Nghiên c ứu xây dựng thiết b ị đo lường và giám sát sóng hài dòng điện

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cao học với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện” kết nghiên cứu riêng tôi, không chép Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả có tham khảo số tài liệu ghi mục “Tài liệu tham khảo” luận văn Tác giả Nguyễn Đức Hạnh NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Trần Mạnh Hùng, giảng viên Bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, người thầy trực tiếp hướng dẫn suốt trình thực đề tài Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Điện, thư viện Tạ Quang Bửu, giảng viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn khóa học hoàn thành đề tài Tôi trân trọng cảm ơn tới cán hành Viện Điện Viện Đào tạo Sau đại học giúp đỡ suốt trình học tập trường Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp ủng hộ, tạo điều kiện giúp đỡ để hoàn thành chương trình học tập, nghiên cứu trường, hoàn thành đề tài Nguyễn Đức Hạnh NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nhu cầu giám sát chất lượng điện (CLĐN) ngày tăng dây chuyền, thiết bị công nghiệp ngày phụ thuộc vào chất lượng nguồn điện cung cấp Một tiêu quan trọng CLĐN tượng sóng hài Sóng hài đóng góp phần lớn việc gây méo dạng sóng điện áp nguồn dòng điện tải Vấn đề đo lường, giám sát sóng hài ngày quan tâm ý nhiều hơn, để từ đưa giải pháp giảm bớt ảnh hưởng tượng hệ thống điện Các thiết bị đo lường, giám sát sóng hài có hai dạng: dạng lắp đặt cố định phục vụ cho mục đích đo lường dài hạn với dung lượng lưu trữ lớn, dạng xách tay phục vụ cho công tác chuẩn đoán sơ đo lường ngắn hạn Do chế tạo chuyên dụng, sử dụng đa mục đích (đo lường giám sát nhiều thông số lúc Người sử dụng hoàn toàn lệ thuộc vào nhà sản xuất việc thay đổi tính năng, thay đổi tùy biến Mặc khác thiết bị chuyên dụng có giá thành cao, không phù hợp để triển khai lắp đặt diện rộng, không phù hợp với mục đích đo lường giám sát đơn lẻ Tác giả công tác phận bảo trì hệ thống điện nhà ga hành khách T1 – Cảng hàng không quốc tế Nội Bài Qua trình làm việc, tác giả nhận thấy hệ thống tụ bù cosφ lọc sóng hài tủ phân phối TGBT bị hỏng không sử dụng vật tư thay phần ảnh hưởng đến chất lượng điện Trong có số sóng hài vượt mức cho phép Thực tế, số thiết bị chịu ảnh hưởng nghiêm trọng hệ thống biến tần điều khiển động hệ thống thang máy thang thường xuyên gặp cố, phải sửa chữa, thay với chi phí lớn NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Lịch sử nghiên cứu Việc đo lường, giám sát sóng hài dòng điện có nhiều nghiên cứu giới, thiết bị đo lường giám sát chuyên dụng sử dụng thuật toán phức tạp, đo lường so sánh nhiều tham số Hiện nay, nhà sản xuất sử dụng hệ thống máy tính với vi xử lý đại, tính toán xác nhiều số Tuy nhiên việc xây dựng thiết bị tích hợp việc đo lường giám sát riêng sóng hài dòng điện sử dụng linh kiện điện tử đơn giản chưa có tài liệu tham khảo đề cập tới Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Nội dung luận văn nghiên cứu tổng thể CLĐN nói chung, tượng sóng hài dòng điện nói riêng với việc phân tích nguyên nhân ảnh hưởng tượng này, phân tích tiêu chuẩn đo lường đánh giá sóng hài dòng điện Phần luận văn mô tả chi tiết phương pháp đánh giá, đo lường sóng hài dòng điện dựa theo tiêu