- Luận văn nghiên cứu sử dụng phần mềm Labview để lập trình khối đo lường , giám sát chất lượng điện áp dựa trên máy tính cá nhân, tập trung phân tích chi tiết hơn vào phần chất lượng điện năng liên quan tới sóng hài điện áp. - Sử dụng phần mềm Labview để lập trình trên máy tính tạo ra khối đo lường chất lượng điện áp bao gồm cả phần sóng hài. - Các đóng góp mới của tác giả Luận văn đã sử dụng phần mềm Labview để lập trình tạo ra khối đo lường giám sát chất lượng điện áp trên máy tính, khối này có bao gồm cả chức năng đo lường, phân tích sóng hài. - Thêm vào đó, luận văn đã đi sâu nghiên cứu và làm rõ vai trò chức năng của từng khâu trong toàn bộ qui trình đo lường chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn IEC. - Thêm vào tác giả đã xây dựng được khối đo lường chất lượng điện áp dựa trên phần mềm Labview với mục đích sử dụng máy tính cá nhân như một công cụ đo các hiện tượng chất lượng điện năng. - 26 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN. - 30 2.1 Mục đích sử dụng của các tiêu chuẩn đo lường, đánh giá chất lượng điện áp . - 39 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG KHỐI ĐO LƯỜNG, GIÁM SÁT SÓNG HÀI ĐIỆN ÁP DỰA TRÊN NỀN TẢNG PHẦN MỀM LABVIEW. - 45 3.2.1 Sơ đồ tổng thể của khối đo lường chất lượng điện áp. - 48 CHƯƠNG 4 KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦA KHỐI ĐO LƯỜNG CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP DỰA TRÊN MÁY TÍNH. - 58 4.1 Phương thức đánh giá độ chính xác của việc lập trình khối đo chất lượng điện áp đã xây dựng. - 15 Bảng 1.2 Phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE . - 16 Bảng 1.3 Tiêu chuẩn điện áp theo Thông tư 12 và 32. - 42 Bảng biểu chương 4 Bảng 4.1 Bảng kết quả đo biên độ điện áp. - 18 Hình 1.3 Điện áp sin đặt vào tải phi tuyến tạo ra dòng điện không sin. - 20 Hình 1.4 Dạng sóng và phổ dòng pha A khi máy biến áp hoạt động trong điều kiện quá áp 10% điện áp định mức. - 23 Hình 1.6 Sụt giảm điện áp khi động cơ lớn khởi động. - 26 Hình 1.8 Ảnh hưởng của mất cân bằng điện áp tới dòng điện trong động cơ. - 37 Hình vẽ chương 3 Hình 3.1 Sơ đồ khối của khối đo lường chất lượng điện áp. - 46 Hình 3.2 Giao diện chính khối đo lường chất lượng điện áp trên máy tính. - 69 Hình 4.4 Tín hiệu mô phỏng và khối đo lường chất lượng điện áp cùng được lập trình trên máy tính với phần mềm Labview. - 73 9 Hình 4.6 Tín hiệu mô phỏng và khối đo lường chất lượng điện áp cùng được lập trình trên máy tính với phần mềm Labview. - 74 Hình 4.7 Khối bơm tín hiệu điện áp đầu vào 5V. - 76 Hình 4.9 Khối bơm tín hiệu điện áp đầu vào 10V. - 87 Hình 4.15 Khối đo hiển thị khi tạo ra độ lệch điện áp 20. - 88 Hình 4.16 Khối đo hiển thị khi tạo ra độ lệch điện áp 40. - Khoảng thời giam giám sát có thể thay đổi tùy theo mục đích nghiên cứu, ví dụ giám sát chất lượng điện năng cần khoảng thời gian theo dõi ít nhất một tuần, tuy nhiên với các hiện tượng quá độ điện áp chỉ cần giám sát trong khoảng thời gian đóng cắt thiết bị. - Kiểm tra chất lượng điện áp & dòng điện (xác định hệ số quá tải cho phép. - 1.2 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn Mục tiêu của luận văn là xây dựng được khối giám sát chất lượng điện áp bao gồm cả về sóng hài đối với hệ 3 pha dựa trên phần mềm Labview. - Mất cân bằng dòng điện & điện áp Sụt giảm điện áp, mất điện áp Chớp nháy điện áp Quá độ điện áp Sóng hài Theo tiêu chuẩn IEEE các hiện tượng chất lượng điện năng có thể được phân loại như sau: 16 Bảng 1.2 Phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE Loại Dải tần Thời gian tồn tại Biên độ 1. - Kém điện áp > 1 min 0,8 – 0,9 pu 3.3. - Quá điện áp > 1 min 1,1 – 1,2 pu 4. - Điện áp không cân bằng Trạng thái ổn định 0,5 – 2% 5. - Biến dạng sóng điện áp 5.1. - Dao động điện áp < 25 Hz Không liên tục 0,1 – 7% 7. - Định nghĩa Sóng hài là các dạng nhiễu không mong muốn, xuất hiện dưới dạng các dòng điện hay điện áp có tần số bằng số nguyên lần tần số của nguồn cung cấp (thường được gọi là tần số sóng cơ bản). - để đánh giá mức độ biến dạng sóng hài: Tổng biến dạng sóng hài theo điện áp: Hình 1.1 Phân tích Fourer của một sóng bị méo dạng Hình 1.2 Sóng méo dạng và phân tích Fourier tương ứng 19 Tổng biến dạng sóng hài theo dòng điện: Trong đó. - Khi đặt một điện áp hình sin chuẩn vào tải phi tuyến thì dòng điện sinh ra sẽ có dạng sóng bị méo. - Những tác hại của sóng hài gây ra có thể gây ảnh hưởng trực tiếp, tuy nhiên cũng có thể gây ảnh hưởng gián tiếp qua một thời gian dài Làm méo hệ thống điện áp: điện áp nguồn phát ra là dạng sóng sin (mức độ méo sóng rất nhỏ, hoàn toàn có thê bỏ qua), tuy nhiên khi xuất hiện phụ tải phi tuyến kèm theo dòng điện không sin sẽ gây ra sụt áp không sin trên đường dây. - Sụt áp Bảng 1.4 Dạng sóng dòng điện, phổ tầnvà tổng độ méo sóng hài của một số tải phi tuyến khác 22 không sin gây ra điện áp tại thanh cái tổng chung bị méo sóng và sẽ ảnh hưởng đến các thiết bị khác đang nhận điện từ thanh cái chung này. - Gây nhiễu: Đối với các thiết bị đo, hệ thống máy tính, các thiết truyền thông, kĩ thuật số, y tế đòi hỏi chất lượng điện áp cao, sự xuất hiện của sóng hài có thể làm chúng hoạt động không chính xác. - Bên cạnh đó, tại các tần số của sóng hài, có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng giữa bộ tụ và trở kháng của hệ thống, có thể gây lên các dao động mạnh của điện áp và dòng điện. - Định nghĩa Sụt áp ngắn hạn là hiện tượng điện áp tại một điểm nào đó điện áp trong hệ thống giảm thấp dưới ngưỡng cho phép (nằm trong khoảng từ 10. - 90% điện áp định mức) trong khoảng thời gian lớn hơn 10ms hay 0,5 chu kỳ. - Do dó, sụt áp ngắn hạn 30% nghĩa là sụt áp xảy ra với điện áp dư còn lại là 30% của điện áp định mức. - Mất điện áp: là trường hợp riêng của sụt áp ngắn hạn khi tại một thời điểm nào đó điện áp cả 3 pha sụt giảm xuống dưới 10% điện áp định mức. - Độ lớn sụt giảm: sai khác giữa điện áp tiêu chuẩn và điện áp dư còn lại khi sụt giảm (Hình 1.5) Độ lớn sụt giảm điện áp phụ thuộc nhiều yếu tố. - Thời gian sụt giảm: được tính từ khi điện áp xuống dưới ngưỡng đến khi phục hồi trở lại (Hình 1.5) Thời gian sụt giảm phụ thuộc vào. - Hình 1.6 là ví dụ biên dạng điện áp khi có động cơ lớn khởi động d. - Ảnh hưởng của sụt giảm điện áp ngắn hạn Các thiết bị hiện đại hiện nay ngày càng nhạy cảm với điện áp, hơn nữa sụt giảm điện áp là một trong những nguyên nhân chính gây nhiễu loạn quá trình điện từ. - Các quá trình điều khiển các thiết bị điện tử công suất, cảm biến, điều khiển máy tính, PLCs điều khiển tốc độ động cơ, hoạt động các rơle dễ bị ảnh hưởng bởi sụt điện áp. - Nhiều thiết bị phải ngừng hoạt động khi điện áp sụt giảm xuống dưới 90% điện áp danh định chỉ trong thời gian 2 chu kỳ Các quá trình điều khiển công nghiệp rất nhạy cảm với sự thay đổi điện áp. - Việc bị ngừng do sụt giảm điện áp dẫn đến phá hỏng cả quá trình sản xuất liện tục. - Vì thế hầu hết các quá trình sản xuất công nghiệp đều được trang bị bảo vệ chống sụt điện áp. - Điện áp phía một chiều thường được trang bị các bảo vệ điện áp thấp và điện áp cao. - Điệnáp (%)Thời gian (s)Biến thiên giá trị hiệu dụng Hình 1.6 Sụt giảm điện áp khi động cơ lớn khởi động 26 Khi điện áp giảm dưới 85% giá trị bình thường tín hiệu cắt sẽ được gửi đi sau vài chu kỳ. - Vì thế quá trình điều khiển tốc độ cũng rất nhạy cảm với điện áp. - Động cơ đồng bộ, không đồng bộ có thể ngừng máy khi điện áp sụt giảm trong thời gian kéo dài hoặc tốc độ và momen thay đổi gây mất đồng bộ. - Sụt điện áp làm cho động cơ không thể khởi động do điện áp thấp. - Định nghĩa Hiện tượng mất cân bằng trong hệ thống 3 pha được định nghĩa là khi dòng điện (điện áp. - Các nguyên nhân gây mất cân bằng điện áp (dòng điện) Có thể có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng mất cân bằng trong hệ thống điện 3 pha, tuy nhiên các nguyên nhân chính có thể liệt kê như sau. - Hình 1.7 Mất cân bằng trong hệ thống điện 3 pha 27 Trở kháng không đồng đều của các đường dây truyền tải và phân phối cũng có thể gây ra điện áp mất cân bằng. - Hệ số mất cân bằng K: Theo tiêu chuẩn châu Âu để đánh giá mức độ mất cân bằng có thể dựa theo tỷ lệ so sánh tỷ lệ giữa thành phần thứ tự nghịch hoặc thứ tự không với thành phần thứ tự thuận Với điện áp: 2(1)2U1(1)UK .100%U 0(1)0U1(1)UK .100%U. - Các ảnh hưởng của hiện tượng mất cân bằng điện áp (dòng điện. - Các động cơ vận hành với điện áp mất cân bằng sẽ giảm hiệu suất: do thành phần thứ tự nghịch sẽ sinh ra các momen ngược chiều, dẫn tới làm giảm momen và tốc độ của động cơ. - Thành phần điện áp thứ tự nghịch gây ra dòng thứ tự nghịch rất lớn. - Mức độ mất cân bằng dòng điện có thể gấp 6-10 lần mức độ không cân bằng điện áp. - Khi điện áp mất cân bằng thì gây ra quá nhiệt và ảnh hưởng tới tuổi thọ cách nhiệt, do vậy có thể phải giảm công suất động cơ để tránh quá nhiệt. - Hình 1.8 Ảnh hưởng của mất cân bằng điện áp tới dòng điện trong động cơ 29 Ảnh hưởng các bộ biến tần và thiết bị điện tử. - Các bộ biến tần và thiết bị điện tử hầu hết sử dụng các bộ chỉnh lưu trong mạch điện: Khi điện áp cân bằng: sóng hài song hài sinh ra có bậc là: h=kq ±1 Trongđó. - 30 CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Mục đích sử dụng của các tiêu chuẩn đo lường, đánh giá chất lượng điện áp Mục tiêu của luận văn là xây dựng khối đo lường chất lượng điện áp dựa theo các tiêu chuẩn được sử dụng là EN5016 và IEC 61000-4-30. - Tiêu chuẩn IEC sẽ được áp dụng trong việc xây dựng các khâu của khối đo lường điện áp. - Hai tiêu chuẩn này qui định về rất nhiều tham số liên quan tới chất lượng điện áp, tuy nhiên trong phạm vi của luận văn thì khối đo lường điện áp được xây dựng tập trung vào đo các tham số như: giá trị hiệu dụng, tần số, mức độ sụt áp ngắn hạn (voltage sag), mức độ mất cân bằng điện áp và sóng hài điện áp. - Ví dụ tính toán giá trị hiệu dụng của điện áp như Hình 2.1. - Trung bình bình phương là lấy căn bậc 2 ta được giá trị hiệu dụng của điện áp cần đo là xấp xỉ 7 vôn. - 2.2.2.2 Đo giá trị hiệu dụng theo phương pháp cập nhật tín hiệu mỗi nửa chu kỳ (RMS(1/2)) Để tính biên độ điện áp hay dòng điện cung cấp, trị hiệu dụng được tính dựa trên giá trị các mẫu lấy trong một chu kỳ xác định. - Trị hiệu dụng tương đương là trị hiệu dụng của điện áp xác định trên một chu kỳ và làm tươi sau mỗi nửa chu kỳ : 12(k 1)N/22rms(1/2)i 1 kN/21UUN. - N: số mẫu trong 1 giây u(i): điện áp (mẫu đo) ghi được của sóng hài bậc k, k Giá trị đầu tiên thu được qua một chu kỳ từ mẫu 1 tới mẫu N, tiếp theo từ mẫu (N/2 + 1) tới (N + N/2), cứ thế tiếp tục như giới thiệu trong Hình 2.2 Hình 2.2 Ví dụ tính toán giá trị hiệu dụng theo phương pháp nửa chu kỳ Tổ hợp các giá trị đo trong khoảng thời gian dài Đo điện áp cung cấp, sóng hài và mức không cân bằng được thực hiện trong mọi chu kỳ. - 2.2.3.2 Đo độ lớn của điện áp Độ lớn điện áp được đánh giá dựa theo giá trị hiệu dụng đo được, việc đo thực hiện theo phương pháp tổ hợp trong khoảng 10 chu kỳ đối với hệ 50Hz và 12 chu kỳ đối với hệ 60Hz. - Trong hệ thống một pha thì sụt áp ngắn hạn được coi là bắt đầu khi giá ttrị điện áp Urms(1/2) giảm dưới ngưỡng và kết thúc khi Urms(1/2) bằng hoặc lớn hơn giá trị ngưỡng cộng với một giá trị điện áp trễ (hysteresis voltage). - Giá trị điện áp trễ này được sử dụng để tránh việc đếm nhầm lẫn nhiều sự kiện sụt áp khi giá trị điện áp chỉ dao động quanh ngưỡng đặt. - Đối với hệ thống ba pha thì sụt áp ngắn hạn được coi là bắt đầu xuất hiện khi giá ttrị điện áp Urms(1/2) của một trong các pha giảm dưới ngưỡng và kết thúc khi Urms(1/2) của tất cả các pha bằng hoặc lớn hơn giá trị ngưỡng cộng với một giá trị điện áp trễ. - Đặc tính của hiện tượng sụt áp được thể hiện qua hai đại lượng là điện áp dư còn lại và khoảng thời gian sụt áp. - 2.2.3.4 Đo lường mức độ không cân bằng Mức độ không cân bằng của điện áp/ dòng điện được đánh giá dựa trên các thành phần đối xứng đã được phân tích. - Hình 2.3 Dạng sóng và sụt áp đánh giá cho từng pha Hình 2.4 Đánh giá sụt áp ngắn hạn cho hệ ba pha 36 Thành phần tần số cơ bản của điện áp được đo theo khoảng tổ hợp 10/12 chu kỳ. - 2.2.3.5 Đo lường sóng hài điện áp/ dòng điện Phương thức đo lường sóng hài bậc nguyên và không nguyên (interharmonic) được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEC 61000-4-7. - 2.3 Giới thiệu tiêu chuẩn EN50160 sử dụng để đánh giá chất lượng điện năng 2.3.1 Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn Tiêu chuẩn European Standard EN 50160 và IEEE Standard 1159 là các tiêu chuẩn quan trọng đánh giá về chất lượng điện áp trong hệ thống điện. - Định nghĩa các tham số của điện áp có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng điện năng Đề xuất các mức giá trị để đánh giá chất lượng điện áp trong hệ thống điện. - Các tham số cơ bản sau của điện áp được đề cập đến trong tiêu chuẩn EN 50160. - Về giới hạn quá điện áp tạm thời (voltage swell) Tiêu chuẩn EN 50160 chỉ đưa ra giá trị chỉ báo về sụt áp ngắn hạn. - Về giới hạn quá độ điện áp Theo tiêu chuẩn EN 50160, giá trị đỉnh của quá điện áp không được vượt quá 6kV, mặc dù các giá trị lớn hơn có thể xuất hiện nhưng rất hiếm. - Không có giới hạn qui định về số lần xuất hiện quá độ điện áp mỗi năm. - Về giới hạn nhấp nháy điện áp Trong điều kiện vận hành bình thường, giá trị nhấp nháy điện áp trung bình trong 2 giờ (Plt) không nên vượt quá 1. - Về giới hạn mất cân bằng điện áp Trong điều kiện vận hành bình thường, tỷ phần của điện áp thứ tự nghịch so với điện áp thứ tự thuận không nên vượt quá 2% trong khoảng 95% thời gian của một tuần. - Về giới hạn sóng hài điện áp Trong điều kiện vận hành bình thường, giá trị hiệu dụng trung bình trong 10 phút của các thành phần hài điện áp không nên vượt quá các giá trị trong bảng 2.1. - Giá trị ở bảng này được tính theo phần trăm của điện áp định mức. - Tổng độ méo sóng hài điện áp được tính tới hài bậc 40. - Tiêu chuẩn qui định 95% của giá trị của tổng độ méo sóng hài điện áp không nên vượt quá 8%. - +4% (47÷52 Hz) trong 100% khoảng thời gian trong tuần 2 Độ lớn điện áp thay đổi Với lưới hạ áp, trung áp:: ±10% đối với 95% trong tuần, có nghĩa là giá trị rms đo trong 10 phút xét trong 1 tuần. - 3 Nhấp nháy điện áp Với lưới hạ á: 5% bình thường 10% thường xuyên ltP ≤ 1 cho 95% trong tuần Với trung áp: 4% bình thường 6% không thường xuyên ltP≤ 1 cho 95% trong tuần 4 Sụt áp ngắn hạn Phần lớn: thời gian
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt