Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng trong hệ thống điện

, cosØ, tần sỐ và các thơng si 5.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bảo cáo nỗi dung thực hiện để tài cấp bộ 20 10 Trang 1-3 Trang 6 Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng

Trang 1

BO CONG THUONG

VIEEINA\ việN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TU, TIN HOC, TU PONG HOA

&

BAO CAO KET QUA THUC HIEN

DE TAI NCKH&PTCN CAP BO NAM 2010

NGHIEN CUU THIET KE CHE TAO MAY PHAN TICH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NANG TRONG HE THONG DIEN

Cơ quan chủ trì: VIÊN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HOC, TU BONG HOA

Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN THẺ VINH

Trang 2

BO CONG THUONG

VIEEINA\ việN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TU, TIN HOC, TU PONG HOA

&

BAO CAO KET QUA THUC HIEN

DE TAI NCKH&PTCN CAP BO NAM 2010

NGHIEN CUU THIET KE CHE TAO MAY PHAN TICH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NANG TRONG HE THONG DIEN

CO QUAN CHU TRI CHỦ NHIỆM ĐÈ TÀI

VIỆN TRƯỞNG

Trang 3

MỤC LỤC PHAN 1 MỞ ĐÀU 1.1 Tổng quan 1.2 Phân loại chất lượng điện năng theo tiêu chuẫn quốc tế

1.2.1 Hiện tượng chuyển tiếp nhất thời

1.2.2 Các biến thiên điện áp trong thời gian ngắn 1.2.3 Các biến thiên điện áp trong thời gian dài

1.2.4 Méo dang séng 1.2:6 Dao động điện áp 1.2.8 Các biến đối tằn số

1.2.7 Mất cân bằng điện ái

1.3 Các chỉ tiêu về chất lượng điện năng của Việt Nam [BỊ

1.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84

1.3.2 Nghị định số 45/2001/NĐ-CP của Chính phủ 1.3.3 Quy phạm trang bị điện của Bộ Cơng nghiệp

1.4 Các thiết bị giám sát chất lượng điện năng 1.4.1 Các thiết bị phân tích chất lượng điện năng

1.4.2 Data Logger va Chart Recorder

1.4.3 Các déng hé do RM!

1.5 Cấu hình chung của một thiết bị phân tích chất lượng điện năng

1.6 Các vị trí cần kiểm tra về chất lượng điện năng 1.7 Mục tiêu của đề tài

1.8 Nội dung nghiên cứu

1.8 Mơ tả phương pháp nghiên cứu PHAN 2 THIET KE PHAN CUNG

2.1 Thiết kế tổng thể thiết bị phân tích chất lượng điện năng 2.1.1 Cơ sở và quan điểm thiết kế phần cứng

2.1.2 Câu hình phân cứng của thiết bị

2.1.3 Đặc điểm của thiết bị phân tích chất lượng điện năng của đề tài 2.2 Lựa chọn vật tư linh kiện đễ thiết kế các module

2.2.1 Lựa chọn bộ chia tỷ lệ và cách ly điện áp 2.2.2 Lựa chọn bộ chia tỷ lệ và cách ly dịng điện

2.2.3 Lựa chọn linh kiện để thiết kế bộ lọc Anti-aliasing filter 2.2.4 Lựa chọn linh kiện cho bộ chuyển đổi tương tu/số ADC 2.2.5 Lựa chọn linh kiện cho truyền thơng

2.2.8 Lựa chọn bộ xử lý trung tâm

2.2.7 Lựa chọn bộ nguồn cung cất

2.3 Nghiên cứu thiết kế module HMI

2.3.1 Màn hình hiễn thị Graphic LCD (GLCD 2.3.2 Bàn phím

2.3.3 Thiết kế khối truyền thơng RS485

2.4 Nghiên cứu thiết kế module xử lý tính tốn

Trang 4

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng

2-45 2-48 2-51

2-62

2.4.1 Thiết kế khối chia tỷ lệ và cách ly điện áp

2.4.2 Thiết kế bộ chia tỷ lệ và cách ly đồng điện và bảo vệ 2.4.3 Thiết kế bộ lọc thơng thấp cho các đầu vào dịng điệi 2.4.4 Thiết kế bộ lọc thơng thấp cho các đầu vào điện áp

2.4.5 Thiết kế module chuyển đối tương tỰ sang số 2-63

2.4.8 Thiết kế module xử lý trưng tam 2-83

PHAN 3 THIET KE PHAN MEM 3-55

3.1 Cơ sở và quan điễm thiết kế phần mềm nhúng 3-55 3.2 Thiét ké chương trình phần mềm HMI „3-58

3.2.1 Module chương trình cài đặt các thơng s „3-88

3.2.2 Module chương trình truyền thơng nội bộ 3-59

3.3 Thiết kế chương trình phần mềm xử lý tính tốn „3-85

3.3.1 Chương trình xỬ lý tín hiệu tương tư „3-85 „ 3-68 „3-71 3.3.2 Chương trình tính tốn các thơng số điện 3.4 Thiết kế phần mềm máy tính 3.4.1 Thiết kế các module -371

3.4.2 Một sỐ giao diện phần mềm máy tính .3-73 PHAN 4 THU NGHIEM THIET BI 475

4.1 Mục tiêu, nội dung thử nghiệm trong phịng thí nghiệm -4-78

4.1.1 Mục tiêu thử nghiệm -4-78

4.1.2 Nội dung thử nghiệm trong phịng thí nghiệm -4-78

4.2 Cấu hình và bài tốn phục vụ thử nghiệm tại phịng thí nghiệm

4.2.1 Thiết lập kết nổi dây phần cứng module phân tích đồng điệ 4.2.2 Thử nghiệm chức năng phân tích điện áp

4.3 Kết quả thử nghiệm tại phịng thí nghiệm 4.4 Mục tiêu, nội dung thử nghiệm thực tế 4.4.1 Mục tiêu thử nghiệm 4.4.2 Nội dung thử nghiệm thực 4.5 Gấu hình phục vụ thử nghiệm 4.6 Tổ chức thực hiện - +78 „ 4-76 -4-77 477 4-78 4-78 4-79 4-79 4-80 4.7 Kết quả thử nghiệm thực tế 4-80 PHAN 5 PHULUC BAO CAO 5-81 5.1 Phụ lục 1: Thiết kế cơ khí 5-81 5.1.1 VO may - 6-81 5.1.2 Kiểu vỗ „5-81 5.1.3 Mặt trước -6-81 6-81 „ 6-82 - 6-83 - 5-84 „5-84 6-86 5.1.4 Phần thân PQA-10-1

5.1.5 Giắc đấu nĩi

5.1.6 Hình ảnh máy phân tích chất lượng điện năng PQA-10-1 5.2 Phụ lục 2: Các bản vẽ thiết kế phần cứng 5.2.1 Các bản về thiết kế phần cứng 6.2.2 Sơ đồ nỗi day module do áp

Bảo cáo nỗi dung thực hiện để tài cấp bộ 20 10 Trang 1-2

Trang 5

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng 5.2.3 Sơ đồ nổi đây module đo dịng điệi 5.3 Phụ lục 3: Hướng dẫn vận hành PQA-10-1 5.3.1 Giao diện hiễn thi 5.3.2 Các phím chức năng 5.3.3 Các LED chỉ thị 5.3.4 Màn hình hiễn thị GLCD 128x64 5.3.6 Trạng thái của các LEI

5.3.6 Màn hình hiển thị ban đầu khi PQA-10-1 được cấp điện 5.3.7 Trang phân tích địng điện

5.3.8 Trang phân tích điện áp 5.3.9 Trang phân tích cơng su:

5.4 Phụ lục 4: Các nguơn điều hồ và ảnh hưởng của nĩ

5.4.1 Tả tiêu dùng 5.4.2 Tải cơng nghiệp

5.4.3 Các tính chất đáp ứng tần số của hệ thống 5.4.4 Ảnh hưởng của điều hồ đến các thiết bị

5.5 Phụ lục 5: Các kết quả thử nghiệm thực tế và biên bản kiểm tra hiệu chuẩn , cosØ, tần sỐ và các thơng si 5.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 6

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

144 Tổng quan

"Thuật ngữ “chất lượng điện năng” (thuật ngữ tiếng anh là Power Quality, viết

tắt là PQ) là một khái niệm khĩ định nghĩa, di m cho câu trả lời chính xác cho câu

hỏi chất lượng điện năng là gì? chất lượng điện năng là một vấn dé hay là một sản phẩm thương mại? câu trả lời phụ thuộc vào quan điểm của mỗi người Trong [2], R.C Dugan viết Cĩ rất nhiều định nghĩa khác nhau về chất lượng điện năng, điều

này tuỳ thuộc vào vị trí của người đưa ra định nghĩa Ví dụ như người cung cắp điện

định nghĩa chất lượng điện năng là độ tín cậy và đưa ra các thống kê về độ tín cậy

Các nhà quản 1ý điện cũng đưa ra các tiêu chuẩn dựa trên quan điểm này Nhưng

chất lượng điện năng xét đến cùng là một vấn để chỉ phối hộ sử dụng, và vị trí hộ sử dụng điện xét đến chiếm vị trí hàng đầu Và vì thế R.C Dugan định nghĩa chất lượng điện năng là bất kì mật vấn đà điện năng nào thể hiện qua sai lệch của điện

áp, dịng điện hay tân số dẫn đến các thiết bị của người sử dụng bị hơng hoặc hoạt động sai, Cac cơ quan tiêu chuẩn hố quốc tế cũng đã bắt đầu định nghĩa và phân

loại hố các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện năng, Định nghĩa được đưa ra

trong từ của IEEE, bắt nguồn từ IEEE Emerald Book, đã cho rằng: chất lượng

điện năng là một khái niệm của việc nỗi nguén và nối đất cho các thiết bị nhạy cảm

mà theo cách đĩ là phù hợp cho việc hoạt động của các thiết bị [3] Vào năm 2000

IEC đã bắt đầu cĩ bước khởi đầu trong khi định nghĩa về chất lượng điện năng, kết quả là đưa ra được một bản dự thảo và đề nghị việc định nghĩa chất lượng điện năng theo cách sau: Chất lượng điện năng là một bộ các thơng số xác định các đặc tính

của nguồn cung cấp khi phân phối cho người sử dụng ở các điều kiện hoạt động bình thường dưới dạng ngudn cung cấp hoạt động liên tục và các tính chất của điện áp(sự đối xứng, tần số, biên độ và dạng sĩng) [3] Tuy nhiên định nghĩa này gây ra

rất nhiều sự hiểu nhằm, do vậy định nghĩa đã được sửa lại là: Chất lượng điện năng là các tính chất điện tại một điểm cho trước trên một hệ thắng điện, được đánh giá

sơ sánh với một bộ các thơng số kĩ thuật tham khảo(với một chú ý đi kèm là: trong

mội vài trường hợp, các thơng số này cĩ thể liên quan đến độ tương thích giữa điện

Bảo cáo nỗi dung thực hiện để tài cấp bộ 20 10 Trang 14

Trang 7

năng được cung cấp trên mạng và các tải được kết nối với mạng đĩ ) [3] Hình vẽ 1 minh họa sự gia tăng hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực chất lượng điện trên thế

giới (wích trong tài liệu “Signal processing of power quality distubances”, , Math H.J Bollen, 2006) 1000) 800 600 400 200 1970 1975 1080 168E “1990 1995 2000 2005

Hình 1 Biểu đồ về sự quan tâm đến chất lượng điện năng

Do các yêu cầu của thực tế là các thiết bị điện ngày càng được sử dụng nhiều,

điện đã thành một sản phẩm kinh doanh thương mại cĩ giá trị lớn nên các nhà cung

cấp điện cũng như hộ sử dụng điện ngày càng quan tâm đến chất lượng điện năng

hơn Ngay từ khi khái niệm chất lượng điện năng được đưa ra đầu thập kỉ 80 của thế

kỉ 20

Ip tức nĩ đã trở thành một khái niệm gây tranh cãi, cho đến ngày nay thì cịn

rất nhiều các bất đồng về việc sử dụng khái niệm trên, về cách định nghĩa nĩ và việc

áp dụng nĩ thế nào cho chính xác Nguyên nhân chính là rất khĩ cĩ thể định nghĩa

một đại lương vật lý kiểu năng lượng, và vì thế một số khái niệm khác đã được sử

dụng để thay thế cho khái niệm nầy Một trong các khái niệm này là “chất lượng

điện áp”, nĩ được sử dụng rất nhiều trong các tài liệu của châu Âu và được hiểu là

chất lượng của sản phẩm do nhà cung cấp phân phối cho hộ sử dụng Khái niệm tiếp

theo bổ sung cho khái niệm trên là “chất lượng dịng điện”, nĩ được định nghĩa là

sự sai lệch của dạng sĩng dịng điện với dịng điện sin lý tưởng, Một khái niệm tiếp

theo là “chất lượng nguồn cưng cấp” (quality of supply) nhung khái niệm này cũng

khơng được sử dụng nhiều Khái niệm nữa là “chất lượng tiêu thụ” (quality of

consumption), nhưng cũng giống trên, khái niệm này ít được dùng trong ngành cơng

Trang 8

nghiệp điện cho nên khơng nên quan tâm nhiều đến nĩ Trong các tiêu chuẩn, thuật ngữ chất lượng điện năng đã được chính thức sử dụng rất nhiều nơi Ở Mỹ trong

tiêu chuẩn của IEEE (Institue of Electic and Electronic Engineers), một trong các tiêu chuẩn của SCC ( Standard Coordinate Committees), cụ thể là SCC 22 đã chính

thức chấp nhận thuật ngữ chất lượng điện năng Mặc dù trong các tài liệu (tiêu chuẩn) của IEC (Itemational Electrotechnical Commission), một tổ chức thiết lập các tiêu chuẩn về điện quốc tế, thuật ngữ chất lượng điện năng khơng hề xuất hiện chính thức, mãi cho đến năm 2002 trong một bản dự thảo tiêu chuẩn của IEC thuật ngữ chất lượng điện năng mới được sử dụng lần đầu tiên

Chất lượng điện năng là một vấn đề cĩ ý nghĩa chiến lược đối với tồn ngành

điện, các nhân viên kỹ thuật vận hành, khai thác, bảo dưỡng, quản lý, các nhà chế

tạo thiết bị vì các lý do sau đây:

a Tinh chất cạnh tranh của nền kinh tế đồi hỏi điện năng phải được đảm bảo

thường xuyên với chất lượng tốt

a_ Việc sử dụng ngày càng rộng các phụ tải nhạy cảm với chất lượng điện như

máy tính, thiết bị đo lường-điều khiển, hệ thống thơng tín liên lạc đồi hỏi

phải được cung cấp điện với chất lượng cao

a_ Việc suy giảm chất lượng điện làm cho thiết bị vận hành với hiệu suất thấp, tuổi thọ bị giảm

a_ Thị trường điện (trên thế giới) là thị trường mở tự do, các xí nghiệp cĩ khả

năng lựa chọn các nhà cưng cấp điện cĩ chất lượng cao hơn

Mục đích cuối cùng của vấn đề nghiên cứu phân tích chất lượng điện năng là để giải quyết nâng cao chất lượng điện năng và tiết kiệm điện (trong để tài này

khơng thực hiện vấn để nâng cao chất lượng điện năng và tiết kiệm điện) Giải

quyết vấn để chất lượng điện năng phụ thuộc vào việc thu thập dữ liệu cĩ ý nghĩa

tại địa điểm tối ưu hoặc tại các địa điểm và trong một khung thời gian nhạy cảm Để cĩ được dữ liệu hữu ích và xác đáng, thì cần sử dụng dụng cụ phù hợp nhất cho một ứng dụng cụ thể, ví dụ các đồng hồ đo, ghi và phân tích điện thậm chí là một hệ

thống SCADA, Hầu hết các vấn đề chất lượng điện năng mà khơng được cơng nhận là do sử dụng các dụng cụ khơng phù hợp cho các ứng dụng đĩ Vấn đề này rất

Trang 9

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng quan trọng vì đầu tư nâng cấp chất lượng đi năng phải cần một khoản kinh

phí rất lớn và cĩ thể sẽ dấn đến sự tăng lên giá Để kiểm tra xem trên thực tế cĩ cần tiến hành những khoản đầu tư cải thiện chất lượng điện năng hay khơng, thì

việc kiểm tra chất lượng nguồn cung cắp cĩ tính quyết định Việc kiểm tra này cũng giúp tìm ra các nguồn gây gián đoạn và cho phép so sánh chất lượng điện năng tại

những vị trí khác nhau Một ví dụ thực tế là đối với các khách hàng tiêu thụ điện tại An Độ hiện nay, việc gián đoạn cung cấp điện và mức điện áp thấp là vấn đề cần

quan tâm liên tục, khơng ngừng Các cơng ty lực thừa nhận các vấn để này và

đang tiến hành những đầu tư lớn nhằm cải thiện chất lượng điện năng Ð: hành

giải quyết chất lượng điện năng, 3 thiết bị thu thập đữ liệu ESMI đã được lắp đặt tại

"Thành phố Pune Dữ liệu từ các vị trí này sẽ được tải xuống theo chu kỳ và cơng bố trên trang web của Prayas Các kết quả thu được rất kém khi tham chiếu tới các tiêu chuẩn tại Châu Âu và Bắc Mỹ Trong tuần kiểm tra đầu tiên:

a_ Điện áp định mức chỉ được duy trì tới 23% thời gian

a_ Điện áp thấp chiếm đến 69% thời gian

a_ Điện áp rất thấp ở mức 7% thời gian

a_ Mắt nguồn cung cấp điện là 1% thời gian

Con số 1% cuối cùng cĩ nghĩa rằng cứ một tuần thì sẽ cĩ Ih45 phút mắt điện Bảng 1 trình bày kết quả kiểm tra tại Thành phố Pune Hình 2 minh hoa dang sĩng điện áp theo thời gian đo đếm

Bảng 1 Kết quả kiểm tra tại Pune, theo [2] Gián đoạn tạm thời (<3 phú) Gián đoạn ngắn: a 4:30phut 3 26 b 31+60phút 1 32 Gián đoạn kéo dài a 61+180phút Ế 86 b >3 giữ - - Tổng cộng: 5 144

Bảo cáo nội dung thực hiện để tái cấp bộ 20 10 Trang 17

Trang 10

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng Điện áp Ảnh mức 225 150 i gr4 a 000 400 800 1200 1800 2000 (gid)

Hình 2 Dang sĩng điện áp theo thời gian đo đếm

1.2 Phân loại chất lượng điện năng theo tiêu chuẩn quốc tế

Khởi đầu từ cách phân loại các yếu tố chất lượng điện năng của IEC, uỷ ban

hợp tác các tiêu chuẩn 22 của IEEE (IEEE SCC22) đã phát triển các thực tế được khuyến nghị cho việc giám sát chất lượng điện năng được trình bày trong [1] IEEE

đã phân loại các yếu tố chất lượng điện năng dựa trên tần số, khoảng thời gian tồn

tại và biên độ của của mỗi yếu tố Trên cơ sở đĩ, IEEE đã thành lập được bảng tổng phân loại và tính chất của các hiện tượng điện từ của hệ thống điện, bảng 2 đưa ra

các thơng tin tuân theo tần số, khoảng thời gian, biên độ tương ứng với các hiện

i rat nhiễu cơ

tượng điện từ của mỗi yếu tố được phân loại Hiện nay trên thế gi

quan quản lý điện, tiêu chuẩn hay các hãng sản xuất sử dụng bảng phân loại yếu tố

chất lượng điện năng IEEE

Bảng 2 Phân loại và tính chất của các hiện tượng điện từ hệ thống điện Phân loại "Tân số điển hình Khoăng thời gian en độ điện ấp điển hình Transient 11 Xury TI Nano gig Sons Bn <30n 1.12 Micro giây Tu lấn, 30 ns- lms 113 Mii gia 0 Leis tan xims 12 Dao độn, 12.1 Tân số thập, EErrn 0.3.50 ms 4 pu 1.2.2 Tan số trung bình 5-500Hz Em 0-8 pu 12.3 Tân số cao 955MN: Em 04 pu

2 Các biển đội thời gian ngăn 2.1 Tie thdi (instantaneous)

21.1 Ngất 0,5-30chukì 01 pu

2.1.2 Lom 05-30 chuki 01-05 pu

21.3 Loi 05-30 chuki LELS pu

2.2 Thống qua (Momentary)

Trang 11

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng EIEmIET 01 pa 30-chu kina s 01-05 pa 30-chu kia s LL pu 2.3 Tam thoi [Temporany) 22.1 Ngất 3s—I phút 01 pu 2.2.2 Lom 3s—1 phút IIEZTn 22.3 Loi 3s—1 phút TEL? pu

3 Các biên đơi thời gian đài

Ä-I Ngất duy trì >1 phút 00pu

3.2 Dưới điện áp > 1 phút 0,8-09 pu

3.3 Quá điện äp > 1 phút 112 pu

4 Mất cân bằng điện ấp Ổn định 05-20

5 Mếo dạng sĩn

3.1 DCsffset Ơn đình O-01%

5.2 Hài hài 0-100" Ơn định 0-20%

5.3 Các nội điều hồ [ETTH Ơn định 0.2m

5.4 Noichin Ơn định

5-5 Nhiều Bằng tân rộn; Ơn định 0£

- Dao động điện áp <25H: Liên ep LIEL2

T Biên đối tân số 10s

‘Chi ý: s=giây, ns=nano giây, Is = micro giây, ms = mìli giây, kHz = kilohertz, MHz = megahertz, pulper unit) đơn vị tương đối

1.2.1 Hiện tượng chuyễn tiếp nhất thời

Hiện tượng chuyển tiếp nhất thời (thuật ngữ tiếng anh là Transient) 1a cdc

nhiễu mà xuất phát từ rất nhiều nguyên nhân: ví dụ đĩng cắt tụ điện, phĩng điện trong đền ballast, chúng cĩ thể được xếp vào các loại nhiễu xưng và nhiễu dao

động Các nhiễu xưng xuất hiện trong khoảng thời gian nhỏ hơn Ims, đạt giá trị

đỉnh và từ giá trị đỉnh xuống rất nhanh Các dao động ¿zansierm nĩi chung là cĩ thời

gian tồn tại nhỏ hơn một chu kì dao động (tần số của nguồn kích thích) và thường

cĩ tần số dao động trên 5kHz Thuật ngữ ¿ransient đã được sử dụng trong phân tích

các biến đổi hệ thống điện năng để chỉ ra một sự kiện khơng theo mong muốn hoặc mang tính chất tức thời của tự nhiên ?ransien cĩ thể được phân loại thành hai

dang

1.2.1.1 Xung chuyén tiép

Xung chuyển tiếp (thuật ngữ tiếng anh là /mpulsive transient), hinh 3, 1a mét sự thay đổi đột nhiên trong điều kiện làm việc n định của điện áp hoặc dịng điện

hay cả hai mà sự thay đổi này khơng làm thay đổi giá trị cực tính của điện áp hay dong điện (Khởi đầu điện áp hay dịng điện cĩ thể là âm hay đương)

Trang 12

Hinh 3 Impulsive transient 1.2.1.2 Dao động chuyên tiếp

Dao động chuyển tiếp (thuật ngữ tiếng anh 1a Oscillatory transient), hinh 4, Ia sự thay đổi đột nhiên trong các điều kiện ổn định của điện áp và dịng điện hoặc cả

hai mà sự thay đổi này làm thay đổi chiều cực tính của điện áp hay dịng điện bao gồm cả hai giá trị âm và dương Tuỳ theo tần số dao động mà chúng được phân loại

vào tần số thấp (fdd<5kHz), trưng bình (5kHz<fdđ<500kHz) và tần số cao (500kHz<fdd<5MHz) II i m

Hinh 4, Oscillatory transient

1.2.2 Các biến thiên điện áp trong thời gian ngắn

Các biến đổi này bao gồm các loại ngắt thời gian ngắn, điện áp lõm và điện áp

lỗi Mỗi loại khác nhau cĩ thể được xếp loại vào trường hợp tức thời (”rsianeows),

thống qua @nomentary), tạm thời (temporary), điều này phụ thuộc vào khoảng thời

gian tồn tại của chúng Biến đổi điện áp trong thời gian ngắn được chia thành ba

loại khác nhau: tức thời 0,5<t<30 chu kỳ (600ma), thống qua 30 chu kỳ <t<3 s, tạm thời 3s<t<Iphút

Trang 13

1.2.2.1 Lom dién dp Lom

áp (thuật ngữ tiếng anh là Voltage sag hoặc Vottage dịp), xem hình 5, đã được sử dụng để mơ tả độ suy giảm của điện áp trong một khoảng thời gian nào diy Mic du voltage dip khéng được chính thức định nghĩa, nhưng các nhà

phân phối điện năng ngày càng sử dụng nhiều thuật ngữ này, các nhà sản xuất thiết bị và hộ tiêu dùng tương tự cũng chấp nhận và sử dung Voltage dip được hiểu là

mức suy giảm điện áp trong khoảng 10% đến 90% giá trị hiệu dụng định mức trong khoảng thời gian từ nửa chu kì (50Hz-10ms) đến một phút 0 on BI AB 4? 0/5 63 o tra gang) es Toa 9) Hình 5 Voltage dịp 1.2.2.2 Điện áp lỗi

Dign dp 18i (Voltage swell) được định nghĩa là sự tăng của điện áp trong

khoảng 1,1 đến 1,8 lần giá trị hiệu dụng điện áp định mức tại tần số cơng nghiệp (50Hz-60Hz) và tồn tại trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kì (10ms-50Hz) cho đến một phút, mính họa trong hình 6 tại tà Thử s5 vn a Mir 1030 Trangbirhi 102,5 Mai 15/1 een dp) 0 0H thins) Gis a2 095 03 a ce ee TrúfujxHe] ee Hình 6 Hình biểu diễn voltage swel\ gây ra bởi lỗi chạm đất một

Trang 14

1.2.2.3 Ngắt

Ngất (Imerruption) xuất hiện khí điện áp nguồn cung cấp giảm xuống dưới

10% giá trị định mức trong khoảng thời gian khơng vượt quá một phút Nĩ là kết

quả của các sự cố trong hệ thống, các sự cố của thiết bị vận hành và các điều khiển

khơng chuẩn

1.2.3 Các biến thiên điện áp trong thời gian dài

Là sự quá điện áp, dưới điện áp, hay trạng thái duy trì ngất ở điều kiện làm

việc én định Các ảnh hưởng này cĩ khoảng thời gian xuất hiện trên một phút

1.2.8.1 Dưới điện áp

Dưới điện áp (thuật ngữ tiếng anh là Unđervoliage) là sự suy giảm điện áp bên dưới 90% điện áp hiệu dụng định mức và thời gian tồn tại của nĩ phải lớn hơn một phút Undervoiage đơi khi được gọi là “Brownowt” mặc dù thuật ngữ này khơng được định nghĩa một cách rõ ràng 8rơwnowi thường được các nhà cung cắp điện

năng sử dựng khí họ cố tình giảm điện áp hệ thống xuống cho phù hợp với nhu cầu

sử dụng điện cao điểm hoặc một lý do đáng quan tâm nào đĩ, hình 7

Hình 7 Undervoltage 1.2.8.2 Quá điện áp

Quá điện áp (Overvoltage) là hiện tượng điện áp đặt vào thiết bị cĩ giá trị vượt quá 110% giá trị điện áp hiệu dụng định mức trong khoảng thời gian lớn hơn 1 phút, hình 8 IIÌ AN NWA 01111) ae a mm el Hinh 8, Overvoltage

Trang 15

1.2.3.3 Ngắt duy trì

Khi điện áp của nguồn cung cấp bằng khơng trong khoảng thời gian lớn hơn một phút thì được gọi là ngắt duy trì (Swstained trterrupHons) Nĩi chưng các ngắt

điện áp kéo dài quá một phút thì thường là kéo dài vĩnh viễn do đĩ cần cĩ sự tác

động của người sửa chữa và vận hành để phục hồi lại hệ thống Tuy nhién Sustained

interruptions phải được hiểu là các hiện tượng của hệ thống điện năng và chúng

khơng hề cĩ sự liên hệ nào với tình trạng mắt điện của lưới, hình 9, ‘| Hinh 9 Sustained interruptions 1.2.4 Méo dang séng

Méo dang s6ng (Waveform Distortion) được định nghĩa là sự sai lệch én định

so với dạng sĩng tần số lý tưởng của điện năng, được xác định bằng cách phân tích

phổ tần sé cia su sai léch Waveform Distortion được xếp vào năm loại cơ bản, như

sau

1.2.4.1 Thanh phần DC offset

Sự xuất hiện của dịng điện hay điện áp một chiều trong mạng điện xoay chiều

được gọi là DC offset Khoảng một chiều xuất hiện do nhiễu từ trường trái đất hoặc

do tác động của chỉnh lưu nửa chu kì

1.2.4.2 Sĩng hài

Sĩng hài (Harmonics) là các dịng điện hay điện áp cĩ tần số bằng số nguyên lần tần số của nguồn cung cấp (thường được gọi là tần số sĩng cơ bản, thơng thường

là 50Hz, 60 Hz) Các dịng điện, điện áp bị méo cĩ thể được phân tích thành tổng

của sĩng cĩ tân sé co ban và cac harmonics, hinh 10

Trang 16

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng í điều hồ hay điện áp chứa các thành phần tần số khơng phải là số 1.2.43 Các dịng điệ nguyên lần tần số cơ bản (50-60Hz) được gọi là các nội điều hịa (Iterharmonic) Chúng dường như là các tần số rời rạc hay là các phể tần số mở rộng 3 Dinette 3 ” 5 10 id 13 5 T9 H131 1721232927231 Hình 10 Hài dịng điện 1.2.4.4 Notching

Là các nhiễu điện áp tuần hồn xuất hiện trong các thiết bị điện tử cơng suất

khi dịng điện đảo mạch từ pha này sang pha khác Khi notching xuất hiện trong

tần số của điện áp chịu tác mạch, nĩ cĩ thể được nhận dạng thơng qua phân tích ph động, hình I1 10007 ¥ S00: 0 -800: -1000: 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 Hình 11, Hiện tượng notching 1.2.4.8 Nhị

Nhiễu (nøise) được định nghĩa là các tín hiệu điện khơng mong muốn với phễ

tần rất rộng nhưng nhỏ hon 200kHz, được xếp chồng lên điện áp hay dịng điện của

Trang 17

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng hệ thống trong các đường dây pha, đường đây trung tính hay các đường day tin hiệu, hình 12 es ham Hình 12 Hiện tượng nhiễu 1.2.5 Dao động điện áp

Dao động điện 4p (Voltage Fluctuation) là các biến đỗi cĩ hệ thống của điện

áp hay là một chuỗi thay đổi các điện áp ngẫu nhiên, nhưng biên độ của các thay đổi

điện áp thay đổi này thường là khơng vượt quá vùng giới hạn đã được xác định theo

tiêu chuẩn ANSI C 84.1 là 0,9 +1,1 giá trị tương đối (pu)

1.2.8 Các biến đối tần số

Các biến đổi tần số (Power Frequency Variations) dugc dinh nghĩa là sự sai lệch tần số cơ bản hệ thống điện khỏi giá wi định mức được xác định của nĩ

(thường là 50Hz-60Hz) trong khoảng thời gian <10s, hình 13

400V,

-400VÌ 100m 2000me 3000ms 4000ms Hình 13 Dạng sĩng của biến đãi tần số

Độ lệch tần số Af=(-fa„)x100/fz„ (theo Nga là +0.2Hz, tối đa +0.4Hz), Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điều chỉnh Chỉ cĩ những hộ tiêu thụ lớn (hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho

Trang 18

hợp lý, để gĩp phần ổn định tần số của hệ thống Vì vậy người thiết kế cung cấp

điện thường chỉ phải quan tâm đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng 1.2.7 Mắt cân bằng điện áp

Trong phụ lục D của tiêu chudn ANSI (ANSI Std C84.-1989) mat cân bằng điện áp được xác định là tỉ lệ phần trăm giữa độ lệch lớn nhất khỏi giá trị hiệu dụng

của điện ba pha chia cho giá trị hiệu dụng của điện áp ba pha đĩ

Độ lệch lớn nhất so với giá trị trung bính

% khơng cân bằng điện áp = 100%

Giá trị trung bình

1.3 Các chỉ tiêu về chất lượng điện năng của Việt Nam [8]

Chất lượng điện năng đã được những người làm cơng tác năng lượng Việt

Nam quan tâm từ những năm 80 cia thé kỷ trước, Trải qua những năm chiến tranh kéo dai, những năm cuối của thế kỷ 20 - giai đoạn khơi phục và xây dựng, ngành

điện mới chỉ cố gắng đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, chúng

ta chưa thể đồi hỏi ngành điện phải đáp ứng ngay cho các hộ tiêu thụ điện năng cĩ

chất lượng như các nước cơng nghiệp phát triển Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng và phát triển chúng ta cũng đã thấy được mục tiêu phấn đấu của ngành điện nhằm hướng tới những mục tiêu này, đĩ là

1.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84

Ngày 21 tháng 11 năm 1984 theo đề nghị của Bộ Điện Lực, Ủy ban Khoa học

và Kỹ thuật Nhà nước đã ban hành Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84 quy định

về “Mức chất lượng điện năng ở các thiết bị tiêu thụ điện năng nối vào lưới điện

cơng đựng chưng” Trong đĩ quy định:

Điều 2.1 Chỉ tiêu chất lượng điện năng cho các thiết bị tiêu thụ điện bao gồm: a) Độ lệch tần số, độ lệch điện áp khi cung cấp điện từ lưới điện một pha;

b), Độ lệch tần số, độ lệch điện áp, sự dịch chuyển trung tính ở tần số cơ bản

khi cung cấp điện từ lưới ba pha

Điều 3.1 Độ lệch tần số cho phép so với tần số danh định trong chế độ làm việc

bình thường phải nằm trong phạm vi +0.5 hez;

Trang 19

Điều 3.2 Các thiết bị chiếu sáng, độ lệch điện áp cho phép nằm trong giới hạn — 10 % +5 % so với điện áp danh định Đối với các thiết bị tiêu thụ điện khác, độ

lệch điện áp cho phép nằm trong giới hạn +8 % so với điện áp danh định 1.3.2 Nghị định số 45/2001/NĐ-CP của Chính phủ

Ngày 2 tháng 0§ năm 2001 Chính phủ đã ban hành Nghị định số 45/ 2001/NĐ-CP về “Các hoạt động điện lực và sử dụng điện” Trong đĩ quy định:

Điều 17 TỔ chức, cá nhân sẵn xuất điện cĩ nghĩa vụ:

1) Thực hiện các nội dung ghi trong giấy phép đầu tư hoặc quyết định đầu tư, giấy phép hoạt động điện lực và các giấy phép khác theo quy định của pháp

luật,

2) Thực hiện đầy đủ các thỏa thuận trong hợp đồng đã ký với bên mua điện,

hợp đồng với đơn vị truyền tải, các bên cĩ liên quan khác và các quy định của

Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia

3) Bảo đảm sản xuất điện ỗn định, an tồn và chất lượng điện năng, 4) Bảo đảm các 5) Chị u chuẩn bảo vệ mỗi trường theo quy định của pháp luật sự kiểm tra, giám sắt của các cơ quan quản lý nhà nước theo quy định của pháp luật

6) Thực hiện các nghĩa vụ khác theo quy định của pháp luật

Điều 31 Bên bán phải đâm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho bên mua theo

quy dink sau:

1) Về điện áp: Trong điều kiện bình thường, điện áp được phép dao động

trong khoảng + 5 % so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ

cấp của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thoả thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số cơng suất (cos@) >0.85 và thực

hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thoả thuận trong hợp đồng Trong trường hợp

lưới điện chưa én định, điện áp được dao động từ + 5 % đến ~ 10 %,

2) Về tần số: trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong pham vi + 0,2 Hz so với tần số định mức là 50 Hz Trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là + 0,5 Hz

Trang 20

3) Trong trường hợp bên mua cần chất lượng điện năng cao hơn tiêu chuẩn

quy định tại các khoản 1 và 2 của Điều này thì các bên phải thoả thuận trong

hợp đồng

Điều 32

1) Trong điều kiện lưới điện đảm bảo chất lượng điện năng theo quy định, bên mua điện để sản xuất, kinh doanh, địch vụ cĩ cơng suất sử dụng từ S0kW hoặc

máy biến áp cĩ dung lượng từ 100 kVA trở lên phải đảm bao cosp = 0.85 tại

điểm đặt cơng tơ mua bán điện

2) Trường hợp costp < 0.85, bên mua điện phải thực hiện các biện pháp:

a) Lắp đặt thiết bị bù cơng suất phản kháng, nâng cosp đạt từ 0.85 trở lên; b) Mua thêm cơng suất phản kháng trên hệ thống điện của bên bán

3) Trường hợp bên mua điện cĩ khả năng phát cơng suất phản kháng lên lưới, hai bên cĩ thể thoả thuận việc mua, bán đĩ trong hợp đồng Bộ Cơng nghiệt

Ban Vật giá Chính phủ hướng dẫn việc mua, bán cơng suất phản kháng quy định tại khoản 2 và khoản 3 của Điều này

1.3.3 Quy phạm trang bị điện của Bộ Cơng nghiệp

“Quy phạm trang bị điện” được ban hành theo Quyết định số 19/2006/ QĐ-

BCN, ngày 11/07/2006 của Bộ trưởng Bộ Cơng nghiệp là một bước tiến mới trong

việc đưa dần các chỉ tiêu chất lượng điện của Việt Nam phù hợp với Tiêu chuẩn của

các nước cơng nghiệp phát triển Quy phạm này cĩ bốn phần được biên soạn thành

dạng Tiêu chuẩn của ngành điện, trong đĩ:

Phần L Quy định chung ~ ký hiệu 11 TCN - 19 - 2006;

Phần IL Hệ thống đường dây điện - ký hiệu 11 TCN - 20 - 2006;

Phan IIL Thiết bị phân phối và trạm biến áp — ký hiệu 11 TCN - 21 - 2006;

Phin IV Bảo vệ tự động ~ ký hiệu 11 TCN - 22 - 2006

Về chất lượng điện áp và điều chỉnh điện áp TCN - 19 -2006 cĩ quy định:

Điều 1.2.39 Mức điện áp tại các điểm trong lưới điện phải xác định theo phương

thức vận hành và theo chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu Trong điều kiện bình

thường, đi

ệch điện áp được phép dao động trong khoảng +5% so với điện áp

Trang 21

danh định và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí

khác do hai bên thỏa thuận

ign chưa ổn định, điện áp được phép đao động trong

Trong trường hợp lưới

phạm vi từ -10% đến +5%

Điều 12.40 Ở chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, máy biến áp đến