chuẩn IEC, xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện sử dụng linh kiện điện tử đơn giản, xử lý vi xử lý PIC18F4520 Kiểm nghiệm đánh giá hoạt động thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Tóm tắt cô đọng luận điểm Mục tiêu luận văn bao gồm: • Tìm hiểu khái niệm phân loại tượng CLĐN, việc đo lường giám sát CLĐN • Đi sâu nghiên cứu sóng hài dòng điện, nguyên nhân ảnh hưởng sóng hài dòng điện hệ thống; tìm hiểu phương pháp đo lường giám sát sóng hài dòng điện theo tiêu chuẩn IEC hành • Xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện sử dụng vi xử lý PIC18F4520, với mục tiêu thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, rẻ tiền, phục vụ đo lường giám sát cách xác linh hoạt NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện • Kiểm nghiệm đánh giá hoạt động thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện xây dựng Để thực nội dung luận văn chia làm chương sau: Chương 1: Tổng quan chất lượng điện sóng hài dòng điện Giới thiệu khái niệm CLĐN tượng chất lượng điện thường gặp, việc đo lường giám sát CLĐN Nghiên cứu sóng hài dòng điện, nguyên nhân ảnh hưởng sóng hài dòng điện hệ thống Chương 2: Tiêu chuẩn đo lường, đánh giá sóng hài dòng điện Tìm hiểu phương pháp đo lường giám sát sóng hài dòng điện theo tiêu chuẩn IEC hành: • Nghiên cứu phương pháp đo lường sóng hài dòng điện theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-7:2009 • Nghiên cứu số tiêu chuẩn giới hạn thành phần sóng hài lưới, gồm tiêu chuẩn IEE 519 tiêu chuẩn IEC IEC 1000-3-4 Chương 3: Xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện vi xử lý Trình bày bước định hướng, xây dựng cấu trúc thành phần, thiết lập thuật toán đo lường, giám sát sóng hài dòng điện cho thiết bị Chương 4: Kiểm nghiệm đánh giá thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Thực bước kiểm nghiệm đánh giá nhằm: xác định độ xác đo lường thiết bị, xác định sai số để hiệu chỉnh; đánh giá thuật toán sử dụng, mức độ ổn định thiết bị đo Kiểm chứng hoạt động thực tế khâu đo lường, giám sát xây dựng So sánh với thiết bị đo lường khác nhằm khẳng định rõ hoạt động thiết NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện bị, tìm dải đo, bậc sóng hài cao đo Từ điều chỉnh tối ưu hoạt động thiết bị Áp dụng thiết bị đo cho số loại hình phụ tải công nghiệp, nơi tác giả công tác, kiểm chứng so sánh với thực tế đo lường đây, đưa nguyên nhân, kiến nghị đề xuất giảm tượng sóng hài bậc cao Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài Các đóng góp tác giả • Tác giả xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện tảng vi xử lý PIC18F4520 • Ứng dụng thực tế thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện số loại hình phụ tải công nghiệp NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện MỤC LỤC Chương mục Trang LỜI CAM ĐOAN .1 LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 DANH MỤC HÌNH VẼ 12 CHƯƠNG TỔNG QUÁT VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SÓNG HÀI DÒNG ĐIỆN 15 1.1 Giới thiệu chung chất lượng điện 15 1.1.1 Khái niệm 15 1.1.2 Tầm quan trọng chất lượng điện 15 1.1.3 1.1.4 1.2 Phân loại chất lượng điện .16 Đo lường giám sát CLĐN 18 Sóng hài hệ thống điện .22 1.2.1 Khái niệm, đặc điểm sóng hài 22 1.2.2 Nguyên nhân, nguồn phát .23 1.2.3 Ảnh hưởng sóng hài dòng điện .26 1.3 Các thiết bị đo lường giám sát chất lượng điện 29 1.3.1 1.3.2 1.4 Thiết bị đo lường giám sát CLĐN chuyên dụng 29 Thiết bị đo lường giám sát CLĐN dựa máy tính cá nhân .31 Mục tiêu nghiên cứu luận văn .32 NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện CHƯƠNG TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG, ĐÁNH GIÁ SÓNG HÀI DÒNG ĐIỆN .33 2.1 Mục đích sử dụng tiêu chuẩn đo lường, đánh giá sóng hài dòng điện .33 2.2 Tiêu chuẩn IEC 61000-4-7:2009[6] áp dụng việc đo lường sóng hài 33 2.2.1 Phạm vi áp dụng tiêu chuẩn 33 2.2.2 Định nghĩa, phương pháp tính sóng hài theo tiêu chuẩn 34 2.2.3 2.2.4 2.3 Những yêu cầu chung với thiết bị đo sóng hài dòng điện 36 Các thành phần thiết bị đo sóng hài dòng điện 39 Một số tiêu chuẩn giới hạn thành phần sóng hài lưới 39 2.3.1 Tiêu chuẩn IEEE 519 40 2.3.2 Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4 .41 CHƯƠNG XÂY DỰNG THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG GIÁM SÁT SÓNG HÀI DÒNG ĐIỆN BẰNG VI XỬ LÝ 43 3.1 Sự cần thiết xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện nhà ga hành khách T1 – Cảng hàng không quốc tế Nội Bài 43 3.1.1 Bài Hệ thống điện nhà ga hành khách T1 – Cảng hàng không quốc tế Nội .43 3.1.2 Vấn đề sóng hài dòng điện nhà ga hành khách T1 44 3.1.3 3.2 Định hướng xây dựng thiết bị đo lường giám sát khuôn khổ luận văn .46 3.2.1 3.2.2 3.3 Sự cần thiết đo lường giám sát sóng hài dòng điện nhà ga T1 45 Yêu cầu tín hiệu cần đo 46 Độ xác cần đạt 46 Cấu trúc thiết bị đo lường, giám sát sóng hài dòng điện .47 NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện 3.3.1 Cấu trúc chung: .47 3.3.2 Sơ đồ khối thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện .48 3.3.3 Diễn giải chi tiết thành phần mạch 49 3.4 Thuật toán đo lường, giám sát cho vi xử lý 52 3.4.1 Thuật toán khâu đo lường .52 3.4.2 Sơ đồ thuật toán khâu giám sát .56 3.4.3 Lập trình cho vi xử lý 57 3.4.4 Sản phẩm sau xây dựng hoàn thiện lập trình: 58 CHƯƠNG KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG GIÁM SÁT SÓNG HÀI DÒNG ĐIỆN .59 4.1 Mục đích 59 4.2 Phương thức kiểm nghiệm đánh giá thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện .59 4.3 Kiểm nghiệm code lập trình, sử dụng phần mềm mô mạch máy tính .60 4.3.1 Phần mềm sử dụng để mô mạch: Proteus 8.1 Profesional .60 4.3.2 Thiết lập phần tử thực mô 62 4.3.3 Kiểm nghiệm với nguồn dạng sóng sin: .63 4.3.4 Kiểm nghiệm với nguồn dạng sóng vuông: 65 4.3.5 Đánh giá: .65 4.4 Kiểm tra độ xác thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện sử dụng máy sóng Tektronix TDS 1001C-EDU 65 4.4.1 EDU Sơ đồ đấu nối kiểm tra sử dụng máy sóng Tektronix TDS 1001C .65 NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện 4.4.2 4.4.3 4.5 Kiểm tra giá trị hiệu dụng dòng điện: 69 Kiểm tra giá trị biên độ sóng hài 70 Thử nghiệm thiết bị với số phụ tải công nghiệp 74 4.5.1 Thử nghiệm với tải chiếu sáng 74 4.5.2 Thử nghiệm với tải động 76 4.6 Chức giám sát, cảnh báo sóng hài dòng điện vượt ngưỡng cho phép 78 4.7 Kiến nghị số phương pháp lọc sóng hài .79 4.7.1 Bộ lọc thụ động[2] 79 4.7.2 Bộ lọc tích cực[2] 80 4.7.3 Bộ lọc hỗn hợp[2] 80 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 82 5.1 Kết luận 82 5.2 Hướng phát triển đề tài 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 PHỤ LỤC: Code lập trình cho vi xử lý PIC18F4520 NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 10 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Hình 4.4-5 Kết đo dòng điện hiệu dụng qua tải (pha A) Đánh giá: - Thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện đo lường xác giá trị dòng điện đầu vào, tính toán xác giá trị hiệu dụng dựa phân tích giá trị đo từ ADC Có thể áp dụng để đo lường giám sát sóng hài dòng điện thực bước thử nghiệm - Sai số thiết bị qua lần đo nhỏ 5% Nguyên nhân gây sai số việc tính toán dựa giá trị trích mẫu từ ADC đưa vi xử lý Do số lượng mẫu hạn chế, trình tính toán giá trị trung bình dài hạn cho kết gần 4.4.3 Kiểm tra giá trị biên độ sóng hài a) Thử nghiệm với dòng điện dạng sin Để tạo dòng điện dạng Sin, ta thực mục 4.4.2 với phụ tải dung, tuyến tính C-2 = 12.5% Để so sánh kết quả, ta sử dụng chức phân tích Fourier nhanh FFT máy sóng Căn giá trị biên độ cho trị số biên độ - tần số (tính dB), ta xác định giá trị dòng điện tương ứng theo công thức: NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 70 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện L(dB) = 20.lgU(V ) = 20.lg I ( A) [4] Kết quả: Hình 4.4-6 So sánh giá trị biên độ sóng hài bậc thiết bị đo lường giám sát với máy sóng Tektronix TDS 1001C-EDU – sóng sin Giá trị biên độ bậc so sánh với kết đo cho chức FFT máy sóng thể bảng giá trị đo Bậc sóng hài Thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Máy sóng Tektronix TDS 1001C-EDU Sai số 2,12A -190mdB 1,96A 8.1% 0,06A -32,6dB 0,05A 20% 0,05A -33,8dB 0,04A 25% 0,01A -43,4dB 0,01A 0% Bảng 4.4-1 Bảng đối chiếu biên độ sóng hài dòng điện bậc cao giá trị đo hiển thị thiết bị với giá trị hiển thị hình máy sóng Tektronix TDS 1001C-EDU NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 71 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện - Tổng độ biến dạng sóng hài THDi=4,2% Đánh giá: Nguyên nhân gây sai số việc tính toán dựa giá trị trích mẫu từ ADC đưa vi xử lý Do số lượng mẫu hạn chế, trình tính toán giá trị trung bình dài hạn cho kết gần Đồng thời, dòng điện khảo sát dòng điện thực tế, nên có dạng sóng sin không sin, kết đo tổng độ biến dạng sóng hài phù hợp với lý thuyết (theo Sách tra cứu chất lượng điện năng[1]) Thử nghiệm với dòng điện dạng không sin: Để tạo dòng điện dạng không sin, thực mục 4.4.2 với phụ tải phi b) tuyến, C-2 = 12.5%; R-2 = 12.5% Để so sánh kết quả, ta sử dụng chức phân tích Fourier nhanh FFT máy sóng Căn giá trị biên độ cho trị số biên độ - tần số (tính dB), ta xác định giá trị dòng điện tương ứng theo công thức[4]: 20.lg I ( A) = x(dB) Kết quả: Hình 4.4-7 So sánh giá trị biên độ sóng hài bậc thiết bị đo lường giám sát với máy sóng Tektronix TDS 1001C-EDU – sóng không sin NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 72 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Giá trị biên độ bậc so sánh với kết đo cho chức FFT máy sóng thể bảng giá trị đo Bậc sóng hài Thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Máy sóng Tektronix TDS 1001C-EDU Sai số 1,17A -4,19dB 1,23A 4,8% 0,53A -11,6dB 0,52A 4,9% 0,57A -11,2dB 0,55A 3,6% 0,21A -20,4dB 0,19A 10,5% Bảng 4.4-2 Bảng đối chiếu biên độ sóng hài dòng điện bậc cao giá trị đo hiển thị thiết bị với giá trị hiển thị hình máy sóng Tektronix TDS 1001C-EDU - Tổng độ biến dạng sóng hài THDi=60,1% Đánh giá: - Thiết bị cho kết đo sóng hài với bậc sai số không nhiều so với tính toán FFT thể hình máy sóng Tektronix TDS 1001C-EDU trường hợp: sóng dạng sin sóng không sin, nhiều thành phần hài - Kết có sai lệch nguyên nhân sau: + Phần hiển thị máy sóng theo dạng đồ thị phân bố, ta đo giá trị trỏ (cursor) đỉnh cụm đồ thị tương ứng với biên độ dòng bậc sóng hài, nên kết đối chiếu gần + Do mô hình dùng để mô thiết bị lý tưởng, nên khó hiệu chỉnh giá trị - Đối với trường hợp sóng hài THDi > 10%, chương trình cảnh báo hoạt động tốt (đèn nhấp nháy, thẻ nhớ ghi liệu) NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 73 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện - Đối với bậc sóng hài lớn bậc (bậc 7, bậc 9, bậc 11 ) kết cho giá trị biên độ không xác thiếu ổn định Tác giả xác định nguyên nhân số lượng giá trị trích mẫu/chu kỳ Khi nhân vector so sánh với hàm sin chuẩn bậc cao, tần số lớn gây sai số Do đó, để đảm bảo độ xác cho thiết bị đưa vào đo lường thực tế, tác giả tính toán sóng hài dòng điện bậc (250Hz) cho đánh giá, thử nghiệm 4.5 Thử nghiệm thiết bị với số phụ tải công nghiệp 4.5.1 Thử nghiệm với tải chiếu sáng - Vị trí thử nghiệm: tủ điện chiếu sáng sân đỗ CSSĐ-1, cấp nguồn cho đèn - Sơ đồ khối thực hiện: chiếu sáng sân đỗ ô tô nhà ga T1 Hình 4.5-1 Sơ đồ khối thử nghiệm thiết bị với tải chiếu sáng sân đỗ nhà ga hành khách T1 NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 74 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Hình 4.5-2 Hình ảnh lắp đặt thiết bị đo tủ chiếu sáng sân đỗ nhà ga hành khách T1 Kết quả: Bậc sóng hài Kết đo thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện 27,27A 3,26A 1,61A THD 13,4% Bảng 4.5-1 Kết đo sóng hài dòng điện tủ chiếu sáng sân đỗ nhà ga hành khách T1 Đánh giá: Kết đo cho thấy THD phụ tải chiếu sáng tương đối cao Nguyên nhân đèn chiếu sáng sân đỗ loại bóng cao áp, có sử dụng chấn lưu tụ mồi NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 75 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện 4.5.2 Thử nghiệm với tải động - Vị trí thử nghiệm: tủ bơm, trạm xử lý nước thải, cấp nguồn cho hệ thống bơm nước khí thải cho hệ thống xử lý nước thải nhà ga T1 - Sơ đồ khối thực hiện: Hình 4.5-3 Sơ đồ khối thử nghiệm thiết bị với tải động nhà ga hành khách T1 Hình 4.5-4 Hình ảnh lắp đặt thiết bị đo tủ bơm xử lý nước thải nhà ga hành khách T1 NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 76 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Kết quả: Bậc sóng hài Kết đo thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện 22,17A 0,51A 0,51A THD 3,3% Bảng 4.5-2Kết đo sóng hài dòng điện tủ bơm xử lý nước thải nhà ga hành khách T1 Hình 4.5-5 Hình ảnh đo tủ bơm xử lý nước thải nhà ga hành khách T1 Đánh giá: Kết đo cho thấy THD phụ tải động pha không cao Dòng điện pha có dạng sin tương đối tốt, động không sử dụng biến tần, dòng điện cân pha nên nguồn gây sóng hài bậc cao NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 77 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện 4.6 Chức giám sát, cảnh báo sóng hài dòng điện vượt ngưỡng cho phép Khi hoạt động, thiết bị thực chức cảnh báo giám sát tổng độ biến dạng sóng hài THD > 10% Chức cảnh báo: Khi THD vượt mức 10%, đèn “RUN” màu đỏ thiết bị sáng nhấp nháy chu kỳ 1s/lần, đồng thời, hình LCD thiết bị thể cảnh báo: Hình 4.6-1 Chức cảnh báo thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Chức giám sát: Khi THD vượt mức 10%, thiết bị thực ghi liệu lên thẻ nhớ, bao gồm giá trị THD giá trị biên độ sóng hài dòng điện bậc: Hình 4.6-2 File THD.txt ghi vào thẻ nhớ thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 78 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện 4.7 Kiến nghị số phương pháp lọc sóng hài Để nâng cao CLĐN nói chung sóng hài dòng điện nói riêng việc áp dụng tiêu chuẩn giới hạn sóng hài vấn đề tất yếu, làm để dưa sóng hài nằm giới hạn cho phép đó? Đó việc phải sử dụng lọc sóng hài Bộ lọc thiết bị tạo đặc tuyến tần số định trước mà chức cho số tần số qua định đồng thời loại bỏ tần số khác Các lọc sóng hài sử dụng phổ biến [2] là: Bộ lọc thụ động (Passive Filter) • Bộ lọc chủ động (Active Filter) • Bộ lọc hỗn hợp chủ động thụ động • 4.7.1 Bộ lọc thụ động [2] Bao gồm phần tử R, L, C ghép nối với lựa chọn cho tần số lọc xác định Nguyên lý làm việc lọc loại ngắn mạch sóng điều hòa cần lọc để sóng điều hòa chảy khỏi hệ thống Trong sơ đồ lọc ba pha có hai loại lọc lọc RC lọc LC Trong hai loại lọc có tụ điện, tụ điện mắc hình tam giác hình Khi mắc tụ điện hình tam giác có ưu điểm tiết kiệm dung lượng tụ, song không loại trừ hết sóng điều hòa điện áp dây Bộ tụ đấu hình có dung lượng tụ tăng lên lần loại sóng điều hòa điện áp dây điện áp pha đặc biệt tụ đấu có trung tính NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 79 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện loại điện áp thứ tự không sinh chuyển mạch van bán dẫn Hình 4.7-1 Bộ lọc thụ động RC 4.7.2 Bộ lọc tích cực [2] Dựa tảng biến đổi điện tử công suất lớn lọc tích cực có nguyên lý làm việc khác lọc thụ động có nhiều ưu điểm tính Mặc dù có nhiều phương pháp khử hạn chế sóng điều hòa bậc cao dùng lọc thụ động, sử dụng máy biến áp đấu Δ/Y… Nhưng phương pháp sử dụng lọc tích cực phương pháp đại ngày chiếm ưu thế, mềm dẻo cấu hình phần cứng lẫn phần mềm để xử lý phù hợp với loại tải điều kiện điện áp nguồn cung cấp khác Bộ lọc tích cực có tác dụng bù sóng điều hòa dòng điện, có ý nghĩa quan trọng tải có công suất vừa nhỏ Việc giảm thành phần sóng điều hòa dòng điện lưới có tác dụng giảm độ méo dạng điện áp điểm đấu dây chung 4.7.3 Bộ lọc hỗn hợp [2] Thực chất kết hợp lọc thụ động lọc tích cực Mục đích giảm chi phí đầu tư ban đầu cải thiện hiệu lọc thụ động Bộ lọc thụ động lọc sóng điều hòa mà lọc tích cực không lọc NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 80 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện lọc cách khó khăn Chính thông số tiêu lọc thụ động không cần cao qua giảm chi phí Hình 4.7-2 Sơ đồ cấu trúc lọc hỗn hợp NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 81 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Luận văn tập trung nghiên cứu tượng sóng hài dòng điện với việc phân tích nguyên nhân ảnh hưởng tượng này, phân tích tiêu chuẩn đo lường đánh giá sóng hài dòng điện Luận văn phân tích chi tiết phương pháp đánh giá, đo lường sóng hài dòng điện dựa theo tiêu chuẩn IEC, xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Đồng thời rõ phương thức đo lường, cấu trúc chung thiết bị đo lường tiêu chuẩn đánh giá sóng hài dòng điện sử dụng để thiết lập thông số cho thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện Luận văn giới thiệu bước xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện tảng vi xử lý PIC18F4520, thiết lập thuật toán đo lường, giám sát sóng hài dòng điện cho thiết bị Luận văn thực ba bước kiểm nghiệm đánh giá nhằm xác định độ xác đo lường thiết bị, xác định sai số để hiệu chỉnh; đánh giá thuật toán sử dụng, mức độ ổn định thiết bị đo, đồng thời áp dụng thiết bị đo cho số loại hình phụ tải công nghiệp, nơi tác giả công tác, đưa nguyên nhân, kiến nghị đề xuất giảm tượng sóng hài bậc cao Hướng phát triển đề tài 5.2 Do hạn chế thời gian, kiến thức chuyên môn kinh nghiệm làm việc với mạch điện tử nên luận văn dừng mức nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện với dòng điện pha Thiết bị đo lường giám sát mà tác giả thực tồn sai số khâu đo lường, chức giám sát đơn giản, chưa thật đáp ứng yêu cầu đo lường giám sát thực tế Một số hướng nghiên cứu phát triển đề tài tương lai: - Xây dựng thiết bị đo lường giám sát tích hợp pha NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 82 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện - Xây dựng chức giám sát thời gian thực Sử dụng thuật toán tối ưu để vi xử lý tính toán nhanh, xác - Sử dụng phần cứng mạnh hơn, vi xử lý, chuyển đổi tương tự/số ADC có độ phân giải cao nhằm tăng tần số trích mẫu, từ cho kết xác đo lường, giám sát thành phần sóng hài bậc cao NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 83 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu xây dựng thiết bị đo lường giám sát sóng hài dòng điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Đình Long (chủ biên), Sách tra cứu chất lượng điện năng, Nhà xuất Bách Khoa - Hà Nội, 2013 [2] Roger Dugan, Surya Santoso, Mark McGranaghan, H Beaty, Electrical Power Systems Quality, McGraw-Hill Professional, 2002 [3] Iaroslav Blagouchine and Eric Moreau, Analytic Method for the Computation of the Total Harmonic Distortion by the Cauchy Method of Residues, IEEE Transactions on Communications, vol 59, no 9, pp 2478—2491, 2011 [4] Eric Coates MA BSc.(Hons), Amplifier Gain & Decibels, http://www.learnabout-electronics.org/Amplifiers/amplifiers13.php, 2007 -2012 [5] Nguyễn Xuân Tùng, Bài giảng chất lượng điện năng, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2012 [6] IEC 61000-4-7, Testing and measurement techniques – Genaral guide on harmonics and interharmonics measurement and instrumentation, for power supply systems and equipment connected thereto, British Standard, 2009 NGUYÔN ®øc h¹nh – líp 2012b - ht® 84 ... NGHIỆP Nghiên c u xây dựng thiết b đo lường giám sát sóng hài dòng điện 1.3.2 Thiết b đo lường giám sát CLĐN dựa máy tính c nhân Thiết b đo lường dựa tảng máy tính c nhân thường gọi thiết b đo. .. kể giám sát lưới điện cao áp M c đích vi c giám sát vị trí kh c nhau, tùy thu c vào yêu c u sau: • Giám sát thiết b : Vi c giám sát thiết b giúp x c định x c CLĐN sử dụng C c liệu trình giám sát. .. ® c h¹nh – líp 201 2b - ht® 28 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nghiên c u xây dựng thiết b đo lường giám sát sóng hài dòng điện C c sóng điều hòa b c cao làm thiết b sử dụng điện đèn chiếu sáng b chập chờn