Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của sóng hài lên chất lượng điện năng hệ thống ESP nhà máy điện. Các giải pháp hạn chế ảnh hưởng của sóng hài đó. mô phỏng bằng matlab simulink các kết quả. Sóng hài là trường hợp riêng của sóng điều hòa, sóng điều hoà có thể coi là tổng của các dạng sóng sin mà tần số của nó là bội số của tần số cơ bản, nếu bội số là số nguyên thì gọi là hài (harmonic), bội số khác số nguyên gọi là hiện tượng âm hài (interharmonic). Hay nói cách khác một sóng điều hòa bất kỳ là tổng của sóng thành phần cơ bản và các thành phần điều hòa bậc cao hơn.
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG SÓNG HÀI LÊN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ESP (LỌC BỤI TĨNH ĐIỆN) TẠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VŨNG ÁNG CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI VÀ CÁC TÁC ĐỘNG ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN I – TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI - Khái niệm sóng hài Chúng ta biết rằng, dạng sóng điện áp sin tạo nhà máy điện, trạm điện lớn tốt Tuy nhiên, di chuyển phía phụ tải, đặc biệt phụ tải phi tuyến dạng sóng bị méo dạng Khi dạng sóng không sin Hình 1.1 – Các dạng sóng thường có hệ thống điện Sóng hài trường hợp riêng sóng điều hòa, sóng điều hoà coi tổng dạng sóng sin mà tần số bội số tần số bản, bội số số nguyên gọi hài (harmonic), bội số khác số nguyên gọi tượng âm hài (interharmonic) Hay nói cách khác sóng điều hòa tổng sóng thành phần thành phần điều hòa bậc cao Hình 1.2 - Dạng sóng điều hòa Hình 1.3 - Các thành phần sóng điều hòa Với điều kiện vận hành cân sóng điều hòa bậc cao chia thành thành phần thứ tự thuận, nghịch, không: • Thành phần thứ tự thuận: sóng điều hòa bậc 4, 7, 11… • Thành phần thứ tự nghịch: sóng điều hòa bậc 2, 5, 8… • Thành phần thứ tự không: sóng điều hòa bậc 3, 6, 9… Đối với điều kiện không cân pha chẳng hạn điện áp hệ thống không cân bằng, tải pha không đối xứng, sóng điều hòa xảy ba thành phần thứ tự nói Sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện phải ý tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao cao mức độ cho phép Sóng điều hòa dòng điện bậc cao dòng điện có tần số bội số nguyên lần tần số Ví dụ dòng 250(Hz) lưới 50(Hz) dòng điều hòa bậc 5, dòng 250(Hz) dòng không sử dụng với thiết bị lưới Vì chuyển sang dạng nhiệt gây tổn hao - Phân tích sóng hài Công cụ để phân tích mức độ méo dạng sóng dòng điện có chu kỳ phân tịc Fourier Phương pháo dựa nguyên lý dạng sóng méo, có chu kỳ (không sin) tương đương thay tổng dạng sóng điều hòa hình sin, chúng bao gồm: - Một sóng hình sin với tần số (50 Hz); - Một số sóng hình sin khác với tần số hài cao hơn, bội tần số Dấu hiệu để xác định dáng sóng méo có thành phần hài bậc chẵn hay bậc lẽ sau [10] - Hài bậc lẽ xuất chu kỳ âm dạng sóng méo lập lập lại y hệt chu kỳ dương với chiều âm Nói cách khác, hài bậc lẻ xuất phần tư chuy kỳ phần tư chu kỳ thé ba giống nhau, phần tư chu kỳ thứ hai thứ tư giống Hài bậc lẻ xuất với chỉnh lưu cần chu kỳ dương chu kỳ âm đối xứng với (do hài bậc chẵn bị triệt tiêu) - Hài bậc chẵn xuất chu kỳ âm không lặp lại nửa chu kỳ dương Một đặc điểm khác có hài bậc chẵn phần tư thứ thứ tư giống nhau, phần tư thứ hai thứ ba giống Thường thấy hài bậc chẵn hệ thống điện [10] Bất kể dạng sóng biểu diễn dạng tổng hàm chức sin cosin Nó gọi chuỗi Fourier: [8] Trong biểu thức a0 giá trị trung bình hàm số x(t), hệ số chuỗi a n, bn thành phần vuôn góc hài bậc n Vector hài bậc n tương ứng là: Với biên độ Và góc pha Hệ số a0 biểu thức rút cách lấy tích phân hai vế phương trình từ -T/2 tới T/2 Ta lấy tích phân số hạng vế phải Số hạng vế phải có giá trị Ta Các biểu thức tích phân lại có giá trị không Vậy a0trong biểu thức rút công thức sau với T chu kỳ x(t) Tính hệ số a cách nhân hai vế phương trình (1) với cos(2πmt/T), với m số nguyên dương bất kỳ, sau lấy tích phân từ -T/2 đến T/2 Số hạng vế phải không Xét thừa số với bn với m, n Xét thừa số với an với m, n Với m = n ta có Hệ số an tính theo công thức với n = → ∞ Tương tự ta có với n = → ∞ Ta thấy hàm x(t) đối xứng lẻ, tức x(t) = -x(-t) a n không với tất giá trị n Như chuổi Fourier hàm lẻ có thành phần sin Còn hàm x(t) đối xứng chẵn, tức x(t) = x(-t) b n không với tất giá trị n Chuổi Fourier hàm chẵn có thành phần cos Một dạng sóng chẵn lẽ phụ thuộc vào khoảng thời gian tham chiếu lựa chọn Hàm x(t) gọi đối xứng nửa sóng x(t) = -x(t+T/2) Dạng sóng tín hiệu kiểu có hình dạng thời gian từ t +T/2 với t+T dạng ấm dạng sóng từ t tới t+T/2 Sau số biến đổi ta có: Với n lẽ Dạng đặc tính tam giác đối xứng hàm bậc lẽ: Với n chẵn an = 0; bn = Dạng đặc tính tam giác đối xứng hàm bậc lẽ: Như dạng sóng đối xứng sóng chứa hài bậc lẽ 2.1- Các thông số đặc trưng sóng hài 2.1.1- Chỉ số méo dạng sóng điện áp Chỉ tiêu đánh giá phổ thông dành cho méo dạng sóng điện áp số méo dạng sóng tổng hợp -Tổng độ méo sóng hài (Total Harmonic Distortion)THD đại lượng thể tỷ số giá trị hiệu dụng thành phần hài bậc cao so với thành phần sóng điện áp bản: Ở U1 – Giá trị hiệu dụng điện áp bậc (50Hz 60Hz) Un - Giá trị hiệu dụng thành phần sóng hài bậc n N bậc cao sóng hài cần đánh giá Trong đa số trường hợp,bậc sóng hài cao thường không vượt bậc 25 Nhưng số tiêu chuẩn,người ta quan tâm đến sóng hài bậc 50 Dạng phổ sóng hài thể hình 2.1.2 Chỉ số méo dòng điện Méo dạng sóng dòng điện đánh giá công thức Nhưng trường hợp dòng điện tải có thành phần hiệu dụng bậc có giá trị nhỏ, việc đánh giá số THD dẫn đến hiểu lầm.Lý giá trị THD lớn dòng điện ý nghĩa nhiều dòng điện tải nhỏ Vì đó, thành phần sóng hài nhỏ theo có giá trị đáng kể so với dòng điện thành phần Để tránh vấn đề trên, số khác sử dụng để đánh giá mức độ méo dạng sóng dòng điện số TDD: Trong đó: In – Giá trị hiệu dụng dòng điện sóng hài bậc n N bậc cao sóng hài cần đánh giá; IR – Giá trị danh định giá trị cực đại dòng điện tải tham chiếu Giá trị TDD đánh giá tỷ số dòng điện sóng hài so với giá trị cố định thay đại lượng biến đổi Bởi hệ thống cung cấp điện thiết kế để phục vụ cho phụ tải loén có ý nghĩa nhiều so với giá trị tức thời biến thiên theo thời gian phụ thuộc vào mức độ tiêu thụ công suất tải 3.Các nguồn tạo sóng hài Cùng với xuất ngành điện tử bán dẫn, ứng dụng dùng biến đổi điện tử công suất lớn hệ thống lò hồ quang, hệ thống biến tần công suất nguyên nhân gây méo dạng sóng Các hệ thống dân dụng khác có công suất nhỏ đèn phóng điện nguyên nhân gây ảnh hưởng méo dạng sóng đến thiết bị truyền thống động điện máy biến áp Trong thời gian gần đây, gia tăng ứng dụng điện tử công suất nhằm đạt yêu cầu tính thiết bị điện lý chủ yếu để phải quan tâm đến méo dạng sóng Một biến đổi điện tử công suất xem ma trận tập hợp van bán dẫn chuyển mạch Chúng cho phép hình thành nên tổ hợp phép liên kết nối mềm dẻo đầu với đầu vào Băng cách sử dụng tổ hợp này, công suất truyền qua biến đổi theo cách khác đạt yêu cầu khác tính (lưu trữ tức thời, truyền công suất…) Bộ biến đổi điện tử công suất phổ thông chỉnh lưu pa Bộ biến đổi thiết bị đầu vào cung cấp lượng cho hầu khắp thiết bị dân dụng văn phòng Mặc dù công suất định mức chỉnh lưu pha nhỏ, tập hợp chúng lại gây nên méo dạng điện áp dòng điện cách đáng kể Những hệ thống chỉnh lưu công suất lớn đối tượng gây tượng sóng hài Cũng từ Chỉnh lưu nghịch lưu dùng để mô tả trình biến đổi lượng điện xoay chiều (AC) thành lượng điện chiều (DC) ngược lại Cũng từ Bộ biến đổi dùng để mô tả thiết bị điện tử công suất có khả truyền tải công suất theo hai chiều Tùy theo thời điểm mở van bán dẫn chu kỳ trạng thái xác lập, có vài nguyên tắc khác để điều khiển việc đóng mở thiết bị bán dẫn: a) Điều khiển góc pha mở cố định Thời điểm mở van bán dẫn cố định so với mốc điện áp chuyển mạch cố định chu kỳ b) Điều khiển khoảng cách dẫn cố định Xung mở bán dẫn cung cấp với khoảng thời gian cố định c) Điều khiển độ rộng xung mở Xung mở van bán dẫn phát cố định theo khoảng cách thời gian thời gian dẫn thay đổi Nhìn từ phía nguồn, hệ thống truyền động dùng biến tần cung cấp điện từ lưới thông qua chỉnh lưu tựa lưới nên đóng góp méo dạng điện áp gây bỉnh lưu quan tâm nhiều Các tải phía sau biến tần (động cơ) nhận điện áp điều biến độ rộng xung (PWM) Dạng điện áp chứa thành phần sóng hài nên cần quan tâm Các đối tượng nguyên nhân gây méo dạng sóng: 3.1 Tải không tuyến tính a Dòng từ hóa máy biến áp Ở trạng thái xác lập không tải, dây quấn sơ cấp máy biến áp đóng góp không đáng kể vào méo dạng sóng Tại thời điểm nào, ta có quan hệ sau: Từ phương trình trên, biểu thức biểu diễn từ thông có dạng sau: Điều có nghĩa điện áp sơ cấp sin sinh từ thông không sin máy biến áp chế độ không tải Dòng điện sơ cấp lại dạng sin từ thông tỷ lệ với dòng điện từ hóa Trong lõi thép lý tưởng (không có tổn hao từ trễ), từ thông φ dòng điện từ hóa có quan hệ với hình … Để trì điện áp sin, từ thông sin phải tạo từ dòng từ-magnetizing current Khi biên độ điện áp ( từ thông ) đủ lớn để rơi vào trường hợp không tuyến tính đường cong B-H, sẽdẫn đến dòng điện từ lớn bị méo dạng chứa sóng hài Hình….- Hiện tượng bảo hòa máy biến Mặc dù vậy, máy biến áp làm việc bình thường (mang tải tải định mức), dòng điện từ hóa thường chiếm tỷ lệ nhỏ nhiều lần (khoảng – 2%) so với dòng điện tải nên tượng không làm cho dòng điện bị méo dạng sóng nhiều Các quan hệ dòng điện từ hóa từ thông hình … Có nguồn gốc chủ yếu từ dòng điện thứ tự nghịch đặc biệt dòng điện thành phần sóng hài bậc Do đó, để đạt dạng điện áp gần sin chấp nhận được, cần phải tạo đường dẫn cho dòng điện thứ tự không Điều thực cách nối tam giác (delta – Δ) cuộn dây máy biến áp Đối với máy biến áp ba pha ba trụ, thành phần sức từ động bội trụ đồng pha với Do đó, đường dẫn từ thông bội ba khép vòng qua không khí Khi đó, từ trở đường dẫn lớn làm giảm giá trị thành phần từ thông bội (từ thông bội tổng hợp đạt khoảng 10% giá trị từ thông bội thành phần máy biến áp pha) Do vậy, từ thông sức điện động cuộn dây giữ dạng sin điều kiện Mặc dù vậy, phương pháp nối tam giác cuộn dây cách hiệu để loại trừ từ thông bội ba máy biến áp cấp nguồn điện áp sin Đồng thời, méo dạng dòng điện từ hóa tăng cao thấp điểm mà hệ thống mang tải nhẹ điện áp nguồn cấp có giá trị lớn Dạng sóng phổ dòng pha A máy biến hoạt động với điều kiện điện áp 110% Hình - Dòng pha A phổ hoạt động điện áp 110% b) Máy biến áp kích thích Các máy biến áp thiết kế để tận dụng tối đa công suất lõi thép Vì thực tế, mật độ từ cảm lõi thép đạt tới 1,7 testla chế độ xác lập Nếu máy biến áp vận hành đỉnh mật độ từ cảm bảo hòa điện áp đặt vào vượt 30% giá trị danh định, mật độ từ cảm bảo hòa lõi thép dâng cao tới testla Điều tương ứng với việc lõi thép máy biến áp bị bảo hòa nặng nề Trường hợp máy biến áp bị bảo hòa kích thích thường xuất máy biến áp cấp điện cho hệ thống chỉnh lưu công suất lớn (máy biến áp chỉnh lưu) thường xuyên có phụ tải dao động tăng thêm Trong trường hợp tới hạn, quan sát thấy điện áp phía chỉnh lưu tăng đột ngột lên tới 43% so với giá trị định mức Điều làm cho lõi thép máy biến áp bị bảo hòa sâu Đối với máy biến áp chỉnh lưu, dòng điện từ hóa trường hợp máy biến áp bị bảo hòa chứa thành phần sóng hài bậc lẻ 6k+1 Thành phần dòng điện sóng hài bậc cao dòng điện từ hóa tỷ lệ theo điện áp kích thích thể hình 4-7 Hình … dòng từ hóa thành phần hài bậc cao theo điện áp Đường A – dòng điện từ hóa theo tỷ lệ dòng danh định; B – Dòng từ hóa tần số (theo tỷ lệ với dòng từ hóa tổng); C, D, E, dòng bậc 3, 5, tương ứng theo tỷ lệ với dòng từ hóa b) Đóng xung kích máy biến áp Trước máy biến áp đưa vào lưới hoạt động lõi thép cong tồn thành phần từ dư Br định Khi đóng xung kích máy biến áp không tải vào lưới, mật độ từ thông lõi đạt tới trị số Br ÷2Bmax Tùy thuộc thời điểm đóng máy biến áp giá trị xung mật độ tự cảm đạt tới mức 4,7 Testla (hình 4-8) Hình 4.8 – Mật độ từ cảm lõi thép có từ dư Br Khi đó, máy biến áp nhận sức từ động lớn nhiều lần so với giá trị thông thường mật độ từ cảm làm việc Điều nàu sinh dòng điện từ hóa lớn gấp đến 10 lần so với dòng từ hóa thông thường (hình 4-6) Hình 4.9 – Dòng điện xung không tải máy biến áp 5MVA, Br = 1,3T, α = Sự suy giảm dòng từ hóa xung phụ thuộc nhiều vào giá trị điện trở dây quấn sơ cấp Đối với máy biến áp công suất lớn, thời gian tồn dòng xung kéo dài nhiều chu kỳ với lý điện trở dây quấn sơ cấp có giá trị nhỏ d)Sự phân bố dây quấn rải theo pha theo cực stator làm phát sinh dòng hài không gian sức từ động dây quấn stator Bên cạnh đó, sai khác bước cực dây quấn sinh sóng hài không gian sức từ động dây quấn Trên cực từ máy điện quay có nhiều rãnh chứa dây quấn pha Sự tồn rãnh dây quấn làm cho sức từ động tổng hợp không sin Điều làm cho dòng từ hóa lõi thép máy điện quay không cong dạng sin phát sinh sóng hài (hình 4-10) Khi điều khiển iL trùng uL ngược với uL cosφ = thể đồ thị vector sau: Khi iL trùng với uL công suất truyền từ lưới tải, i L ngược với uL công suất truyền từ tải lưới công suất truyền theo hai chiều từ lưới tải từ tải lưới Với cấu trúc phần cứng giống lọc tích cực AF gồm nghịch lưu nguồn áp VSI tụ C nên sử dụng chỉnh lưu PWM để thực chức mạch lọc tích cực với thuật toán điều khiển lọc tích cực 1.2 Cấu trúc điều khiển Có hai phương pháp để lọc sóng điều hòa bậc cao tùy thuộc vào cách mà dòng điện đo Hai cách có cấu trúc điều khiển khác có số đặc điểm khác nhau: a) Phương pháp vòng hở Phương pháp dựa việc thành phần dòng điện phía tải từ tách thành phần sóng điều hòa chứa dòng tải Cấu trúc điều khiển vòng hở cho chỉnh lưu PWM thực chức mạch lọc tích cực: Theo phương pháo thông tin phản hồi dòng điện lưới tất sai lệch hệ thống trình đo điều khiển gây sóng điều hòa tròng dòng điện lưới, thành phần không xác định Cấu trúc điều khiển có ưu điểm ổn định yêu cầu số cảm biến đo dòng nhiều (4 cảm biến) Phương pháp vòng kín Phương pháp dựa việc đo dòng điện lưới từ xác định dòng bù cần thiết Theo phương pháp điều khiển vòng kín có thêm mạch vòng điều chỉnh dòng điện lưới bên mạch vòng điều chỉnh dòng tải Phương pháp có ưu điểm thuật toán điều khiển đơn giản so với cấu trúc vòng hở yêu cầu số cảm biến đo dòng (2 cảm biến) Cấu trúc điều khiển vòng kín cho chỉnh lưu PWM thực chức mạch lọc tích cực: b) Ứng dụng chỉnh lưu PWM để làm lọc tích cực Ta xét số phương pháo lớp phương pháp 2.1 Các phương pháp dựa miền tần số Phương pháp dựa phân tích Furier Trong lớp phương pháp có phương pháp chĩnh phương pháp DFT (Discrete Fourier Transform), phương pháp FFT (Fast Fourier Transform), phương pháp RDFT (recursive Discrete Fourier Transform) - Phương pháp DFT (Discrete Fourier Transform): thuật toán biến đổi cho tín hiệu rời rạc, kết phép phân tích đưa biên độ pha thành phần sóng điều hòa mong muốn theo công thức sau: Ta viết dạng sau: Trong N số mẫu chu kỳ tần số x(n) tín hiệu đầu vào (dòng áp) thời điểm n Xh vector Fourier sóng điều hòa bậc h tín hiệu vào, biên độ vector Xh, φh góc pha vector Xh Xhr phần thực Xh Xhi phần ảo Xh Mỗi thành phần điều hòa xác định từ tổng hợp lại miền thời gian để tạo tín hiệu bù cho điều khiển - Phương pháp Fast Fourier Transform (FFT) Hình 2.1 – Phương pháp FFT Các bước thực phương pháp FFT: + Lấy mẫu dòng điện tải tính toán biên độ pha thành phần sóng điều hòa (ứng với tần số khác nhau) + Số lượng mẫu chu kỳ lớn giá trị fmax lớn + Tách thành phần dòng từ dòng đầu vào Dễ dàng thực việc cách thiết lập tần số từ đến 50Hz sau thực FFT -1 (IFFT) để có tín hiệu miền thời gian bao gồm biên độ pha thành phần sóng điều hòa Việc tính toán thực chu kỳ dòng đễ đảm bảo FFT tính toán hoàn tất chu kỳ để tránh méo phổ tần số + Tổng hợp dòng bù từ thành phần sóng điều hòa Ưu điểm phương pháp FFT tác động tới thành phần sóng điều hòa theo ý muốn có khối lượng tính toán lớn 2.2 Các phương pháp dựa miền thời gian Phương pháp có ưu điểm khối lượng tính toán so với phương pháo dựa miền tần số Theo lớp phương pháp có số phương pháp phương pháp khung tọa độ dq, phương pháo thuyết p-q… - Phương pháp xác định dòng bù hệ dq: theo phương pháp xác định toàn dòng bù lựa chọn thành phần sóng điều hòa cần bù + Phương pháp xác định toàn dòng bù: phương pháo dựa khung tọa độ dq để tách thành phần sóng điều hòa bậc cao khỏi thành phần sóng Thuật toán thể phương pháp: Hình 3.8 Thuật toán xác định dòng bù hệ dq Phép quay khung tọa độ dq quay với góc quay tần số Khi khung tọa độ dq thành phần dòng với tần số coi thành phần dòng chiều thành phần sóng điều hòa thành phần sóng xoay chiều Sau sử dụng lọc thông cao tách thành phần xoay chiều, thành phần thành phần sóng điều hòa bậc cao Sau tính dòng bù cần thiết hệ dq ta cần chuyển sang hệ tọa độ chuẩn abc Biến đổi từ dq sang abc sau: (3-1) + Phương pháp xác định thành phần sóng điều hòa cần bù: phương pháp dựa sở phép quay khung tọa độ Điểm khác biệt so với phương pháp từ dòng cần tách sóng điều hòa chuyển sang khung tọa độ dq với góc quay số lần góc quay thành phần bản, khung tọa độ dq thành phần chiều tương ứng với thành phần sóng điều hòa cần tách cách sử dụng lọc thông thấp ta tách thành phần chiều Sau chuyển sang khung tọa độ abc theo công thức (3-1) xác định thành phần sóng điều hòa tương ứng Như phép quay khung tọa độ với góc quay tương ứng với thành phần sóng điều hòa Ưu điểm phương pháp tác động với thành phần sóng điều hòa bậc cao muốn lọc Hình thể thuật toán phương pháp Hình 3-9 Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù hệ dq - Phương pháo xác định dòng bù dựa lý thuyết p-q Thuyết p-q hay thuyết công suất tức thời đưa Akagi vào năm 1983 với mục đích để điều khiển mạch lọc tích cực Mô hình mạch lọc tích cực theo lý thuyết p-q: Hình 3.10 Mô hình lọc tích cực theo lý thuyết p-q Các bước để xác định dòng bù cần thiết theo phương pháp tiến hành sau: Tính toán dòng điện điện áp hệ tọa độ 0αβ từ hệ tọa độ abc + Với hệ thống pha có dây trung tính: Công thức quy đổi điện áp: Công thức quy đổi dòng điện: Với hệ thống pha dây trung tính: Công thức quy đổi điện áp là: Công thức quy đổi dòng điện: Công suất tải tính theo công thức: Công suất p q tách thành thành phần → Thành phần chiều tương ứng với thành phần dòng tải → Thành phần điều hòa bậc cao (3-7) Khi đó, tổng công suất tức thời xác định tải Trong đó: P: thành phần công suất tác dụng P3-pha Q: thành phần công suất phản kháng P3-pha Nguồn cung cấp thành phần công suất chiều tải công suất tổn hao nghịch lưu Mạch lọc tích cực có nhiệm vụ cung cấp thành phần công suất xoay chiều p công suất phản kháng q Khi ta có công suất cung cấp mạch lọc Và dòng cần bù Tuy nhiên điện áp tụ không ổn định, để đảm bảo điện áp tụ không đổi nguồn cần cung cấp công suất p để trì điện áp tụ không đổi Bởi vậy, công thức tính dòng bù cần thiết hệ αβ kết hợp chức lọc sóng điều hòa bù công suất phản kháng: Từ công thức này, ta tính dòng bù hệ tọa độ abc Từ ta có thuật toán điều khiển theo lý thuyết p-q: Hình 3.11 – Thuật toán điều khiển dựa thuyết p-q Như cách sử dụng thuyết p-q ta xác định dòng bù cần thiết từ xây dựng cấu trúc điều khiển cho lọc song song Theo phương pháp sử dụng thuyết p-q ta xác định dòng bù cần thiết từ xây dựng cấu trúc điều khiển cho lọc song song Theo phương pháp sử dụng thuyết p-q để tính toán dòng bù cần thiết cho chức lọc sóng điều hòa bậc cao bù CSPK có hạn chế điện áp tính toán yêu cầu phải sin cân Nếu điều không thỏa mãn thân thuyết p-q không Giải pháp để khắc phục tượng điện áp lưới không sin cân có hai cách là: Một là, lọc bỏ thành phần sóng điều hòa điện áp lưới trước đưa vào tính toán Giải pháp thường sử dụng sóng điều hòa điện áp có tần số cao lọc thành phần điều hòa không làm thay đổi góc pha điện áp Hơn giải pháp đáp ứng tốt thành phần thứ tự nghịch Đây hạn chế phương pháp Thứ hai, dùng mạch PLL (Phase-locked-loop) để xác định thành phần điện áp điểm kết nối Ngoài sử dụng thuyết p-q để thực thuật toán điều khiển thiết bị lọc sóng điều hòa bậc cao bù CSPK xuất thành phần dòng điện ảo Tất nhiên thành phần dòng ảo bị triệt tiêu lọc với đặc tính gần giống tức thành phần xuất trình tính toán dòng bù chuẩn ta bù bù q Khi tính toán dòng bù cho triệt tiêu thành phần dòng ảo Cấu trúc mạch lọc sóng điều hòa bù CSPK dùng chỉnh lưu PWM 3.1 Nguyên lý điều khiển Trong cấu trúc chỉnh lưu PWM thực chức lọc sóng điều hòa bậc cao bù CSPK Sơ đồ cấu trúc điều khiển hình 3.11 Nguồn chiều cấp cho nghịch lưu cấp trực tiếp từ nguồn chiều từ tụ điện Trong thực tế người ta thường sử dụng tụ điện để tạo điện áp chiều cấp cho nghịch lưu Để đảm bảo nguồn chiều cấp cho nghịch lưu có giá trị ổn định điều chỉnh điện áp sử dụng Điện áp tụ so sánh với giá trị điện áp chuẩn Sai lệch hai tín hiệu đưa vào điều khiển, tín hiệu điều khiển sử dụng để tính toán dòng bù cần thiết để loại bỏ sóng điều hòa bậc cao tụ bù công suất phản kháng Dòng bù coi tín hiệu chuẩn dòng điện phát nghịch lưu phải đảm bảo bám theo dòng Để thực việc có nhiều cách phương pháp điều khiển bang bang (hysteresis current control) phương pháp điều khiển sử dụng phổ biến ưu điểm đáp ứng dòng điện nhanh, xác, đơn giản dễ thực Hình 3.12 – Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM làm lọc tích cực Đầu vào điều khiển lấy từ sai lệch so sánh dòng thực dòng chuẩn từ tạo xung đóng cắt nghịch lưu để đảm bảo dòng bù cấp từ nghịch lưu bám theo dòng bù chuẩn tính từ thuyết p-q tức thời Tiếp theo ta xem xét nguyên lý hoạt động điều khiển bang bang 3.2 Nguyên lý điều khiển dòng theo phương pháp bang – bang Cơ sở phương pháp điều khiển thích nghi hay điều khiển bang - bang (hysteresis current control) phương pháp điều khiển dựa việc điều khiển dòng điện thực bám theo dòng điện chuẩn - Hình 3.13 Sơ đồ mô tả phương pháp điều khiển kiểu bang - bang Theo băng sai lệch sữ thiết lập với việc đặt sai lệch giới hạn sai lệch giới hạn mục đích phương pháp điều khiển cho dòng thực bám theo dòng chuẩn nằm dung sai Độ rộng băng sữ hai lần sai lệch, sai lệch hiệu dòng giới hạn dòng chuẩn dòng chuẩn với dòng giới hạn Sự chuyển mạch van theo nguyên tắc sau: Khi sai lệch nằm băng sai lệch chuyển mạch Khi dòng vượt qua giới hạn nghịch lưu chuyển mạch cho dòng giảm xuống để sai lệch nằm vùng cho phép ngược lại dòng giảm xuống nhỏ giới hạn nghịch lưu chuyển mạch để dòng tăng lên Để rõ ta phân tích chuyển mạch nghịch lưu với dòng pha A: Hình 3.14 Điều khiển phát xung cho pha A lọc tích cực Trong đó: ia dòng thực pha A ia* dòng đặt pha A Δia* sai lệch dòng thực dòng đặt Hình 3.15 – Sơ đồ mô tả điều khiển dòng điện pha A Khi dòng thực ia tăng dần tới dòng giới hạn vgl = “1” T1 dẫn khoảng thời gian t1 dòng ia tăng thời điểm T1 ia tiến tới giới hạn vg1 = 0, vg4 = T4 dẫn khoảng thời gian t2 Tại thời điểm t2 ia tiến tới giới hạn vg1 = o, vg4 = T1 dẫn dòng ia lại tăng lên trình lặp lại ban đầu, T T4 liên tục đóng cắt để dòng thực ia nằm băng giới hạn Theo phương pháo điều khiển thì: - Điều chỉnh tần số dòng đặt sữ điều chỉnh tần số dòng thực Biên độ dòng thực điều chỉnh thông qua biên độ dòng đặt Khi độ rộng băng giảm dòng điều chỉnh bám theo dòng đặt mịn nhiên tần số đóng cắt tăng lên Khi dòng đặt sin dòng thực sin xuất số sóng hài bậc cao nhiên dễ dàng loại bỏ việc sử dụng lọc LC đầu nghịch lưu Phương pháp có ưu điểm đơn giản, dẽ thực hiện, đáp ứng nhanh nhiên bất lợi lớn phương pháp tần số chuyển mạch van bán dẫn không xác định thao đổi theo tải Ngoài phương pháp điều khiển dòng điện phối hợp điều khiển trình điều khiển dòng pha Do khả điều khiển vector không tổn hao đóng ngắt lớn số điều chế thấp Kết luận Trong phần ta tìm hiểu chung chỉnh lưu PWM ứng dụng để làm mạch lọc tích cực bù CSPK Đưa cấu trúc điều khiển cho chỉnh lưu PWM sử dụng thuyết p-q để thực chức mạch lọc song song Chương đề cập đến cấu trúc mạch lọc tích cực dùng chỉnh lưu PWM ứng dụng vào khảo sát với phụ tải hệ thống ESP từ đánh gái chất lượng dòng điện trước sau sử dụng lọc đại lượng quan trọng khác Chương BỘ LỌC TÍCH CỰC VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN ESP I – SƠ ĐỒ CUNG CẤP ĐIỆN VÀ PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN HỆ THỐNG LỌC SÓNG HÀI Đặc điểm sơ đồ cung cấp điện hệ thống ESP nhà máy nhiệt điện - Hệ thống điện ESP cung cấp từ tự dùng nhà máy 10kV, qua máy biến áp 10/0,4kV cung cấp điện cho toàn phụ tải hệ thống Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho hệ thống ESP Lọc bụi tĩnh điện Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng loại lọc kép, lọc bụi có 02 đường vào 02 đường Lọc bụi có dạng hình hộp chữ nhật, cấu tạo điện cực xen kẽ, xếp tạo thành kênh cho dòng khói thải qua Có hai loại điện cực điện cực thu hồi điện cực phóng điện Điện cực thép đặt thẳng đứng mặt phẳng để tăng diện tích tiếp xúc Một điện cực bao gồm từ đến phần tử với chiều rộng 640 mm ghép hàn lại với treo dầm có chốt Đầu có lỗ oval, bắt bulong chắn với tay đòn búa rung Trên điện cực thu hồi có đe để búa gõ vào làm rung điện cực khiến cho hạt bụi bật khỏi điện cực rơi xuống phễu Các điện cực thu hồi nối đất chung với hệ thống tiếp địa Điện cực phóng điện dây thép có gai để tập trung điện tích giúp tăng hiệu suất phóng điện Các điện cực phóng điện lắp đặt theo chiều thẳng đứng giá treo nhờ bulong M24 Giá đỡ điện cực phóng điện với điện cực phóng điện tạo thành khối treo ống treo gắn sứ đỡ cách điện Điện cực phóng điện điện cực thu hồi bố trí xen kẽ tạo thành cặp điện cực Dòng điện chiều điện áp cao (110 kV) từ chỉnh lưu – máy biến áp vào điện cực, cực dương đưa tới điện cực thu hồi, cực âm đưa tới điện cực phóng điện lọc bụi tĩnh điện tạo thành điện trường mạnh điện cực trái dấu lọc bụi Dòng khói thải từ Lò đưa vào Lọc bụi qua phân phối khói để phân dòng khói thải vào khoảng không gian cặp cực Dưới tác động điện trường mạnh, hạt tro bay lẫn khói thải bị ion hóa nhiễm điện Các Ion có xu hướng di chuyển điện cực trái dấu Do điện cực phóng điện điện cực âm nên hạt tro bụi chủ yếu nhiễm điện tích âm bị hút điện cực thu hồi mang điện tích dương bám vào bề mặt điện cực Trên điện cực âm có bụi bám vào không nhiều Ảnh hưởng tải ESP lên lưới điện Các thông số mô hình - Điện áp cấp nguồn 10/0,4kV, tần số 50Hz - Điện áp chiều cấp cho hệ thống cực thu phóng ESP 70-110 kV - Thông số điều chỉnh dòng điện: …… Cấu trúc hệ thống cấp nguồn cho ESP Hình 4.2 - Mô hình hệ thống cấp nguồn ESP Trong trường hợp ta giả sử muốn cấp nguồn cho hệ thống ESP nguồn lý tưởng (sin cân bằng) Trong trường hợp ta sử dụng phần mềm Matlab/ Sinmulink để đánh giá thành phần sóng điều hòa bậc cao dòng điện nguồn gây tính phi tuyến phụ tải ESP Sơ đồ mạch chematic phụ tải ESP có dạng sau: Kết mô phỏng: