Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệp

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệpLuận án tiến sĩ: Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- - TRTRẦN DUY TRINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP CƠNG NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình tơi Tất ấn phẩm công bố chung với cán hướng dẫn khoa học đồng nghiệp đồng ý tác giả trước đưa vào luận án Cáckết luận án trung thực, chưa công bố sử dụng để bảo vệ luận án khác Tác giả luận án DuyKHIỂN Trinh LUẬN ÁN TIẾN SĨTrần ĐIỂU VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HÀ NỘI-2014 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Ứng dụng biến đổi bán dẫn công suất lớn điều khiển hệ thống điện đưa đến khả to lớn đảm bảo vận hành hệ thống cách linh hoạt, khai thác hệ thống cách hiệu Điều trở nên vô quan trọng điều kiện chi phí để xây dựng hệ thống cải tạo hệ thống hành ngày tăng Bên cạnh việc đảm bảo chất lượng điện ngày trở nên cấp thiết điện ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động sản xuất kinh doanh khách hàng ngành điện, người trả tiền cho yêu cầu lượng có quyền u cầu đảm bảo nguồn điện cung cấp cách liên tục với chất lượng điện áp đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn Bộ khôi phục điện áp động (Dynamic Voltage Restorer–DVR) xây dựng sở biến đổi bán dẫn thiết bị nhằm đảm bảo khôi phục điện áp phụ tải nhạy cảm có lõm điện áp ngắn hạn, có thời gian kéo dài từ khoảng nửa chu kỳ điện áp lưới 0,01s đến cỡ 60s, từ phía nguồn cấp Các nghiên cứu biến động điện áp kiểu thuộc loại cố xảy có tần xuất lớn loại cố khác nguồn điện, so với loại cố khác điện ngắn hạn, cỡ 60s đến phút, hẳn điện, từ phút trở lên, dao động điện áp với tần số thấp, 0,1Hz đến 1Hz, gọi tượng “flicker”–nhấp nháy điện Mặc dù lõm điện áp xảy thời gian ngắn, số phụ tải hệ thống điều khiển, loại biến tần điều khiển động bị dừng Trong số trường hợp thiết bị đóng vai trị chủ chốt toàn dây truyền hoạt động nhà máy, bị dừng dẫn tới phải dừng toàn dây truyền mà khởi động trở lại tốn kéo dài Nếu hệ thống điều khiển xử lý số liệu dẫn tới gián đoạn thông tin, dẫn đến hậu nghiêm trọng Hệ thống cung cấp nguồn liên tục (UPS), giải pháp thơng dụng bảo vệ tải nhạy cảm khỏi bị tác động lõm điện áp, áp dụng cho phụ tải công suất nhỏ điện áp thấp, với hệ thống cơng suất lớn UPS thiết bị q đắt tiền UPS phải đảm bảo hồn tồn cơng suất tải Trong trường hợp DVR giải pháp tiết kiệm, lắp đặt để bảo vệ tải nhạy cảm quan trọng, hệ thống thiết bị có sẵn bị ảnh hưởng cố lõm điện áp ngắn hạn, kéo dài phút Lý phải dùng DVR việc khắc phục cách cải tạo hệ thống phân phối khơng thể thực được, khơng đủ kinh phí khơng thể gián đoạn sản xuất hệ thống điện nằm tầm quản lý doanh nghiệp Trong thực tế lõm điện áp dạng nhiễu loạn xuất trước tồn thời gian ngắn, bao gồm biến động biên độ điện áp góc pha, có đặc điểm phức tạp tính chất lõm thay đổi liên tục thời gian xảy biến cố Do yêu cầu đặt DVR phải có cấu trúc phù hợp, đảm bảo khả khôi phục điện áp định tải nguồn đầu vào có biến động DVR biến đổi bán dẫn dùng để tạo nguồn áp, đưa qua máy biến áp phối hợp, tạo bù điện áp nối tiếp tải nguồn Hệ thống điều khiển phải có khả phát sai lệch điện áp biên độ góc pha, từ đưa lượng đặt đến biến đổi điện tử công suất nhằm tạo điện áp có giá trị đủ để bù phần sụt áp phía nguồn, giữ cho điện áp phía tải phạm vi cho phép Hệ thống điều khiển phải đảm bảo yêu cầu tác động nhanh, độ xác cao để khơi phục điện áp tải khoảng thời gian từ nửa chu kỳ đến hai chu kỳ điện áp lưới (0.01s0.04s) kiểu lõm điện áp Mặt khác, DVR cần đảm bảo chế độ hoạt động, chế độ bù, chế độ chờ, chế độ by-pass, phạm vi giới hạn công suất thiết kế Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Nghiên cứu giải vấn đề cấu trúc phần lực điều khiển DVR nhằm đảm bảo cho phụ tải nhạy cảm hoàn tồn khơng bị chịu tác động loại cố kiểu lõm-dâng điện áp ngắn hạn từ nguồn Nghiên cứu điều kiện để đưa vào ứng dụng thiết bị DVR cách hiệu xí nghiệp cơng nghiệp thơng qua áp dụng cho trường hợp thực tế điển hình Mục tiêu đối tượng phạm vi nghiên cứu: Các mục tiêu nghiên cứu sau thực luận án  Tìm hiểu đặc điểm lõm điện áp, nguyên nhân ảnh hưởng xí nghiệp cơng nghiệp giải pháp giảm thiểu  Nghiên cứu cấu trúc mạch lực khôi phục điện áp động (DVR) để đảm bảo khả đưa điện áp bù ứng với toàn giải thay đổi phụ tải biên độ lõm điện áp thời gian biến động  Nghiên cấu cấu trúc thiết kế tham số cho hệ thống điều khiển đảm bảo tính tác động nhanh xác DVR  Nghiên cứu áp dụng DVR lưới điện xí nghiệp cơng nghiệp thơng qua trường hợp thực tế điển hình  Xây dựng mơ hình mơ mơ hình thực nghiệm để kiểm tra chất lượng thuật toán điều khiển đề xuất khả khôi phục điện áp DVR Trên sở mục tiêu luận án, đối tượng nghiên cứu đề tài tập trung hướng đến giải vấn đề về: - Nhiểu loạn lõm điện áp, ảnh hưởng lõm điện áp xí nghiệp cơng nghiệp, phương pháp giảm thiểu lõm điện áp giải pháp DVR - Cấu hình DVR bao gồm; biến đổi bán dẫn công suất, lọc phía xoay chiều, máy biến áp nối tiếp, lưu trữ lượng DC-link, cấu trúc liên kết phần tử - Các mạch vòng thuật toán điều khiển DVR bao gồm; Xây dựng mạch vịng dịng điện, điện áp, thuật tốn điều khiển điện áp tải DVR, thuật toán điều khiển phát lõm, áp dụng thuật toán điều khiển đồng lưới (PLL), thiết kế điều khiển áp dụng - Mơ hình mơ bao gồm; mơ hình hóa lưới điện, mơ hình hóa DVR, mơ hình hóa đối tượng bảo vệ tải nhạy cảm quan trọng, mơ hình hóa biến cố điện áp lưới, mơ hình mơ thực phần mềm Matlap/Simulink - Mơ hình thực nghiệm DVR bảo vệ tải nhạy cảm Pđm=5kW, điện áp 380V xây dựng phịng thí nghiệm - Trường hợp áp dụng kết nối DVR với lưới điện thực tế gồm; tìm hiểu lưới điện thực tế nhà máy xi măng Hoàng Mai, biến cố điện áp lưới, phụ tải nhạy cảm quan trọng bị ảnh hưởng nhà máy, ví trí lắp đặt DVR Đề tài nghiên cứu giới hạn phạm vi tìm hiểu lõm điện áp ảnh hưởng đến xí nghiệp cơng nghiệp Phân tích lựa chọn cấu hình phần lực nghiên cứu phát triển thuật toán điều khiển DVR để khôi phục điện áp tải, bảo vệ tải nhạy cảm Đưa điều kiện thủ tục để áp dụng DVR xí nghiệp cơng nghiệp, thông qua trường hợp cụ thể thực tế Các kết nghiên cứu luận án kiểm tra đánh giá thông qua mô xây dựng mơ hình thực nghiệm phịng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu: Các phương pháp nghiên cứu vận dụng đề tài - Khảo sát thực tế, thống kê, phân tích đánh giá thực trạng - Sử dụng mơ hình mạch điện, lý thuyết điều khiển vector, lý thuyết điều khiển tuyến tính xây dựng vịng điều chỉnh thiết kế điều khiển - Mơ máy tính thơng qua phần mềm Matlab-Simulink, thực nghiệm kiểm tra khẳng định kết nghiên cứu lý thuyết Nội dung luận án: Nội dung luận án trình bày theo chương sau đây: Mở đầu: Nêu mục tiêu, nhiệm vụ nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Chương 1: Giảm thiểu ảnh hưởng lõm điện áp khơi phục điện áp động Trình bày tổng quan lõm điện áp phương pháp giảm thiểu lõm điện áp, trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu sử dụng khôi phục điện áp động (DVR) Các phương pháp điều khiển DVR nghiên cứu đến cơng trình tóm tắt ngắn gọn, qua hạn chế điều khiển bù lõm cần khắc phục, đồng thời hướng nghiên cứu phát triển điều khiển DVR Chương 2: Cấu trúc khơi phục điện áp động Trình bày chức nhiệm vụ thành phần hệ thống, kiểu kết nối, phương pháp bảo vệ cho DVR cuối lựa chọn cấu trúc phần cứng điển hình DVR đủ để tiếp tục nghiên cứu phát triển thuật toán điều khiển hệ thống Chương 3: Điều khiển khôi phục điện áp động Tập trung nghiên cứu điều khiển DVR, bao gồm; điều khiển khôi phục điện áp tải, điều khiển đồng điện áp lưới, điều khiển phát lõm điện áp điều khiển điện áp DClink Trong đó, trọng tâm nghiên cứu phát triển điều khiển khôi phục điện áp tải DVR, bao gồm chiến lược điều khiển, mơ hình tốn học, cấu trúc thuật toán điều khiển vector hệ tọa độ quay dq hệ tọa độ tĩnh αβ, điều khiển thiết kế điều khiển trình bày Cuối nghiên cứu ổn định hệ thống Chương 4: Giải pháp áp dụng DVR cho xí nghiệp cơng nghiệp Trình bày điều kiện áp dụng DVR cho xí nghiệp cơng nghiệp, bước thực thiết kế cụ thể, thông qua trường hợp áp dụng DVR bảo vệ tải nhạy cảm quan trọng thực tế tổ hợp Biến tần-Động ID 142-FN1 ngành cơng nghiệp xi măng Xây dựng mơ hình mơ DVR kết nối hệ thống lưới điện thiết kế, thuật toán điều khiển đề xuất chương áp dụng cài đặt mô hình Chương 5: Xây dựng mơ hình thực nghiệm DVR Chương trình bày cách thức xây dựng bàn thí nghiệm, cài đặt thuật toán điều khiển đề xuất, thực thí nghiệm lấy kết Kết Luận kiến nghị Cuối phần kết luận kiến nghị toàn luận án, khẳng định lại kết đạt trình nghiên cứu, tồn hướng phát triển đề tài Dự kiến kết nghiên cứu mới:  Đưa cấu trúc thuật toán điều khiển cho khôi phục điện áp động (DVR) bù lõm điện áp cân khơng cân Nó dựa phương pháp điều khiển vector hệ tọa độ quay dq hệ tọa độ tĩnh αβ với hai vòng điều khiển tương ứng cho thành phần thứ tự thuận thứ tự nghịch điều khiển riêng biết  Khảo sát phân tích nguyên nhân cố lõm điện áp ảnh hưởng đến phụ tải nhạy cảm quan trọng ngành công nghiệp xi măng tổ hợp Biến tần-Động quạt ID Kết khảo sát điều kiện để đưa vào ứng dụng thiết bị DVR cách hiệu thông qua trường hợp thực tế điển hình  Một mơ hình mơ kết hợp lưới điện, phụ tải DVR nối lưới cấp trung áp 6,3kV để bảo vệ tải nhạy cảm quan trọng tổ hợp Biến tần-Động quạt cơng nghệ 142-FN1 Mơ hình phát triển thực phần mềm Matlap/Simulink  Thực thành cơng mơ hình thực nghiệm (trong phịng thí nghiệm) với thuật tốn điều khiển cài đặt xử lý tín hiệu dSPACE card DS11040 để đánh giá khả làm việc DVR bù lõm điện áp giảm thiểu nhiễu loạn điện áp Chương1: GIẢM THIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA LÕM ĐIỆN ÁP BẰNG BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) Trong chương trình bày tổng quan lõm điện áp phương pháp giảm thiểu lõm điện áp, trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu sử dụng khôi phục điện áp động (DVR), dựa việc điều khiển biến đổi điện tử công suất Các phương pháp điều khiển DVR nghiên cứu đến cơng trình tóm tắt ngắn gọn, qua hạn chế điều khiển bù lõm cần khắc phục, đồng thời hướng nghiên cứu phát triển điều khiển DVR nhằm mục đích khơi phục điện áp tải gặp phải nhiễu loạn lõm điện áp xuất từ phía nguồn cấp Nội dung chương tham khảo tài liệu [1,3,8,9,14,15,16,17,18,19,25,29,32,39,62] 1.1 Chất lượng điện vấn đề lõm điện áp 1.1.1 Chất lượng điện Vấn đề chất lượng điện bao gồm loạt rối loạn liên quan đến điện áp, dòng điện độ lệch tần số Các nhiễu loạn  Gián đoạn ngắn  Lõm/dâng điện áp  Quá độ dòng điện điện áp  Sự méo dạng sóng dịng điện điện áp  Nháy điện  Mất cân  Thay đổi tần số nguồn Các vấn đề chất lượng điện xác định số tiêu chuẩn như; IEC 61000, IEEE 1159-1995 EN 50160, định nghĩa tài liệu [14,15] Tình trạng treo máy tính Nhấp nháy ánh sáng Sự cố thiết bị Thiết bị xử lý liệu Quá tải PFC overloading Các vấn đề đóng cắt tải nặng Q nhiệt dây trung tính Các vấn đề với đường dây dài Các phận máy dừng hoạt động Sai lệch hệ thống đo lường 0% 5% 10% 15% 20% 25% Hình 30% 1.1 Các vấn đề thường xảy liên quan đến chất lượng điện xác định 1400 địa điểm quốc gia [14] Hình 1.2 Tỷ lệ phần trăm biến cố điện áp[14] Những tổn thất từ chất lượng điện khách hàng dùng điện, đặc biệt xí nghiệp cơng nghiệp, từ lâu biết đến, để giảm thiểu cịn gặp nhiều khó khăn Một nghiên cứu thực Hội đồng châu Âu [25], bao gồm 1400 vị trí quốc gia biến cố điện áp địa điểm khác hệ thống điện Kết thu thể đồ thị hình 1.1, vấn đề gặp phải từ chất lượng điện áp địa điểm khác hệ thống điện đồ thị hình 1.2 cho biết tỷ lệ phần trăm nhiễu loạn lưới điện phân phối Hiện công ty điện lực khách hàng dùng điện ngày quan tâm đến vấn đề chất lượng điện lý do: - Cơng nghiệp đại phát triển, thiết bị hệ tạo trình tự động hóa cao hoạt động sản xuất như; điều khiển vi xử lý, máy vi tính, robot cơng nghiệp, hệ truyền động có điều khiển tốc độ, thiết bị điều khiển hệ thống thông tin công nghiệp.v.v chúng nhạy cảm với biến động chất lượng điện thiết bị sử dụng khứ - Các trọng vận hành khai thác hiệu hệ thống lượng điện dẫn đến gia tăng việc áp dụng thiết bị hiệu suất cao như; điều chỉnh tốc độ động cơ, tụ điện song song hiệu chỉnh hệ số công suất để giảm tổn thất phát triển hệ thống nguồn phân tán nối lưới như; hệ thống điện mặt trời, hệ thống điện gió Điều dẫn đến hậu tăng mức độ hài hệ thống điện, tăng biến cố dao động điện áp thay đổi tần số - Người dùng điện có nhận thức tốt vấn đề chất lượng điện Họ nhận thức tốt vấn đề gián đoạn, lõm điện áp, sóng hài, độ yêu cầu cung cấp nguồn lượng có độ tin cậy chất lượng cao từ nhà cung cấp Ngược lại nhà cung cấp lượng chịu áp lực từ đòi hỏi khách hàng tổn thất chất lượng điện gây nên truyền tải điện Trong số nhiễu loạn hệ thống điện lõm điện áp loại nhiễu loạn nghiêm trọng có tần suất xuất lớn nhất, theo kết khảo sát hình 1.2 chiếm 31% Lõm điện áp xảy thời gian ngắn, liên quan đến suy giảm điện áp nhảy góc pha Khi có biến cố lưới điện (ví dụ ngắn mạch) vị trí xa so với thiết bị đầu cuối, dẫn đến xuất lõm điện áp lan truyền đến nhiều vị trí khác lưới điện đến vị trí kết nối tải nhạy cảm để gây ảnh hưởng, tài liệu [21,22,24] Trong xí nghiệp cơng nghiệp tải nhạy cảm quan trọng thường có ảnh hưởng lớn đến tồn hoạt động dây chuyền sản xuất Trong tải lại nhạy cảm với tác động lõm điện áp gây dừng máy, sai lệch thông tin, dẫn đến phận khác dây chuyển bị dừng theo, khởi động trở lại tốn kéo dài Vì vậy, lõm điện áp nhiễu loạn lựa chọn số nhiễu loạn liên quan đến chất lượng điện để nghiên cứu giảm thiểu luận án Để đưa phương pháp giảm thiểu, cần thiết phải phân tích rõ nguyên nhân, đặc điểm 1.1.2 Lõm điện áp a) Định nghĩa lõm điện áp Theo IEEE Std 1159-1995, lõm điện áp tượng suy giảm điện áp tức thời đột ngột thời điểm mà giá trị điện áp hiệu dụng (RMS) 10% đến 90% so với điện áp chuẩn, điện áp phục hồi thời gian ngắn, từ nửa chu kỳ điện áp lưới (10ms) đến phút Trong dâng điện áp tăng đột ngột giá trị RMS lên giá trị ngưỡng định Thông thường giá trị ngưỡng 110% giá trị định mức điện áp nguồn[14] Ở hình 1.3 lõm điện áp định nghĩa theo tiêu chuẩn IEEE Std 1159-1995 EN 50160, khác lõm điện áp gián đoạn ngắn Tuy nhiên thuật ngữ sử dụng tiêu chuẩn lõm điện áp có khác Ví dụ: dạng nhiễu loạn EN 50.160 gọi ''voltage dips'' trong IEEE Std 1159 gọi ''voltage sag'' Thuật ngữ ''voltage sags'' hay ''voltage dips'' coi từ đồng nghĩa dùng để dạng nhiễu loạn Trong luận án thuật ngữ ''lõm điện áp'' lựa chọn sử dụng Hình 1.3 Định nghĩa biến cố điện áp dựa tiêu chuẩn [25] Tóm tắt định nghĩa lõm điện áp đưa tiêu chuẩn trình bày bảng 1.1 [14] Bảng 1.1 Định nghĩa lõm điện áp theo tiêu chuẩn IEEE std 1159-1995, tiêu chuẩn IEEE std 1250-1995 tiêu chuẩn IEC 6100-2-1 1990, tài liệu[14] Standard EN 50160 Magnitude 1% - 90% Duration 0.5 cycles to IEEE Std 1159-1995 IEEE Std 1250-1995 IEC 6100-2-1-1990 10% - 90% Reduction of voltage 0.5 cycles to 0.5 cycles to few sec 0.5 cycles to few sec Applicability LV and MV (up to 35 kV) LV, MV, HV LV, MV, HV LV, MV, HV Một số hình ảnh mơ tả lõm điện áp thể hình 1.4 Hình 1.4 Lõm điện áp pha lõm điện áp ba pha [22] b) Nguồn gốc lõm điện áp Trong hệ thống lượng phân biệt nguyên nhân gây lõm điện áp sau, tài liệu [14, 15, 21,23,24]:  Các lỗi hệ thống nguồn; sét, gió, băng tuyết, nhiễm bẩn thiết bị cách điện, động vật tiếp xúc, tai nạn giao thông, xây dựng Các lỗi kể thường dẫn đến ngắn mạch Dòng ngắn mạch gây lõm điện áp suốt thời gian ngắn mạch lan truyền đến vị trí khác lưới điện Thông thường ngắn mạch kiểu pha, gây nên giảm điện áp pha có độ sâu phụ thuộc vào điểm đo so với vị trí xảy ngắn mạch  Khởi động thiết bị có cơng suất lớn so với cơng suất ngắn mạch hệ thống điểm kết nối Sự giảm gây khởi động mạch truyền động công suất lớn thông thường ba pha đối xứng có giá trị lõm điện áp tương đối lớn thời gian giảm kéo dài tương đối lâu  Giảm điện áp gây đóng mạch biến áp lượng vào hệ thống, dẫn đến lõm điện áp khơng đối xứng kết hợp với có mặt hài bậc hai bậc bốn  Các biến động tải; lưới ba pha giảm điện áp phân loại theo tính không đối xứng điện áp nhiễu loạn Độ không đối xứng điện áp pha riêng biệt phụ thuộc vào kiểu ngắn mạch phương pháp đấu nối cuộn biến áp lượng chỗ ngắn mạch điểm kết nối thiết bị [14, 19] Lõm điện áp thường xảy hậu ngắn mạch, lỗi chạm đất, máy biến áp lượng, kết nối động có cảm ứng công suất lớn c) Đặc điểm lõm điện áp Độ lớn khoảng thời gian hai đặc điểm quan trọng lõm điện áp, mà theo IEEE Std 1159 (1995), độ lớn lõm nằm khoảng từ 10% đến 90% điện áp danh định thời gian lõm từ nửa chu kỳ đến phút  Độ lớn lõm điện áp: điện áp hiệu dụng theo phần trăm đơn vị tương đối (p.u) lại ''biến cố'' điện áp trước có lỗi, [22] Điện áp hiệu dụng dùng để xác định mức độ lõm điện áp tính theo (1.1) Vrm s (k )  N k v i i  k  N 1 (1.1) N số lượng mẫu chu kỳ, vi điện áp tức thời lấy mẫu k thời điểm tính điện áp hiệu dụng Ở đây, điện áp hiệu dụng tính tốn với N mẫu điện áp tức thời trước Ngồi ước tính giá trị điện áp hiệu dụng nửa chu kỳ giá trị tức thời, [22] Vrm s(1 / 2) (k )  N k v i i  k ( N / ) 1 (1.2) Các thuật toán nửa chu kỳ nhạy xác với thay đổi điện áp, có phản ứng nhanh để phát biến cố Tuy cho thấy dao động có thành phần hài bậc tín hiệu điện áp [23] Độ lớn lõm điện áp phụ thuộc khoảng cách điểm quan sát từ vị trí ngắn mach nguồn cung cấp Mức điện áp rơi điểm quan sát cụ thể lõm giá trị ngẫu nhiên, tùy thuộc vào vị trí mạng điện liên quan đến ngắn mạch Xét trường hợp lỗi ngắn mạch với trở kháng điểm ngắn mạch khơng, hệ thống đại diện mạch tương đương pha hình 1.5 Điện áp điểm xem xét O1, O2 hay O3 phụ thuộc vào trở kháng tương đương kết nối điểm đến vị trí ngắn mạch (SC) nguồn Tùy thuộc vào độ lớn tương đối trở kháng, độ sâu lõm điện áp khác phạm vi 0-100%, tài liệu [14] s z4 o3 z3 o2 z2 o1 z1 Us=1 U 03  Z1  Z  Z Z1  Z  Z  Z U 02  U 01  Z1 Us=0 Z1  Z  Z  Z Z1  Z Z1  Z  Z  Z Hình 1.5 Điện áp điểm O1,O2 O3 ngắn mạch điểm SC nguồn tương đương (thể điều kiện điện áp pu);Z, trở kháng tương đương [14] Điểm cần xem xét gần vị trí ngắn mạch điện áp cịn lại thấp Mặt khác, gần điểm coi nguồn cung cấp (thông thường, nguồn lượng, mà bảng tụ điện, pin, máy quay, vv), điện áp sụt giảm thời gian xảy biến cố Ngắn mạch hệ thống truyền tải dẫn đến sụt giảm điện áp quan sát thấy khu vực rộng, khoảng cách lên đến vài trăm kilometer Một ngắn mạch mạch điện phân phối có ảnh hưởng phạm vi nhỏ nhiều  Khoảng thời gian lõm điện áp: khoảng thời gian giảm điện áp hiệu dụng 90% lõm điện áp danh định, tài liệu [14,22] Thời gian lõm điện áp chủ yếu xác định thời gian hoạt động thiết bị bảo vệ để loại bỏ ngắn mạch từ hệ thống, chủ yếu cầu chì, máy cắt rơle bảo vệ Các đặc tính thời gian thiết bị bảo vệ được phân chia phối hợp với nhau, đó, lỗi phát số thiết bị bảo vệ hủy bỏ điểm thích hợp hệ thống, thông thường, gần với vị trí lỗi.[14] Nhiều lỗi hủy bỏ phạm vi thời gian khác Với thời gian nhanh đạt ngắn mạch đường dây truyền tải (từ 60 đến 150 ms), lỗi hủy bỏ mạch phân phối chậm đáng kể (với cấp MV từ 0,5 đến 2s, cấp LV, tùy thuộc vào đặc điểm cầu chì) [14] Khi biến cố khác với ngắn mạch, thời gian điều chỉnh nguyên nhân gây biến cố  Nhảy góc pha Một biến cố xảy lưới điện chẳng hạn lỗi ngắn mạch tạo lõm điện áp khác vị khác lưới điện Ảnh hưởng không liên quan đến độ lớn điện áp pha mà gây tượng thay đổi góc pha Sự thay đổi góc pha gọi nhảy góc pha Nhảy góc pha xem dịch chuyển điểm qua không điện áp tức thời nguyên nhân dẫn đến cố biến đổi điện tử cơng suất sử dụng góc pha làm thơng tin để phát xung điều khiển, [22]  Các kiểu lõm điện áp ba pha Tùy thuộc vào kiểu lỗi lưới điện kiểu kết nối máy biến áp lượng với đường dây nguồn, dẫn đến kiểu lõm điện áp khác phân biệt sau, tham khảo tài liệu [8,9,32] 3th Hình 4.15g Lượng hài bậc xuất HM-B3 (phía trước DVR) 3th Hình 4.15h Lượng hài bậc HM-B4 (phía sau DVR) giảm thiểu DVR Hình 4.15i Chỉ số THD điện áp HM-B3 (phía trước DVR) Hình 4.15k Chỉ số THD điện áp tải HM-B4 có DVR bù hài c) Mô trường hợp 3: Bù lõm điện áp khởi động động cảm ứng công suất lớn điều kiện lưới điện có cơng suất ngắn mạch nhỏ mắc phía nguồn cung cấp  Tạo lỗi: Một động có cơng suất lớn kết nối cấp điện áp 6,3kV HM-B2 (Phía trước DVR), xem hình 4.8 Khi động khởi động gây lõm điện áp vị trí kết nối lan truyền đến vị trí 6,3kV kết nối DVR tổ hợp Biến tần-Động 142FN1 lưới điện nhà máy xi măng Hồng Mai Vị trí DVR Kiễu lỗi Điều kiện Thời điểm Tải bảo vệ khởi động khởi động Khởi động động Khởi động Tại thời Tổ hợp Biến Tại vị trí 6,3kV, phía tần-Động sơ cấp máy biến cảm ứng công suất lớn trực tiếp, điểm t=2s 142-FN1 áp nguồn cấp cho phía nguồn cung cấp mang tải tải nhạy cảm tải 100% Sđm,đc= 2340kVA - Hình 4.16a Điện áp trung bình ba pha Ug,abc lưới đo HM-B3/6,3kV thời điểm khởi động động cảm ứng công suất lớn (t=2s) gây lõm điện áp Ug,abc Ug,abc Hình 4.16a Lõm điện áp thời điểm khởi động động cảm ứng cơng suất lớn - Hình 4.16b đặc tính điện áp lưới HM-B3(Phía trước DVR) Hình 4.16c đặc tính điện áp chèn vào lưới DVR Hình 4.16d đặc tính điện áp tải khôi phục ổn định HM-B4 (phía tải DVR khơi phục) 123 ug,αβ ug,α ug,β Hình 4.16b Điện áp lưới với thành phần αβ ug,αβ uinj,αβ uinj,α uinj,β Hình 4.16c Điện áp chèn vào lưới DVR với thành phần αβ uinj,αβ uL,α uL,αβ uL,β Hình 4.16d Điện áp tải phục hồi với thành phần αβ uL,αβ - Hình 4.16e,f,g quỹ đạo vector khơng gian điện áp lưới ug (hình 4.16e), điện áp chèn vào lưới DVR uinj (hình 4.16f), điện áp tải phục hồi uL (hình 4.16g) lõm điện áp khởi động đông cảm ứng cơng suất lớn ví trí phía trước DVR Hình 4.16e Hình 4.16f Hình 4.16g - Hình 4.16h,i sai lệch lượng đặt điện áp chèn vào u*inj,αβ lượng thực uinj,αβ thời điểm khởi động động uL,α uL,α u*inj,α uinj,α Hình 4.16h Sai lệch lượng u*inj,α uinj,α * u inj,β uinj,β