điện áp trung bình của ba pha:

Tỷ lệ mất cân bằng = Độ chênh lệch điện áp lớn nhất so với điện áp trung bình

Điện áp trung bình của ba pha x100%

d) Các ảnh hưởng của hiện tượng mất cân bằng điện áp (dòng điện)

 Đối với động cơ

Các động cơ vận hành với điện áp mất cân bằng sẽ giảm hiệu suất: do thành phần thứ tự nghịch sẽ sinh ra các mô-men ngược chiều, dẫn tới làm giảm mô-men và tốc

Trang 36

độ của động cơ Ngoài ra có thể gây ra các mô-men dạng xung, hệ quả là gây ra tiếng ồn và rung

Thành phần điện áp thứ tự nghịch gây ra dòng thứ tự nghịch rất lớn Mức độ mất cân bằng dòng điện có thể gấp 6-10 lần mức độ không cân bằng điện áp Hiệu ứng

sẽ nặng hơn khi mà động cơ làm việc non tải dẫn tới mất cân bằng dòng điện, có thể được vượt quá 30%

Khi điện áp mất cân bằng thì gây ra quá nhiệt và ảnh hưởng tới tuổi thọ cách nhiệt,

do vậy có thể phải giảm công suất động cơ để tránh quá nhiệt

 Ảnh hưởng các bộ biến tần và thiết bị điện tử

Các bộ biến tần và thiết bị điện tử hầu hết sử dụng các bộ chỉnh lưu trong

mạch điện:

Hình 1.3.9 Ảnh hưởng của mất cân bằng điện áp tới dòng điện trong động cơ

Hình 1.3.10 Sơ đồ cấu tạo của bộ biến tần dùng cho động cơ

Trang 37

Khi điện áp cân bằng: sóng hài song hài sinh ra có bậc là: h=kq ±1

Trongđó:

 k=1, 2, 3, 4…

 q: Số xung của bộ chỉnh lưu (6, 12, 24)

 Thành phần sóng hài xuất hiện trong dòng điện: 5, 7, 11, 13…

Khi điện áp đầu vào không cân bằng: sóng hài sinh ra có bậc là bội số của 3 như: 3,9,12…Dẫn tới có thành phần thứ tự không và sẽ làm ảnh hưởng như phát nóng các điôt, các tụ của thiết bị điện tử trên thực tế mức độ mất cân bằng dòng điện trầm trọng hơn so với điện áp

 Ảnh hưởng tới đường dây

Khi mất cân bằng dòng điện: làm quá tải một pha dẫn tới giảm công suất truyền tải trên toàn bộ 3 pha

Gây quá tải dây trung tính và thiết bị bảo vệ có thể hoạt động

1.3.5 Hiện tượng chớp nháy điện áp

1.3.5.1 Định nghĩa hiện tượng chớp nháy điện áp

Dao động điện áp là những biến đổi có tính hệ thống của biên độ dạng sóng điện áp Nhìn chung, những biến đổi này nằm trong khoảng từ 0,1% đến 7% điện áp danh định với tần số dưới 25 Hz Hiện tượng này gây ra nhấp nháy về ánh sáng phát ra của các đèn chiếu sáng và được gọi chung là hiện tượng nhấp nháy điện áp Hiện tượng nhấp nháy điện áp có thể gây ra khó chịu cho người đang làm việc hay không tùy thuộc rất nhiều vào biên độ dao động điện áp cũng như tần số biến đổi của điện

áp này

Dao động điện áp và nhấp nháy điện áp là hai thuật ngữ khác biệt về mặt kỹ thuật, nhưng thường có sự nhầm lẫn khi dùng hai thuật ngữ này

Trang 38

Tuy nhiên, dao động điện áp và hiện tượng nhấp nháy có liên quan mật thiết với nhau Có thể coi nhấp nháy điện áp là hệ quả của dao động điện áp với một tần số thích hợp vì dao động điện áp làm cường độ chiếu sáng thay đổi (Hình 1.3.11) Trên thực tế, những biến đổi điện áp với biên độ thấp đến 0,5% có thể làm phát sinh hiện tượng nhấp nháy và gây khó chịu nếu tần số biến đổi nằm trong phạm vi từ 6Hz đến

Trang 39

Tương tự, các tải điện nhỏ như máy hàn, cần trục và thang máy, có thể gây ra hiện tượng dao động điện áp và nhấp nháy tùy vào khu vực của hệ thống điện mà chúng được kết nối

1.3.5.3 Các ảnh hưởng của chớp nháy điện áp

Hiện tượng nhấp nháy được coi là tác động lớn nhất của dao động điện áp vì nó có thể tác động đến môi trường sản xuất bằng cách gây mệt mỏi cho người làm việc và làm giảm mức độ tập trung trong công việc Thêm vào đó, dao động điện áp có thể khiến thiết bị điện và điện tử chịu tác động có hại có thể làm gián đoạn quá trình sản xuất với mức chi phí thiệt hại tương đối cao

Chỉ số đánh giá độ nhấp nháy điện áp được chia ra các cấp (ký hiệu bằng chữ P

“Perceptibility Index”: chỉ số cảm quan):

 Chỉ số đánh giá độ nhấp nháy tức thời Pins

 Chỉ số đánh giá độ nhấp nháy ngắn hạn PST (tính trong khoảng thời gian 10 phút)

 Chỉ số đánh giá độ nhấp nháy dài hạn PLT (tính trong khoảng thời gian 2 giờ Các yếu tố này chỉ tác động của dao động điện áp lên việc chiếu sáng và ảnh hưởng của nó đối với con người, ví dụ giá trị PST lớn hơn 1 ứng với trường hợp nhấp nháy điện áp gây ra sự cảm nhận khó chịu cho 50% số người tham gia quan sát

Trang 40

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CÁC TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 Mục đích sử dụng của các tiêu chuẩn đo lường, đánh giá chất lượng điện

áp

Mục tiêu của luận văn là xây dựng khối đo lường chất lượng điện áp dựa

theo các tiêu chuẩn được sử dụng là EN50160 và IEC 61000-4-30

Tiêu chuẩn IEC 61000-4-30 sẽ được áp dụng trong việc xây dựng các khâu của khối đo lường điện áp Kết quả thu thập được của khối đo lường này sẽ được đánh giá dựa trên tiêu chuẩn EN50160 để chỉ báo cho khách hàng hoặc công ty điện lực biết về ngưỡng CLĐN hiện đang được cung cấp Các thiết bị giám sát CLĐN phải thu thập lượng dữ liệu rất lớn, do đó nếu lưu trữ dữ liệu liên tục có thể gây tốn kém về mặt đầu tư Các giá trị qui định theo tiêu chuẩn EN50160 cũng là cơ sở để tính toán lựa chọn các ngưỡng bắt đầu giám sát và bắt đầu ghi số liệu cho thiết bị đo lường dài hạn, do đó thiết bị có thể vẫn giám sát nhưng chỉ bắt đầu ghi dữ liệu cần thiết khi vượt quá giới hạn cho phép, do đó có thể giúp hạn chế bớt dung lượng dữ liệu cần lưu trữ

Hai tiêu chuẩn này qui định về rất nhiều tham số liên quan tới chất lượng điện áp, tuy nhiên trong phạm vi của luận văn thì khối đo lường điện áp được xây

dựng tập trung vào đo các tham số như: giá trị hiệu dụng, tần số, mức độ sụt áp ngắn hạn (voltage sag), mức độ mất cân bằng điện áp và sóng hài điện áp Do đó

chỉ những phần liên quan đến các thông số trên của hai tiêu chuẩn sẽ được giới thiệu chi tiết

2.2 Tiêu chuẩn IEC 61000-4-30:2008 áp dụng trong việc đo lường các hiện tượng CLĐN

2.2.1 Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn

Tiêu chuẩn IEC 61000-4-30 đưa ra các phương pháp để đo lường và phân tích các tham số về CLĐN trong lưới điện xoay chiều 50/60 Hz

Định dạng
Số trang	145
Dung lượng	5,31 MB