Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệp

L
a tôi. Tt c các n phc
công b chung vi các cán b ng dn khoa hng nghi
c s ng ý ca các tác gi n án. Cáckt qu trong
lun án là trung thc công b và s d bo v trong bt
c mt lun án nào khác.
Tác gi lun án

Trn Duy Trinh

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


-

-


TRTRẦN DUY TRINH




NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC
ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ
TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP







LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

HÀ NỘI-2014

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


-

-


TRTRẦN DUY TRINH



NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC
ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ
TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP


Chuyên nghành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Mã số: 62520216


LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA


NG DN KHOA HC:
1. PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn
2. TS. Trần Trọng Minh
3. S.TS. Nguyễn Văn Liễn






HÀ NỘI-2014

LỜI CAM ĐOAN

a tôi. Tt c các n phc công b chung
vi các cán b ng dn khoa hng nghic s ng ý ca các
tác gi n án. Các kt qu trong lun án là trung th
tc công b và s dng trong bt c mt lun án nào khác.

Tác gi lun án


Trần Duy Trinh

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tác giả đã gặp nhiều khó khăn. Một mặt do
trình độ còn hạn chế, một mặt do thông tin tư liệu và tài liệu tham khảo không thật
đầy đủ, song tác giả đã rất cố gắng và được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng

dẫn, sự giúp đỡ của các GS, PGS, TS trong Bộ môn Tự động hóa Xí nghiệp Công
nghiệp, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, sự giúp đỡ tận tình của bạn bè đồng
nghiệp, luận án đến nay đã hoàn thành.
Tác giả chân thành cảm ơn Bộ môn Tự động hóa Xí nghiệp Công nghiệp-Viện
Điện, Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
đã dành thời gian và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian thực
hiện đề tài. Chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện làm việc của Nhà máy
Xi măng Hoàng Mai, Tỉnh Nghệ An đã dành cho nghiên cứu sinh trong suốt quá
trình khảo sát thực tế, thực hiện luận án. Chân thành cảm ơn Viện Đào tạo sau Đại
học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và động viên tác giả
trong thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án.
Tác giả vô cùng biết ơn PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn và TS. Trần Trọng Minh
những người đã định hướng, hướng dẫn, giúp tác giả hoàn thành các nhiệm vụ đặt
ra cho luận án. Chân thành cảm ơn các GS, PGS, TS, các thầy cô giáo đã dành thời
gian đọc và đóng góp những ý kiến quý báu làm luận án có tính khoa học hơn.
Cuối cùng xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những người thân, những đồng
nghiệp đã dành những tình cảm, động viên giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn để
hoàn thành luận án.

Tác gi lun án



MỤC LỤC
Trang
Trang ph bìa
L
Li c
Mc lc
Danh mc các ký hiu, các ch vit tt

Danh mc các bng biu
Danh mc các hình v th
Mở đầu 1
Chƣơng 1: GIẢM THIỂU ẢNH HƢỞNG CỦA LÕM BẰNG BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN
ÁP ĐỘNG (DVR) 5
1.1 Chn n áp 5
1.1.1 Ch 5
1.1.2 n áp 6
1.2 B khôi phng (DVR) 13
1.2.1 Các thit b gim thin áp 13
1.2.2 Gim thin áp bng b khôi phng (DVR) 15
u khin DVR 20
1.3.1 u khin trong h t t nhiên 20
1.3.2 u khin vector 25
1.4 Tóm tt và kt lun 27
Chƣơng 2: CẤU TRÚC BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG 28
2.1 Các thành phn ca b khôi phng 28
2.2 B bii 28
2.2.1 Cu trúc b bii ni thông qua máy bin áp 29
2.2.2 Cu trúc b bii ni trc tip 31
u ch 32
2.3 B lc tn s chuyn mch 33
2.4 Máy bin áp ni tip 34
ng h thng DVR 34
2.5.1 Các kiu DVR cp ngun t b  ng 35
2.5.2 Các kiu DVR không có b  ng 36
 ng 38
2.6 Bo v DVR 39
2.6.1 Bo v ngn mch 39
2.6.2 Bo v c s n áp phía DC-link 41

2.6.3 Bo v h mi 41
2.7 La ch cu trúc cho DVR 42
2.8 Tóm tt và kt lun 43
Chƣơng 3: ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG 44
3.1 Các ch  hong và hn ch ca DVR 44
3.2 n áp chèn vào 45
3.2.1 n áp chèn vn áp cân bng 45
3.2.2 Pn áp chèn vn áp không cân bng 49
3.2.3 yu t ng và nhm ca ti cn quan tâm khi la chn
 50
3.3 Mô hình toán hc ca VSC và b lc LC ni 52
3.4 Cu trúc miu khin n áp tu kin áp
mt cân bng 54
3.4.1 Cu khin dùng mt mn áp 54
3.4.2 Cu khin hai mch vòng 55
3.4.3 Cu khin DVR 56
3.5 Xây dng thuu khin 57
3.5.1 Mô hình DVR trên h t  quay dq 58
3.5.2 Thuu khin trên h t quay dq 61
3.5.3 Thuu khin trên h t  66
3.6 Thit k b u khin 70
3.6.1 Dn xut b u khin PR 70
3.6.2 Cu trúc b u khin PR 73
3.6.3 Tính toán tham s b u khin PR 74
3.7 Thit k b u khin áp SDR 76
3.8 Nghiên cu nh 80
3.9 ng b i 85
3.9.1 m qua không 86
3.9.2 ctangent 86
3.9.3 K thut PLL 87

3.10  89
3.11 u khin DC-link 90
3.12 Tóm tt và kt lun 91
Chƣơng 4: GIẢI PHÁP ÁP DỤNG DVR CHO XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP 94
4.1 ng cn các xí nghip công nghip 94
4.1.1 ng cn các thit b n công nghip. 94
4.1.2 Kho sát ng ci vi mt xí nghip
công nghin hình 97
4.2 ng dng DVR vào thc t 99
4.2.1 Kt qu kho sát và các tham s u. 99
4.2.2 Thit k các thành phn ca DVR 102
4.3 Mô phng 107
4.3.1 Xây dng mô hình mô phng 103
4.3.2 Kt qu mô phng 111
4.4 Tóm tt và kt lun 124
Chƣơng 5: XÂY DỰNG THỰC NGHIỆM DVR 125
5.1 Xây dng bàn thí nghim 125
5.1.1 Phng lc h thng. 125
5.1.2 Phu khin 129
5.2 t thut toán u khin 130
5.3 Kt qu nghiên cu thí nghim 131
5.3.1 Kim tra kh ng b i. 131
5.3.2 Kim tra kh a DVR  ch   131
5.3.3 Kim tra kh a DVR  ch  ng 132
5.4 Tóm tt kt lun 134
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 135
TÀI LIỆU THAM KHẢO 131
DANH MC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG B CA LUN ÁN 141
PHỤ LỤC 142
Ph lc 1: Chuyi các h trc t 142

Ph lc 2: Kt qu kho sát thc trn 220/110kV  và các
bin c n 110kV Hoàng Mai 145
Ph lc 3: Mt s hình nh v mô hình thc nghim 152
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT


Ký hiệu Tên gọi

u
sa
(t), u
sb
(t), u
sc
(t) in áp pha ngun
u
g,a
(t), u
g,b
(t), u
g,c
(t) in áp i
i
g,a
(t), i
g,b
(t), i
g,c
(t) i
u

inja
(t), u
injb
(t), u
injc
(t) n áp pha chèn vào ca DVR.
i
inj,a
(t), i
inj,b
(t),i
inj,c
(t) n pha chèn vào
u
inj,ref
n áp chèn t
u
inv,a
(t),u
inv,b
(t),u
inv,c
(t) n áp pha ca b bii
u
c,a
(t), u
c,b
(t), u
c,c
(t) n áp pha trên t n C

f
ca b lc
u
L,a
(t), u
L,b
(t)
,
u
L,c
(t) n áp pha ti
u
*
L
n áp tt
u
s
abc
in áp ngun trên h t t nhiên abc.
u
g
abc
ii trên h t t nhiên abc.
i
inj
abc
Dn chèn vào trên h t t nhiên abc.
i
f
abc

Dn cun cm b lc LC trên h t t nhiên
u
L
abc*
in áp tt trên h t t nhiên abc.
u
inj
abc*
in áp chèn t trên h t t nhiên abc.
u
inv
abc
in áp b bii trên h t t nhiên abc.
u
s

n áp ngun trên h t 
u
g

i trên h t 
i
inj

Vector n chèn vào trên h t 
i
f

n cun kháng b lc LC trên h t 
u

L
*
n áp tt trên h t 
u
inj
*
n áp chèn t trên h t 
u
inv

n áp b bii trên h t 
u
s
dq
n áp ngun trên h t quay dq.
u
g
dq
i trên h t quay dq
i
inj
dq
n chèn vào trên h t quay dq
i
f
dq
n cun kháng b lc LC trên h t quay
u
L
dq*

n áp tt trên h t quay dq
u
inj
dq*
n áp chèn t trên h t quay dq
u
inv
dq
n áp b bii trên h t quay dq
i
g,a
(t), i
g,b
(t), i
g,c
(t) i
u
dc
(t) n áp phía mt chiu.
C
f
T n b lu ra
L
f
n cm b lu ra
R
f
n tr b lu ra
f
f

Tn s cng ca b lc
C
DC
T n phía mt chiu
E ng phát ra ca DVR trong khi bù lõm
 H s gin áp ca n áp ngun cung cp
m H s u ch
U
(1)
in
 H s tt dn
D  n áp
u
L
n áp ti
u
g
i
u
inj
n áp chèn vào
S
inj
Công sut toàn phi
S
load
Công sut toàn phn ca ti.
P
inj
Công sut tác di

Q
inj
Công sut phi
S
DVR
Công sut toàn phn ca DVR
X
DVR
n kháng ca DVR
R
DVR
n tr ca DVR
Z
DVR
Tng tr ca DVR
S
VSC
Công sut b bii VSC
n H s máy bin áp
R
b
n tr n
Z
supply,before
Tng tr ngun áp
Z
supply,affter
Tng tr ngun áp


Ký hiệu Viết tắt cho Nghĩa tiếng Việt

MBA - 
BANT - Bin áp ni tip
 - B bii
 - B u khin
LC - B lc LC
XNCN - Xí nghip công nghip
DVR Dynamic Voltage Restorer B khôi phng
VSC Voltage Source Conveter B bii ngun áp
ES Energy storage B  ng
PWM Pulse Width Modulation u ch  rng xung
PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha
DVR Dynamic voltage restore 
Controlled Reactance khin bng thyristor

t ngun cung cp
UPS Uninterruptible power supply B ngun liên tc
SDR Sequence-decoupled resonant B u khin cng tách
Controller riêng thành phn th t
HSTS Hybrid static transfer switch B chuyn mch lai
PR Resonant Controller B u khin cng
LV Low Voltage n áp thp
MV High Voltage n áp cao

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

TT Tên các bảng biểu Trang

1  
1159--1995 và tiêu
-2-1 1990 7
2 Bng 1.2:  12
3 Bng 4.1: Tng hp các tham s ca h thi 106
4 Bng 4.2: Tham s b u khin 111
5 Bng 5.1: Các tham s n ca h thng thc nghim DVR 125

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

TT Tên hình vẽ, đồ thị Trang

1 Hình 1.1 : Các vn  chn xy ra ph bic xác
nh ti 1400 m  8 quc gia 5
2 Hình 1.2 : T l phn c n áp 5

3 Hình 1.3: a bin c n áp da trên các tiêu chun 7
4 Hình 1.4: n áp mn áp ba pha

7
5 Hình 1.5: n áp tm O
1
,O
2
và O
3
khi ngn mch ti SC 9
6 Hình 1.6: Ngn mch ba pha ca mt li ''phase-to-phase'' 10
7 Hình 1.7: n áp do các li trong h thng ba pha 11
8 Hình 1.8 : n áp kiu C vi
D
11
9 Hình 1.9: Lan truyn ca mn áp 12
10 Hình 1.10: Lan truyn ba m kt ni 12
11 Hình 1.11 :  ba pha ca b máy phát - 
gim thin áp 13
12 Hình 1.12:  mt dây ca thit b gim thiu da trên máy bin áp 14
13 Hình 1.13:  mt dây công tc chuy 14
14 Hình 1.14:  ba pha ca UPS 15
15 Hình 1.15: DVR bo v mt ti nhy cm 16
16 Hình 1.16:  mô t nguyên tc hong ca DVR 16
17 Hình 1.17:  th vector th hin nguyên lý bù lõm ca DVR 17
18 Hình 1.18: n mt pha ca DVR 17
19 Hình 1.19: V trí DVR ti cp MV trong h thng phân phi 18
20 Hình 1.20: V trí DVR cn áp LV trong h thng phân phi 18
21 Hình 1.21:  cu trúc các thành phn chính ca DVR 19

22 Hình 1.22:  cu khin mt pha c u
khin vng 21
23 Hình 1.23:  cu khin trong h thng h 21
24 Hình 1.24:  cu khin trong h thng kín 22
25 Hình 1.25:  cu trúc u khin có hi tip âm t dòng
n b bii 23
26 Hình 1.26: Cu khin có các vòng hi tip âm kép 24
27 Hình 1.27: Cu khin hi tip dòng t b bii và dòng ti 25
28 Hình 1.28: Cu khin vector phn hi kt hp
truyn thng trên h t quay dq 26
29 Hình 2.1: Cu trúc a cu kt ni MBA 29
30 Hình 2.2: Cu trúc u ba pha kt ni MBA 29
31 Hình 2.3: Cu trúc nght pha 30
32 Hình 2.4: Cu trúc b bic diode ni máy bin áp 30
33 Hình 2.5: Các cu trúc b bii c t kp ni máy bin áp 30
34 Hình 2.6: Cc ni máy bin áp sao h/sao h 31
35 Hình 2.7: Các cu trúc b bii kt ni trc tip mt pha. 31
36 Hình 2.8: Các cu trúc b bii kt ni trc tip h thng ba pha 31
37 Hình 2.9: Các cu trúc t n kt ni phía ngun 33
38 Hình 2.10: Các cu trúc t n kt ni phía ngun và ti 33
39 Hình 2.11: Cu trúc b lc có t n kt ni song song vi  33
40 Hình 2.12: Các cu trúc b lc LC phía b bii 34
41 Hình 2.13: Các cu trúc b lc RC phía ngun 34
42 Hình 2.14: Kin áp DC-i 35
43 Hình 2.15: Kin áp DC-i 35
44 Hình 2.16: Ki-AC/DC mc phía ngun 36
45 Hình 2.17: Ki-AC/DC mc phía ti 36
46 Hình 2.18: u ra ca mt DVR n hình 37
47 Hình 2.19: Công sut toàn phn ca các kiu liên kt DVR 37
48 Hình 2.20:  bo v th ng h thng ngn mch bin áp ni tip 39

49 Hình 2.21:  mch bo v b bii 40
50 Hình 2.22: n trong trng thái ngn mch 40
51 Hình 2.23: ng phóng ca t n DC 41
52 Hình 2.24: Các tình trng hng hóc vi s có mt ca h thng DVR 42
53 Hình 2.25:  cu trúc ca DVR ni  cp MV 43
54 Hình 3.1:  th vector c"c lõm" 46
55 Hình 3.2:  th phasor c"ng pha" 47
56 Hình 3.3:  th phasor cGing 48
57 3.4:  vector mô t n áp chèn trên
n ba pha 49
58 Hình 3.5:  mt dây VSC và b lc LC ni 52
59 Hình 3.6:  lc LC ni i 52
60 Hình 3.7: Mô hình ca VSC và b lc LC ni 53
61 Hình 3.8:   VSC và b lc LC ni 53
62 Hình 3.9: u khin vector Feedforward cho DVR 54
63 3.10: u khi 55
64  3.11:  55
65  ch vòng 56
66   cu khin ca DVR 57
67  Mô hình ca VSC và b lc LC trên h t  59
68  3.15: Mô hình ca VSC và b lc LC trên h t quay dq 60
69 Hình 3.16:  th vector không gian cn áp ngun trong mt
n áp không cân bng 61
70 Hình 3.17: Cu chn trên h t quay dq 62
71 Hình 3.18: Cu chn áp trên h t quay dq 63
72 Hình 3.19:  cu khin ca h thng phc hn áp
ng trên h t ng dq 63
73 Hình 3.20:  cu khin DVR trên h t quay dq 64
74 Hình 3.21:  th n áp và vector không gian 65
75 Hình 3.22:  th vector mô t nguyên lý làm vi 66

76 Hình 3.23: Cu chn trên h t  67
77 Hình 3.24: Cu chn áp trên h t  67
78 Hình 3.25:  cu khin ca h thng phc hn áp
ng trên h t  68
79 Hình 3.26:  cu khin DVR trên h t  69
80 Hình 3.27:  chuyi khâu tích phân t h t dq v h ta
  70
81 Hình 3.28:  th Bode thành phn th t thun-nghch c 71
82 3.29: Bi Bode ca các b ng và thc t 72
83 Hình 3.30:  cu trúc b u khin PR 73
84 Hình 3.31: B n khin cng PR thc t 73
85 3.32: u khin dòng mt pha 74
86  3.33: B u khin SDR trên h t  77
87 Hình 3.34:  mch thc hin ca b u khin SDR thc t 79
88 Hình 3.35:  th n tn s 80
89 Hình 3.36: Mô hình vòng kín h thng vi hai mch vòng 80
90 Hình 3.37:  n hóa mô hình h thng 81
91 Hình 3.38:  th Pole-Zero ca h thng vòng h-vòng kín 82
92 Hình 3.39:  th Bobe ca h thng vòng h - vòng kín 82
93 Hình 3.40:  th Bode ca h thng vòng h ng hp
la chn các di thông khác nhau 82
94 Hình 3.41:  th c tính vào ra ca tính hit và tín hiu thc
khi la ch u khin 83
95 Hình 3.42:  th Bode ca h h ng hp la chn h
s ki trong cùng mt di thông. 84
96 Hình 3.43: c tính vào ra ca h kín gia giá tr t và giá tr thc
t i h s ki ca b u khin SDR 85
97 Hình 3.44: ng b s dng b lc trong h t
ng b dq 86
98 Hình 3.45: ng b s dng b l 86

99 Hình 3.46: Cn thc hi 87
100 Hình 3.47: Cu trúc vòng khóa pha trên h t ng b. 88
101 Hình 3.48: Phát hin mt  n áp không i xng 90
102 Hình 3.49: Nguyên tc hong ca mch phát hin có kh 
. 90
103 Hình 3.50: t cn áp chèn vào u
*dq
inj
ng thc t
ca nó u
dq
inj
ng hp xy ra mn áp
không cân bng trên h trc t dq 91
104 Hình 3.51: Sai ln áp chèn vào lu chnh bi hai cu
u khin 92
105 Hình 4.1:  h truyu bng bin tn 95
106 Hình 4.2:  mch truyng mt chi
c lp 95
107 Hình 4.3: Hình nh t hp Bin tn-t ID 142-FN1 100
108 Hình 4.4:  n trong cu trúc t hp
Bin tn--FN1 101
109 Hình 4.5: DVR kt ni ti v trí có cn áp 6,3 kV 102
110 Hình 4.6:  i vi DVR s dng
a cu 104
111 Hình 4.7:   chn các phn t b lc
LC  phía b bii 105
112 Hình 4.8: Mô hình Matlapb-Simulink h thng DVR kt
nn bo v ti nhy cn hình ti
mt xí nghip công nghip 110

113 Hình 4.9: c tính cng hn áp cân bng 111
114 Hình 4.10: c tính cn áp không cân bng 112
115 Hình 4.11: c tính cng và méo d
ct h thng t bù 114
116 Hình 4.12: c tính cn áp do kh
sut ln  phía ngun 116
117 Hình 5.1:  thit k thc nghim h thu khin DVR 127
118 Hình 5.2: Mô hình thc nghic trin khai ti Vin K
thuu khin và T i 128
119 Hình 5.3:  cu trúc Matlab/Simulink mô t thuu khin cp
vector ni tng tách riêng thành phn th t trên h t quay
dq và h t  130
120 Hình 5.4: t tính kim tra kh ng b i ca DVR 131
121 Hình 5.5: t tính ca h thng  ch  n áp 132
122 Hình 5.6: c tính ca h thng  ch  n
n áp lõm là 50% so vnh mc ci 132

1

 
1. Tính cp thit c tài:
Ứng dụng các bộ biến đổi bán dẫn công suất lớn trong điều khiển hệ thống điện đưa đến
những khả năng to lớn trong đảm bảo vận hành hệ thống một cách linh hoạt, khai thác hệ
thống một cách hiệu quả nhất. Điều này đã trở nên vô cùng quan trọng trong các điều kiện
chi phí để xây dựng các hệ thống mới hoặc cải tạo các hệ thống hiện hành ngày càng tăng.
Bên cạnh đó việc đảm bảo chất lượng điện năng cũng ngày càng trở nên cấp thiết do điện
năng ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động sản xuất kinh doanh của các khách hàng ngành
điện, những người trả tiền cho yêu cầu năng lượng của mình và có quyền yêu cầu được
đảm bảo nguồn điện cung cấp một cách liên tục với chất lượng điện áp đáp ứng đầy đủ các
tiêu chuẩn.

Bộ khôi phục điện áp động (Dynamic Voltage Restorer–DVR) xây dựng trên cơ sở bộ
biến đổi bán dẫn là thiết bị nhằm đảm bảo khôi phục điện áp trên các phụ tải nhạy cảm khi
có sự lõm điện áp ngắn hạn, có thời gian kéo dài từ khoảng nửa chu kỳ điện áp lưới 0,01s
đến cỡ dưới 60s, từ phía nguồn cấp. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các biến động điện áp
kiểu này thuộc loại sự cố xảy ra có tần xuất lớn nhất trong các loại sự cố khác về nguồn
điện, so với các loại sự cố khác như mất điện ngắn hạn, cỡ trên 60s đến 5 phút, hoặc mất
hẳn điện, từ 5 phút trở lên, hoặc dao động điện áp với tần số rất thấp, 0,1Hz đến 1Hz, còn
gọi là hiện tượng “flicker”–nhấp nháy điện. Mặc dù lõm điện áp xảy ra trong một thời gian
rất ngắn, một số phụ tải như các hệ thống điều khiển, các loại biến tần điều khiển động cơ
đã có thể bị dừng. Trong một số trường hợp các thiết bị này có thể đóng vai trò chủ chốt
trong toàn bộ dây truyền hoạt động của nhà máy, khi bị dừng dẫn tới phải dừng toàn bộ
dây truyền mà sự khởi động trở lại rất tốn kém và kéo dài. Nếu là hệ thống điều khiển hoặc
xử lý số liệu có thể dẫn tới gián đoạn hoặc mất thông tin, cũng dẫn đến những hậu quả
nghiêm trọng.
Hệ thống cung cấp nguồn liên tục (UPS), là một giải pháp thông dụng hiện nay có thể
bảo vệ tải nhạy cảm khỏi bị tác động của lõm điện áp, nhưng chỉ áp dụng cho các phụ tải
công suất nhỏ và điện áp thấp, với các hệ thống công suất lớn thì UPS là thiết bị quá đắt
tiền vì UPS phải đảm bảo hoàn toàn công suất tải. Trong trường hợp này DVR là giải pháp
tiết kiệm, có thể được lắp đặt để bảo vệ các tải nhạy cảm quan trọng, những hệ thống thiết
bị có sẵn và đang bị ảnh hưởng của những sự cố lõm điện áp ngắn hạn, kéo dài dưới một
phút. Lý do phải dùng DVR là vì việc khắc phục bằng cách cải tạo hệ thống phân phối là
không thể thực hiện được, có thể do không đủ kinh phí hoặc không thể gián đoạn sản xuất
hoặc hệ thống điện nằm ngoài tầm quản lý của doanh nghiệp.
Trong thực tế lõm điện áp là dạng nhiễu loạn xuất hiện không biết trước và tồn tại trong
thời gian ngắn, bao gồm cả biến động về biên độ điện áp cũng như góc pha, có đặc điểm
phức tạp và tính chất lõm thay đổi liên tục trong thời gian xảy ra biến cố. Do đó yêu cầu
đặt ra đối với DVR là phải có cấu trúc phù hợp, đảm bảo được khả năng khôi phục điện áp
nhất định trên tải khi nguồn đầu vào có biến động. DVR là bộ biến đổi bán dẫn dùng để tạo
ra nguồn áp, đưa qua máy biến áp phối hợp, tạo ra bộ bù điện áp nối tiếp giữa tải và nguồn.
Hệ thống điều khiển phải có khả năng phát hiện các sai lệch điện áp về biên độ và góc pha,

từ đó đưa ra lượng đặt đến bộ biến đổi điện tử công suất nhằm tạo ra điện áp có giá trị đủ
để bù phần sụt áp phía nguồn, giữ cho điện áp phía tải trong phạm vi cho phép.
Hệ thống điều khiển phải đảm bảo yêu cầu về tác động nhanh, độ chính xác cao để có
thể khôi phục điện áp trên tải ngay trong khoảng thời gian từ một nửa chu kỳ đến hai chu
kỳ điện áp lưới (0.01s0.04s) đối với các kiểu lõm điện áp. Mặt khác, DVR cần đảm bảo
2

các chế độ hoạt động, đó là chế độ bù, chế độ chờ, chế độ by-pass, trong phạm vi giới hạn
của công suất thiết kế.
2. Ý c và thc tin c tài:
Nghiên cứu và giải quyết các vấn đề về cấu trúc phần lực và điều khiển DVR nhằm đảm
bảo cho các phụ tải nhạy cảm hoàn toàn không bị chịu tác động của các loại sự cố kiểu
lõm-dâng điện áp ngắn hạn từ nguồn.
Nghiên cứu chỉ ra các điều kiện để có thể đưa vào ứng dụng thiết bị DVR một cách hiệu
quả nhất đối với các xí nghiệp công nghiệp thông qua áp dụng cho một trường hợp thực tế
điển hình.
3. Mng và phm vi nghiên cu:
Các mục tiêu nghiên cứu sau đây sẽ thực hiện trong luận án.
 Tìm hiểu về đặc điểm lõm điện áp, nguyên nhân và những ảnh hưởng của nó đối với
xí nghiệp công nghiệp và các giải pháp giảm thiểu.
 Nghiên cứu cấu trúc mạch lực bộ khôi phục điện áp động (DVR) để đảm bảo khả
năng đưa ra điện áp bù ứng với toàn giải thay đổi của phụ tải và biên độ lõm điện áp cũng
như thời gian biến động.
 Nghiên cấu các cấu trúc và thiết kế tham số cho hệ thống điều khiển đảm bảo tính tác
động nhanh và chính xác của DVR
 Nghiên cứu áp dụng DVR trong lưới điện của xí nghiệp công nghiệp thông qua một
trường hợp thực tế điển hình.
 Xây dựng mô hình mô phỏng và mô hình thực nghiệm để kiểm tra chất lượng thuật
toán điều khiển đề xuất và khả năng khôi phục điện áp của DVR.
Trên cơ sở mục tiêu của luận án, đối tượng nghiên cứu của đề tài sẽ được tập trung

hướng đến giải quyết các vấn đề về:
- Nhiểu loạn lõm điện áp, ảnh hưởng của lõm điện áp đối với xí nghiệp công nghiệp,
phương pháp giảm thiểu lõm điện áp và giải pháp DVR.
- Cấu hình của DVR bao gồm; bộ biến đổi bán dẫn công suất, bộ lọc phía xoay chiều,
máy biến áp nối tiếp, bộ lưu trữ năng lượng và DC-link, các cấu trúc liên kết giữa các phần
tử.
- Các mạch vòng và thuật toán điều khiển của DVR bao gồm; Xây dựng các mạch
vòng dòng điện, điện áp, thuật toán điều khiển điện áp tải của DVR, thuật toán điều khiển
phát hiện lõm, áp dụng thuật toán điều khiển đồng bộ lưới (PLL), thiết kế các bộ điều
khiển được áp dụng.
- Mô hình mô phỏng bao gồm; mô hình hóa lưới điện, mô hình hóa DVR, mô hình hóa
đối tượng được bảo vệ là tải nhạy cảm quan trọng, mô hình hóa các biến cố điện áp trên
lưới, mô hình mô phỏng thực hiện trên phần mềm Matlap/Simulink.
- Mô hình thực nghiệm DVR bảo vệ tải nhạy cảm P
đm
=5kW, điện áp 380V xây dựng
tại phòng thí nghiệm.
- Trường hợp áp dụng kết nối DVR với lưới điện thực tế gồm; tìm hiểu lưới điện thực
tế của nhà máy xi măng Hoàng Mai, các biến cố điện áp trên lưới, phụ tải nhạy cảm quan
trọng bị ảnh hưởng tại nhà máy, ví trí lắp đặt DVR.
Đề tài nghiên cứu được giới hạn trong phạm vi là tìm hiểu về lõm điện áp và ảnh hưởng
của nó đến các xí nghiệp công nghiệp. Phân tích lựa chọn cấu hình phần lực và nghiên cứu
phát triển các thuật toán điều khiển DVR để khôi phục điện áp trên tải, bảo vệ tải nhạy
cảm. Đưa ra các điều kiện và thủ tục để áp dụng DVR trong các xí nghiệp công nghiệp,
thông qua một trường hợp cụ thể trong thực tế. Các kết quả nghiên cứu của luận án được
3

kiểm tra đánh giá thông qua mô phỏng và xây dựng một mô hình thực nghiệm ở phòng thí
nghiệm.
u:

Các phương pháp nghiên cứu sẽ được vận dụng trong đề tài này.
- Khảo sát thực tế, thống kê, phân tích và đánh giá thực trạng.
- Sử dụng mô hình mạch điện, lý thuyết điều khiển vector, lý thuyết điều khiển tuyến
tính trong xây dựng vòng điều chỉnh và thiết kế bộ điều khiển.
- Mô phỏng trên máy tính thông qua phần mềm Matlab-Simulink, thực nghiệm kiểm tra
và khẳng định các kết quả nghiên cứu lý thuyết.
5. Ni dung ca lun án:
Nội dung của luận án được trình bày theo các chương sau đây:
Mở đầu: Nêu mục tiêu, nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực
tiễn của đề tài nghiên cứu.
Chương 1: Gim thiu  ng c  n áp bng b khôi ph n áp
ng.
Trình bày tổng quan về lõm điện áp và các phương pháp giảm thiểu lõm điện áp, trong
đó trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu quả nhất là sử dụng bộ khôi phục
điện áp động (DVR). Các phương pháp điều khiển DVR đã được nghiên cứu đến nay trong
các công trình sẽ được tóm tắt ngắn gọn, qua đó chỉ ra những hạn chế trong điều khiển bù
lõm cần được khắc phục, đồng thời chỉ ra hướng nghiên cứu phát triển điều khiển DVR.
Chương 2: Cu trúc b khôi phng
Trình bày chức năng nhiệm vụ của các thành phần trong hệ thống, các kiểu kết nối,
phương pháp bảo vệ cho DVR và cuối cùng là lựa chọn một cấu trúc phần cứng điển hình
của DVR đủ để tiếp tục nghiên cứu phát triển thuật toán điều khiển của hệ thống.
Chương 3: u khin b khôi phng
Tập trung nghiên cứu điều khiển DVR, bao gồm; điều khiển khôi phục điện áp tải, điều
khiển đồng bộ điện áp lưới, điều khiển phát hiện lõm điện áp và điều khiển điện áp DC-
link. Trong đó, trọng tâm nghiên cứu phát triển điều khiển khôi phục điện áp tải của DVR,
bao gồm các chiến lược điều khiển, mô hình toán học, các cấu trúc và thuật toán điều khiển
vector trên hệ tọa độ quay dq và hệ tọa độ tĩnh αβ, các bộ điều khiển và thiết kế bộ điều
khiển được trình bày. Cuối cùng là các nghiên cứu ổn định hệ thống.
Chương 4: Gii pháp áp dng DVR cho xí nghip công nghip.
Trình bày các điều kiện áp dụng DVR cho các xí nghiệp công nghiệp, các bước thực

hiện thiết kế cụ thể, thông qua một trường hợp áp dụng DVR bảo vệ một tải nhạy cảm
quan trọng thực tế là tổ hợp Biến tần-Động cơ ID 142-FN1 trong ngành công nghiệp xi
măng. Xây dựng mô hình mô phỏng DVR kết nối hệ thống lưới điện như đã được thiết kế,
thuật toán điều khiển đề xuất ở chương 3 cũng được áp dụng cài đặt trong mô hình.
Chương 5: Xây dng mô hình thc nghim DVR
Chương này trình bày cách thức xây dựng bàn thí nghiệm, cài đặt thuật toán điều khiển
đề xuất, thực hiện thí nghiệm và lấy kết quả.
Kết Luận và kiến nghị
Cuối cùng là phần kết luận và kiến nghị của toàn bộ luận án, khẳng định lại những kết
quả đã đạt được trong quá trình nghiên cứu, những tồn tại và hướng phát triển của đề tài.
4

6. D kin các kt qu nghiên cu mi:
 Đưa ra cấu trúc và thuật toán điều khiển cho bộ khôi phục điện áp động (DVR) trong
bù lõm điện áp cân bằng và không cân bằng. Nó được dựa trên phương pháp điều khiển
vector trên hệ tọa độ quay dq và hệ tọa độ tĩnh αβ với hai vòng điều khiển tương ứng cho
mỗi thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch được điều khiển riêng biết.
 Khảo sát và phân tích được nguyên nhân sự cố lõm điện áp và ảnh hưởng của nó đến
phụ tải nhạy cảm quan trọng trong ngành công nghiệp xi măng như tổ hợp Biến tần-Động
cơ quạt ID. Kết quả khảo sát đã chỉ ra các điều kiện để có thể đưa vào ứng dụng thiết bị
DVR một cách hiệu quả nhất thông qua một trường hợp thực tế điển hình
 Một mô hình mô phỏng kết hợp lưới điện, các phụ tải và DVR nối lưới ở cấp trung
áp 6,3kV để bảo vệ tải nhạy cảm quan trọng là tổ hợp Biến tần-Động cơ quạt công nghệ
142-FN1. Mô hình được phát triển và thực hiện trong phần mềm Matlap/Simulink.
 Thực hiện thành công mô hình thực nghiệm (trong phòng thí nghiệm) với các thuật
toán điều khiển được cài đặt trên bộ xử lý tín hiệu dSPACE card DS11040 để đánh giá khả
năng làm việc của DVR trong bù lõm điện áp và giảm thiểu nhiễu loạn điện áp.

5

Chương1: 

Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về lõm điện áp và các phương pháp giảm
thiểu lõm điện áp, trong đó trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu quả nhất là
sử dụng bộ khôi phục điện áp động (DVR), được dựa trên việc điều khiển bộ biến đổi điện
tử công suất. Các phương pháp điều khiển DVR đã được nghiên cứu đến nay trong các
công trình sẽ được tóm tắt ngắn gọn, qua đó chỉ ra những hạn chế trong điều khiển bù lõm
cần được khắc phục, đồng thời chỉ ra hướng nghiên cứu phát triển điều khiển DVR nhằm
mục đích khôi phục điện áp tải khi gặp phải bất cứ nhiễu loạn lõm điện áp nào xuất hiện từ
phía nguồn cấp. Nội dung trong chương một được tham khảo trong các tài liệu
[1,3,8,9,14,15,16,17,18,19,25,29,32,39,62].
1.1 Ch n áp
1.1.1 Ch
Vấn đề chất lượng điện bao gồm một loạt các rối loạn liên quan đến điện áp, dòng điện
và độ lệch tần số. Các nhiễu loạn đó có thể là.
 Gián đoạn ngắn
 Lõm/dâng điện áp
 Quá độ dòng điện và điện áp
 Sự méo dạng của các sóng dòng điện và điện áp
 Nháy điện
 Mất cân bằng
 Thay đổi tần số nguồn
Các vấn đề chất lượng điện năng đã được xác định trong một số tiêu chuẩn như; IEC
61000, IEEE 1159-1995 và EN 50160, hoặc được định nghĩa trong các tài liệu [14,15].

Những tổn thất từ chất lượng điện năng kém đối với khách hàng dùng điện, đặc biệt là
các xí nghiệp công nghiệp, từ lâu đã được biết đến, nhưng để giảm thiểu nó còn gặp nhiều
khó khăn. Một nghiên cứu thực hiện bởi Hội đồng châu Âu [25], bao gồm 1400 vị trí trong
8 quốc gia về các biến cố điện áp tại các địa điểm khác nhau trong hệ thống điện. Kết quả

thu được thể hiện ở đồ thị hình 1.1, chỉ ra những vấn đề gặp phải từ chất lượng điện áp
Hình 1.1 Các vấn đề thường xảy ra liên quan
đến chất lượng điện kém được xác định tại 1400
địa điểm ở 8 quốc gia [14].

Hình 1.2 Tỷ lệ phần trăm các
biến cố điện áp[14]
Tình trạng treo máy tính
Nhấp nháy ánh sáng
Sự cố thiết bị
Thiết bị xử lý dữ liệu
Quá tải PFC
overloading
Các vấn đề đóng cắt tải nặng
Quá nhiệt dây trung tính
Các vấn đề với đường dây dài
Các bộ phận máy dừng hoạt động
Sai lệch trong hệ thống đo lường
0% 5% 10% 15% 20%
25% 30%
6

kém tại các địa điểm khác nhau trong hệ thống điện và đồ thị hình 1.2 cho biết tỷ lệ phần
trăm của các nhiễu loạn trên lưới điện phân phối.
Hiện nay cả công ty điện lực và khách hàng dùng điện đang ngày càng quan tâm đến
vấn đề chất lượng điện năng vì những lý do:
- Công nghiệp hiện đại phát triển, thiết bị thế hệ mới tạo ra quá trình tự động hóa cao
trong hoạt động sản xuất như; bộ điều khiển vi xử lý, máy vi tính, robot công nghiệp, các
hệ truyền động có điều khiển tốc độ, các thiết bị điều khiển trong hệ thống thông tin công
nghiệp.v.v. chúng nhạy cảm với các biến động của chất lượng điện năng hơn là thiết bị

được sử dụng trong quá khứ.
- Các chú trọng hơn về vận hành và khai thác hiệu quả hệ thống năng lượng điện đã
dẫn đến sự gia tăng trong việc áp dụng các thiết bị hiệu suất cao như; bộ điều chỉnh tốc độ
động cơ, tụ điện song song hiệu chỉnh hệ số công suất để giảm tổn thất hoặc phát triển các
hệ thống nguồn phân tán nối lưới như; hệ thống điện mặt trời, hệ thống điện gió Điều này
có thể dẫn đến hậu quả tăng mức độ hài trên các hệ thống điện, tăng các biến cố như dao
động điện áp hoặc thay đổi tần số.
- Người dùng điện có một nhận thức tốt hơn về các vấn đề chất lượng điện năng. Họ
nhận thức tốt hơn về các vấn đề như gián đoạn, lõm điện áp, sóng hài, quá độ và đang yêu
cầu cung cấp nguồn năng lượng có độ tin cậy và chất lượng cao từ nhà cung cấp. Ngược lại
nhà cung cấp năng lượng luôn chịu một áp lực từ những đòi hỏi của khách hàng và những
tổn thất do chất lượng điện kém gây nên trong truyền tải điện năng.
Trong số các nhiễu loạn trên hệ thống điện thì lõm điện áp là loại nhiễu loạn nghiêm
trọng nhất và có tần suất xuất hiện lớn nhất, theo kết quả khảo sát ở hình 1.2 chiếm 31%.
Lõm điện áp xảy ra trong thời gian ngắn, liên quan đến suy giảm điện áp và nhảy góc pha.
Khi có một biến cố trên lưới điện (ví dụ ngắn mạch) có thể ở vị trí rất xa so với thiết bị đầu
cuối, dẫn đến xuất hiện một lõm điện áp lan truyền đến nhiều vị trí khác nhau trên lưới
điện và có thể đến các vị trí kết nối của tải nhạy cảm để gây ảnh hưởng, tài liệu [21,22,24].
Trong các xí nghiệp công nghiệp các tải nhạy cảm quan trọng thường có ảnh hưởng rất lớn
đến toàn bộ hoạt động của các dây chuyền sản xuất. Trong khi đó chính những tải này lại
rất nhạy cảm với tác động của lõm điện áp gây ra dừng máy, mất hoặc sai lệch thông tin,
dẫn đến các bộ phận khác của dây chuyển cũng bị dừng theo, sự khởi động trở lại rất tốn
kém và kéo dài. Vì vậy, lõm điện áp là nhiễu loạn được lựa chọn trong số các nhiễu loạn
liên quan đến chất lượng điện năng để nghiên cứu giảm thiểu trong luận án này. Để có thể
đưa ra các phương pháp giảm thiểu, cần thiết phải phân tích rõ về nguyên nhân, đặc điểm
của nó.
1.1.2 n áp
a)  n áp
Theo IEEE Std. 1159-1995, lõm điện áp là hiện tượng suy giảm điện áp tức thời đột
ngột tại một thời điểm mà giá trị điện áp hiệu dụng (RMS) của nó giữa 10% đến 90% so

với điện áp chuẩn, tiếp theo đó điện áp được phục hồi trong một thời gian rất ngắn, từ
một nửa chu kỳ của điện áp lưới (10ms) đến một phút. Trong khi dâng điện áp là sự tăng
đột ngột giá trị RMS lên quá một giá trị ngưỡng nhất định. Thông thường giá trị ngưỡng
này bằng 110% giá trị định mức điện áp nguồn[14].
Ở hình 1.3 lõm điện áp được định nghĩa theo tiêu chuẩn IEEE Std 1159-1995 và EN
50160, trong đó chỉ ra sự khác nhau giữa lõm điện áp và gián đoạn ngắn. Tuy nhiên thuật
ngữ được sử dụng trong các tiêu chuẩn đối với lõm điện áp có sự khác nhau. Ví dụ: cùng
7

một dạng nhiễu loạn thì trong EN 50.160 được gọi là ''voltage dips'' trong khi trong IEEE
Std. 1159 nó được gọi là ''voltage sag''.
Thuật ngữ ''voltage sags'' hay ''voltage dips'' được coi là từ đồng nghĩa vì nó được dùng
để chỉ một dạng nhiễu loạn. Trong luận án này thuật ngữ ''lõm điện áp'' được lựa chọn sử
dụng.

Hình 1.3 Định nghĩa của biến cố điện áp dựa trên các tiêu chuẩn [25]
Tóm tắt của các định nghĩa lõm điện áp được đưa ra trong các tiêu chuẩn được trình bày
trong bảng 1.1 [14].
Bng 1.1 Định nghĩa của lõm điện áp theo tiêu chuẩn IEEE std 1159-1995, tiêu chuẩn IEEE std.
1250-1995 và tiêu chuẩn IEC 6100-2-1 1990, tài liệu[14].
Standard
Magnitude
Duration
Applicability
EN 50160
1% - 90%
0.5 cycles to 1 min
LV and MV
(up to 35 kV)
IEEE Std 1159-1995

10% - 90%
0.5 cycles to 1 min
LV, MV, HV
IEEE Std 1250-1995
Reduction of voltage
0.5 cycles to few sec
LV, MV, HV
IEC 6100-2-1-1990

0.5 cycles to few sec
LV, MV, HV
Một số hình ảnh mô tả của lõm điện áp được thể hiện ở hình 1.4

Hình 1.4 Lõm điện áp một pha và lõm điện áp ba pha [22]


8

b) Ngun gc cn áp
Trong hệ thống năng lượng có thể phân biệt các nguyên nhân gây lõm điện áp như sau,
tài liệu [14, 15, 21,23,24]:
 Các lỗi hệ thống nguồn; sét, gió, băng tuyết, nhiễm bẩn của thiết bị cách điện, động
vật tiếp xúc, tai nạn giao thông, xây dựng. Các lỗi kể trên thường dẫn đến ngắn mạch.
Dòng ngắn mạch gây lõm điện áp trong suốt thời gian ngắn mạch và lan truyền đến các vị
trí khác nhau trên lưới điện. Thông thường nhất là ngắn mạch kiểu một pha, do đó gây nên
sự giảm điện áp một pha có độ sâu phụ thuộc vào điểm đo so với vị trí xảy ra ngắn mạch.
 Khởi động thiết bị có công suất lớn so với công suất ngắn mạch của hệ thống tại
điểm kết nối. Sự giảm gây ra bởi sự khởi động mạch truyền động công suất lớn thông
thường nhất là ba pha đối xứng có giá trị lõm điện áp tương đối lớn trong thời gian giảm
kéo dài tương đối lâu.

 Giảm điện áp gây ra bởi đóng mạch các biến áp năng lượng vào hệ thống, dẫn đến
lõm điện áp không đối xứng kết hợp với sự có mặt của các hài bậc hai và bậc bốn.
 Các biến động của tải; trong các lưới ba pha sự giảm điện áp có thể phân loại theo
tính không đối xứng điện áp trong khi nhiễu loạn. Độ không đối xứng này cũng như điện
áp trong các pha riêng biệt phụ thuộc vào kiểu ngắn mạch và phương pháp đấu nối các
cuộn biến áp năng lượng giữa chỗ ngắn mạch và điểm kết nối thiết bị [14, 19].
Lõm điện áp thường xảy ra do hậu quả ngắn mạch, các lỗi chạm đất, máy biến áp năng
lượng, kết nối của các động có cảm ứng công suất lớn.
c) n áp
Độ lớn và khoảng thời gian là hai đặc điểm quan trọng nhất của lõm điện áp, mà theo
IEEE Std 1159 (1995), độ lớn lõm nằm trong khoảng từ 10% đến 90% điện áp danh định
và thời gian lõm từ nửa chu kỳ đến một phút.
  ln n áp: là điện áp hiệu dụng theo phần trăm hoặc trên một đơn vị tương
đối (p.u) còn lại trong ''biến cố'' của điện áp trước khi có lỗi, [22]
Điện áp hiệu dụng dùng để xác định mức độ lõm điện áp được tính theo (1.1).



k
Nki
irms
v
N
kV
1
2
1
)(
(1.1)
N là số lượng mẫu trên mỗi chu kỳ, v

i
là điện áp tức thời lấy mẫu và k là thời điểm khi
tính điện áp hiệu dụng. Ở đây, điện áp hiệu dụng được tính toán với N mẫu điện áp tức thời
trước đó. Ngoài ra nó có thể ước tính giá trị điện áp hiệu dụng chỉ bằng một nửa chu kỳ
của giá trị tức thời, [22].



k
Nki
irms
v
N
kV
1)2/(
2
)2/1(
2
)(
(1.2)
Các thuật toán nửa chu kỳ là nhạy và chính xác hơn với những thay đổi trong điện áp,
có phản ứng nhanh hơn để phát hiện một biến cố. Tuy vậy nó cho thấy dao động khi có
một thành phần hài bậc 2 trong các tín hiệu điện áp [23].
Độ lớn của các lõm điện áp phụ thuộc bởi khoảng cách của các điểm quan sát từ vị trí
ngắn mach và nguồn cung cấp. Mức điện áp rơi tại một điểm quan sát cụ thể trong các lõm
là một giá trị ngẫu nhiên, tùy thuộc vào vị trí của nó trong mạng điện liên quan đến một
ngắn mạch.
Xét trường hợp một lỗi ngắn mạch với trở kháng tại điểm ngắn mạch bằng không, hệ
thống có thể được đại diện bởi một mạch tương đương một pha như trong hình 1.5.
9

Điện áp tại các điểm xem xét O
1
, O
2
hay O
3
phụ thuộc vào trở kháng tương đương kết
nối điểm đó đến vị trí ngắn mạch (SC) và nguồn. Tùy thuộc vào độ lớn tương đối của các
trở kháng, độ sâu của các lõm điện áp có thể khác nhau trên phạm vi 0-100%, tài liệu [14].

Hình 1.5 Điện áp tại các điểm O
1
,O
2
và O
3
đối với ngắn mạch tại điểm SC và một nguồn tương
đương (thể hiện trong điều kiện điện áp pu);Z, trở kháng tương đương [14]
Điểm cần được xem xét gần vị trí ngắn mạch thì điện áp còn lại là thấp hơn. Mặt khác,
gần các điểm được coi là nguồn cung cấp (thông thường, một nguồn năng lượng, mà cũng
có thể là một bảng các tụ điện, pin, máy quay, vv), điện áp sụt giảm ít hơn trong thời gian
xảy ra biến cố.
Ngắn mạch trên hệ thống truyền tải có thể dẫn đến một sự sụt giảm điện áp được quan
sát thấy trên một khu vực rất rộng, khoảng cách có thể lên đến vài trăm kilometer. Một
ngắn mạch trong một mạch điện phân phối có ảnh hưởng trong phạm vi nhỏ hơn nhiều.
 Khong thn áp: là khoảng thời gian giảm điện áp hiệu dụng dưới
90% của lõm điện áp danh định, tài liệu [14,22]
Thời gian lõm điện áp chủ yếu được xác định bởi thời gian hoạt động của thiết bị bảo vệ
để loại bỏ ngắn mạch từ hệ thống, chủ yếu là cầu chì, máy cắt và rơle bảo vệ. Các đặc tính

thời gian của các thiết bị bảo vệ sẽ được được phân chia và phối hợp với nhau, do đó, một
lỗi được phát hiện bởi một số thiết bị bảo vệ sẽ được hủy bỏ tại điểm thích hợp nhất của hệ
thống, thông thường, gần nhất với vị trí lỗi.[14]
Nhiều lỗi được hủy bỏ trong phạm vi thời gian khác nhau. Với thời gian nhanh hơn có
thể đạt được đối với ngắn mạch trên đường dây truyền tải (từ 60 đến 150 ms), trong khi lỗi
hủy bỏ trên các mạch phân phối có thể chậm hơn đáng kể (với cấp MV từ 0,5 đến 2s, cấp
LV, tùy thuộc vào đặc điểm cầu chì) [14].
Khi một biến cố khác với một ngắn mạch, thời gian được điều chỉnh bởi nguyên nhân
gây ra biến cố đó.
 Nhy góc pha
Một biến cố xảy ra trên lưới điện chẳng hạn như một lỗi ngắn mạch sẽ tạo các lõm điện
áp khác nhau trên các vị khác nhau của lưới điện. Ảnh hưởng đó không chỉ liên quan đến
độ lớn của các điện áp pha mà còn gây ra hiện tượng thay đổi góc pha. Sự thay đổi trong
góc pha được gọi là nhảy góc pha. Nhảy góc pha được xem như là một sự dịch chuyển
điểm qua không của điện áp tức thời và đó là nguyên nhân dẫn đến sự cố đối với các bộ
biến đổi điện tử công suất sử dụng góc pha làm thông tin để phát xung điều khiển, [22].
 Các kiu ca lõm n áp ba pha
Tùy thuộc vào kiểu lỗi trên lưới điện và kiểu kết nối của máy biến áp năng lượng cùng
với đường dây nguồn, dẫn đến các kiểu lõm điện áp khác nhau và có thể được phân biệt
như sau, tham khảo tài liệu [8,9,32] .
s
o
3
o
2
o
1
4321
21
02

ZZZZ
ZZ
U




U
s
=0
4321
321
03
ZZZZ
ZZZ
U




U
s
=1
4321
1
01
ZZZZ
Z
U




z
2
z
4
z
1
z
3
10

- Lõm điện áp cân bằng: là lõm có cùng độ lớn (Vsag), khoảng thời gian lõm và nhảy
cùng một góc pha trên cả ba pha.
- Lõm điện áp không cân bằng: là các lõm điện áp khi xảy ra có độ lớn (V
sag
), khoảng
thời gian lõm (t
sag
) và góc nhảy pha (
sag
) khác nhau trên cả ba pha. Khi một lõm không
cân bằng xảy ra, ngoài thành phần thứ tự thuận còn xuất hiện cả thành phần thứ tự nghịch
và thứ tự không, [14].

Hình 1.6 Ngắn mạch trong lưới ba pha của một lỗi ''phase-to-phase''[32]
Xét một lỗi ngắn mạch ''phase-to-phase'', hình 1.6. Trong đó

F
Z

,

F
Z
là trở kháng của
thành phần thứ tự thuận, nghịch ở phía bên lỗi.

S
Z
là trở kháng của thành phần thứ tự thuận
phía bên nguồn, tài liệu [8,9,32].
Mức độ nghiêm trọng của lỗi có thể nhìn thấy từ điểm kết nối PCC, nó được đánh giá
bởi tham số lõm
D
, trong đó xác định mối quan hệ giữa trở kháng đường dây tại phía bên
lỗi và phía bên nguồn, tức là [29].
)(2
)(





FFS
FF
ZZZ
ZZ
DDD

(1.3)

Điều cho thấy ở đây là độ lớn của điện áp bị lỗi phụ thuộc vào khoảng cách từ PCC đến
điểm lỗi, cụ thể là nó chủ yếu phụ thuộc vào độ lớn của
D
. Sự khác biệt trong các góc pha
giữa điện áp trước lỗi và điện áp bị lỗi phụ thuộc vào góc pha của
D
. Nếu tỷ lệ X/Z của trở
kháng tại cả hai bên của PCC vẫn không đổi, tức là nếu góc pha của
S
Z
bằng với của


FF
ZZ
, không có nhảy góc pha giữa điện áp trước lỗi và điện áp bị lỗi.
Hình 1.7 cho thấy bốn kiểu của lõm điện áp kết quả từ các lỗi khác nhau trên lưới điện,
trong đó chỉ số nhảy góc pha giả định bằng 0, tài liệu [8,9,29].
Lõm kiu A: Lỗi ba pha và lỗi ba pha chạm đất (Three-phase fault and three-phase-to-
ground fault), hình 1.7a.

Lõm kiu B: Lỗi một pha chạm đất (Single-phase-to-ground fault)
11


Lõm kiu C: Lỗi hai pha (Phase-to-phase fault)

Lõm kiu D: Lỗi hai pha chạm đất (Two-phase to ground fault)

Hình 1.7 Lõm điện áp do các lỗi trên lưới trong hệ thống ba pha với

D
, tài liệu [29]
Kết quả

Sa
VD
được biết như ''chỉ số điện áp'' của lõm điện áp và đại diện cho một trong
hai điện áp pha trong các lỗi ''phase-to-ground'' hoặc điện áp ''line-to-line'' trong các lỗi
''phase-to-phase''. Tương tự như vậy góc pha của
D
được biết như chỉ số "nhảy góc pha''
của lõm điện áp.

Hình 1.8 Lõm điện áp kiểu C với
D
= 0,5
∠
-30 [29]
Có rất nhiều trường hợp trong thực tế, tỷ lệ X/R của trở kháng ở cả hai phía của PCC ở
hình 1.6 không giữ cố định trong một lỗi, điều này hàm ý một bước nhảy góc pha là khác
không. Điều này là đúng khi sự cố ảnh hưởng đến đường dây nguồn bao gồm các thành
phần với trở kháng khác nhau, hoặc khi động cơ cảm ứng lớn được kết nối với lưới điện.