uL,β uL,β Hình 4.16i Sai lệch lượng u*inj,β uinj,β 124 4.4 Tóm tắt kết luận Những ảnh hưởng lõm điện áp xí nghiệp cơng nghiệp minh chứng để đưa giải pháp áp dụng DVR điều cần thiết xí nghiệp cơng nghiệp Để kết nối DVR bảo vệ tải nhạy cảm quan trọng xí nghiệp cơng nghiệp có hiệu quả, cần thiết thực điều kiện áp dụng trước tiến hành thiết kế chi tiết Các thủ tục áp dụng DVR để bảo vệ cho tải nhạy cảm quan trọng có cơng suất 2400kVA cấp trung áp 6,3kV thực có tính chất điển hình, nhằm mục đích để thực áp dụng tương tự cho ngành công nghiệp khác Xây dựng mơ hình mơ hệ thống lưới điện thực tế theo kết khảo sát, có mơ hình DVR kết nối lưới điện cấp trung áp 6,3kV để bảo vệ tải nhạy cảm thiết kế Áp dụng hai cấu trúc cài đặt thuật toán điều khiển cho DVR đề xuất chương ba vào mơ hình mơ DVR, kiểm tra khả phản ứng DVR vai trị khơi phục điện áp tải thông qua kiểu biến cố điện áp tạo từ ba trường hợp phức tạp thường xuất lưới điện Qua kết mô đưa kết luận sau: - Đối với lõm điện áp cân không cân lỗi ngắn mạch khởi động động cảm ứng công suất lớn phía nguồn tạo nên Bộ khơi phục điện áp động có khả bù nhanh chóng khoảng thời gian chu kỳ điện áp lưới, với mức độ xác điện áp cao, độ điều chỉnh điện áp thời điển xuất thời điểm kết thúc lõm hạn chế tốt Độ méo dạng hài THD sóng phạm vi cho phép - Đối với bù dao động méo dạng điện áp đóng cắt hệ thống tụ bù Đây dạng biến cố phức tạp Khi đóng cắt hệ thống tụ bù lưới 110kV Nghi sơn dẫn đến phát sinh dao động với tần số gấp n lần sóng bản, dao động lan truyền đến vị trí 6,3kV tải nhạy cảm hệ thống lưới điện Hồng Mai Qua kết mơ cho thấy dao động điện áp có tần bậc ba, đỉnh hài dao động lên đến 4000V (khoảng 85% so với đỉnh hài bản), thời gian dao động dài khoảng 1,2s kết hợp với tác động nhảy góc pha đóng cắt tụ, nguyên nhân dẫn đến kích hoạt hệ thống bảo vệ biến tần làm cho động 142 bị ngừng hoạt động Trong biến cố với khả hạn chế thiết bị đo thơng thường nhà máy khơng thể phát dao động méo dạng điện áp Tuy nhiên thuật toán phát lõm điện áp hệ thống điều khiển DVR giá trị điện áp đo giá trị tức thời, nên ảnh hưởng hài bậc ba có độ lớn đến ngưỡng tác động DVR việc phát để đưa DVR vào chế độ bù hoàn toàn có khả Qua đặc tính mơ cho thấy điện áp tải khơi phục DVR có lượng hài giảm nhẹ ba pha đặc biệt hài bậc giảm đến 70%, độ méo dạng điện áp THD giảm thiểu đáng kể, thời gian đáp ứng hệ nhanh chóng khoảng 0.01s (1/2 chu kỳ bản), lượng điều chỉnh đặc tính thời điểm bắt đầu lõm, kết thúc lõm, bắt đầu đóng tụ điện điều chỉnh đảm bảo nằm pham vi cho phép, trừ trường hợp thời điểm cắt tụ điện lượng điều chỉnh điện áp vượt mức khoảng thời gian ngắn 0.0002s (1 chu kỳ trích mẫu) Vậy kết luận lựa chọn, tính tốn thiết kế thành phần lực cấu hình DVR hồn tồn phù hợp xác, cấu trúc thuật toán điều khiển điện áp nghiên cứu đề xuất cho DVR hồn tồn có đủ khả để điều khiển DVR khôi phục điện áp tải nhạy cảm, đảm bảo cho tải nhạy cảm không bị ảnh hưởng tác động kiễu lõm điện áp khác Các kết có chương bốn điều kiện quan trọng để tiếp tục triển khai mơ hình thực nghiệm nghiên cứu 125 Chương 5: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM DVR Xây dựng thực nghiệm cơng việc cần thiết nghiên cứu có ý nghĩa lớn để khẳng định nghiên cứu lý thuyết đắn Mục tiêu xây dựng mô hình thí nghiệm luận án để thí nghiệm kiểm tra khả DVR với cấu trúc thật toán điều khiển đề xuất chương ba bù lõm nhiễu loạn điện áp 5.1 Xây dựng bàn thí nghiệm Bàn thí nghiệm thiết kế để bảo vệ tải có cơng suất 5kVA điện áp định mức 220/380V Sơ đồ nguyên lý hệ thống bàn thí nghiệm DVR ứng dụng bù lõm điện áp hình 5.1 Bàn thí nghiệm xây dựng dựa trên: - Phần lực: Bao gồm tải, máy biến áp nguồn, máy biến áp nối tiếp, lọc LC, biến đổi VSC, chỉnh lưu không điều khiển, phần tử tạo lõm - Phần điều khiển: Bao gồm máy tính, điều khiển dSPACE, Panen kết nối, Phần mềm điều khiển hệ thống dSPACE 5.1.1 Phần động lực hệ thống Các tham số phần tử mơ hình thực nghiệm tính tốn thiết kế liệt kê bảng 5.1 Bảng 5.1 Các tham số hệ thống thực nghiệm DVR Tham số Giá trị Tham số lưới Điện áp dây hiệu dụng định mức lưới: Ud,đm = 400V Điện áp pha hiệu dụng định mức lưới: Up,đm = 230V Tần số lưới định mức: fG = 50Hz Tham số biến đổi 5KVA Van lực: IGBT loại SKM400GB128 VCE=1200V, IC = 400A Dòng điện pha hiệu dụng biến đổi: Ip,C = 50A Điều chế: Điều chế vector không gian Tần số điều chế: fC = 5kHz Tần số chuyển mạch: fsw = 5kHz Tụ điện phía chiều: Cdc = 1600F Điện áp định mức phía chiều: Vdc = 700V Bộ lọc đầu LC Điện cảm lọc: Lf = 2mH Tụ điện lọc: Cf = 1000F Tham số, máy biến áp Công suất định mức: Str = 2KVA Điện áp dây sơ cấp định mức: Upri = 230V Dòng điện định mức sơ cấp: Ipri = 7,217A Hệ số biến áp : n = 1:2 Điện áp thứ cấp định mức: Upri = 230V Dòng điện định mức thứ cấp: Ipri = 7,217A 126 Số lượng bộ cuộn cái Điện cảm tản mba: Lpri = 0.007058H Điện trở mba: Rpri = 0.00120 Tham số tải Điện cảm tải: Lt = 0.007058H Điện trở tải: Rt= 0.00120 Tham số điện trở, điện cảm tạo lõm Llom, Rlom Điện trở, điện cảm tạo lõm điện áp: Rlom /Xlom = 1; Rlom = 4; Iđm = 115A Điện trở, điện cảm tạo lõm điện áp: Rlom /Xlom = 1; Llom = 0,01274H; Iđm = 115A Tham số thiết bị khác 1) Côngtắctơ: Loại pha Uđm = 600V; Iđm = 15A 2) Áttômát: Loai pha Uđm = 600V; Iđm = 15A 3) Điện trở sụt áp phía chiều: Rb =; Iđm = A 4) Nút ấn điều khiển lõm: Uđm =380V; Iđm =5A 5) Rơle thời gian: Uđm =380V; Iđm =5A 6) Cảm biến dòng điện: LEM 7) Mạch đo áp pha: Ac-380V cuộn cái cuộn cái cái bộ  Tải DVR bảo vệ: Tải bảo vệ dự kiến gồm loại: a) Tải tuyến tính đối xứng có điện trở RL = 33 Ω điện cảm LL= mH, dẫn đến trở kháng với hài điện áp xoay chiều Z = 33.03  2.725º b) Tải tuyến tính khơng đối xứng có thơng số trường hợp pha thứ ba sử dụng linh kiện với điện trở RL = 90 Ω điện cảm LL= mH c) Tải phi tuyến thực máy biến áp ba pha kết nối với chỉnh lưu cầu ba pha để tạo tải phi tuyến dòng áp  Máy biến áp nối tiếp (máy biến áp chèn): Bàn thí nghiệm sử dựng ba máy biến áp, có cơng suất 2kVA, có tỉ số n = 400V/200V Phía cao áp nối nối tiếp với nguồn tải, phía hạ áp nối với biến đổi thông qua lọc LC  Bộ lọc LC: Được sử dụng cuộn cảm có điện cảm 2mH ba tụ điện có điện áp 250V, 1000F  Bộ biến đổi VSC: Bộ biến đổi sử dụng Baumuller Servo-Power-Unit BUS 621, 622,623,624, có điện áp 600V, dịng định mức 20A Bộ biến đổi cầu đủ ba nhánh kết cấu dựa vào transistor IGBT với điốt mắc ngược Hệ thống điều khiển tạo xung cổng đưa transistor vào trạng thái dẫn khóa phụ thuộc vào mức điện áp điều khiển Baumuller có tích hợp có cảm biến đo dịng 'LEM' để đo dịng đầu biến đổi Ngồi có tích hợp điều khiển thực bảo vệ chống tải, áp tăng nhiệt mức Các transistor áp dụng tới tần số chuyển mạch tối đa 20 kHz Các xung đóng mạch khóa transistor mơ đun tạo hệ thống dSPACE, thực thuật toán điều khiển Do mức điện áp khác nên cần giao diện ngăn cách hệ thống dSPACE với Baumuller thông qua khối cổng vào/ra 127 Khối tạo lõm Nguồn A B C K1 ilõm AP1 K1 Control Breaker BA2 K2 K2 Zlõm ilõm AP2 MBA TN Baumuller_5KVA ES-DC-Line AP3 BA1_5KVA iL1 BA3 Rb Lf Bộ lọc LC iL2 BA4 Cf iL2 UDC ug if dSPACE uC(uinj) TẢI 5KVA iL Control breaker Máy tính ĐK Hình 5.1 Sơ đồ thiết kế thực nghiệm hệ thống điều khiển DVR 128  Bộ chỉnh lưu khơng điều khiển tụ điện phía DC-Line: Đây chỉnh lưu không điều khiển cầu ba pha thơng thường Về phía DC-Line biến đổi có mắc bảng tụ điện hãng Kendeil có tổng điện dung mF Điện áp cực đại tụ điện 450V, tạo thành giới hạn điện áp cho phép phía DC biến đổi  Khối tạo lõm điện áp: Được xây dựng sơ đồ nguyên lý Để tạo lõm điện áp thực việc tạo ngắn mạch ba pha hai pha pha thông qua điện trở, điện kháng ngắn mạch tính tốn Điện áp hệ thống bị sụt xuống khoảng 50%Uđm nhờ có giới hạn cơng suất máy biến áp tự ngẫu có cơng suất 5kVA đặt phía đầu nguồn  Bảo vệ hệ thống: Tất bảo vệ thực qua hệ thống dSPACE chương trình điều khiển dành cho bảo vệ hệ thống Trong trường hợp có sai hỏng, biến đổi (tần số) đưa trạng thái NULL Trong mục tiêu bảo vệ hạn chế điện áp cực đại tụ điện tới giá trị 250V Giá trị xác định giới hạn điện áp danh định làm việc hệ thống nối tiếp tải chấp nhận mức 400V Ngoài tín hiệu phản hồi đến hệ thống điều khiển thực qua đo điện áp dòng điện hệ thống đặc biệt biến đổi LEM Để đo điện áp sử dụng hệ thống mạch đo thiết kế chế tạo có điện áp đo cực đại 400V Phải thực phép đo điện áp nguồn cung cấp tải tất pha điện áp DC biến đổi, tổng số biến đổi đo Các tín hiệu điện áp dòng điện từ mạch đo biến đổi LEM đưa đến biến đổi A/D hệ thống dSPACE Bàn thí nghiệm thực thể hình 5.2 Hình 5.2 Mơ hình thực nghiệm DVR triển khai Viện Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Trường ĐHBK Hà Nội 129 5.1.2 Phần điều khiển Phần điều khiển bao gồm thiết bị sau đây:  Bộ Card với xử lý tín hiệu gọi dSPACE, phụ thuộc vào phiên cấu trúc Là hệ thống (thực dạng Card tổng hợp, ví dụ DS1103, DS11040 mơ đun, xây dựng kết hợp Card chuyên dùng: Các tính, Card vào  Máy tính điều khiển: dùng để phục vụ điều khiển dSPACE Trên máy tính có trang bị chương trình phục vụ hệ thống dSPACE Matlab, nhờ xây dựng tất mơ hình hệ thống điều khiển  Panen với kết nối: panen có nhiệm vụ giúp dễ dàng kết nối hệ thống dSPACE với thiết bị bên trang bị theo dãy kết nối với nhiều tiêu chuẩn  Phần mềm điều khiển hệ thống dSPACE: Phần mềm trang bị máy tính Bao gồm chương trình Control Desk, dùng để điều khiển hệ thống dSPACE Bổ sung thêm dịch ngôn ngữ C theo mã máy Card cho, phần mở rộng (toolbox) Matlab chương trình hỗ trợ Phần tách rời hệ thống thư viện mở rộng Matlab Simulink, cho phép sử dụng phần mềm để thực hệ thống điều khiển Nhờ thủ tục thiết kế thực hệ thống điều khiển biểu diễn theo bước sau: a) Xây dựng thuật tốn điều khiển sở mơ mơ hình liên tục rời rạc áp dụng phần mềm Matlab b) Chuẩn bị mơ hình điều khiển tạo mã máy cho thẻ dSPACE Đối với điều khiển rời rạc thủ tục tự động dựa chuyển đổi mơ hình Simulink chuẩn bị thích hợp tới mức chương trình theo ngơn ngữ C, sau dịch chương trình sang mã máy xử lý trang bị thẻ dSPACE c) Chuẩn bị giao diện đồ họa người dùng cho phép tiếp cận thay đổi biến điều khiển quan sát tín hiệu đo tạo hệ thống dSPACE Trong mơ hình khơi phục điện áp động xây dựng, sử dụng hệ thống DS1104 bao gồm phần tử sau: - Có đầu vào tương tự ADC với chân cắm trực tiếp vỏ hộp điều khiển - Có đầu tương tự DAC với chân cắm trực tiếp vỏ hộp điều khiển - Có encoder cắm trực tiếp vỏ hộp điều khiển - Có 20 đầu vào số (Digital I/O) - Có PWM pha PWM ba pha - Có ngắt ngồi (External interrtupt) - Có định thời gian (Timer) - Có cổng giao tiếp RS232, cổng RS422 RS485 (do chia sẻ tài nguyên) Để xây dựng thực hệ thống điều khiển áp dụng chương trình sau:  Phần mềm Matlab Simulink với phần mở rộng chuẩn Real Time Workshop, tạo khả xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển thử nghiệm mơi trường liên tục rời rạc  Phần mở rộng Real Time Interface chuẩn bị để làm việc với hệ thống DS1104, bao gồm khối đại diện tập hệ thống DS1103, đặc biệt hệ thống vào ra, tạo điều kiện kiểm soát biến đổi A/D D/A  Ứng dụng Control Desk, phục vụ cho cấu hình khởi tạo hệ thống dSPACE, xây dựng giao diện đồ họa người sử dụng làm thuận tiện việc điều khiển đối tượng kết nối với hệ thống dSPACE (trong trường hợp biến đổi khôi phục điện áp động DVR), thu thập ghi tín hiệu đo tạo hệ thống dSPACE 130 Quá trình xây dựng hệ thống điều khiển chia làm ba giai đoạn: a) Xây dựng kiểm tra hệ thống dựa mơ hình số liên tục hệ thống DVR, lưới nguồn cung cấp, tải phần tử lại lưới b) Tách riêng hệ thống điều khiển, tạo phương án rời rạc (rời rạc hóa) xây dựng khối vào/ra phần mở rộng Real Time Interface c) Chuẩn bị giao diện đồ họa chương trình Control Desk với mục tiêu kiểm sốt dễ quan sát tính ổn định hệ thống DVR 5.2 Cài đặt thuật toán điều khiển Thuật toán điều khiển DVR thuật tốn điều khiển nghiên cứu đề xuất chương Thuật toán triển khai Matlab/Simulink thể hình 5.3, sau phiên dịch dạng chương trình cài đặt thực thông qua hệ thống dSPACE 1104 Chương trình sau dịch thực thời gian cho phép xác lập chu kỳ lấy mẫu 25 μs Hình 5.3a Sơ đồ cấu trúc Matlab/Simulink mơ tả thuật tốn điểu khiển DVR hệ tọa độ dq Hình 5.3b Sơ đồ cấu trúc Matlab/Simulink mơ tả thuật tốn điểu khiển DVR hệ tọa độ αβ 131 5.3 Kết nghiên cứu thí nghiệm 5.3.1 Kiểm tra khả đồng lưới Đồng điện áp chèn vào uinj DVR với điện áp lưới thực bù lõm điện áp, bù méo dạng điện áp hay bù đối xứng điện áp thực vòng khóa pha PLL trình bày chương Bộ điều khiển cho PLL điều khiển PI Các tham số tính tốn thiết kế lý thuyết điều chỉnh lại thí nghiệm nhằm cho đặc tính PLL tốt Các kết kiểm tra khả đồng lưới DVR cho hình 5.4 Hình 5.4a Điện áp nguồn us,abc thời điểm đầu lõm điện áp Hình 5.4d Điện áp nguồn us,abc thời điểm kết thúc lõm điện áp Hình 5.4b Thành phần αβ điện áp nguồn usαβ thời điểm đầu lõm điện áp Hình 5.4e Thành phần αβ điện áp nguồn usαβ thời điểm đầu lõm điện áp Hình 5.4f Tín hiệu đầu Thêta(=t) PLL thời điểm kết thúc lõm điện áp Hình 5.4c Tín hiệu đầu thêta(=t) PLL thời điểm đầu lõm điện áp Hình 5.4 Kết kiểm tra đồng lưới DVR qua việc áp dụng vòng khóa pha PLL (Khoảng thời gian lõm 1.6805s đến 3.208s) Qua kết đồng lưới DVR cho thấy thời điểm bắt đầu lõm kết thúc lõm điện áp tín hiệu thêta(=t) PLL đảm bảo tính ổn định, chứng tỏ khả bám góc pha lưới PLL để đảm bảo đồng điện áp chèn DVR vào lưới tốt 5.3.2 Kiểm tra khả bù lõm DVR chế độ tĩnh Điện áp lõm bàn thí nghiệm tạo 50% điện áp danh định điện áp lưới tức điện áp lưới lõm với khoảng thời gian 1,6805s đến 3,208s điên áp nguồn bị sụt từ 380V xuống 190V Trong khoảng thời gian lõm DVR phải có khả tạo điện áp thêm vào lưới kịp thời để đảm bảo điện áp tải điện áp tải đặt, tiếp tục trì hoạt động cho tải Các kết kiểm tra khả bù lõm điện áp DVR chế độ tĩnh thể hình 5.5 132 Hình 5.5a Điện áp nguồn us,abc lõm điện áp Hình 5.5e Thành phần dq điện áp nguồn usdq lõm điện áp Hình 5.5b Điện áp thêm vào DVR uinjabc bù lõm điện áp Hình 5.5f Thành phần dq điện áp thêm vào DVR uinjdq bù lõm điện áp Hình 5.5c Điện áp tải uL,abc trì Hình 5.5g Thành phần dq điện áp tải uLdq điện áp nguồn bị sụt xuống cịn 50% lõm trì điện áp nguồn bị sụt cịn 50% lõm Hình 5.5d Dịng điện qua cuộn cảm lọc LC if,abc bù lõm điện áp Hình 5.5h Thành phần dq dòng điện qua cuộn cảm lọc LC ifdq bù lõm điện áp Hình 5.5a,b,c,d,e,f,g,h Các đặc tính hệ thống chế độ tĩnh bù lõm điện áp với điện áp lõm 50% so với điện áp định mức lưới 5.3.3 Kiểm tra khả bù lõm DVR chế độ động Khả làm việc chế độ động DVR quan tâm thiết bị chuyên dùng bù động biến cố điện áp phức tạp lưới điện Động lực học hệ thống phải đảm bảo điều kiện tải nhạy cảm chấp nhận được, tốc độ đáp ứng DVR phải đủ nhanh, lượng điều chỉnh trước sau kết thúc lõm không lớn, không gây nhảy góc pha, khơng gây đối xứng điện áp lượng hài lưới hạn chế Hình 5.6a Điện áp nguồn us,abc điểm đầu cuối lõm điện áp 133 Hình 5.6b Thành phần dq điện áp nguồn usdq điểm đầu cuối lõm điện áp Hình 5.6c Điện áp chèn vào uinj,abc DVR thời điểm bắt đầu cuối bù lõm điện áp Hình 5.6d Thành phần αβ điện áp thêm uinjαβ DVR thời điểm bắt đầu cuối bù lõm Hình 5.6e Thành phần dq điện áp thêm uinjdq DVR thời điểm bắt đầu kết thúc bù lõm Hình 5.6f Điện áp tải uL,abc bù thời điểm đầu cuối lõm điện áp Hình 5.6g Thành phần αβ điện áp tải uL,abc bù thời điểm đầu cuối lõm điện áp áp Hình 5.6h Thành phần dq điện áp tải uL,abc bù thời điểm đầu cuối lõm điện áp 134 áp Hình 5.6i Dịng điện cuộn cảm if,abc thời điểm đầu cuối bù lõm điện áp Hình 5.6k Dòng điện cuộn cảm ifαβ thời điểm đầu cuối bù lõm điện áp Hình 5.6m Dịng điện cuộn cảm ifαβ thời điểm đầu cuối bù lõm điện áp Hình 5.6 Các đặc tính hệ thống chế độ động bù lõm điện áp với điện áp lõm 50% so với điện áp định mức lưới 5.4 Tóm tắt kết luận Trong chương thực nội dung sau: - Thực bàn thí nghiệm theo thiết kế chế tạo - Triển khai thuật toán điều khiển đề xuất áp dụng cho DVR môi trường Matlab/Simulink modun điều khiển dSPACE 1104 - Thực thử nghiệm mơ hình (trong phịng thí nghiệm) khôi phục điện áp động bù lõm điện áp làm việc với điện áp 380V Quá trình thực nghiệm tiến hành theo trình tự cấp điện áp thấp từ (2550)V với việc kiểm tra khả đồng lưới DVR Việc tạo lõm điện áp thực với độ sâu lõm ban đầu 15%Usđm Để thử nghiệm chế độ bù DVR việc nạp tụ khoảng thời gian 15 phút, sau thực tạo lõm điện áp khoảng thời gian từ 1,6805s đến 3,208s, lõm phát DVR thực chế độ bù để khơi phục điện áp tải Q trình thực nghiệm tiến hành tương tự đạt chế độ định mức với cấp điện áp 380V, độ sâu lõm điện áp đạt 50%Usđm Qua kết thực nghiệm cho thấy DVR khơi phục điện áp tải khoảng thời gian chu kỳ điện áp lưới (0,02s) điều kiện độ sâu lõm điện áp 50%Usđm, điện áp tải khôi phục sau chu kỳ giống điện áp trước lõm, không phát thấy có tượng nhảy góc pha méo dạng điện áp thời điểm ban đầu kết thúc trình bù lượng điều chỉnh giới hạn phạm vi cho phép Như kết nghiên cứu lý thuyết chương trước triển khai áp dụng thông qua mơ hình thực nghiệm Một lần khẳng định kết luận cấu trúc phần lực, thuật toán điều khiển DVR xác, giải pháp áp dụng DVR để bù lõm điện xí nghiệp cơng nghiệp hoàn toàn phù hợp 135 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án “Nghiên cứu điều khiển khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng xí nghiệp cơng nghiệp” giải vấn đề cấu hình phần lực phương pháp điều khiển DVR nhằm khôi phục điện áp tải, đảm bảo cho phụ tải nhạy cảm hồn tồn khơng bị chịu tác động lõm, dâng điện áp từ phía nguồn cấp Nghiên cứu điều kiện để đưa vào ứng dụng thiết bị DVR cách hiệu xí nghiệp cơng nghiệp thơng qua trường hợp thực tế Đề tài thực trình bày năm chương luận án với bốn cơng trình nghiên cứu đăng tải báo cáo hội nghị Đến luận án thực yêu cầu đặt có đóng góp  Các cơng việc thực luận án - Đã nguyên nhân, phân tích đặc điểm, nguồn gốc lõm điện áp chức DVR việc bù lõm điện áp để bảo vệ tải nhạy cảm - Phân tích lựa chọn thành phần lực cấu hình DVR, xây dựng cấu hình DVR phù hợp với vị trí kết nối cấp trung áp - Phát triển cấu trúc thuật toán điều khiển DVR đáp ứng điều kiện bù lõm điện áp cân lõm điện áp cân - Khảo sát thực trạng lưới điện biến cố điện áp tác động trực tiếp đến hoạt động thiết bị điện xí nghiệp cơng nghiệp điển hình Đưa điều kiện thủ tục để áp dụng hiệu DVR cho xí nghiệp công nghiệp - Thiết kế xây dựng mô hình mơ DVR nối lưới bảo vệ cho phụ tải nhạy cảm điển hình thực tế cấp 6,3kV nhà máy xi măng Hoàng Mai - Thực thành cơng mơ hình thực nghiệm (trong phịng thí nghiệm) triển khai thuật toán điều khiển đề xuất cho DVR áp dụng bù lõm điện áp giảm thiểu nhiễu loạn điện áp  Những đóng góp nghiên cứu đưa  Luận văn đề xuất cấu trúc điều khiển cho khơi phục điện áp động (DVR), áp dụng cho ba chiến lược bù lõm điện áp, bù khôi phục trước xảy lõm, bù lõm đồng pha, bù tối ưu tiêu tốn công suất (bù vượt pha) Hệ thống điều khiển vector, thực hệ tọa độ đồng 0dq hệ tọa độ tĩnh 0αβ Cấu trúc hai mạch vòng, mạch vòng dòng điện bên mạch vòng điện áp bên ngoài, đảm bảo khả bù độc lập thành phần thứ tự thuận thành phần thứ tự nghịch, đáp ứng yêu cầu bù lõm điện áp cân bằng, cân pha, hai pha, không phụ thuộc vào phụ tải Hệ thống điều khiển cải thiện tốt đặc tính động học DVR bù lõm điện áp, thời gian tác động nhanh từ 0.002s đến 0.02s điều kiện tải định mức với độ sâu lõm điện áp thay đổi từ 10%Usđm đến 50%Usđm, không sai lệch tĩnh hạn chế lượng điều chỉnh Đảm bảo yêu cầu làm việc ổn định DVR tương ứng với toàn dải thay đổi phụ tải, dịng điện qua VSC kiểm sốt, đảm bảo biến đổi khơng bị q dịng trường hợp có biến động ngắn mạch phía tải  Khảo sát xác định lõm điện áp nguyên nhân tác động gây dừng máy đến phụ tải nhạy cảm quan trọng tổ hợp Biến tần-Động quạt ID ngành công nghiệp xi măng Kết khảo sát điều kiện để đưa vào ứng dụng thiết bị DVR cách hiệu thông qua trường hợp thực tế điển hình  Xây dựng mơ hình mơ cho lưới điện phân phối, gồm trạm biến áp 110 kV, 110/22 kV, 22/6.3 kV Thanh 6.3 kV cấp điện cho phụ tải nhạy cảm quan trọng công suất 2400kVA, bảo vệ khỏi lõm điện áp DVR Qua kiểm chứng 136 tải bảo vệ hoàn toàn khỏi lõm điện áp có nguyên nhân xuất phát vị trí khác lưới điện  Xây dựng mơ hình thực nghiệm (trong phịng thí nghiệm) với thuật toán điều khiển cài đặt xử lý tín hiệu dSPACE card DS11040, qua kiểm tra khả làm việc hầu hết chức thiết kế DVR  Kiến nghị Về hướng phát triển liên quan đến chủ đề luận án tác giả dự định: - Nghiên cứu hệ thống lượng phía chiều đảm bảo khả trao đổi hai chiều đáp ứng phù hợp với đặc tính động học hệ q trình hoạt động - Nghiên cứu ứng dụng hệ thống DVR để làm việc theo kiểu ổn định liên tục lưới có điện áp 1000V - Cải thiện thuật tốn tính điện áp mẫu, ý đến tối ưu hóa trao đổi cơng suất tích cực hệ thống DVR lưới nguồn cung cấp chế độ làm việc khác - Nghiên cứu áp dụng DVR ngồi việc bù lõm/dưng điện áp cịn có khả bù đối xứng điện áp, bù méo dạng điện áp làm việc với chức lọc tích cực - Xây dựng ứng dụng thuật toán điều khiển tạo khả thực hệ thống điều khiển dựa vào hệ thống chuyên dụng với xử lý DSP Mặc dù cố gắng để thực đề tài phạm vi nghiên cứu, có nhiều cơng việc cần thực liên quan đến đề tài để khơi phục điện áp động thực thực tế Vì vậy, để luận án hoàn thiện hơn, mong đóng góp ý kiến chân thành từ hội đồng đánh giá nhà khoa học 137 ... TRINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP Chuyên nghành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 62520216 LUẬN... điều khiển hệ thống Chương 3: Điều khiển khôi phục điện áp động Tập trung nghiên cứu điều khiển DVR, bao gồm; điều khiển khôi phục điện áp tải, điều khiển đồng điện áp lưới, điều khiển phát lõm điện. .. hưởng lõm điện áp khôi phục điện áp động Trình bày tổng quan lõm điện áp phương pháp giảm thiểu lõm điện áp, trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu sử dụng khôi phục điện áp động (DVR)