35kV phải cĩ điều chỉnh điện áp trong phạm vi +5% điện áp danh định

Điều 1.2.41 Ư chế đ

lầm việc bình thường của trạm cấp điện, trong thời gian tổng

phụ tải giảm đến 30% so với trị số phụ tải lớn nhất, điện áp tại thanh cái phải

duy trì ở mức điện áp danh định của lưới

Điều 1.2.42 Để điều chỉnh điện áp, ở lưới điện 110 kV trở lên nên dùng máy biến

áp cĩ bộ điều chỉnh điện áp dưới tải với đãi điều chỉnh +(10% + 15%)

Ngồi ra cần xét đến việc dùng thiết bị điều chỉnh điện áp tại chỗ như: n Động cơ đồng bộ; n Máy bù đồng bộ; a Các bộ tụ điện bù; at n Đường dây liên hệ ở điện áp đến IkV giữa các trạm biến áp để cĩ thể

một số máy biến áp trong chế độ phụ tải cực tiểu

Điều 1.2.43 Việc chọn điện áp và hệ thống cấp điện cho các lưới điện động lực và

chiếu sáng trong các phân xưởng dùng điện áp 660V trở xuống phải được giải quyết một cách tồn điện Nếu dùng máy biến áp để cung cấp điện động lực và chiếu sáng cho hộ tiêu thụ thì sơ đề lưới phải cho phép cắt bớt máy biến áp hoặc ngày nghỉ và chuyển việc cấp điện chiếu trong những giờ khơng làm vi sáng thường trực sang máy biến áp riêng cơng suất nhỏ hoặc qua đường dây nối sang một trong những máy biến áp cịn làm việt

Điều 1.2.44 Trong điều kiện làm việc bình thường, tần số hệ thống điện được phép

dao động trong phạm vi +0,2Hz so với tần số danh định là 50Hz, Trong trường

hợp hệ thống điện chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là + 0,5Hz

Phía hộ tiêu thụ điện cĩ cơng suất sử dụng từ 80 kW trở lên hoặc máy biến áp

cĩ dung lượng từ 100 kVA trở lên phải đảm bảo cĩ hệ số cơng suất cosợ > 0.85 tại điểm đặt cơng tơ mua bán điện Trong trường hợp cosợ < 0.85 thì phải

thực hiện các biện pháp sau:

Trang 22

Lap đặt các thiết bị bù cơng suất phản kháng để nâng cosg đạt từ 0.85 trở

lên;

Mua thêm cơng suất phản kháng trên hệ thống điện của phía cung cấp

Trường hợp phía hệ tiêu thụ cĩ khả năng phát cơng suất phản kháng lên lưới,

hai bên cĩ thể thỏa thuận việc mua bán đĩ trong hợp đồng

1.4 Các thiết bị giám sát chất lượng điện năng trên thế giới

Chương trình giám sát chất lượng điện năng thường được thúc đẩy bởi nhu cầu nâng cao chất lượng điện năng Nhiều khách hàng cơng nghiệp và thương mại

cĩ các thiết bị nhạy cảm với rối loạn điện, và, do đĩ, họ rất quan tâm đến vấn đề hiểu rõ chất lượng điện được cung cấp Ví dụ các thiết bị nhạy cảm với rối loạn điện bao gồm mạng máy tính, thiết bị viễn thơng, các cơ sở sản xuất linh kiện điện tử, cơng nghệ sinh học và phịng thí nghiệm được phẩm, Do đĩ, trong thập kỷ qua rat nhiều cơng ty trên thế giới đã triển khai chương trình giám sát chất lượng điện năng rộng lớn Việc giám sát chất lượng năng là một phần của một dịch vụ nâng cao chất

lượng điện năng Nhiều nhà sản xuất năng lượng điện trên thế giới hiện đang xem xét các dịch vụ bễ sung để cưng cấp cho khách hàng Một trong những dịch vụ này

là sẽ cung cấp mức độ khác biệt về chất lượng điện để phù hợp với nhu cầu của khách hàng cụ thể Một nhà cung cấp và khách hàng cĩ thể đạt được mục tiêu này bằng cách sửa đổi hệ thống điện hoặc bằng cách cài đặt trang thiết bị bên trong cơ

sở của khách hàng Trong cả hai trường hợp, giám sát chất lượng điện năng trở nên

thiết yếu để thiết lập các chuẩn mực và xác minh rằng hợp đồng cung cấp điện đạt

được về chất lượng,

Hình vẽ 14 mính họa tiến trình phát triển của thiết bị phân tích chất lượng điện

năng trên thế giới

1.4.1 Các thiết bị phân tích chất lượng điện năng

Thiết bị phân tích hài (harmonic analyzer) hay déng hé do hai (harmonic

meier), là dụng cụ được sử dụng để đo (và ghi dir ligu) méo song hai (harmonic

distortion, HD), mật thiết bị tiêu biểu của thiết bị phân tích chất lượng điện năng Nĩi chung các thiết bị phân tích hai bao gồm một màn hình hiển thị dạng sĩng, đầu

Trang 23

vào (các) điện áp, và đầu vào (các) dịng điện, cĩ thể cĩ thêm tính năng truyền

thơng như một RTU trong mạng Các thiết bị phân tích hài thường sử dụng phân

tích Fourier rời rạc để kết xuất các thành phần hài Về kiểu đáng thì, một số các thiết bị là loại thiết bị cầm tay, một loại để bàn và một loại nữa là gắn trên các panel

giám sát điều khiển

Đối với loại gắn trên các panel giám sát thì chúng cĩ khả năng nối mạng, hoạt

động đo lường phân tích sĩng hài liên tục, chúng thường được gọi là các Smart

power quallty monitor Mét sé loại dụng cụ cung cấp việc kết xuất nhanh méo

dạng sĩng và hài ngay trong quá trình thực hiện phép đo, trong khi một số dụng cụ

lại cĩ khả năng ghí lại các kết xuất cũng như ghí lại HD theo thời gian, loại dụng cụ

này cĩ giá thành, tất nhiên, cao hơn và thường cĩ phần mềm máy tính phân tích số

liệu đi kèm Nĩi chung, tùy thuộc vào vấn đề chất lượng điện năng mà người sử

dụng sẽ lựa chọn loại dụng cụ nào cho phù hợp mục đích Một vấn đề khác đĩ là

liên quan đến tần số hài cao nhất cần quan tâm là gì khi sử dụng và lựa chon dung

cụ phân tích hài, tất nhiên, điều này phụ thuộc vào thời điểm cũng như kế hoạch vận

hành tải của các hộ tiêu thụ Theo kinh nghiệm của các chuyên gia chất lượng điện

năng thì sĩng hài bậc 15 là “đ¿” để phân tích các vấn đề chất lượng điện năng

Đối với các thiết bị phân tích hài cĩ khả năng phân tích đến hài bậc 15 thì yêu cầu tần số lấy mẫu ít nhất phải là 1500 mẫu trên một giây (tần số cơ bản là 50Hz,

1500 = 15 x 50 x 2), theo luật Nyquist, hay nĩi cách khác là trong một chu kỳ lưới

điện (20ms) thì dụng cụ phân tích sĩng hài phải lấy tối thiểu 25 mẫu Tất nhiên, nếu

lấy mẫu với tần số cao thì việc phản ảnh chính xác dạng sĩng càng cao Ngồi ra,

với các dụng cụ phân tích sĩng hài đĩ thì các dây cáp tín hiệu điện áp cĩ độ đài lớn nhất mà khơng gây ảnh hưởng biến dạng (ảnh hưởng bởi điện dung của đơi dây)

đến tín hiệu cĩ tần số cao nhất (hài bậc 15) là khoảng 6 mét

Đối với các thiết bị phân tích HD dịng điện thì yêu cầu phải cân nhắc một số

điểm đặc biệt Hầu hết thiết bị phân tích HD dịng điện sử dụng các đầu đồ dong điện (current probes) sử dụng một biến áp lõi sắt được thiết kế để quấn dây dẫn

xung quanh, xem hình 15

Trang 24

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng Harmonic monilors tích hợp các tính Si Ơn năng truyễn thơng Power Monitor Harmonic monitors tieh hợp các tính nấng ghỉ lại va báo cáo, tịch hợp nhiều kênh Hệ thơng giảm sát chất lượng điện năng tự động Cuối những năm 980 phát minh ra Harmonic monitors Phân tích chất lượng điện năng sử dụng rorle số Harmonic monitors gin trén penel điệu khiến cĩ tính năng kết nỗi hệ thống Giữa những năm 1980: digital scopes

Hình 14 Tién trink phat trién thiét bị phân tích chất lượng điện năng trên thế giới

Lõi sắt của đầu đị dịng điện dễ bị lỗi tại các tần số cao và bão hịa tại các dong điện cao hơn giá trị danh định Do đĩ, việc kiểm tra các đầu dị dịng điện cho

các xét nghiệm HD thì cần đảm bảo rằng các đầu dị phù hợp cho việc sử dụng ở tần

số cao mà khơng cĩ một mắt mát đáng kể về độ chính xác, mức độ cho phép sai số đến 5% đối với hài bậc cao,

Hình 15 Đâu dồ dàng điện

Hình 16 minh họa một dụng cụ đo lường HD cầm tay một phase, thiết bị cĩ thể được sử dụng trong các mạch lên đến 600 VAC

Trang 25

Hình 16 Thiết bị phân tích HD câm tay một phase FLUKE 39/41

Hình 17 minh họa một thiết bị phân tích HD loại để bàn đang thực hiện các kết

xuất HD và dữ liệu lịch sử HD trong một thời gian quy định Các kết xuất HD cùng

với các dữ liệu lịch sử này rất hữu ích trong việc xác định tính chất của sĩng hài

Hình 17 Thiết bị phân tích HD đỀ bàn

Hình 18a mính họa một thiết bị phân tích HD loại gắn trên panel giám sát Đối

với những loại thiết bị này thì chúng thường tích hợp tính năng kết nối mạng, để tạo

thành một hệ thống tự động giám sát chất lượng điện năng, hình 18b

Trang 26

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng 1.4.2 Data Logger và Chart Recorder

Data logger va chart recorder, hình 19, đơi khi được sử dụng để ghỉ lại điện nhiệt độ trong hệ thống năng lượng điện Data Logger và áp, dịng điện, và dữ lí chart recorder là các thiết bị đáp ứng chậm, chúng thích hợp đối với các dữ liệu đo

trạng thái định, trong một thời gian dài Những thiết bị đĩ ghí một mẫu của sự

kiện tại thời gian định trước, chẳng hạn như l s, 2 s, 5 s, vv

Tidoeal Tamara accor tớ re êm lf ni nmnnuiern 55 5š Hình 18a ThIẾt bị phân tích HD gắn Hình 8b Hệ thống giám sát chất lượng điện panel nding thường được lưu trữ trong logger cho đến khí chúng được lấy để Các dữ

phân tích Các đữ liệu từ data logger va chart recorder du dé xác định biến thiên của

điện áp hoặc dịng điện tại một địa điểm cụ thể trong một thời gian dài (nếu khơng cần xác định các thay đổi giá tri tức thời)

"Trong một số ứng dụng, thơng tín này là tất cả những gì cần thiết Tuy nhiên,

trong đánh giá chất lượng điện liên quan đến điều kién thodng qua (transient),

những thiết bị này khơng phù hợp Lợi thế của data logger là giá của nĩ tương đối rẻ

Trang 27

sơ với dụng cụ ghỉ chất lượng điện năng Ngồi ra, chúng cũng dễ dàng hơn trong

việc cài đặt cũng như dễ sử dụng hơn Các dữ liệu từ thiết bị này cĩ thể được trình

bày trong một định dạng văn bản hoặc trong một định dạng đề họa 1.4.3 Các đồng hỗ đo giá tri RMS

Thuật ngữ RMS thường được sử dụng trong các ứng dụng chất lượng điện

năng, Giá trị RMS của dịng điện hoặc điện áp cĩ thể khác nhau đáng kể so với các

giá trị RMS thành phần cơ bản của điện áp hoặc dịng điện Nếu sử dụng một đồng

hồ đo lường giá trị trung bình hoặc giá trị đỉnh (peak) thì cĩ thể sinh ra các kết quả

cĩ sai sĩt nếu chúng ta cần giá trị RMS của các dạng sĩng (dịng điện, điện áp) Đối

với các dạng sĩng nhiều sĩng hài, mức trung bình và giá trị đỉnh sẽ cĩ giá trị khác

đáng kể so với các dạng sĩng hồn tồn sinusoidal hoặc gần sinusoidal, Việc đo giá

trị trung bình hoặc giá trị đỉnh của một tín hiệu và biến đổi các giá trị đĩ để lấy

được một giá trị RMS sẽ dẫn đến sai lệch

Hình 19 AEMC TRMS Voltage, Current Simple Logger

1.5 Cấu hình chung của một thiết bị phân tích chất lượng điện năng

Xu hướng của các hãng sản xuất (FLUKE, AMPROBE, MicroDAQ ) máy

phân tích chất lượng điện năng là ứng dụng các cơng nghệ mới nhất trong các lĩnh

vực điện tử, cơng nghệ thơng tín để tạo ra các máy phân tích chất lượng điện năng cĩ số kênh nhiều hơn, phân tích được nhiều thơng số điện, thân thiện người sử dung

cũng như cung cấp nhiều cơng cụ để giúp người sử dụng đánh giá kết quả để từ đĩ

Trang 28

cĩ được các phương án sửa chữa, bảo vệ hệ thống điện cũng như cĩ thêm giải pháp

tiết kiệm điện năng,

Các thiết bị phân tích (giám sát) chất lượng điện năng thường được thiết kế

với dải điện áp đầu vào lên tới 600V rms, dịng điện 1A hoặc 5A rms Do đĩ, các

biến đổi điện áp (voltage transducers) và các biến đổi dịng điện (current transducers) được lựa chọn để chúng cĩ thể cưng cấp các mức đầu vào này

Cấu hình chưng của một máy phân tích chất lượng điện năng như hình 20, bao gồm các phân chính như sau:

a_ Khối tiền xử lý đầu vào;

a_ khối biến đổi A/D;

a_ khốihiển thị;

a_ khối xử lý trung tâm

Nguyên 1ý hoạt động chung của thiết bị phân tích chất lượng điện năng: Điện

áp đầu vào hoặc dịng điện đầu vào của thiết bị phân tích chất lượng điện năng được lấy qua các bộ biến đổi điện áp và biến đổi dịng điện sau đĩ đưa tới bộ điều chỉnh tín hiệu và biến đổi tương tự/số Những board A/D thực hiện chuyển đổi tín hiệu analog nhận được từ các transducer thành tín hiệu số để xử lý Độ phân dải của A/D

được sử dụng trong các thiết bị phân tích chất lượng điện năng thường là từ 10 đến

24 bit (Fluke 39/41B, hinh 19, sir dung ADC loai LTC1092 với độ phân dai 10 bit)

Bộ DSP sẽ thực hiện phân tích và xử lý số liệu (các thiết bị thường sử dung DFT dé

phân tích tín hiệu) Số liệu sau khi phân tích sẽ được ghi lai vào bộ nhớ và hiển thị

trên màn hình LCD Trong một số các thiết bị phân tích chất lượng điện năng hiện

đại cịn được tích hợp thêm bộ phận truyền thơng để cĩ thể sẵn sàng ghép nối vào

một hệ thống tự động phân tích chất lượng điệ

năng

Trang 29

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng Digtel Kersl Cowpate Hình 20 Câu hình phần cứng của một thiết bị phân tích PQ, Fluke 39/41B 1.6 Các vị trí

Nếu cĩ thể, các kiểm tra chất lượng điện năng nên được tiến hành tại nhiều địa

4n kiểm tra về chất lượng điện năng

điểm (vị trí) cùng một lúc Các dữ liệu thu được bằng cách đĩ rất cĩ lợi trong việc xác định bản chất của vấn để chất lượng điện năng, Tuy nhiên, việc đồng thời giám

sát sẽ làm tăng chỉ phí và các yếu tố khác, cĩ thể là một việc làm khơng khả thi Số

lượng các vị trí kiểm tra phụ thuộc vào bản chất của vấn đề và tính chất của các thiết bị chịu ảnh hưởng, Ví dụ, trong hình 21, nếu vấn đề chất lượng điện năng được

quan sát tại vị trí C và mà khơng phải là B, thì đương nhiên khơng cần thiết phải

giám sát tại vị trí A Mặt khác, nếu vấn đề được nhận thấy tại C và B, thì vị trí A nên được kiểm tra cũng như vị trí D Qua đĩ, kinh nghiệm của các kỹ sư chất lượng

điện năng trở nên rất quan trọng khi cố gắng giải quyết các tình huống khác nhau về chất lượng điện năng Đối với một cơ sở lớn với nhiều nguồn transient và trang thiết

bị nhạy cảm, đĩ cĩ thể là một thách thức to lớn cho các kỹ sư chất lượng điện năng

Trang 30

Hình 21 Vị trí kiểm tra chất lượng điện năng

1.7 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu thiết kế chế tạo trong nước bộ phân tích chất lượng điện năng trong hệ thống điện cĩ tính năng, chất lượng và giá cả phù hợp, giảm nhập ngoại

1.8 Nội dung nghiền cứu

a Nghiên cứu, Khảo sát về các thiết bị phân tích chất lượng điện năng hiện

nay

Nghiên cứu thiết kế sơ đỗ nguyên lý làm việc của thiết bị Nghiên cứu thiết kế chế tạo module phần cứng

Nghiên cứu và xây dựng thuật tốn phân tích chất lượng điện năng

Xây dựng phần mềm cho thiết bị

"Thử nghiệm sản phẩm trong phịng thí nghiệm và trong thực tế, đánh giá,

hồn thiện sản phẩ

Bảo cáo nỗi dung thực hiện để tài cấp bộ 20 10 ‘Trang 1-28

Trang 31

1.9 M6 ta phương pháp nghiên cứu

a_ Nghiên cứu, tham khảo và kế thừa các thành tựu của các hãng, các nhà sản xuất lớn trên thế giới để nhanh chĩng hiểu được nguyên lý hoạt động và phương pháp chế tạo thiết bị phân tích chất lượng điện năng

a_ Đầu tư tập trung vào các linh kiện cĩ chất lượng tốt và cơng nghệ hiện đại như các bộ biến đỗi ADC, DSP,

a Kiểm tra, mơ phỏng các thiết kế trên các phần mềm mơ phỏng để đưa ra

được thiết kế tối ưu trước khi thực hiện bằng phần cứng

a Sau khi đã cĩ sản phẩm cụ thể sẽ đưa đi ứng dụng thực tế để kiểm tra đánh

giá tính năng của sản phẩm và hồn thiện thiết kế

Trang 32

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng PHAN 2 THIET KE PHAN CỨNG 2.1 Thiét ké téng thẻ thiết bị phân tích chat lượng điện năng

2.1.1 Cơ sở và quan điểm thiết kế phần cứng

Giám sát hay phân tích chất lượng điện năng (Power Quality Analyzer - PQA) Tà quá trình thu thập, phân tích, đo lường và xử lý dữ liệu thơ thành thơng tín cĩ ích Quá trình thu thập dữ liệu thường được thực hiện bằng cách đo lường liên tục điện áp và dịng điện trong một thời gian đài Quá trình phân tích và xử lý dữ liệu theo truyền thống thì được thực hiện bằng tay, nhưng do tiến bộ gần đây trong xử lý tín hiệu và các lĩnh vực trí tuệ nhân tạo đã cĩ thể thiết kế và thực hiện các hệ thống

thơng minh để tự động phân tích và xử lý dữ liệu thơ thành thơng tín hữu ích

Xu hướng của các hãng sản xuất máy phân tích chất lượng điện năng là ứng dụng các cơng nghệ mới nhất trong các lĩnh vực điện tử, cơng nghệ thơng tín để tạo

ra các thiết bị cĩ số kênh nhiều hơn, phân tích được nhiều thơng số điện, thân thiện

người sử dụng cũng như cung cấp nhiều cơng cụ để giúp người sử dụng đánh giá kết quả Trên cơ sở nghiên cứu các thiết bị phân tích chất lượng điện năng trên thế giới, chúng tơi thiết kế sản phẩm của đề tài với các quan điểm như sau:

« _ Phần cứng của thiết bị được xây dựng trên cơ sở cdc module với các linh kiện cĩ phẩm chất tốt

« Phần mềm bao gồm nhiều tính năng phân tích các thơng số khác nhau, áp

dụng thuật tốn phân tích Fuorier rời rac (Discrete Fourier Transform - DFT)

2.1.2 Câu hình phần cứng của thiết bị

Như vậy, để cĩ được một kết cầu sản phẩm linh hoạt, chúng tơi thiết kế thiết

bị phân tích chất lượng điện năng trên cơ sở một tập hợp các module phẩn cứng Các module được lắp ghép phối hợp với nhau tạo thành hai khối chức năng chính,

khối tính tốn và khối HMI (vì khối lượng xử lý số liệu lớn, đĩ đĩ việc tính tốn

đành riêng một CPU) Khối chức năng tính tốn thực hiện việc đọc tín hiệu dịng điện, điện áp và phân tích thành các thơng số cĩ ích trên cơ sở thuật tốn DFT Khối

Trang 33

chức năng HMI thực hiện việc hiển thi dé họa, các thơng số điện và truyền thơng

ni tiếp với máy tính Hai khối chức năng liên kết với nhau thơng qua bus giao tiếp nội bộ (hình 22)

Hình 22 Sơ đề khái thiết bị phân tích chất lượng điện năng của đề tài

"Trong hình 22, Module xử lý tính tốn bao gồm các các phần như sau:

Bộ cách ly và chia tỷ lệ tín hiệu analog: Làm nhiệm vụ cách ly điện áp

cao với các mạch điện tử của thiết bị phân tích chất lượng điện năng, định

tỉ lệ mức điện áp phù hợp cho các khối xử lý phía sau như bộ lọc thơng

thấp, bộ biến đổi ADC

Trang 34

Bộ lọc tương tự anti-aliasing: Các bộ lọc thơng thấp được sử dụng để

tránh hiện tượng sai số lấy mẫu (hiện tượng trùng phổ)

Bộ biến đổi tương tự sang số: Bởi vì các bộ xử lý kỹ thuật số chỉ cĩ thể xử lý đữ liệu dạng số hoặc lơgic, các dạng sĩng của các đầu vào phải

được lấy mẫu tại các thời điểm gián đoạn Để đạt được điều này, mỗi tín

hiệu analog phải đi qua một module lấy và giữ mẫu (được tích hợp sẵn

trong ADC), và chuyển cho bộ biến đổi tương tự số (ADC) bằng một bộ

hợp kênh (tích hợp trong ADC)

Bộ xử lý trung tâm CPU: xây dựng trên cơ sở chíp cĩ cấu hình mạnh để

thực hiện các thuật tốn và nhiệm vụ: 1) Thuật tốn xắp xỉ pha: để xấp xỉ

biên độ và pha của các sĩng dịng điện, điện áp; 2) Thực hiện tính tốn

các thơng số theo tiêu chuẩn IEEE 61000-3-40; 3) Thuật tốn xấp xỉ tần số; và 4) Nhiệm vụ truyền thơng với module HMI,

Module HMI bao gồm các các phần như sau: "Thực hiện các chức năng truyền thơng

Hiển thị các thơng số: dịng điện, điện áp, các hài dịng điện, hài điện áp,

tổng méo điện áp THDụ, tổng méo dịng điện THDỊ, TDD, tan sé f, cơng suât P, Q, S, và hệ số ơng suất cosg,

Cài đặt thơng số

“Thơng báo các trạng thái cảnh báo, trạng thái làm việc

2.1.3 Đặc điểm của thiết bị phân tích chất lượng điện năng của đề tài 2.1.3.1 Các thơng số kỹ thuật của thiết bị phân tích chất lượng năng

a) Đầu vào đồng điện

Số lượng: 3 đầu vào đồng điện

Dịng điện danh định đầu vào: 1A (dải điện áp 0-1400A, qua biến đồng

điện), dong điện vào trực tiếp từ 0-5A Điện áp cách ly 2.IkV

b) Đầu vào điện áp

Số lượng: 4 đầu vào điện áp

Trang 35

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng in nng

đâ_ in ỏp danh định đầu vào: điện áp danh định 100V (thơng qua biến điện áp

VT), điện áp vào trực tiếp từ 0-500V AC + Điện áp cách ly 2.5kV

©) Nguồn nuơi

« Mức điện áp 5VDC: nuơi cho CPU, ADC, mạch số truyền thơng nội bộ, « Mức điện áp +12VDC: nuơi cho các bộ chuyển đổi dịng điện

+ Múc điện áp +5VDC: nuơi cho khuếch đại thuật tốn đ) Hiển thi + Màn hình LCD 12§x64 e) Giao tiếp RS485/RS232 «Truyền thơng tuần tự + Điện áp cách ly: 2.5kV Ð Bàn phím « Gồm 5 phím để cài đặt thơng số và lật trang xem dữ liệu ø) Bộ nhớ lưu số liệu * EEPROM: 4kBytes

2.1.3.2 Các thơng số do của thiết bị phân tích chất lượng điện năng

*_ Dải điện áp đo: Điện áp danh định 100V thơng qua biến điện áp VT, điện áp cĩ thể vào trực tiếp từ 0-500V AC

* Dải đồng điện đo từ 0(A) đến 1400 (A) (ac+dc), thơng qua biến dịng điện CT, dịng điện danh định là 1A Dịng điện vào trực tiếp (khơng cần CT) là từ 0-5A

«_ Hài dịng điện: từ hài cơ bản đến hài thứ 20 «_ Chỉ số tổng méo điện áp TDHụ © Chi sé téng méo dịng điện TDH, «Cơng suấtP « Cơng suất Q *+_ Cảnh báo theo các ngưỡng đặt quá dịng điện và quá điện áp «_ Sai số dịng điện: 0.5% «Sai số điện áp: 0.5%

Trang 36

2.2 Lựa chọn vật tư linh kiện để thiết kế các module

Mỗi trường cơng nghiệp là một mơi trường điện từ cĩ ảnh hưởng khơng tốt đối

với thiết bị phân tích chất lượng năng Với những chuyển mạch của các khí cụ điện thì một điều quan trọng rằng phải làm sao cho các nhiễu ngồi khơng đưa vào

phân tích chất lượng điện năng và cản trở việc hoạt động bình thường của nĩ Hiện

cĩ hai nguyên nhân chủ yếu của EMI trong trạm điện: thứ nhất là một kết quả của

việc hoạt động chuyển mạch và các sĩng điện lớn trên đường dây, chúng cĩ thể tác động đến tín hiệu đầu vào của phân tích chất lượng điện năng, và thứ hai, đĩ là do

nguyên nhân bên ngồi như sét đánh vào hệ thống trang thiết bị điện và tạp nhiễu

ra-đi-ơ Cần nhấn mạnh rằng, vì các vi xử lý hoạt động với tốc độ cao, các phân tích

chất lượng điện năng dễ bị lỗi với nhiễu điện từ (Elecromagnetic Interference -

EMI) Vì vậy, một điều kiện cần đảm bảo chic chin xằng các phân tích chất lượng

điện năng phải cĩ tính tương thích điện từ (Elecro Magnetic Compability - EMC)

với mơi trường của nĩ Để bảo đảm cho phân tích chất lượng điện năng đáp ứng yêu

cầu EMC, một loạt những phương pháp được thực hiện Ngồi việc tất cả các mạch điện tử của phân tích chất lượng điện năng cần được bảo vệ trong vỏ kim loại, việc nối đất, sử dụng các thì các đầu vào/ra (bao gồm các

đầu vào dịng điện, điện áp) giao tiếp với thế giới bên ngồi của thiết bị phân tích

chất lượng điện năng cần được xây dựng trên cơ sở các linh kiện cĩ phẩm chất tốt

và cĩ khả năng cách ly về điện

Để thiết bị phân tích chất lượng điện năng cĩ thể hoạt động tín cậy, ổn định, thì các linh kiện được lựa chọn phải thỏa mãn các yêu cầu cho từng khối chức năng cụ thể, tiêu chí lựa chọn linh kiện để thiết kế các module phần cứng thiết bị phân tích chất lượng điện năng như sau:

1 Căn cứ theo các thơng số của thiết bị phân tích chất lượng điện năng mà đề tài đăng ký, bao gồm các thơng số như sau:

+ Các đầu vào dịng điện: Dịng định mức là IA

+ Các đầu vào điện áp: Điện áp vào danh định 100VAC

¢ Phân tích các thành phan hai, tính tốn cơng suất, gĩc pha, tần số

Trang 37

« _ Cổng truyền thơng: RS485/RS232 tốc độ 1200 baud đến 56000 baud « Đồng hề thời gian thực

« _ Bộnhớ khơng mắt đữ liệu để lưu thơng số cài đặt, và các lỗi

« _ Nguồn cung cấp: 110/250VAC @50Hz

2 Căn cứ vào tiêu chuẩn IEC60255 qui định về vấn đề cách ly điện

3 Lựa chọn linh kiện đán bề mặt của các hãng sản xuất linh kiện, các bộ

biến đổi dịng, áp nổi tiếng thế giới như Microchip, LEM, Analog Device,

Texas Instrurnents, hay Linear Technology, 2.2.1 Lựa chọn bộ chia tỷ lệ và cách ly điện áp

Theo nguyên lý cách ly và chia tỷ lệ điện áp, kết hợp với tiêu chuẩn IEC60255-5 qui định về cách ly đối với các đầu vào của thiết bị phân tích chất lượng điện năng cũng như yêu cầu điện áp đầu vào như đã đăng ký, chúng tơi lựa chọn sử dụng bộ chuyển đổi điện áp LV 20-P của LEM với thời gian đáp ứng là

40us Đây là bộ chuyển đổi sử dụng hiệu ứng Hạl cho việc đo điện áp DC, AC với cách ly điện hĩa giữa mạch sơ cấp (điện áp cao) và mạch thứ cấp (mạch điện tử của thiết bị phân tích chất lượng điện năng) Giá trị điện áp R.m.s cho cách ly AC là

2.5kV, thử trong Imm giữa sơ cấp và thứ cấp

Các thơng số điện:

« — Dải điện áp đo: 10 đến 500VAC

« — Iạw, dịng điện rm.s danh định sơ cấp I0mA « Ip, ding dign so cap, dai do 0 +14m4

trở đo Với điện áp cung cấp là +12VCD thi Retin 1 302 Rotmas

Các thơng số kỹ thuật chung:

Trang 38

Nghiên cửu thiết kế, chế tạo máy phản tich chất lượng điện năng + Tạ, nhiệt độ mơi trường hoạt động 0 70°C

« Tạ, nhiệt độ mơi trường cất giữ —25 +85°C

2.2.2 Lựa chọn bộ chia tỷ lệ và cách ly dịng

Đối với các đầu vào là dịng điện, thì ngồi việc thực hiện cách ly, chia tỷ lệ,

chúng ta cịn phải thiết kế thêm một bộ chuyển đổi tín hiệu dịng điện sang điện áp trước khí đưa vào mạch lọc thơng thấp và bộ chuyển đổi ADC Dựa theo đăng ký dé

tài dịng điện danh định đầu vào của thiết bị phân tích chất lượng điện năng là 1A tần số 50Hz, chúng tơi sử dụng cảm biến dịng, ACS714LLCTR-20A-T, thời gian

đáp ứng là 5s Lựa chọn này hồn tồn phù hợp với tiêu chuẩn cách ly IEC60255-

5, Các thơng số kỹ thuật của ACS714LLCTR-20A-T như sau

« Nguồn cung cấp, Vee, 4.5 dén 5.5 VDC

« _ Dịng tiêu thụ, Icc, 10 đến 13mA

® —_ Tải điện trở đầu ra, R.oap, nhỏ nhất là 4.5k

* Dai dong dign đầu vào, IP, -20 đến 20 A

+ Độ nhạy tại TA=25 0C, nhỏ nhất là 96mV/A, danh định 100mV/A, lớn

nhất 108mV/A

« _ Tính chính xác và độ tín cậy cao: sai số tổng là 1,5% ở nhiệt độ phịng

(25 0C)

« 1C cĩ thể vẫn sống với sự quá dịng tới 5 lần,

2.2.3 Lựa chọn linh kiện để thiết kế bộ lọc Anti

iasing filter

2.2.3.1 Lựa chọn linh kiện của bộ lọc thơng tháp cho các đâu vào dịng điện

Trong thiết bị phân tích chất lượng điện năng của để tài, chúng ta cần thiết phải cĩ các thơng tin về các mức hài dịng điện bậc cao Theo tiêu chuẩn IEEE

61000-3-40 qui định, đối với các thiết bị phân tích chất lượng điện năng thuộc class A (các thiết bị dùng trong các trường hợp đặc biệt ví dụ để làm các thiết bị chuẩn)

phải cĩ khả năng phân tích tới hài bậc 40, tuy nhiên trong để tài chúng tơi chỉ phân

Trang 39

tích đến hài bậc 20 với lý do như sau: thứ nhất, nĩ vẫn thỏa mãn IEEE 61000-3-40

qui định đối với các thiết bị phân tích chất lượng điện năng calss B và thứ hai, theo

các chuyên gia chất lượng điện năng trên thế giới thì với mức hài bậc 20 là chấp

nhận được để phân tích các hiện tượng trong hệ thống điện (thiết bị phân tích chất lượng điện năng của hãng Fluke, Fluke 39, phân tích đến hài bậc 13) Với tần số danh định của thành phần cơ bản là 50Hz thì hài bậc 20 cĩ tần số là IkHz, do đĩ

một tần số cắt (thấp nhất) của bộ lọc tương tự phải là IkHz Trong đề

lựa chọn OP-AMP AD706 của Analog Devices, day là một IC được ứng dụng nhiều chúng tơi

trong các mạch lọc thơng thấp tích cực nĩ rắt tiện lợi để thiết kế các mạch lọc bậc 4

2.2.3.2 Lựa chọn linh kiện của bộ lọc thơng thắp cho các đầu vào điện áp

Như đã phân tích, đề tài sẽ chế tạo ra thiết bị phân tích chất lượng điện năng cĩ

khả năng phân tích thành phần cơ bản của điện áp và các hài bậc cao của nĩ Căn cứ

theo IEEE 61000-3-40 qui định cho các thiết bị thuộc Class B, chúng tơi thiết kế thiết bị phân tích chất lượng điện năng cĩ khả năng phân tích đến hài bậc 20 Từ đĩ, khối lọc thơng thấp sẽ được thiết kế với tần số cắt IkHz, Trong để tài, chúng tơi lựa chọn bộ OP-AMP AD706 của Analog Devices dé thiét ké mach lọc thơng thấp tích

cực

2.2.4 Lựa chọn linh kiện cho bộ chuyển đỗi tương tự/sĩ ADC

Theo tham khảo của nhĩm thực hiện để tài thì thơng thường các thiết bị phân tích chất lượng điện năng của các hãng chế tạo trên thế giới sử dụng các ADC cĩ độ

phân giải là 10 bít (ví dụ Fluke 39, 41), 12 bít, hoặc l6 bít và cĩ thể lên tới 20 bít (loại giá thành cao) Ngồi ra, chúng tơi căn cứ vào đải đo đầu vào của các dịng

điện từ 0 đến 1400A (thơng qua biến dịng điện CT), các đầu vào điện áp cĩ dai đo từ 0V đến 500V (nếu thơng qua biến điện áp VT thì điện áp danh định là 100V)

cùng với việc thiết bị phân tích chất lượng điện năng phải phân tích các hài bậc cao

của dịng điện và điện áp, như vậy, một ADC cĩ độ phân giải 16 bịt và cĩ tốc độ lấy mẫu khoảng 10ksps là một lựa chọn tốt Căn cứ vào các yêu cầu như vậy, trong đề tài chúng tơi sử dụng bộ biến đổi ADC LTC1865 2 kênh 16 bít xấp xỉ liên tục (bộ

phân tích PQA Fluke 39, 41 sử dụng LTC 1092, 10 bít, ADC này bao gồm mạch

Trang 40

lấy và giữ mẫu bên trong, tốc độ lấy mẫu 250ksps, thời gian biến đổi 3.2us ADC này tiêu thụ đồng 850u4 trong quá trình biến đổi và tự động hạ xuống 2u_4 khi

khơng thực hiện biến đối Dạng đĩng vỏ 8 chan, hoạt động với nguén cung cấp 5V,

Ví

giao tiếp với vi điều khiển thơng qua vao/ta SPI

2.2.5 Lựa chọn linh kiện cho truyền thơng

Trong IEC60255 khơng cĩ qui định đặc biệt đối với phần truyền thơng của

PQA về cách 1y điện, tuy nhiên để đảm bảo an tồn cho thiết bị, cho thiết bị phân

tích chất lượng điện năng, chúng tơi vẫn thiết kế mơ-đun truyền thơng của thiết bị phân tích chất lượng điện năng cĩ khả năng cách ly hồn tồn về điện giữa phía bên

thu, phát và đường truyền bởi IC ISO3086DW, điện áp cách ly 2500 Vrms thử

trong 60s giữa phía đường truyền và giao điện mạch logic, chế độ truyền thơng song cơng hoặc bán song cơng tùy chọn bằng cách cài đặt các jump trên mạch Nguồn

cách ly được thực hiện bởi bộ biến đổi DC/DC: VBTI-S5-S5-SMT Các thơng số kỹ thuật của ISO3086DW

« — Điệnápcung cấp Vccl: 3.15 đến 5.5VCD « Điệnápcung cấp Vccl: 4.5 đến 5.SVCD

« _ Tốc độ truyền thơng 20Mbps

+ Khoảng cách truyền 1500m khơng cĩ bộ lặp 2.2.8 Lựa chọn bộ xử lý trung tâm

"Trong thiết bị phân tích chất lượng điện năng thì cĩ thể nĩi rằng các thuật tốn

tính tốn tần số, xấp xỉ phasor, tính tốn hài dịng điện, tính tốn hài

tốn các cơng suất P, Q trên cơ sở phân tích DFT (theo IEEE 61090) là những kỹ áp, tính

thuật thực sự phức tạp Như vậy, thiết bị phân tích chất lượng điện năng cần cĩ một

bộ xử lý trung tâm với cấu hình đủ mạnh và cần cĩ những cấu trúc phần cứng phù

hợp cho giải thuật DFT Theo các phân tích như vậy, trong đề tài, chúng tơi lựa

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	15,46 MB