Nghiên cứu ảnh hưởng của đặc tính biên độ tần số và pha tần số lên độ chính xác của các bộ biến đổi điện áp kiểu dung

1- TÊN ðỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng của ñặc tính biên ñộ - tần số và pha – tần số lên ñộ chính xác của các bộ biến ñổi ñiện áp kiểu dung.. 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: -Xây dựng một mô hình t

Trang 2

CÔNG TRÌNH ðƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA

ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ tại trường ðại học Bách Khoa , ðHQG Tp HCM ngày …… tháng ……… năm 2010 Thành phần Hội ñồng ñánh giá luận văn thạc sĩ gồm : 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội ñồng ñánh giá Luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn ñã ñược sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội ñồng ñánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

Trang 3

TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ðIỆN – ðIỆN TỬ ðộc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp HCM, ngày 2 tháng 7 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: BÙI QUÝ THẠCH Phái: …Nam…………

Ngày, tháng, năm sinh: 01/04/1967 Nơi sinh: TP HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ðIỆN

MSHV: 01808319

1- TÊN ðỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng của ñặc tính biên ñộ - tần số và pha – tần số lên ñộ chính xác của các bộ biến ñổi ñiện áp kiểu dung 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: -Xây dựng một mô hình toán học mới của một bộ phân áp kiểu dung tổng quát ở n phần tử, có xét ñến ảnh hưởng của các thông số ñiện trở rò, ñiện cảm, tụ ký sinh giữa bộ phân áp với ñất và với cực cao áp Chứng minh mối quan hệ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào trường hợp tổng quát n phần tử -Xác ñịnh biểu thức hàm truyền, ñặc tính biên ñộ - tần số và pha –tần số trong miền tần số của bộ phân áp kiểu dung tổng quát Khảo sát , nhận xét, ñánh giá các ảnh hưởng của các thông số cấu thành trong phần tử của bộ phân áp kiểu dung trên ñặc tính biên ñộ -tần số và ñặc tính pha –tần số từ ñó xác ñịnh ảnh hưởng của các thông số phần tử ñến ñộ chính xác của phép ño ñể ñề xuất biện pháp làm giảm sai số -Sử dụng một phần mềm tin học (Matlab) ñể mô phỏng nhằm thể hiện trực quan các ảnh hưởng trên ñặc tính biên ñộ - tần số , pha – tần số của hàm truyền, tín hiệu vào và ra của bộ phân áp, sai số giữa tín hiệu ra và tín hiệu mẫu bằng các ñồ thị 2 chiều hay 3 chiều (theo thông số giá trị phần tử gây ảnh hưởng) Nhận dạng vùng ảnh hưởng của các phần tử cấu thành bộ biến ñổi ñiện áp cao áp tới sai số phép ño -ðưa ra các biện pháp, ñề xuất với các nhà sản xuất trong thiết kế, chế tạo, sản xuất bộ phân áp cao áp nhằm nâng cao ñộ chính xác, giảm sai số ño 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 25/01/2010

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/7/2010

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi ñầy ñủ học hàm, học vị ):

Tiến sĩ HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG

Nội dung và ñề cương Luận văn thạc sĩ ñã ñược Hội ðồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

(Học hàm, học vị, họ tên và chữ ký) QL CHUYÊN NGÀNH

TS HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Hồ Văn Nhật Chương, ñã tận tụy hướng dẫn cụ thể từng bước trong nghiên cứu và giải quyết từng vấn ñề, giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ñến các thầy cô giảng dạy tại Trường Bách Khoa TP HCM, nhất là các thầy cô thuộc Khoa

ðiện – ðiện tử ñã truyền ñạt kiến thức ñể tôi có thể hoàn

thành nhiệm vụ

Tôi cũng xin cảm ơn gia ñình, bạn hữu là nguồn ñộng viên, giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Bùi Quý Thạch

Trang 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Việc nghiên cứu các thiết bị ño lường các thông số của mạch ñiện cao áp là một công việc khó khăn, tốn kém Do ảnh hưởng của môi trường ñiện áp cao, các thông số như ñiện trở rò, ñiện dung ký sinh … trong các phần tử của mạch tham gia vào quá trình hoạt ñộng có thể gây ra sai số ñáng kể làm ảnh hưởng ñến việc ño lường, bảo vệ của toàn hệ thống ñiện Khảo sát ảnh hưởng của các ñại lượng này thực sự là một quá trình không ñơn giản Chúng ta có nhu cầu lớn trong việc nghiên cứu và ñề xuất các biện pháp cho việc chế tạo, lựa chọn thiết bị, dụng cụ ño lường cho các tín hiệu ra có sai số cho phép ñể ñảm bảo hoạt ñộng an toàn , tin cậy cho hệ thống ñiện

Luận văn này nghiên cứu, xây dựng một mô hình toán học cho các dạng bộ phân áp tiêu biểu ñang ñược sử dụng thông dụng hiện nay trên lưới ñiện Xây dựng biểu thức hàm truyền có xét ñến các giá trị ký sinh trong mạch ñiện cao áp và phân tích ảnh hưởng của các giá trị thông số này ñến ñộ chính xác hay sai số của phép ño

Từ ñó giúp ñịnh hướng trong chế tạo, sản xuất các thiết bị, dụng cụ ño có ñộ chính xác cao

Luận văn gồm 4 chương

Chương 1 Các loại máy biến ñiện áp kiểu dung sử dụng

trong hệ thống ñiện

Chương 1 trình bày vai trò, chức năng của máy biến ñiện áp trong hệ thống ñiện, gồm các nội dung:

- Vai trò, chức năng của máy biến ñiện áp ño lường

- Các loại máy biến ñiện áp thông dụng: cấu tạo, nguyên lý, phân loại, các thành phần chính

- Các loại bộ phân áp tiêu biểu

- Mạch triệt tiêu cộng hưởng sắt từ

- Cấp chính xác của thiết bị

Chương 2 Phép biến ñổi Fourier và phổ tần số các tín hiệu cơ bản

Chương 2 trình bày công cụ toán học là phép biến ñổi Fourier ñể khảo sát các dạng tín hiệu trong miền tần số, phương pháp nghiên cứu các ñặc tính biên ñộ - tần số, pha – tần số của hàm truyền, tín hiệu vào và ra liên quan ñến sai số ño

Trang 6

Gồm :

- Phép biến ñổi Fourier và các dạng biến ñổi

- Tìm hiểu biến ñổi Fourier thuận và áp dụng cho trường hợp tín hiệu liên tục

- Tìm hiểu biến ñổi Fourier nghịch và áp dụng cho trường hợp tín hiệu liên tục hay rời rạc

- Áp dụng ñể nghiên cứu một số phổ tín hiệu cơ bản không chu kỳ và có chu kỳ

Chương 3 Mô hình toán học của bộ biến ñổi cao áp kiểu dung bằng phương pháp ñặc tính tần số

Chương 3 trình bày cách xây dựng mô hình toán học của bộ phân áp kiểu dung n phần

tử, xác ñịnh biểu thức hàm truyền và khảo sát các ñặc tính tần số theo ảnh hưởng của các thông số phần tử cấu thành Gồm các nội dung:

- Xác ñịnh hàm truyền bộ phân áp

- Xác ñịnh ñặc tính biên ñộ - tần số và pha – tần số của bộ phân áp

- Khảo sát ảnh hưởng trên ñặc tính biên ñộ tần số và pha tần số của các thông số, trình bày ñồ thị các ñặc tính tần số ở dạng 2 chiều và 3 chiều

Chương 4 Kết luận Các biện pháp Tổng kết

Chương 4 tổng kết từ các nhận xét ảnh hưởng trên ñặc tính tần số của bộ phân áp ñến sai số của phép ño ðề ra các biện pháp khắc phục

Kết quả mà luận văn ñạt ñược sau quá trình nghiên cứu:

- Xác ñịnh hàm truyền bộ phân áp tiêu biểu n phần tử

- Trên cơ sở các ñồ thị ñặc tính tần số dạng 2 chiều và 3 chiều xây dựng bằng chương trình Matlab , phân tích các hàm truyền, phổ tín hiệu vào và ra của bộ phân áp

và ảnh hưởng của các phần tử cấu thành ñến sai số phép ño ðề xuất cách khắc phục, chọn lựa các thông số phù hợp cho bộ phân áp ñể chế tạo thiết bị có ñược sai số ño nằm trong giới hạn cho phép

Trang 7

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ðO LƯỜNG KIỂU DUNG SỬ DỤNG

1.1 Vai trò, chức năng của máy biến ñiện áp ño lường 5

1.2 Phân loại 6

1.3 Giới thiệu một số loại máy biến ñiện áp 6

1.3.1 Máy biến ñiện áp kiểu cảm ứng ñiện từ ……… 6

1.3.2 Máy biến ñiện áp kiểu tụ phân áp ………8

1.3.3 Cấu tạo máy biến ñiện áp kiểu dung 9

1.4 Các loại bộ phân áp ……… 10

1.4.1 Bộ phân áp ñiện trở ……… 10

1.4.2 Bộ phân áp ñiện dung ……… 12

1.4.3 Bộ phân áp dung trở ………15

1.4.4 Bộ phân áp ñiện cảm (L1 – L2) và bộ phân áp (Z1 – Z2) ………… 17

1.5 Mạch triệt tiêu hiện tượng cộng hưởng sắt từ - Ferroresonance Suppression Circuit FSC ………18

1.6 Cấp chính xác của các máy biến ñiện áp ño lường cao áp hiện nay ………… 19

CHƯƠNG 2 PHÉP BIẾN ðỔI FOURIER VÀ PHỔ TẦN SỐ CỦA CÁC TÍN HIỆU CƠ BẢN 20

2.1 Biến ñổi Fourier ……… 20

2.1.1 Biến ñổi Fourier liên tục ……… 20

2.1.2 Chuỗi Fourier ……… 21

2.1.3 Biến ñổi Fourier của tín hiệu rời rạc DTFT ……….22

2.1.4 Chuỗi Fourier rời rạc ……… 23

2.1.5 Biến ñổi Fourier hữu hạn ……… 23

2.1.6 Biến ñổi Laplace ……… 24

2.2 Tìm hiểu biến ñổi Fourier thuận ……… 25

2.3 Tìm hiểu biến ñổi Fourier nghịch ……… 29

2.4 Phương pháp nghiên cứu ñặc tính tần số ……… 31

2.5 Nghiên cứu phổ của các tín hiệu cơ bản ……… 34

2.5.1 Xung dạng hàm mũ ………34

2.5.2 Xung bước nhảy ñơn vị ……… 36

2.5.3 Xung vuông ……… 37

Trang 8

2.5.4 Xung tăng tuyến tính và cắt ở thời gian Tc ……… 382 6 Nghiên cứu các phổ tín hiệu xoay chiều tần số công nghiệp ……… 40

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA BỘ BIẾN ðỔI CAO ÁP KIỂU

DUNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ðẶC TÍNH TẦN SỐ 42

3.1 Xác ñịnh mối quan hệ giữa ñiện áp vào và ñiện áp ra của bộ biến ñổi cao áp kiểu dung Chứng minh mối quan hệ ở n số hạng ………42 3.2 Xác ñịnh ñặc tính biên ñộ - tần số và ñặc tính pha – tần số của bộ biến ñổi ñiện

áp kiểu dung ……… 48 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của ñặc tính biên ñộ - tần số và ñặc tính pha – tần số … 51 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của ñộ rò ñiện của tụ ñiện lên ñặc tính biên ñộ - tần số

và ñặc tính pha - tần số ……… 53 3.3.1.1 Trường hợp ñiện cảm không ñáng kể L =0 ……… 53 3.3.1.2 Trường hợp xét giá trị ñiện cảm L ≠ 0 ……… 60 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của ñiện dung của tụ ñiện dọc bộ phân áp lên ñặc tính biên ñộ - tần số và pha –tần số ……… 69 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của ñiện dung của tụ ký sinh giữa bộ phân áp cao áp với ñất lên ñặc tính biên ñộ - tần số và pha –tần số ……… 78 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của ñiện dung của tụ ñiện ký sinh giữa bộ phân áp với cực cao áp lên ñặc tính biên ñộ - tần số và pha –tần số ……… 89 3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng qua lại khi thay ñổi giá trị của ñiện dung của tụ ký sinh so với ñất và tụ ký sinh giữa bộ phân áp với cực cao áp lên ñặc tính biên ñộ - tần số và pha –tần số ……… 99 3.4 Khảo sát phổ tín hiệu có ảnh hưởng ñến ñặc tính biên ñộ - tần số lên ñộ chính xác của phép ño ……… 106

3.4.1 Khảo sát phổ tín hiệu xung thao tác 250/2500µs ………107 3.4.2 Khảo sát phổ tín hiệu xung thao tác ảnh hưởng ñến ñặc tính biên ñộ tần số lên ñộ chính xác của phép ño ……… 109 3.4.3 Khảo sát phổ tín hiệu xung thao tác ảnh hưởng ñến ñặc tính pha tần

số lên ñộ chính xác của phép ño ……… 113

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN CÁC BIỆN PHÁP PHẦN TỔNG KẾT 117 TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO - PHỤ LỤC

