(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán trong công nghiệp

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 02 năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Thái Hòa II CẢM TẠ Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời em xin cảm ơn chân thành đến tồn thể thầy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung thầy khoa Điện nói riêng, người tận tình hướng dẫn, dạy dỗ trang bị cho em kiến thức bổ ích năm năm vừa qua Đặc biệt em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô T.S Nguyễn Thị Mi Sa, người tận tình hướng dẫn, trực tiếp bảo tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Sau em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè động viên, cổ vũ đóng góp ý kiến trình học tập, nghiên cứu trình làm đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Kính chúc Q thầy thật nhiều sức khỏe Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 02 năm 2018 Học viên Nguyễn Thái Hịa III TĨM TẮT Hệ thống điện đóng vai trị quan trọng việc phát triển kinh tế quốc gia Nên việc đảm bảo ổn định chất lượng điện vấn đề quan tâm hàng đầu Hệ thống điện ngày phát triển mạnh mẽ quy mô độ phức tạp tất lĩnh vực Với tiến khoa học kỹ thuật, việc đưa vào ứng dụng thiết bị điện – điện tử có hiệu cao, thiết bị vi điều khiển, thiết bị điện tử công suất, … ngày nhiều, thiết bị nhạy cảm với nhiễu loạn hệ thống điện Những nhiễu loạn thành phần sóng hài gây Với nhiễu loạn khơng mong muốn xuất hệ thống làm ảnh hưởng đến tuổi thọ hiệu làm việc thiết bị điện Trong luận văn nghiên cứu sử dụng lọc thụ động để làm giảm thành phần sóng hài gây hại Sử dụng nhiều mơ hình lọc ta thấy hiệu lọc, qua lựa chọn lọc tối ưu để áp dụng vào thực tế IV ABSTRACT Power System plays an important role in growing economic of each country So ensuring the stability of power quality is the first concern Power system is strongly developing with size and complication in all fields With science and technology development, applying high effective electric – electronics devices, micro controller, power electronics,… more commonly But they are sensitive with disturbance in power system These unexpected disturbances are created by harmonic This can affect to expectancy and work efficiency of electric devices The thesis’s content focused on learning application of passive filter to reduce harmonic in power system Using many filter models to show the efficiency of each filter From that we can select optimal filter to apply in reality V MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v DANH SÁCH CÁC BẢNG viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ix 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Các kết nghiên cứu nước: 1.3 Các vấn đề nghiên cứu đề tài 1.3.1 Mục đích nghiên cứu 1.3.2 Tính thực tiễn đề tài 1.3.3 Đối tượng nghiên cứu 1.3.4 Phương pháp nghiên cứu 1.3.5 Tên đề tài 1.3.6 Bố cục luận văn 2.1 Khái niệm sóng hài: 2.2 Nguồn sinh sóng hài bậc cao: 2.2.1 Nguồn sóng hài từ tải thương mại: 2.2.2 Nguồn cung cấp pha: 2.2.3 Đèn huỳnh quang: 2.2.4 Động điều chỉnh tốc độ cho HVAC thang máy: 11 2.2.5 Nguồn sóng hài từ tải công nghiệp: 11 2.2.6 Các thiết bị có tượng bão hòa mạch từ 12 2.2.7 Bộ chỉnh lưu công suất ba pha: 13 VI 2.3 Tác hại sóng hài bậc cao: 18 2.4 Quy định sóng hài hệ thống phân phối Việt Nam 19 2.5 Yêu cầu sóng hài dòng điện: 19 2.6 Đánh giá méo điều hòa, điểm đổi nối chung 20 2.7 Theo tiêu chuẩn IEEE-519: 20 23 3.1 Các phương pháp lọc sóng hài bậc cao: 23 3.2 Dùng lọc 23 3.3 Bộ lọc thụ động 23 3.4 Bộ lọc tích cực 26 3.5 Các biện pháp khắc phục hài thứ tự không 27 30 4.1 Giới thiệu thiết bị lọc sóng hài dạng thụ động – Matrix AP Harmonic Filter (MTE) 30 4.2 Ứng dụng vào nhà máy Sam Engineering and Trade Co Ltd: 34 41 5.1 Mạch mô thiết bị Matlab: 41 5.2 Sơ đồ kết nối mạch mô Matlab 42 5.3 Các khối mạch mô phỏng: 42 5.4 Mô 48 56 6.1 Kết luận: 56 6.2 Hướng phát triển: 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 VII DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1: Các thành phần hài dòng điện lị hồ quang hai giai đoạn q trình luyện thép 13 Bảng 2.2 Quy định sóng hài hệ thống phân phối Việt Nam 19 Bảng 2.3 Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 giới hạn méo dạng điện áp 21 Bảng 2.4 Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 giới hạn méo dạng dòng điện cho hệ thống phân phối chung (120V tới 69.000V) 22 Bảng 4.1: Bảng thông số máy biến áp 34 Bảng 4.2: Bảng thông số tải 34 Bảng 4.3: Kết qủa tính tốn thứ cấp máy biến áp 35 Bảng 4.4: Kết đo bơm 01 37 Bảng 4.5: Kết đo bơm 02 38 Bảng 4.6: Kết đo bơm 03 39 Bảng 4.7: Kết đo tải spare 40 Bảng 5.1: Kết đo THD 54 VIII DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Dạng sóng điện Hình 2.2: Thành phần hài Hình 2.3: Phổ sóng hài Hình 2.4: Bộ chuyển đổi nguồn Hình 2.5: Dạng sóng phổ dịng điện đèn huỳnh quang 10 Hình 2.6: Dạng sóng phổ sóng hài đèn huỳnh quang sử dụng chấn lưu điện tử 10 Hình 2.7: Dạng sóng phổ sóng hài động CSI loại ASD 11 Hình 2.8: Phổ dịng điện sóng hài động CSI loại ASD 14 Hình 2.9: Phổ dịng điện sóng hài động PWM loại ASD 14 Hình 2.10: Bộ chỉnh lưu xung 15 Hình 2.11: PWM ASD 17 Hình 2.12: Động xoay chiều cơng suất lớn loại ASD 18 Hình 3.1: Hệ thống điện với nguồn hài phân tán 24 Hình 3.2: Nhiều lọc điều chỉnh tiếp mắc song song để bẫy bậc hài 26 Hình 3.3: Máy biến áp kiểu zigzag 28 Hình 3.4: Biến áp đấu sao-tam giác biến áp zigzag sử dụng để bẫy hài vào dây trung tính hệ thống pha dây cấp cho tải phỉ tuyến 29 Hình 4.1: Thiết bị lọc sóng hài thụ động - Matrix AP harmonic filter (MTE) 30 Hình 4.2: Sơ đồ thiết bị Matrix AP harmonic filter (MTE) 31 Hình 4.3: Sơ đồ lắp đặt Matrix AP harmonic filter (MTE) 32 Hình 4.4: Cách chọn thiết bị MTE 33 Hình 4.5: Tổng méo dạng nhu cầu ban đầu sau sử dụng lọc Matrix AP harmonic filter 36 Hình 4.6: Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp ban đầu sau sử dụng lọc Matrix AP harmonic filter 36 Hình 4.7: Dịng hài biến tần ban đầu sử dụng MAPP0636C 37 Hình 4.8: Dịng hài biến tần ban đầu sử dụng MAPP0636C 38 Hình 4.9: Dòng hài biến tần ban đầu sử dụng MAPP0636C 39 Hình 4.10: Dòng hài biến tần ban đầu sử dụng MAPP0636C 40 Hình 5.1: Mạch mơ LCL 41 Hình 5.2: Sơ đồ mạch lọc MTE 42 Hình 5.3: Tải động pha 43 Hình 5.4: Bus 43 IX Hình 5.5: Khối đo lường pha VI 44 Hình 5.6: Đường dây pha 45 Hình 5.7: Lọc LCL 45 Hình 5.8: Mạch lọc L1 & L2 46 Hình 5.9: Khối đo lường pha VI 46 Hình 5.10: Nhánh pha RLC 47 Hình 5.11: Nhánh RLC 48 Hình 5.12: Mạch mơ sóng điện áp dịng điện khơng sử dụng lọc 48 Hình 5.13: Kết phân tích FFT 49 Hình 5.14: Kết mơ sử dụng lọc C 50 Hình 5.15: Kết mơ sóng điện áp dòng điện sử dụng lọc LC 51 Hình 5.16: Kết mơ sóng điện áp dòng điện sử dụng lọc CLC 52 Hình 5.17: Kết mơ sóng điện áp dịng điện sử dụng lọc LCL 53 Hình 5.18: Kết so sánh biên độ điện áp 54 X TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề: Sóng hài hệ thống điện có từ lâu Lần quan sát thấy vào đầu năm 1890 ln với dạng sóng điện áp dòng điện Với việc thiết bị điện trở nên phức tạp, tinh vi phổ biến rộng rãi tải phi tuyến, sóng hài trở nên vấn đề rõ rệt hầu hết hệ thống điện Trên thực tế, tải phi tuyến chiếm khoảng 75% đến 90% tổng phụ tải lưới điện phân phối Mỹ Sóng hài sinh từ nhà máy hay thâm nhập vào nhà máy từ lưới điện phân phối đơn vị bán điện từ nguồn hài khác Sóng hài làm giảm công suất truyền tải hệ thống điện, gây phát nóng mức cho máy điện (máy biến áp, động cơ…) làm giảm tuổi thọ thiết bị, gây tác động nhầm cho thiết bị bảo vệ… Tiêu chuẩn IEEE - 519 cố gắng để phân tách trách nhiệm nhà cung cấp điện người sử dụng vấn đề Mối quan tâm bên bán điện lượng hóa điện áp khách hàng mua điện công nghiệp lại chịu trách nhiệm việc méo dòng Với việc nhà cung cấp điện đưa mức phạt nặng cho hệ số công suất, khách hàng công nghiệp đưa vào nhiều hệ thống tụ bù để đối phó Việc sử dụng nhiều tụ bù làm tăng cao dòng điện hài hệ thống, nhà bán điện lại tăng cường hạn chế việc dòng hài bơm vào hệ thống khách hàng công nghiệp Vấn đề đối tượng nghiên cứu phạm vi luận văn Để có đánh giá tương đối tác động sóng hài đến chất lượng điện mạng lưới công nghiệp, luận văn áp dụng để đánh giá mạng lưới công nghiệp cụ thể nhà máy Sam Engineering and Trade Hình 5.6: Đường dây pha  Lọc LCL Bên lọc LCL: Hình 5.7: Lọc LCL 45  Mạch lọc L1 & L2: Hình 5.8: Mạch lọc L1 & L2 Các thông số mạch lọc L1&L2:  Khối đo lường pha VI (B2, B3): Lấy theo đường dẫn: Simulink Library Browser > Simscape > SimpowerSystems > Specialized Technology > Fundamental Blocks > Measurements Hình 5.9: Khối đo lường pha VI 46  Nhánh pha RLC : Lấy theo đường dẫn: Simulink Library Browser > Simscape > SimpowerSystems > Specialized Technology > Fundamental Blocks > Element Các thông số cài đặt nhánh pha RLC: - Cuộn cảm L: L2 (H) - Điện trở R: R2 (Ω) Hình 5.10: Nhánh pha RLC  Nhánh RLC: Lấy theo đường dẫn: Simulink Library Browser > Simscape > SimpowerSystems > Specialized Technology > Fundamental Blocks > Element 47 Các thông số cài đặt nhánh RLC nối tiếp: Điện trở Rf, Điện dung Cf Hình 5.11: Nhánh RLC 5.4 Mơ  Hình ảnh mạch chưa sử dụng lọc: 400 Dien ap (V) 200 -200 -400 500 1000 1500 Chu ky Ts = 5e-5s 200 Dong dien (A) 100 -100 -200 500 1000 Chu ky Ts = 5e-5s Hình 5.12: Mạch mơ sóng điện áp dịng điện khơng sử dụng lọc 48 1500 Kết phân tích FFT trường hợp mơ tả hình 5.13 Có thể nhận thấy từ kết hệ số hài bậc cao lớn nên ảnh hưởng tới trình làm việc động gia tăng tổn hao vận hành Hình 5.13: Kết phân tích FFT Để đánh giá ảnh hưởng giải pháp bù bù thụ động, kết mô sau thực cách chọn loại lọc sau: 49  Kết mô sử dụng lọc C: 400 Dien ap (V) 200 -200 -400 500 1000 1500 1000 1500 Chu ky Ts = 5e-5s Dong dien (A) 500 -500 500 Chu ky Ts = 5e-5s Hình 5.14: Kết mơ sử dụng lọc C  Nhận xét: Kết mô lọc C cho ta thấy được:  Dạng sóng điện áp dịng điện tương đối phẳng chưa sử dụng lọc  Kết %THDv = 6.7% < 8% đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn IEEE-519 %THDi = 9.5% > 5% không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn IEEE-519 50  Kết mô mạch LC: 400 Dien ap (V) 200 -200 -400 500 1000 1500 1000 1500 Chu ky Ts = 5e-5s Dong dien (A) 500 -500 500 Chu ky Ts = 5e-5s Hình 5.15: Kết mơ sóng điện áp dịng điện sử dụng lọc LC  Nhận xét: Kết mô lọc LC cho ta thấy được:  Dạng sóng điện áp dòng điện tương đối phẳng chưa sử dụng lọc  Kết %THDv = 5.7% < 8% đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn IEEE-519 %THDi = 8.1% > 5% không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn IEEE-519 51  Kết mô mạch CLC: 400 Dien ap (V) 200 -200 -400 500 1000 1500 Chu ky Ts = 5e-5s Dong dien (A) 500 -500 500 1000 1500 Chu ky Ts = 5e-5s Hình 5.16: Kết mơ sóng điện áp dịng điện sử dụng lọc CLC  Nhận xét: Kết mô lọc CLC cho ta thấy được:  Dạng sóng điện áp dòng điện tương đối phẳng chưa sử dụng lọc  Kết %THDv = 5.4% < 8% đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn IEEE-519 %THDi = 3.3% < 5% đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn IEEE-519 52  Kết mô mạch LCL: 400 Dien ap (V) 200 -200 -400 500 1000 1500 1000 1500 Chu ky Ts = 5e-5s 1000 Dong dien (A) 500 -500 -1000 500 Chu ky Ts = 5e-5s Hình 5.17: Kết mơ sóng điện áp dịng điện sử dụng lọc LCL  Nhận xét: Kết mô lọc LCL cho ta thấy được:  Dạng sóng điện áp dòng điện phẳng lúc chưa lọc so với lọc C, LC, CLC  Kết %THDv = 4.4% < 8% đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn IEEE-519 %THDi = 2.9% < 5% đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn IEEE-519 53  Kết so sánh biên độ điện áp tần số trường hợp 350 No Filter C LC CLC LCL 300 250 Bien 200 150 100 50 -1 Bac song hai 10 Hình 5.18: Kết so sánh biên độ điện áp  Bảng kết đo thông số THD lọc: Bảng 5.1: Kết đo THD STT Loại bù %THDv %THDi Không có bù 15.4 22.2 C 6.7 9.5 LC 5.7 8.1 CLC 5.4 3.3 LCL 4.4 2.9 Từ kết mơ trình bày hình 5.14 đến hình 5.17 tương ứng với trường hợp lọc tụ điện C, lọc LC, CLC LCL ta thấy biên độ sóng hài điện áp dòng điện giảm Bảng 5.1 trình bày kết chi tiết %THDv, %THDi cho trường hợp lọc CLC LCL có kết đạt tiêu chuẩn IEEE-519, lọc LCL loại tốt 54 Ngoài để thấy rõ đáp ứng tần số bậc cao hình 5.18 trình bày kết so sánh trường hợp với tần số đáp ứng đến 10 lần tần số Điều khẳng định cấu trúc lọc LCL sử dụng cấu hình thiết bị MTE tối ưu 55 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận: Luận văn trình bày giải pháp lọc sóng hài phương pháp thụ động phân tán cho hệ thống biến tần động để nâng cao hiệu sử dụng cách giảm sóng hài sinh biến tần Các kết khảo sát thực phần mềm Matlab trình bày dựa dạng sóng dịng điện điện áp Cũng kết phân tích FFT cho dãy tần số đến 10 lần tần số Các kết phân tích THDi, THDv cho trường hợp cụ thể mạch lọc C, LC, CLC LCL nêu so sánh Từ kết mơ phân tích ta thấy lọc thụ động LCL giải pháp phù hợp cho cấu trúc biến tần, động phân tán nhà máy đặc biệt động lớn 6.2 Hướng phát triển: Luận văn vấn đề tồn chưa giải quyết, vấn đề hướng phát triển đề tài tương lai: - Tính tốn tối ưu thơng số lọc dựa vào ràng buộc kinh tế kỹ thuật để từ đề xuất chọn vật liệu cho phù hợp - Có thể sử dụng lọc cho tải phi tuyến khác động 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Mạnh Hiếu “Thiết kế lọc sóng hài thơng thấp băng rộng”, trường Đại học Thái Nguyên [2] Phạm Hùng ” Nghiên cứu hệ thống biến tần động làm việc tần số khác định mức động cơ”, trường đại học Bách khoa Hà nội [3] N Hanigovszki ; J Poulsen ; F Blaabjerg, “A novel output filter topology to reduce motor overvoltage”, Industry Applications Conference, 38th IAS Annual Meeting, 2003 [4] B Anirudh Acharya ; Vinod John, “Design of output dv/dt filter for motor drives”, International Conference on Industrial and Information Systems (ICIIS), 2010 [5] V Dzhankhotov and J Pyrhönen, “Passive LC Filter Design Considerations for Motor Applications”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 60, Issue 10, Oct 2013, pp 4253 – 4259 [6] Jesus Rivera-Guillen, et.al, “Methodology for filtering and tracking frequencychanging components during motor start-up”, 2017 IEEE International Autumn Meeting on Power, Electronics and Computing (ROPEC), 2017 [7] Chọn công suất lọc website MTE Internet http://www.mtecorp.com/products/harmonic-filters/ [8] Harmonic Mitigation in Variable Frequency Drives: 6-Pulse Drive with MTE Matrix AP Harmonic Filter vs 18-Pulse Drive [9] IEEE 519-1992 IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electical Power Systems, IEEE Industry Applications Society/ Power Engineering Society, Published by the Institue of Electrical and 57 Electronics Engineers, American 58 National Standards Institue ... vấn đề nghiên cứu đề tài 1.3.1 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán nhà máy sử dụng thiết bị bù thụ động để nâng cao chất lượng điện nhằm giảm thiểu rủi ro mà sóng hài. .. cứu giải pháp lọc sóng hài phân tán cơng nghiệp? ?? 1.3.6 Bố cục luận văn Luận văn gồm nội sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Khái niệm tổng quan sóng hài nguồn sinh sóng hài Chương 3: Các biện pháp. .. Trade Nhiều phương pháp để làm giảm sóng hài sử dụng như: dùng lọc thụ động, dùng lọc tích cực, sử dụng cuộn kháng lọc sóng hài, giải pháp chỉnh lưu 12 xung,… Trong luận văn sử dụng lọc thụ động để