Phạm thị huyền Bộ giáo dục đào tạo Trờng đạI học bách khoa hà nội -o0o Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành: Tự động hóa Ngành tự động hoá Nghiên cứu, thiết kế trạm lọc bù cho xí nghiệp công nghiệp Phạm thị huyền 2007 - 2009 Hà Nội 2009 MụC LụC Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời nói đầu Chơng Sự cần thiết phải bù công suất phản kháng lọc sóng hài bậc cao 1.1 Các tải sản sinh sóng điều hòa 1.1.1 Tải xác định tải không xác định 1.1.2 Nguồn sản sinh sóng hài dòng điện sóng hài điện áp 1.1.3 ảnh hởng sóng điều hòa lên phần tử hệ thống điện 1.2 Công suất phản kháng vấn đề bù cos 1.2.1 Các khái niệm 1.2.2 Vấn đề bù cos 1.3 Phân tích sóng hài bậc cao cần thiết phải lọc 1.3.1 Khái niệm nguyên nhân sinh sóng hài 1.3.2 Sự cần thiết phải lọc sóng hài Chơng Tìm hiểu phơng pháp bù 2.1 Khái niệm 2.1.1 Bù xí nghiệp công nghiệp 2.1.2 Bù đờng dây cao áp 2.2 Các phơng pháp bù 2.2.1 Bù song song 2.2.2 Bù nối tiếp 2.2.3 Bộ VAR truyền thống 2.3 Công nghệ bù VAR 2.3.1 Mô hình STATCOM (Static Synchronous Compensator) 2.3.2 Bộ bù SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Mục lục 1 6 10 10 12 13 13 13 15 17 17 18 19 25 25 26 2.3.3 Bộ UPFC (Unified Power Flow Controller) Chơng 3: Tìm hiểu phơng pháp lọc 3.1 Phân loại phơng pháp lọc sóng hài 3.1.1 Làm giảm sóng dòng điện phát 3.1.2 Lọc thành phần sóng hài 3.2 Lọc tích cực 3.2.1 Phân loại theo biến đổi công suất 3.2.2 Phân loại theo sơ đồ 3.2.3 Phân loại theo nguồn cấp 3.2 Lọc thụ động 3.3.1 Bộ lọc thụ động nối tiếp 3.3.2 Bộ lọc thụ động song song 3.3.3 Bộ điện kháng đầu vào xoay chiều thụ động: 3.3.4 Bộ lọc thông thấp 3.4 Lọc hỗn hợp 3.5 Việc lựa chọn lọc sóng hài phải dựa điều sau 3.6 Thiết bị lọc UPQC Chơng 4: Thiết kế lọc tích cực 4.1 Xây dựng cấu trúc mạch lực 4.1.1 Đặc tính bù lọc tích cực song song 4.1.2 Cấu trúc mạch lực 4.1.3 Xây dựng cấu trúc chung mạch điều khiển hệ thống 4.2 Tính toán tín hiệu đặt dòng điện theo lý thuyết p-q 4.2.1 Các phơng pháp tính toán tín hiệu đặt dòng điện 4.2.2 Lý thuyết p-q 4.3 Mạch vòng dòng điện cho lọc tích cực 4.4 Mô hệ thống 4.4.1 Đánh giá mức độ ảnh hởng sóng điều hòa lên hệ thống 4.4.2 Sơ đồ khối mô hệ thống chơng trình Matlab/Simulink 4.4.3 Sơ đồ khối khâu tham số mô 4.4.4 Khảo sát đáp ứng mạch lọc 4.4.4.1 Khảo sát hệ thống lọc cha tác động Mục lục 27 28 28 28 29 29 31 33 34 34 35 36 37 38 41 41 44 44 44 46 47 48 48 50 53 55 55 56 57 63 63 4.4.4.2 Khảo sát đáp ứng mạch lọc thay đổi giá trị điện cảm kết nối Lghép 4.4.4.3 Khảo sát đáp ứng mạch lọc thay đổi giá trị tụ điện chiều 4.4.4.4 Khảo sát đáp ứng mạch lọc thay đổi biên độ sai số hysteresis band mạch tạo trễ 4.4.4.5 Mô hệ thống với tham số chọn chuẩn 4.4.4.6 Khảo sát đáp ứng mạch lọc trờng hợp điện áp cân 4.5 Kết luận chơng Kết luận TàI LIệU THAM KHảO Tóm tắt luận văn Mục lục 64 67 69 72 75 77 Lời nói đầU Điện năng lợng chủ yếu xí nghiệp công nghiệp Các xí nghiệp tiêu thụ khoảng 70% tổng số điện đợc sản xuất ra, vấn đề sử dụng hợp lý tiết kiệm điện xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa lớn Tuy nhiên việc sử dụng tải phi tuyến sản sinh lợng đáng kể sóng hài dòng điện điện áp, điều làm suy giảm chất lợng hệ thống điện Yêu cầu đặt phải chọn giải pháp lọc bù có tính linh hoạt tự thích ứng chừng mực với biến đổi phụ tải Việt Nam nay, việc bù cos chủ yếu ứng dụng phơng pháp bù tụ Việc lọc sóng hài dừng lại mức lọc thụ động phần tử tuyến tính L C Tuy nhiên mạch lọc thụ động cha phải giải pháp tốt trờng hợp tải nhạy cảm thờng xuyên thay đổi tham số Ngoài việc bù thụ động dễ gây nên tác hại cộng hởng với thiết bị điện hoạt động hệ thống tải thay đổi Để vơn tầm hội nhập với giới khía cạnh cung cấp lợng giải vấn đề lợng điện mình, cần thiết phải nghiên cứu chế tạo lọc tích cực đặt trạm bù Cụ thể khuôn khổ luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu tiến hành mô hệ thống lọc tích cực song song pha dây Với hớng nghiên cứu nh vậy, luận án đợc chia làm chơng nh sau: Chơng 1: Đi vào phân tích ảnh hởng sóng điều hòa hệ thống điện Phân tích nguyên nhân gây sóng hài giới thiệu khái niệm bù công suất phản kháng lọc sóng hài Lời nói đầu Chơng 2: Giới thiệu việc bù công suất phản kháng xí nghiệp công nghiệp bù đờng dây cao áp Nội dung chơng tập trung chủ yếu vào phân loại phơng pháp bù bản, sâu phân tích u nhợc điểm số phơng pháp bù Chơng 3: Nội dung chơng trình bày kiểu lọc bản, tập trung phân tích nguyên lý, u nhợc điểm phơng pháp lọc Chơng 4: Chơng trọng tâm luận văn với nội dung: Thiết kế lọc tích cực kết hợp chức bù công suất phản kháng Nội dung chơng bao gồm: - Xây dựng cấu trúc hệ thống - Trình bày lý thuyết công suất tức thời Akagi để tính toán tín hiệu đặt dòng điện - ứng dụng mạch vòng dòng điện việc thiết kế - Tiến hành mô hệ thống phần mềm Matlab/Simulink Với phần đợc trình bày luận văn, tác giả hy vọng đóng góp phần trình nghiên cứu trạm lọc bù, đồng thời luận văn trở thành nguồn tài liệu tham khảo bổ ích dành cho kỹ s sinh viên Học viên: Phạm Thị Huyền Lời nói đầu Lun cao hc Khúa 2007 - 2009 Chng S CN THIT PHI B CễNG SUT PHN KHNG V LC SểNG HI BC CAO Trong chng ny ta s tỡm hiu cỏc mc sau: - Cỏc ti sn sinh súng iu hũa - Cụng sut phn khỏng v s cn thit phi bự cụng sut phn khỏng - Lc cỏc súng hi bc cao 1.1 Cỏc ti sn sinh súng iu hũa 1.1.1 Ti xỏc nh v ti khụng xỏc nh Ti phi tuyn sn sinh cỏc súng iu hũa c chia thnh loi: - Ti xỏc nh: ú l cỏc b chnh lu diod/thyristor cụng sut cao; Lũ h quang Chỳng ta xỏc nh c cỏc ti phi tuyn ny bi cỏc h dựng in cụng sut ln h thng phõn phi in nhiu trng hp Ngnh in cú th n nh im kt ni chung cho h tiờu th ln ni sn xut lng súng hi ln lờn li in, ngoi cng cú th n nh lng súng hi cho phộp c bm lờn h thng t mt h n l - Ti khụng xỏc nh: ú l cỏc b chnh lu diod cụng sut thp, nhng b chnh lu ny cú th bm lờn h thng phõn phi mt lng súng hi ỏng k, nhiờn mt s h thng chnh lu cụng sut thp li sn sinh lng súng hi dũng in khụng ỏng k Phm Th Huyn Lp T ng húa Lun cao hc Khúa 2007 - 2009 1.1.2 Ngun sn sinh súng hi dũng in v súng hi in ỏp Mt ti sinh súng iu hũa cú th c coi l mt ngun ỏp iu hũa cng nh ngun dũng iu hũa Trờn quan im phõn chia ngun súng hi l ngun ỏp hay ngun dũng, b chnh lu diod vi in cm ni phớa mt chiu Ld cú th coi l mt ngun dũng iu hũa vỡ tr khỏng ca ti ln hn rt nhiu so vi tr khỏng ngun cung cp i vi tn s iu hũa h : R L2 ( h Ld ) >> h Ls (1-1) (Vi Ls l tng ca in cm ngun ngc v phớa trờn ca im kt ni chung v in cm rũ ca mỏy bin ỏp chnh lu) B chnh lu diod vi t in ni phớa mt chiu Cd cú th c coi l mt ngun sinh in ỏp iu hũa, vi mi quan h: