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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÁI HÒA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LỌC SĨNG HÀI PHÂN TÁN TRONG CƠNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 S K C0 8 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 - 2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÁI HÒA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LỌC SĨNG HÀI PHÂN TÁN TRONG CƠNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÁI HÒA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LỌC SĨNG HÀI PHÂN TÁN TRONG CƠNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ MI SA Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luan van Luan van Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN THÁI HỊA Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22/02/1989 Nơi sinh: Khánh Hòa Quê quán: Cam Lâm – Khánh Hòa Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 350/56 Nguyễn Văn Lượng, P16, Q Gò vấp, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại: 0935456179 E-mail: thaihoa2202@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ …09/2005 đến …06/ 2007 Nơi học (trường, thành phố): THPT Nguyễn Huệ Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ …09/2007 đến …11/ 2011 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Kỹ thuật công nghệ Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Ứng dụng Simulink Matlab để mô bảo vệ Rơle Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 07/2011, ĐH Kỹ thuật công nghệ Tp HCM Người hướng dẫn: Ths Nguyễn Thanh Sơn III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2012-2014 Công ty Bibica Nhân viên 2014 – Công ty cổ phần dịch vụ liệu công nghệ Nhân viên thông tin Vi Na I Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 02 năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) Nguyễn Thái Hòa II Luan van CẢM TẠ Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, lời em xin cảm ơn chân thành đến toàn thể thầy cô 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 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van Hình 5.6: Đường dây pha  Lọc LCL Bên lọc LCL: Hình 5.7: Lọc LCL 45 Luan van  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 Luan van  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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van  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 Luan van  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 dịng 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 Luan van  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 dịng 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 Luan van  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 dòng điện sử dụng lọc LCL  Nhận xét: Kết mô lọc LCL cho ta thấy được:  Dạng sóng điện áp dịng 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 Luan van  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 Khơng 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 dịng 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van Electronics Engineers, American 58 Luan van National Standards Institue Luan van ... 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. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÁI HÒA NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP LỌC SĨNG HÀI PHÂN TÁN TRONG CƠNG NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp Hồ Chí Minh,