Mô hình tải cho việc phân tích trạng thái xác lập và quá độ hệ thống điện hạ áp DC

- iv -

TÓM TT LUN VĔN
Luận văn này là kiểm tra số lượng tải thông dụng sử dụng trong các hộ gia đình
và văn phòng để xác định liệu có tương thích khi được cung cấp với nguồn DC, mô tả
trạng thái xác lập và quá độ của tải và xây dựng mô hình tải phù hợp cho mô phỏng trên
máy tính với phần mềm Matlab.
Thực hiện đo thử các tải khác nhau: tải trở, động cơ quay và tải điện tử. Từ các
kết quả đo thử, mô tả trạng thái ổn định của tải. Để có thể phân tích trạng thái quá độ
của tải, xây dựng mạch thay đổi điện áp, tải được thử với các điện áp khác nhau và từ
đó xây dựng mô hình tải. Mô hình này mô tả được trạng thái xác lập và quá độ khi tải
được cung cấp với nguồn DC.

- v -

ABSTRACT
In this thesis, common loads used in low-voltage residential and commercial
power systems are investigated when supplied with dc. There steady-state and transient
behavior is characterized, in order to build simple models suitable for computer
simulation with Cftool/Matlab.
Laboratory measurements were carried out on various loads that were
categorized in resistive, rotating and electronic loads. From these measurements it was
possible to characterize the steady-state behavior of loads. To indicate how much the
load disturbs the network, the frequency spectrum was analyzed. To be able to analyze
the transient response of the loads, a voltage reduction circuit was designed and
constructed. The loads were subjected to several voltage steps in order to derive a
simple dynamic model.
Another objective of this work was to study the load sensitivity to voltage
variations, in particular voltage dips, with dc supply and then compare the result to the
same voltage variation in ac.
The models developed in this thesis can be used for load flow, voltage dip and

short circuit current calculations in a low voltage dc distribution system.










- vi -

MC LC
Nhiệm vụ lun văn thc sĩ
Li cam đoan
Li cm n
Tóm tt lun văn
Danh sách các bng
Danh sách các hình
Chưng 1: Tổng quan 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu 3
1.3 Nội dung nghiên cứu 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu 4
1.5 Các kết quả nghiên cứu trong và nước đã công bố 4
Chưng 2: C sở lý thuyết 7
2.1 Qui trình đo 7
2.1.1 Đo các tải trong nguồn AC 7
2.1.2 Đo các tải trong nguồn DC 8

2.1.3 Phân tích phổ tần sô 9
2.1.4 Phép đo quá độ 9
2.2 Phân tích dữ liệu đo 10
2.2.1 Sự mô tả đặc tính tải 10
2.2.2 Phân tích phổ tần số 11
2.3 Phân tích quá độ 11
2.4 Các mạch mô phỏng trong Matlab 11
2.4.1 Mạch mô phỏng phân tích phổ tần 11
2.4.2 Mạch mô phỏng ở chế độ xác lập 12
2.4.3 Mạch mô phỏng ở chế độ quá độ 13
- vii -

Chưng 3: Mô hình ti thuần trở 14
3.1 Đặc tính tải 15
3.1.1 Các thiết bị gia nhiệt 15
3.1.2 Các Thiết bị chiếu sáng 22
3.1.3 Tóm lại 27
3.2 Phân tích phổ tần 28
3.2.1 Các thiết bị gia nhiệt 28
3.2.2 Các thiết bị chiếu sáng 28
3.3 Phân tích quá độ 29
3.3.1 Các thiết bị gia nhiệt 30
3.3.2 Các thiết bị chiếu sáng 35
3.4 Kết luận 42
Chưng 4: Mô hình đng c quay 43
4.1 Đặc tính tải 46
4.1.1 Các động cơ vạn năng 47
4.1.2 Các động cơ khác 52
4.1.3 Tóm lại 54
4.2 Phân tích phổ tần 54

4.2.1 Các động cơ vạn năng 55
4.2.2 Các động cơ khác 56
4.3 Phân tích quá độ 56
4.3.1 Các động cơ vạn năng 57
4.3.2 Các động cơ khác 61
4.4 Kết luận 64
Chưng 5: Mô hình ti điện tử 65
5.1 Đặc tính tải 65
5.1.1 Các thiết bị chiếu sáng 65
5.1.2 Các thiết bị điện tử 69
5.2 Phân tích phổ tần 71
5.2.1 Các thiết bị chiếu sáng 71
5.2.2 Các thiết bị điện tử 72
- viii -

5.3 Phân tích quá độ 72
5.3.1 Các thiết bị chiếu sáng 72
5.3.2 Các thiết bị điện tử 76
5.4 Kết luận 78
Chưng 6: Kết lun vƠ hưng nghiên cứu phát triển 79
6.1 Kết luận 79
6.2 Hướng nghiên cứu phát triển 80
Tài liệu tham khảo 81
- ix -

DANH SÁCH CÁC BNG
Bảng 1.1: Danh sách các tải thử nghiệm 3
Bảng 2.1: Độ chính xác của phép đo và băng tần số của các thiết bị đo 7
Bảng 3.1: Các loại tải thử nghiệm 14
Bảng 3.2: Các tham số mô hình máy pha cà phê (Panasonic) 16

Bảng 3.3: Các tham số mô hình máy xoay cà phê (Philips) 17
Bảng 3.4: Các thông số của máy uốn tóc 18
Bảng 3.5: Các thông số của bình đun siêu tốc (Comet) 19
Bảng 3.6: Các thông số của bình đun siêu tốc (Panasonic) 20
Bảng 3.7: Các thông số của máy (BlueHouse) 21
Bảng 3.8: Các thông số của bếp điện 22
Bảng 3.9: Điện trở tính toán của các đèn 22
Bảng 3.10: Các thông số mô hình cho các đèn nung sáng 23
Bảng 3.11: Các thông số của đèn Halogen-Tungsten 25
Bảng 3.12: Đặc điểm của các tải trở 27
Bảng 3.13: Đặc điểm của các đèn 27
Bảng 3.14: Kết quả phân tích phổ tần số từ phép đo và mô phỏng
các thiết bị gia nhiệt 28
Bảng 3.15: Kết quả phân tích phổ tần từ kết quả đo và mô phỏng của
các đèn 29
Bảng 3.16 Các thông số mô hình các tải thuần trở 42
Bảng 4.1: Các động cơ thưng được sử dụng trong dân dụng 46

- x -

Bảng 4.2: Đặc tính của tủ lạnh (động cơ KĐB) và máy hút bụi
(động cơ vạn năng) 46
Bảng 4.3: Các thông số mô hình của máy xay sinh tố (Melissa) 48
Bảng 4.4: Các thông số mô hình của máy đánh trứng (Ide line) 49
Bảng 4.5: Các thông số mô hình máy hút bụi (Electrolux) 50
Bảng 4.6: Các thông số của máy hút bụi (LG) 51
Bảng 4.7: Các thông số của máy sấy tóc (Panasonic, 1800 W) 52
Bảng 4.8: Các thông số mô hình máy sấy tóc (Panasonic, 1200 W) 53
Bảng 4.9: Đặc tính các động cơ vạn năng 54
Bảng 4.10: Đặc tính các động cơ khác 54

Bảng 4.11: Kết quả phân tích phổ tần từ đo lưng và mô phỏng các động cơ vạn
năng 55
Bảng 4.12: Kết quả phân tích phổ tần trong đo lưng và mô phỏng cho các động
cơ 56
Bảng 4.13: Các thông số mô hình của các động cơ quay và giả thiết sai số . 64
Bảng 5.1: Mô hình các đèn halogen compact 66
Bảng 5.2: Mô hình của ballast (Philips) 69
Bảng 5.3: Mô hình của Charger 69
Bảng 5.4: Mô hình của LCD 70
Bảng 5.5: Kết quả phân tích phổ tần từ đo lưng và mô phỏng các đèn 71
Bảng 5.6: Kết quả phân tích quang phổ tần từ đo lưng và mô phỏng
các thiết bị điện tử 72
Bảng 5.7: Mô hình của thiết bị chiếu sáng và thiết bị điện tử 78
- xi -

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phân phối hạ áp AC 1
Hình 1.2: Một hệ thống phân phối DC 2
Hình 2.1: Mạch đo đối với các phép đo AC 8
Hình 2.2: Mạch đo đối với các phép đo DC ở trạng thái ổn định 9
Hình 2.3: Mạch đo đối với phép đo quá độ 10
Hình 2.4: Sơ đồ mạch mô phỏng phân tích phổ tần 12
Hình 2.5: Sơ đồ mạch mô phỏng chế độ xác lập 12
Hình 2.6: Sơ đồ
mạch mô phỏng chế độ quá độ 13
Hình 3.1: Đưng đặc tính của máy pha cà phê (Panasonic) 16
Hình 3.2: Đưng đặc tính máy xoay cà phê (Philips) 17
Hình 3.3: Đưng đặc tính của máy uốn tóc 18
Hình 3.4: Đưng đặc tính của bình đun siêu tốc (Comet) 19
Hình 3.5: Đưng đặc tính của bình đun siêu tốc (Panasonic) 20

Hình 3.6: Đưng đặc tính của máy (BlueHouse) 21
Hình 3.7: Đưng đặc tính của bếp điện (Siemens) 22
Hình 3.8: Đưng đặc tính đèn nung sáng công suất 25W 24
Hình 3.9: Đưng đặc tính đèn nung sáng công suất 40W 24
Hình 3.10 Đưng đặc tính đèn nung sáng công suất 60W 25
Hình 3.11 Đưng đặc tính đèn nung sáng công suất 75W 25
Hình 3.12 Đưng đặc tính đèn nung sáng công suất 100W 26
Hình 3.13 Đưng đặc tính đèn Halogen-tungsten (150 W) 27
Hình 3.14: Trạng thái quá độ của máy pha cà phê (Panasonic) 30
- xii -

Hình 3.15: Trạng thái quá độ của máy pha cà phê (Philips) 31
Hình 3.16: Trạng thái quá độ của máy uốn tóc 32
Hình 3.17: Trạng thái quá độ của bình đun siêu tốc (Comet) 32
Hình 3.18: Trạng thái quá độ của bình đun siêu tốc (Panasonic) 33
Hình 3.19: Trạng thái quá độ của máy làm bánh Sandwich 34
Hình 3.20: Trạng thái quá độ của bếp điện 35
Hình 3.21: Trạng thái quá độ của đèn nung sáng - 25W 36
Hình 3.22: Trạng thái quá độ của đèn nung sáng - 40W 37
Hình 3.23: Trạng thái quá độ của đèn nung sáng - 60W 38
Hình 3.24: Trạng thái quá độ đèn nung sáng - 75W 39
Hình 3.25: Trạng thái quá độ đèn nung sáng - 100W 40
Hình 3.26: Trạng thái quá độ đèn halogen tungsten - 150W 41
Hình 4.1: Tương đương mạch cho động cơ 43
Hình 4.2: Sơ đồ mạch của động cơ vạn năng 44
Hình 4.3 Dạng điện áp và dòng điện của tủ lạnh (động cơ KĐB)
và máy hút bụi (động cơ vạn năng) 46
Hình 4.4 Đưng đặc tính của máy xay sinh tố (Melissa) 48
Hình 4.5 Đưng đặc tính của máy đánh trứng (Ide Line) 49
Hình 4.6 Đưng đặc tính của máy hút bụi (Electrolux) 50

Hình 4.7 Đưng đặc tính của máy hút bụi (LG) 51
Hình 4.8 Đưng đặc tính của máy sấy tóc (Panasonic, 1800 W) 52
Hình 4.9 Đưng đặc tính của máy sấy tóc (Panasonic, 1200 W) 53
Hình 4.10 Các phép đo trạng thái ổn định của máy xay sinh tố 55
- xiii -

Hình 4.11 Phổ tần máy đánh trứng (Melissa), khi cấp điện AC và DC 56
Hình 4.12: Quá trình quá độ của máy xay sinh tố (Melissa) 58
Hình 4.13: Quá trình quá độ của máy đánh trứng (Ide Line) 59
Hình 4.14: Quá trình quá độ của máy hút bụi (Electrolux) 60
Hình 4.15: Quá trình quá độ của máy hút bụi (LG) 61
Hình 4.16: Quá trình quá độ của máy sấy tóc (AFK, 1800 W) 62
Hình 4.17: Quá trình quá độ của máy sấy tóc (AFK, 1200 W) 63
Hình 5.1: Đặc tính các đèn Huỳnh quang compact 68
Hình 5.2: Đưng đặc tính của ballast (Philips) 69
Hình 5.3: Đưng đặc tính của Charger 70
Hình 5.4: Đưng đặc tính của LCD 71
Hình 5.5: Quá trình quá độ của đèn Osram 73
Hình 5.6: Quá trình quá độ của đèn Philips (9W) 73
Hình 5.7: Quá trình quá độ của đèn Philips (11W) 74
Hình 5.8: Quá trình quá độ của đèn Philips (15W) 75
Hình 5.9: Quá trình quá độ của ballast 76
Hình 5.10: Quá trình quá độ của Charger 77
Hình 5.11: Quá trình quá độ của LCD Monitor 78
NI DUNG LUN VĔN




Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 1

CHNG 1
TNG QUAN
1.1 Đặt vn đ
Vào cuối thế kỷ 19, ngưi ta đã thay thế dòng điện một chiều (DC) bằng dòng điện
xoay chiều (AC) cho hệ thống truyền tải thương mại vì những nguyên nhân như: Biến
đổi điện áp đến các mức cao hơn để truyền tải đi xa; Sự phát minh ra các loại động cơ
và máy phát ba pha;…Tuy nhiên, vào những năm 1960, Thyristor đã được phát minh
và công nghệ bán dẫn điện đã giải quyết được vấn đề về sự biến đổi không thuận lợi
giữa các mức điện áp trong DC. Ngoài ra, do giá của các thiết bị bán dẫn này đã giảm
xuống một cách nhanh chóng trong những năm gần đây, nên hiện nay ngưi ta đã
quan tâm hơn về truyền tải DC và công nghiệp điện đã gần như chứng tỏ việc sử dụng
ngày càng tăng dòng điện một chiều trong mạng phân phối hạ áp (Hình 1.1).









Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phân phối hạ áp AC.
DC
AC
AC
DC
Tải tuyến tính

Pin/ắc quy
DC
AC
Thiết bị điện tử số

DC
AC
Thiết bị điện tử số



Thanh cái AC
Nguồn AC
AC
DC
Pin quang điện

AC
DC
Pin nhiên liệu

AC
DC
Pin nhiên liệu

DC
AC
Các tải khác
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 2

Hầu hết các tải gia đình và văn phòng đều có bộ chỉnh lưu một pha để biến đổi
từ AC sang DC và nó gây ra nhiễu cho mạng AC. Để cải thiện tính ổn định và chất
lượng điện năng, ngưi ta thưng dùng bộ UPS.
Còn với một hệ thống phân phối DC, như trong Hình 1.2, nó có thể đạt được
một hiệu suất cao hơn của các thiết bị điện ở cuối đưng dây, dễ sử dụng nguồn năng
lượng tái tạo.










Hình 1.2: Một hệ thống phân phối DC.
Để xây dựng một mô hình thuận tiện cho việc phân tích một hệ thống phân phối
DC, cần phải có các mô hình chính xác của các tải. Các mô hình này có thể mô tả cả
trạng thái ổn định và quá độ khi tải được cung cấp với nguồn DC.
Mục đích của việc nghiên cứu này là khảo sát tính tương thích của các tải khi sử
dụng trong hệ thống điện AC và khi được cung cấp với nguồn DC, khảo sát đặc tính ổn
Các tải khác
DC
DC
Thiết bị điện tử

DC

DC
Thiết bị điện tử



Thanh cái DC
Tải tuyến tính
AC
DC
Tải AC
(nếu có)

Nguồn AC
DC
AC
Pin

Pin quang điện

Pin nhiện liệu

DC
AC
Tua bin nhỏ

Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 3

định và quá độ để xây dựng các mô hình tải, thuận tiện cho việc mô phỏng trên máy

tính bằng phần mềm Matlab.
1.2 Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu
Mục tiêu nghiên cứu của luận văn này là kiểm tra số lượng tải thông dụng sử dụng
trong các hộ gia đình và văn phòng để xác định liệu có tương thích khi được cung cấp
với nguồn DC, mô tả trạng thái xác lập và quá độ của tải và xây dựng mô hình tải phù
hợp cho mô phỏng trên máy tính với phần mềm Matlab.
Nhiệm vụ
 Xây dựng mô hình các tải thử nghiệm liệt kê trong Bảng 1.1.
 Đánh giá mức tương đồng của các tải thử nghiệm khi được cung cấp bằng
nguồn AC và DC, thông qua các đáp ứng ở chế độ xác lập, quá độ và phân tích
phổ tần số.
Tải
Số lượng
Máy pha cà phê
Máy uốn tóc
Bình đun siêu tốc
Máy nướng bánh Sandwich
Bếp điện
Đèn nung sáng
Đèn Halogen-tungsten
Máy xay sinh tố
Máy đánh trứng
Máy hút bụi
Máy sấy tóc
Đèn tiết kiệm điện
Đèn huỳnh quang với balat
Bộ điều chỉnh
Màn hình (LCD)
2

1
2
1
1
5
1
1
1
2
2
4
1
1
1
Bảng 1.1: Danh sách các tải thử nghiệm.
1.3 Ni dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận văn này gồm:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở lí thuyết.
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 4

Chương 3: Mô hình tải thuần trở.
Chương 4: Mô hình động cơ quay.
Chương 5: Mô hình tải điện tử.
Chương 6: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển.
1.4 Phưng pháp nghiên cứu
 Phân tích, tổng hợp.
 Mô hình hóa và mô phỏng.

1.5 Các kết qu nghiên cứu trong vƠ ngoƠi nưc đƣ công bố
TT
Tên bài
Ni dung nghiên cứu
u điểm
Nhược điểm
1
POSSIBILITIES OF
THE LOW VOLTAGE
DC DISTRIBUTION
SYSTEMS
Đưa ra các khái niệm
cơ bản về hệ thống hạ
áp DC và phân tích
những tiềm năng về
kinh tế - kỹ thuật. Giới
thiệu những định hướng
của sự phát triển đòi
hỏi sử dụng các thiết bị
điện tử công suất đối
với hệ thống hạ áp DC
- Cho phép sử dụng
điện áp định mức cao
hơn so với hệ thống
AC
- Tổn thất điện áp nhỏ
hơn hệ thống AC vì
các điện kháng của hệ
thống không ảnh
hưởng đến tính liên

tục cung cấp điện
- Không có dòng phản
kháng
- Giảm tổn thất điện
áp và tổn thất công
suất do điện trở DC
nhỏ hơn điện trở AC.
- Hệ thống DC được
ứng dụng để giảm các
dao động điện áp của
các hộ ở cuối đưng
dây và giữ điện áp làm
việc gần như không
đổi
- Tuổi thọ của
các thiết bị
điện tử thưng
ngắn hơn các
phần tử mạng
truyền thống
- Các thiết bị
điện tử công
suất thưng
hao phí lớn và
tạo ra sóng hài
cho mạng
- Chi phí tổng
tăng do phải
sử dụng các
bộ lọc sóng

hài
- Số thiết bị
điện tử công
suất tăng nên
có thể tăng số
lần sự cố
(nhưng chỉ
ảnh hưởng cục
bộ)
2
Modeling, Control and
Protection of Low-
Voltage DC
Microgrids
Kiểm tra các tải hạ áp
dân dụng hiện có khi
được cung cấp bằng
nguồn DC và xây dựng
các mô hình tải để có
thể sử dụng trong công
cụ mô phỏng. Xây
- Cải thiện được chất
lượng điện năng
- Đơn giản hệ thống
điện hơn bằng cách
kết nối trực tiếp các
nguồn phát một chiều
đến DC bus.
- Phải sử dụng
rất nhiều thiết

bị điện tử
công suất nên
tạo ra sóng hài
mà cần phải
khắc phục
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 5

dựng các cấu hình giao
diện AC/DC khác nhau
và điều khiển hoạt động
của chúng. Xây dựng
hệ thống hạ áp DC cỡ
nhỏ để có thể thực hiện
các thí nghiệm. Xác
định những ứng dụng
mới tiện lợi cho việc sử
dụng phân phối hạ áp
DC và xây dựng hệ
thống bảo vệ và điều
khiển cho hệ thống hạ
áp DC.
- Dễ dàng điều khiển
được tốc độ của các
động cơ DC.
- Giảm được chi phí
đầu tư; Giảm được tổn
thất điện áp và tổn thất
công suất trong lưới

điện.
- Hạn chế được dòng
điện không hình sin
như trong mạng AC
- Tạo ra những ứng
dụng mới tiện dụng
cho hệ thống hạ áp DC
- Dễ xảy ra sự
cố cục bộ do
linh kiện điện
tử bị hư hỏng
3
Load Modelling for
Steady-State and
Transient Analysis of
Low-Voltage dc Systems
Nghiên cứu mô hình
của các tải đối với hệ
thống DC. Tiến hành
đo trên 8 tải khác nhau
khi nó được cung cấp
bằng nguồn DC. Kết
quả từ các phép đo
được sử dụng để phát
triển các mô hình tải
đơn giản, có thề sử
dụng cho tính toán quá
độ và ổn định của hệ
thống hạ áp DC. Các
mô hình này còn có thể

được sử dụng cùng với
các tiêu chuẩn hiện có
để tính toán độ dốc điện
áp và dòng ngắn mạch
trong hệ thống hạ áp
DC.
- Tạo ra được các mô
hình tải đơn giản,
thuận tiện cho việc
phân tích ổn định và
quá độ trong hệ thống
phân phối hạ áp DC.
- Làm tiền đề cho việc
thay thế hệ thống
truyền tải AC bằng hệ
thống DC để phát huy
hết tìm năng về kinh tế
cũng như kỹ thuật.
- Giảm tổn thất điện
áp và tổn thất công
suất
- Sử dụng được các
nguồn năng lượng tái
sinh như hệ thống
quang điện và các pin
nhiên liệu.

- Có thể có
những sai số
nhất định

trong quá trình
đo do thiết bị
và điều kiện tự
nhiên
- Phải sử dụng
rất nhiều các
thiết bị điện tử
nên thưng
tạo ra sự cố
(cục bộ) do
tuổi thọ của nó
ngắn và dễ bị
hỏng
- Ngoài ra các
thiết bị điện tử
còn tạo ra
sóng hài nên
phải sử dụng
bộ lọc sóng
hài làm cho
chi phí tăng
4
DC distribution system
for home and office
Nghiên cứu những khả
năng có thể để thay thế
nguồn AC hiện tại
trong hệ thống phân
phối dân dụng bằng
một nguồn DC; đánh

giá những thuận lợi và
khó khăn đối với hệ
thống phân phối AC
- Sử dụng dòng điện
một chiều cho hệ
thống phân phối hạ áp
trong nhà và văn
phòng sẽ đạt được
hiệu quả tổng thể cao
- Tất cả các bộ phát
nguồn một chiều có
thể được kết nối trực

Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 6

hiện tại
tiếp với mạng hạ áp
DC, rất thuận tiện cho
các ứng dụng trong gia
đình.
- Ít nguy hiểm hơn
dòng điện xoay chiều
- Giảm trưng điện từ
- Cải thiện được chất
lượng điện năng

Hiện nay, việc sử dụng ngày càng tăng các thiết bị điện DC cùng với những ưu
điểm khi truyền tải DC như: Giá thành rẻ, giảm nhiễu, hiệu suất cao và dễ sử dụng

nguồn năng lượng tái tạo (pin mặc tri, pin nhiên liệu, …), nên cần xem xét khả năng
cung cấp trực tiếp điện DC cho các thiết bị điện bằng một mạch điện DC chuyên dụng
để tránh trưng hợp phải biến đổi AC/DC như hiện nay.
Để thực hiện được điều này, cần phải phân tích tính khả thi của hệ thống phân
phối hạ áp DC cho các tải gia đình và văn phòng và đánh giá những thuận lợi, hạn chế
so với sự phân phối dòng AC.
Công việc này được tiến hành bằng cách đo thử thực tế đặc tuyến tải khi cấp
nguồn DC ở các chế độ khác nhau bằng các mạch đo và thiết bị đo chuyên dụng. Sau
đó, sử dụng các kết quả này để xây dựng mô hình tải, mô phỏng trạng thái hoạt động
của các tải này và so sánh kết quả mô phỏng và kết quả đo thực tế để đánh giá độ chính
xác của mô hình.
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 7

CHNG 2
C S LÍ THUYT
2.1 Qui trình đo
Đầu tiên tất cả các tải thử nghiệm được đo kiểm đặc tính ngõ vào và ngõ ra
trong nguồn AC ở điều kiện hoạt động bình thưng. Kết quả đo được sử dụng để đánh
giá và so sánh khi thiết bị thử nghiệm được cấp điện DC. Kết quả đo kiểm cũng được
sử dụng để xác định mối quan hệ giữa dòng và áp của tải thử nghiệm khi được cấp điện
DC. Phổ tần của các tải thử nghiệm được phân tích dưới điều kiện điện áp danh định.
Sau đó, để xác định trạng thái quá độ của tải thử nghiệm cần thay đổi mức điện áp
cung cấp.
Thiết bị đo được liệt kê trong Bảng 2.1 cùng với sai số định mức trong phạm vi
cho phép.
Thiết bị đo
Đi lượng
Sai số

Dƣy đo
LeCroy Current Probe AP011
LeCroy Differential Probe AP032
Dòng điện
Điện áp
± 1 %
± 2 %
DC – 120 kHz
DC – 15 MHz
Fluke 77
Fluke 87
Điện áp
Dòng điện
± 0.3 %
± 0.2 %
-
-
Bảng 2.1: Độ chính xác của phép đo và băng tần số của các thiết bị đo.
Dao động kí được sử dụng trong quá trình đo là LeCroy 9304 CM với băng rộng
200 MHz, thi gian lấy mẫu là 100 ms/mẫu.
2.1.1 Đo các ti trong ngun AC
Số liệu của phép đo này được sử dụng để xác định xem tính tương thích của các
tải thử nghiệm với nguồn DC. Có những tải mà điều kiện chính để hoạt động là từ
trưng biến thiên, chẳng hạn như máy biến áp hoặc động cơ cảm ứng một pha… những
thiết bị có thể bão hòa khi cấp nguồn DC, làm mất đi nguyên lý hoạt động, hoặc đơn
giản là không thực hiện chức năng của chúng. Một cách để đánh giá khi các tải thực
hiện đúng chức năng trên DC là đo hệ số công suất thực PF và độ chuyển vị của nó
(DPF) của tải. Chúng được xác định như sau:
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 8

PF =
1
1
cos( )
S
S
I
I

(2.1)
DPF =
1
cos( )

(2.2)
Trong đó: θ
1
là góc lệch pha giữa thành phần điện áp với dòng điện ở tần số
50Hz; I
S1
là giá trị của dòng điện ở tần số cơ bản và I
S
là giá trị hiệu dụng tổng.
Phương trình 2.1 được gọi là phương trình hệ số công suất thực. Còn phương trình 2.2
được gọi là phương trình dịch chuyển hệ số công suất.
Mạch đo áp và dòng của tải thử nghiệm trình bày ở Hình 2.1:

Hình 2.1: Mạch đo đối với các phép đo AC.