Trang 9

Tài liệu tham khảo:

[1] ðo lường xung ñiện áp cao – Hồ Văn Nhật Chương, Nhà xuất bản ðại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh – 2001

[2] Dr.Fernandes Jr., W.W.A Neves, J.C.A Vasconcelos ” Identification of Parameters for Coupling Capacitor Voltage Transformers ”, Proceedings of the ISPT 2001, pp 463 – 468, Rio de Janeiro, June 24-28, 2001

[3] Dr.Fernandes Jr., W.W.A Neves, J.C.A Vasconcelos, “ A Coupling Capacitor Voltage Transformer Representation for Electromabnetic Transient Studies”, International Conferences on Power Systems Transients –IPST 2003, New Orleans, USA

[4] Y.C.Kang, T.Y Zheng,Y.H.Kim and S.I.Jang,”Compensation of the Secondary Voltage of a CCVT Considering Hysteresis Characteristics of the Core in Time Domain”, International Conference on Power Systems Transients IPST 2007, Lyon France

[5] J.R Lucas, P.G McLaren, W.W.L Keerthipala and R.P.Jayasinghe, ”Improved Simulation Models for Current and Voltage Transformers in Relay Studies”, IEEE Trans On Power Delivery, Vol.7, No.1, pp 152 -159, January 1992

[6] I Izykowski, B.Kaszteny, E.Rosolowski, M.M Saha, and B Hill-strom,

“Dynamic compensation of capacitive voltage transformers”, IEEE Trans Power Del., vol 13, no, I, pp 116-122, Jan, 1998

[7] Miloje Tanaskovic, Abdul Nabi, Slobodan Misur, Paolo Diamanti, Ross Mc Taggart, “Coupling Capacitor Voltage Transformers as Harmonics Distortion Monitoring Devices in Transmission Systems”, IPST’05 ,Montreal, Canada, June

Trang 10

[10] Nguyễn Hoài Sơn - ðỗ Thanh Việt - Bùi Xuân Lâm, Ứng dụng MATLAB trong tính toán kỹ thuật, Tập 1, NXB ðHQG Tp HCM, 2000

[11] Mathematics of the Discrete Fourier Transform (DFT) by J.O Smith, CRMA, Stanford, Winter 2002

[12] Fourier Transform, V.J Deneberg, 1999

[13] High Voltage Engineering, - M.S Naidu, V Kamaraju, 1995

[14] E.Kuffeland M Abdullah 1970 High Voltage Engineering, USA

[15] Advance Engineering Mathematics, Dean D.Duffy, CRC Press LLC, 1998

Trang 11

PHỤ LỤC Hàm biểu thức ñặc tính biên ñộ – tần số của bộ phân áp có các thông số R,

Trang 12

Chương trình biểu diễn ñặc tính biên ñộ - tần số hàm truyền một bộ phân áp R,

L, C, C 1 , C 2 , K có thông số R thay ñổi

Chương trình biểu diễn ñặc tính pha - tần số hàm truyền một bộ phân áp R, L, C,

C 1 , C 2 , K có thông số R thay ñổi

title( 'Dac tinh pha tan so ' );

ylabel( 'Phi (Rads)' );

xlabel( 'f = \omega/2\pi (Hz)' );

Trang 13

Chương trình biểu diễn ñặc tính biên ñộ - tần số một bộ phân áp R, L, C, C 1 , C 2 ,

K có thông số C thay ñổi

Chương trình biểu diễn ñặc tính pha - tần số một bộ phân áp R, L, C, C 1 , C 2 , K

có thông số C thay ñổi

title( 'DAC TINH PHA - TAN SO KHI C THAY DOI ' );

end

Trang 14

Chương trình biểu diễn ñặc tính biên ñộ - tần số một bộ phân áp R, L, C, C 1 ,

C 2 ,K có thông số C 1 thay ñổi

có thông số C 1 thay ñổi

title( 'Dac tinh pha tan so khi C1 thay doi' );

xlabel( 'f = \omega/2\pi(Hz)' );

end

Trang 15

Chương trình biểu diễn ñặc tính biên ñộ - tần số một bộ phân áp R, L, C, C 1 , C 2 ,

K có thông số C 2 thay ñổi

có thông số C 2 thay ñổi

title( 'Dac tinh pha tan so khi C2 thay doi' );

xlabel( 'f = \omega/2\pi(Hz)' );

end

Trang 16

Chương trình biểu diễn ñặc tính biên ñộ - tần số 3D hàm truyền một bộ phân áp

R, L, C, C 1 , C 2 , K có thông số R thay ñổi

set(gca, 'XScale' , 'log' , 'YScale' , 'linear' , 'ZScale' , 'linear' );

title( 'DAC TINH BIEN DO - TAN SO 3D THEO THONG SO R BIEN THIEN' );

zlabel( 'Fo(\omega)' );

ylabel( 'R (\Omega)' );

shading flat

Chương trình biểu diễn ñặc tính pha - tần số 3D hàm truyền một bộ phân áp R,

L, C, C 1 , C 2 , K có thông số R thay ñổi

title( 'DAC TINH PHA -TAN SO 3D VOI THONG SO R THAY DOI' );

zlabel( 'Phi (rads)' );

ylabel( 'R (\Omega)' );

shading flat

Trang 17

R, L, C, C 1 , C 2 , K có thông số C thay ñổi

title( 'DAC TINH BIEN DO - TAN SO 3D THEO THONG SO C BIEN THIEN' );

ylabel( 'C ' );

shading flat

L, C, C 1 , C 2 , K có thông số C thay ñổi

title( 'DAC TINH PHA -TAN SO 3D VOI THONG SO C THAY DOI' );

ylabel( 'C' );

shading flat

Trang 18

R, L, C, C 1 , C 2 , K có thông số C 1 thay ñổi

title( 'DAC TINH BIEN DO - TAN SO 3D THEO THONG SO C1 THAY DOI' );

ylabel( 'C1)' );

shading flat

L, C, C 1 , C 2 , K có thông số C 1 thay ñổi

title( 'DAC TINH PHA -TAN SO 3D VOI THONG SO C1 THAY DOI' );

ylabel( 'C1' );

shading flat

Trang 19

R, L, C, C 1 , C 2 , K có thông số C 2 thay ñổi

title( 'DAC TINH BIEN DO - TAN SO 3D THEO THONG SO C2 BIEN THIEN' ); zlabel( 'Fo(\omega)' );

title( 'DAC TINH PHA -TAN SO 3D VOI THONG SO C2 THAY DOI' );

ylabel( 'C2' );

shading flat

Trang 20

Hàm ñặc tính biên ñộ tần số xung thao tác 250/2500µµµµs

Trang 21

Chương trình biểu diễn ñặc tính biên ñộ tần số của sai số

ylabel( '\epsilon (\omega)' );

title( 'DAC TINH SAI SO BIEN DO' )

Trang 22

Chương trình biểu diễn ñặc tính pha tần số của sai số

ylabel('epsilon (\omega)');

grid

figure

semilogx(f,epsi,'r');

xlabel('f = \omega/2\pi (Hz)');

ylabel('\epsilon (\omega)');

Trang 23

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên : BÙI QUÝ THẠCH

Ngày, tháng, năm sinh: 01/04/1967 Nơi sinh: Saigon

ðịa chỉ liên lạc: Công ty ðiện lực Tân Bình – 90 Lý Thường Kiệt, P.6, Quận Tân Bình, Tổng Công ty ðiện lực TP Hồ Chí Minh

QUÁ TRÌNH ðÀO TẠO

2008-2010: học viên lớp Cao học Chuyên ngành Thiết bị, Mạng và Nhà máy ñiện, trường ðại học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

Từ 1988 ñến nay (2010) công tác tại Công ty ðiện Lực Tân Bình trực thuộc Tổng Công ty ðiện lực TP Hồ Chí Minh

Trang 27

P O

P

O ω = ω Z 8 : 5 7 ^ # <.'

PlOP

O ω

Trang 30

:

Trang 33

U

k OP

V

Trang 35

R R R R

Z [

Z [ R

R

Trang 36

5

5 5

Trang 38

R R

i j

i

R l j

IJ L7 M 67 2 67 2 ;/ < E 8< & 2 & "

8 ^ 2 01 < E ;1

Trang 39

i

iR

H VHaR

RR

i m '

R m '

IJ L7 M 67 2 67 2 ;/ < E 8< 2K ?T

Định dạng
Số trang	142
Dung lượng	6,41 MB