Ngoài ra, tổng độ méo sóng hài THD được tính theo biểu thức:
2
2
1
.100%
n
k
k
x
THD
X



trong đó: k = 2,3, …, n (2.3)
Với x
n
là thành phần tần số thứ n và X
1
là thành phần tần số cơ bản.
Biểu thức này được sử dụng cho cả hai tín hiệu áp và dòng.
2.1.2 Đo các ti trong ngun DC
Để mô tả các tải, quan hệ giữa dòng và áp được đo. Đầu tiên, các tải được phân
loại theo nguyên lý hoạt động của chúng và thành phần cấu tạo. Những loại này bao
gồm: các tải thuần trở như: các điện trở đơn giản; các tải quay như: động cơ và các tải
điện tử (gồm các thiết bị tích cực và thụ động). Mạch đo được trình bày ở Hình 2.2.
Tải
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 9

Trong đó: nguồn DC thay đổi được. Trong mạch đo này, Fluke 77 và Fluke 87
được sử dụng để đo dòng điện và điện áp tương ứng. Hai tụ mỗi tụ có dung lượng
3300μF được nối mắc song song với nguồn DC để lọc nhiễu và tạo tín hiệu điện áp DC
phẳng. Để tìm được mối quan hệ giữa dòng và áp, cho điện áp thay đổi từ 110V đến
350V và ghi lại các giá trị đo bởi 2 Fluke.

Hình 2.2: Mạch đo đối với các phép đo DC ở trạng thái ổn định.
2.1.3 Phân tích phổ tần
Việc phân tích phổ tần tín hiệu của các tải thử nghiệm được thực hiện với sự trợ
giúp của thiết bị phân tích chất lượng điện năng và việc phân tích phổ tần của mô hình
tải được thực hiện với sự trợ giúp của công cụ FFT - phần mềm Matlab.
2.1.4 Phép đo quá đ
Để xác định đáp ứng quá độ của tải, phép đo được thực hiện trên một mạch thay
đổi điện áp. Sơ đồ mạch đo được mô tả trong Hình 2.3. Những tụ mắc song song đã
được tháo bỏ trong mạch kiểm tra này.
Mỗi tải được đặt vào 3 hoặc 4 biên độ điện áp khác nhau (tùy thuộc vào đặc
điểm tải), thay đổi trong khoảng 0.60 – 1.0 pu, với điện áp danh định là 230VDC.
Tải
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 10


Hình 2.3: Mạch đo đối với phép đo quá độ.
2.2. Phân tích dữ liệu đo
Việc phân tích dữ liệu đo với sự trợ giúp của phần mềm Matlab nhằm mục đích
xác định phương trình quan hệ dòng – áp của các thiết bị tải thử nghiệm.
2.2.1 Sự mô t đặc tính ti
Mô hình tải là một sự biểu diễn toán học giữa điện áp và dòng điện hoặc giữa

công suất và điện áp. Việc này được thực hiện bằng cách đo dòng điện tại các cấp điện
áp khác nhau như phần mô tả ở trên. Khi đó, quan hệ giữa điện áp theo dòng điện được
mô tả theo biểu thức:
U(I) = R
p2
I
2
+ R
p1
I + R
p0
(2.4)
Trong đó: R
p0
= 0 trong hầu hết các trưng hợp (trừ trưng hợp công suất không
đổi). Dạng phương trình quan hệ giữa dòng điện theo điện áp mô tả theo biểu thức:
I(U) = Y
p2
U
2
+ Y
p1
U + Y
p0
(2.5)
Trong đó: Y
p0
cho dòng điện mà tải tiêu thụ.
Quan hệ giữa công suất theo điện áp được mô tả theo biểu thức:
P(U) = A

p2
U
2
+ A
p1
U + A
p0
(2.6)
Phương trình này có thể được xây dựng trong hệ p.u:

2
2 1 0
0 0 0
()

P U U U
a a a
P U U
   
  
   
   
(2.7)
Mạch
thay đổi
điện áp
Tải
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 11

Phương pháp khoảng cách bình phương tối thiểu được sử dụng để xác định các
hệ số trong phương trình (2.4), (2.5) và (2.6).
Để xác định độ chính xác của các mô hình này, sai số để được đánh giá bởi
phương trình (2.8):
ε = |(giá trị đo – giá trị mô phỏng)/ giá trị mô phỏng| (2.8)
2.2.2 Phân tích phổ tần số
Việc phân tích phổ tần số được thực hiện bằng máy phân tích chất lượng điện
năng Fluke 435 Series II cho tải thực tế và công cụ FFT của phần mềm Matlab cho mỗi
mô hình.
2.3 Phơn tích quá đ
Mô hình các tải thử nghiệm được sử dụng để đánh giá dòng điện tiêu thụ của
các tải khi điện áp thay đổi theo từng nấc. Các mô hình này được xây dựng với sự trợ
giúp của phần mềm Matlab. Đầu tiên nấc điện áp định mức được áp vào tải sau đó
giảm từng nấc một và đo điện áp rơi trên mô hình để xem phản ứng của mô hình khi áp
thay đổi. Trong hầu hết các trưng hợp, mô hình xác lập đủ để mô tả đáp ứng với điện
áp thây đổi theo nấc. Nhưng ở đây có kèm theo hiện tượng quá độ, vì vậy có thể thêm
vào mô hình một số thành phần phụ.
2.4 Các mch mô phỏng trong Matlab
2.4.1 Mch mô phỏng phân tích phổ tần
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 12


Hình 2.4: Sơ đồ mạch mô phỏng phân tích phổ tần.
2.4.2 Mch mô phỏng ở chế đ xác lp

Hình 2.5: Sơ đồ mạch mô phỏng chế độ xác lập.
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 13

2.4.3 Mch mô phỏng ở chế đ quá đ

Hình 2.6: Sơ đồ mạch mô phỏng chế độ quá độ.




Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 14

CHNG 3
MÔ HÌNH TI THUN TR

Các tải thuần trở được chia thành 2 dạng: gia nhiệt và chiếu sáng. Các loại tải
thử nghiệm được trình bày trong Bảng 3.1.
Tải thử nghiệm
Gia nhiệt/đốt nóng
Máy pha cà phê
Máy sấy tóc
Bình đun siêu tốc
Máy làm bánh sand-wich
Bếp điện
Chiếu sáng
Đèn nung sáng
Đèn halogen-tungsten
Bảng 3.1: Các loại tải thử nghiệm.

Hầu hết các tải nhiệt có rơle nhiệt, cắt dòng điện khi nhiệt độ vượt mức qui
định, và đóng lại khi nhiệt độ giảm xuống. Các tải nhiệt cũng được trang bị cầu chì
nhiệt để bảo vệ.
Các tải nhiệt được thiết kế để tiêu thụ một lượng dòng nhất định ở mức áp sử
dụng trong hệ thống. Nếu giá trị điện áp cung cấp khác điện áp định mức thì công suất
tải nhiệt sẽ thay đổi.
Có hai loại đèn chiếu sáng trong nhà nêu ở Bảng 3.1. Chúng là đèn nung sáng
và đèn halogen-tungsten. Đèn nung sáng là đèn bức xạ nhiệt trong một bóng đèn kín
chứa đầy khí. Một dòng điện đi qua sợi dây tungsten (vonfram) làm cho nó phát sáng.
Với phương pháp chiếu sáng này chỉ khoảng 5% trong số nhu cầu năng lượng được
chuyển đổi vào việc phát sáng, phần còn lại bị mất dưới dạng nhiệt. Để làm dây tóc
phát sáng, nhiệt độ phải hơn 500
o
C. Việc thêm halogen vào các bóng đèn thông thưng
chuyển thành đèn halogen. Các đèn halogen có nguồn sáng hiệu quả hơn một bóng đèn
thông thưng như nhiệt độ của dây tóc đèn được giữ khoảng 1000
o
C, phụ thuộc vào
loại halogen sử dụng trong đèn.
Lượng ánh sáng phát ra tỉ lệ với điện áp AC hoặc DC qua bóng đèn.
Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Võ Thị Hồng Dúng 15

3.1 Đặc tính ti
Để khảo sát đặc tính tải, thay đổi mức điện áp trong phạm vi 110V đến 350V,
mỗi lần là 10V. Tại
đó, cả điện áp và dòng điện được ghi lại.
Từ các phép đo, tìm được đặc tính tải các thiết bị gia nhiệt cần được chú ý đến
hằng số điện trở. Đối với các thiết bị gia nhiệt, biểu thức (2.4) có thể được sử dụng với

R
p2
= R
p0
= 0. Biểu thức (2.6) có thể được sử dụng viết lại dưới dạng P= UI và nó được
biểu diễn A
p2
= R
p1
-1
.
Khi sự phụ thuộc vào nhiệt độ của tải được xem xét, biểu thức (2.4) thay đổi
như sau:
R = R
p2
I + R
p1
(3.1)
Từ đó:
U = R
p2
I
2
+ R
p1
I (3.2)
Biểu thức công suất hệ thống theo U và I được trình bày như sau:
( )
R2
R

-
R2
R
+
R
U
±U=UI=UP
2p
1p
2
2p
2
1p
2p

(3.3)


Nghiệm âm được bỏ qua khi nó cho kết quả âm. Cần giả thiết rằng dòng điện
phụ thuộc điện trở khi R
p2
trong biểu thức (2.4) thì đủ lớn để so với R
p1
. Điều này
thưng đúng cho trưng hợp các tải chiếu sáng.
3.1.1 Các thiết bị gia nhiệt
Máy pha cà phê (Panasonic)
Công suất định mức của máy pha cà phê từ nhãn là 1000W với điện áp định
mức 230V. Theo định luật Ohm, điện trở tính được là 52.9.
Đưng đặc tính của máy pha cà phê với nguồn cấp DC được trình bày ở Hình

3.1. Hình 3.1a trình bày quan hệ điện áp thay đổi theo dòng điện. Phương pháp khoảng
cách bình phương tối thiểu được sử dụng để tìm quan hệ tuyến tính và quan hệ bậc hai
như mô tả trong biểu thức (2.4).