Đề tài : Nghiên cứu chế tạo thiết bị tiết kiệm năng lượng, thông qua việc thu và sử dụng năng lượng của sóng hài

Đề tài : Nghiên cứu chế tạo thiết bị tiết kiệm năng lượng, thông qua việc thu và sử dụng năng lượng của sóng hài thuộc công trình nghiên cứu khoa học cấp bộ Nội dung

BỘ CÔNG THƯƠNG VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ BÁO CÁO ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP BỘ Nghiên cứu chế tạo thiết bị tiết kiệm lượng thông qua việc lọc, thu sử dụng lượng sóng hài ĐƠN VỊ THỰC HIỆN: TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: THS PHẠM VĂN HIỆP Hà Nội, năm 2011 MỞ ĐẦU Cùng với q trình Cơng nghiệp hố đại hoá Đất nước, nhu cầu phụ tải không ngừng gia tăng Sự xuất dây chuyền công nghệ lạc hậu, dẫn đến gia tăng sóng hài cơng suất phản kháng tăng lên nhanh chóng, điều làm tăng tổn thất điện năng, tổn hao đường truyền tải điện năng, giảm hiệu sử dụng mạng điện, đồng thời làm giảm chất lượng điện tăng hệ số công suất cos Sự tăng tổn thất suy giảm hệ số cosphi tăng tỷ lệ sóng hài lưới điện, buộc nhà kinh doanh điện phải áp dụng bảng giá phạt hộ dùng điện có hệ số cosphi thấp Chính nhiệm vụ bù cơng suất phản kháng giảm % hài lưới đặt không hệ thống điện, mà doanh nghiệp hộ dùng điện Đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị tiết kiệm lượng thông qua việc lọc, thu sử dụng lượng sóng hài” thực nhằm đáp ứng phần nhu cầu cấp bách nói Khác với dịng tiêu thụ, dòng hài hệ thống điện sản sinh từ phụ tải ngược chiều với chiều dịng điện tiêu thụ làm tăng cơng suất phản kháng, giảm hệ số cosphi Sự tiêu thụ điện tạo sóng hài làm cho lưới điện thay đổi “lưới điện bị ô nhiễm” để làm lưới điện ta cần phải loại bỏ dần dây chuyền thiết bị lạc hậu sử dụng lọc sóng hài để giảm thiểu tối đa, nhiên “lọc sóng hài” vấn đề phức tạp nhạy cảm, liên quan đến nhiều tham số chế độ tham số hệ thống, tham số phụ tải không ngừng biến đổi theo thời gian Đã có nhiều tác giả áp dụng kết nghiên cứu nước khác việc giải tốn lọc sóng hài Tuy nhiên, số thiết bị lọc hài chưa mang lại hiệu đáng kể, chí có số nơi thiết bị làm việc mạng lại dẫn đến tăng tổn thất giảm chất lượng điện Trong thị trường xử phạt sóng hài cơng suất phản kháng nhiều nước giới diễn sơi động nước ta xử phạt sóng hài cơng suất phản kháng chưa thực coi dạng hàng hoá mà trao đổi dạng phạt hệ số cos Theo nghị định số 45/2001/NĐ-CP phủ “nếu khách hàng dùng điện với hệ số cos nhỏ 0,85 phải trả thêm tiền mua điện tác dụng theo hệ số phạt (k) luỹ tiến” Tuy nhiên thực tế vấn đề phạt hệ số cos thấp áp dụng phụ tải có cơng suất lớn mốc phạt cos cịn thấp“0,85” Mặt khác khách hàng có hệ số cosphi lớn mức quy định lại chưa đề cập đến… Tất vấn đề thách thức lớn, địi hỏi phải có nghiên cứu tiếp Đối với phụ tải bị nhiễm sóng hài không khắc phục lọc bỏ hài mà áp dụng phương án tăng hệ số cosphi khơng phải tốn tối ưu Trong bối cảnh vừa trình bày, mục tiêu đề tài nhằm vào bốn nội dung để giải phần nhỏ nhiều vấn đề cần giải đồng mang lại hiệu cho lưới điện ĐỀ TÀI Nghiên cứu chế tạo thiết bị tiết kiệm lượng thông qua việc lọc, thu sử dụng lượng sóng hài Thời gian thực hiện: Từ tháng 01/2011 đến tháng 12/2011 Kinh phí: - Tổng số: 150.000.000 VNĐ - Trong đó, từ Ngân sách SNKH: 150.000.000 VNĐ Họ tên chủ nhiệm đề tài: Phạm Văn Hiệp Chức vụ: Giám đốc Trung tâm nghiên cứu ứng dụng Khoa học chuyển giao công nghệ Cơ quan: Trường Đại học Điện lực Địa chỉ: 235 Hoàng Quốc Việt – Từ Liêm – Hà Nội Email: hieppv@epu.edu.vn Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Điện lực Địa chỉ: 235 Hoàng Quốc Việt – Từ Liêm – Hà Nội Email: hieppv@epu.edu.vn Điện thoại: 04.37554638 Fax: 04.38362065 Mục tiêu đề tài: Chế tạo thiết bị tích trữ lượng từ việc thu thập lượng sóng hài để tái tạo thành nguồn lượng mới, nhằm giảm tổn thất điện tăng tuổi thọ cho thiết bị Nội dung nghiên cứu: - Tìm hiểu loại sóng hài nguồn gây sóng hài - Tính tốn chế tạo lọc sóng hài - Tính tốn chế tạo chỉnh lưu để thu lượng sóng hài nạp cho accu - Tính tốn chế tạo inverter biến đổi điện áp từ 12VDC lên 220VAC công suất 3000W, hiệu suất ≥ 85% CHƯƠNG I TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI SÓNG HÀI VÀ CÁC NGUỒN GÂY RA SĨNG HÀI 1.1 Tìm hiểu sóng hài 1.1.1 Sóng hài Sóng hài dạng nhiễu khơng mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện cần ý tới tổng dòng điện hài cao mức độ giới hạn cho phép Dịng điện hài dịng điện có tần số bội tần số Ví dụ dịng 250Hz lưới 50Hz sóng hài bậc Dịng điện 250Hz dịng lượng khơng sử dụng với thiết bị lưới Vì vậy, bị chuyển hoá sang dạng nhiệt gây tổn hao Sóng hài đặc trưng dao động hồn tồn phổ tần số cơng nghiệp Thành phần sóng hài nguồn AC định nghĩa thành phần sin chu kỳ sóng có tần số số nguyên lần tần số hệ thống fh = h.fb đó: h số nguyên dương Sóng hài làm méo dạng điện áp lưới ngun nhân sau: Hình1.1a: Sóng hài bậc cao Hình1.1b: Sóng hài bậc cao điều chỉnh DC tải công suất lớn điều chỉnh DC tải cơng suất thấp Ngun nhân sóng hài phụ tải dạng phi tuyến hệ thống điện Điện áp đầu vào tải phi tuyến dạng hình sin dịng qua có dạng khơng sin Một dạng sóng tổng dạng sóng hình sin Khi đồng từ chu kỳ sang chu kỳ khác miêu tả sóng sin bội số tần số bản, có nghĩa bao gồm sóng sin chuỗi dạng sóng sin hài bậc cao, gọi chuỗi Fourier Chuỗi Fourier sử dụng rộng rãi tính tốn sóng hài Bất kỳ sóng tuần hồn biểu thị dạng chuỗi Fourier sau:  f(t) = A0 +  [A h cos(h t)  B h sin(h t)] h 1 (1.1)  = A0 +  [C h sin(h t   h )] h 1 Trong đó: f(t) hàm tuần hồn tần số f0, tần số góc ω0=2f0, chu kỳ T=1/f0=2/ωo C1sin(ω0t+1) thành phần Chsin(hω0t+h) thành phần sóng hài bậc h với biên độ Ch, tần số hf0, góc pha h Các hệ số chuỗi Fourier tính sau: T (1.2) 2π 1 A0 =  f(t)dt   f(t)dx T0 2π x = ω 0t T 2π (1.3) T 2π (1.4) Ah =  f(t)cos(h0 t)dt   f(t)cos(hx)dx T0 π0 Bh =  f(t)sin(h  t)dt   f(t)sin(hx )dx T0 π Ch = A  B ; h = arctg( h h Ah ) Bh (1.5) Q trình tính tốn độc lập với hài riêng Kết tính tốn tần số kết hợp vào dạng chuỗi Fourier để có dạng sóng tổng quát cần Thông thường cần quan tâm đến biên độ sóng hài Khi nửa chu kỳ âm, dương dạng sóng có dạng đồng nhất, chuỗi Fourier chứa hài bậc lẻ Điều làm đơn giản cho trình nghiên cứu hệ thống hầu hết thiết bị sinh sóng hài thơng thường có dạng sóng đồng Tuy nhiên xuất sóng hài thường gây cố cho thiết bị tải biến đổi dùng cho đo lường Thực tế có số loại sóng sau: - Đối xứng lẻ f(-t) = - f(t), khơng có số hạng sin, khai triển Fourier - Đối xứng chẵn f(-t) = f(t), khơng có số hạng cos khai triển Fourier - Đối xứng nửa bước sóng f(tT/2) = - f(t) có thành phần chiều bậc khử sóng hài bậc chẵn (2,4,6,…) Tính chất cho phép bỏ qua sóng hài bậc chẵn 1.1.2 Các đại lượng đặc trưng sóng hài Thường sử dụng hai đại lượng đặc trưng cho sóng hài độ méo điều hoà tổng THD (Total Harmonic Distortion) độ méo yêu cầu tổng TDD (Total Demand Distortion) Cả hai đại lượng sóng hài áp dụng cho đồng thời dòng điện điện áp Một dạng sóng méo dịng điện, điện áp tuần hoàn khai triển theo Fourier diễn tả sau: (1.6)  i(t) =  I h cos(h0 t  Φ h ) h 1 (1.7)  u(t) =  U h cos(h0 t  θ h ) h 1 Trong hệ thống ba pha cân thành phần sóng hài riêng lẻ gồm thành phần thứ tự thuận, nghịch không khai triển Fourier điện áp pha sau: ua(t) = U1cos(ω0t) + U2cos(2ω0t) + U3cos(3ω0t) + (1.8) U4cos(4ω0t) + U5cos(5ω0t) + … ub(t) = U1cos(ω0t-1200) + U2cos(2ω0t-2400) + (1.9) U3cos(3ω0t-3600) + U4cos(4ω0t-4800) + U5cos(5ω0t6000) + … uc(t) = U1cos(ω0t+1200)+U2cos(2ω0t+2400) + (1.10) U3cos(3ω0t+3600)+U4cos(4ω0t+4800)+U5cos(5ω0t+6000) + … Tổng điện hiệu dụng là: Uph rms=  U 2h = h 1 U (1.11) hrms h 1 Điện áp dây là: Uab(t) = Ua(t) - Ua(t) = [U1cos(ω0t+300) + (1.12) U2cos(2 ω0t-300) + U4cos(4ω0t+300) + U5cos(5ω0t300) + …] Biểu thức (1.12) cho thấy sóng hài bậc khơng xuất điện áp dây, điện áp dây hiệu dụng là: } PHỤ LỤC PHẦN 1: CHƯƠNG TRÌNH CỦA BỘ INVERTER Chương trình #include "p33FJ12mc201.h" #include #define Ts 799 #define hs 0.5 unsigned int ADCValue,u_f; int chuc,dv,tp,tp1; unsigned char i=0; unsigned char j=0; unsigned char k=0; _FOSCSEL(FNOSC_PRIPLL&IESO_OFF);//dung dao dong ngoai co bo PLL _FOSC(FCKSM_CSDCMD&OSCIOFNC_OFF&POSCMD_XT);//chon che XT _FWDT(FWDTEN_OFF);//tat watchdog _FPOR(PWMPIN_ON&HPOL_ON&LPOL_ON);//cac chan dieu khien boi PORT luc reset,deu co the cao unsigned int const sin_table[250]={0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,160, 169,179,189,199,208,218,228,237,247,256,266,275,285,294,303,313,322,331 ,340,349,358,367,376,385,394,402,411,420,428,437,445,453,461,470,478,48 6,494,502,509,517,525,532,540,547,554,561,569,576,582,589,596,603,609,6 16,622,628,634,640,646,652,658,664,669,675,680,685,690,695,700,705,710, 714,719,723,727,731,735,739,743,747,750,753,757,760,763,766,769,771,774 ,776,779,781,783,785,787,788,790,791,793,794,795,796,797,797,798,798,79 9,799, 799,799,798,798,797,797,796,795,794,793,791,790,788,787,785,783,781,779 ,776,774,771,769,766,763,760,757,753,750,747,743,739,735,731,727,723,71 9,714,710,705,700,695,690,685,680,675,669,664,658,652,646,640,634,628,6 22,616,609,603,596,589,582,576,569,561,554,547,540,532,525,517,509,502, 494,486,478,470,461,453,445,437,428,420,411,402,394,385,376,367,358,349 ,340,331,322,313,303,294,285,275,266,256,247,237,228,218,208,199,189,17 9,169,160,150,140,130,120,110,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,}; sin_table1[250]={0,12,22,32,42,52,62,72,82,92,102,112,122,132,142,152,162 ,171,181,191,201,210,220,230,239,249,258,268,277,287,296,305,315,324,33 3,342,351,360,369,378,387,396,404,413,422,430,439,447,455,463,472,480,4 88,496,504,511,519,527,534,542,549,556,563,571,578,584,591,598,605,611, 618,624,630,636,642,648,654,660,666,671,677,682,687,692,697,702,707,712 ,716,721,725,729,733,737,741,745,749,752,755,759,762,765,768,771,773,77 6,778,781,783,785,787,789,790,792,793,795,796,797,798,799,799,800,800,8 01,801, 801,801,800,800,799,799,798,797,796,795,793,792,790,789,787,785,783,781 ,778,776,773,771,768,765,762,759,755,752,749,745,741,737,733,729,725,72 1,716,712,707,702,697,692,687,682,677,671,666,660,654,648,642,636,630,6 24,618,611,605,598,591,584,578,571,563,556,549,542,534,527,519,511,504, 496,488,480,472,463,455,447,439,430,422,413,404,396,387,378,369,360,351 ,342,333,324,315,305,296,287,277,268,258,249,239,230,220,210,201,191,18 1,171,162,152,142,132,122,112,102,92,82,72,62,52,42,32,22,12,0} sin_table2[250]={0,14,24,34,44,54,64,74,84,94,104,114,124,134,144,154,164 ,173,183,193,203,212,222,232,241,251,260,270,279,289,298,307,317,326,33 5,344,353,362,371,380,389,398,406,415,424,432,441,449,457,465,474,482,4 90,498,506,513,521,529,536,544,551,558,565,573,580,586,593,600,607,613, 620,626,632,638,644,650,656,662,668,673,679,684,689,694,699,704,709,714 ,718,723,727,731,735,739,743,747,751,754,757,761,764,767,770,773,775,77 8,780,783,785,787,789,791,792,794,795,797,798,799,800,801,801,802,802,8 03,803, 803,803,802,802,801,801,800,799,798,797,795,794,792,791,789,787,785,783 ,780,778,775,773,770,767,764,761,757,754,751,747,743,739,735,731,727,72 3,718,714,709,704,699,694,689,684,679,673,668,662,656,650,644,638,632,6 26,620,613,607,600,593,586,580,573,565,558,551,544,536,529,521,513,506, 498,490,482,474,465,457,449,441,432,424,415,406,398,389,380,371,362,353 ,344,335,326,317,307,298,289,279,270,260,251,241,232,222,212,203,193,18 3,173,164,154,144,134,124,114,104,94,84,74,64,54,44,34,24,14,0} sin_table3[250]={0,16,26,36,46,56,66,76,86,96,106,116,126,136,146,156,166 ,175,185,195,205,214,224,234,243,253,262,272,281,291,300,309,319,328,33 7,346,355,364,373,382,391,400,408,417,426,434,443,451,459,467,476,484,4 92,500,508,515,523,531,538,546,553,560,567,575,582,588,595,602,609,615, 622,628,634,640,646,652,658,664,670,675,681,686,691,696,701,706,711,716 ,720,725,729,733,737,741,745,749,753,756,759,763,766,769,772,775,777,78 0,782,785,787,789,791,793,794,796,797,799,800,801,802,803,803,804,804,8 05,805, 805,805,804,804,803,803,802,801,800,799,797,796,794,793,791,789,787,785 ,782,780,777,775,772,769,766,763,759,756,753,749,745,741,737,733,729,72 5,720,716,711,706,701,696,691,686,681,675,670,664,658,652,646,640,634,6 28,622,615,609,602,595,588,582,575,567,560,553,546,538,531,523,515,508, 500,492,484,476,467,459,451,443,434,426,417,408,400,391,382,373,364,355 ,346,337,328,319,309,300,291,281,272,262,253,243,234,224,214,205,195,18 5,175,166,156,146,136,126,116,106,96,86,76,66,56,46,36,26,16,0} int main(void) { PLLFBD = 30;//M=30+2 _PLLPOST = 0;//N2=0+2 _PLLPRE = 0;//N1=0+2 while (_COSC !=0b011);//dung bo PLL tao Fosc=80MHz,cho cho dao dong on dinh while (_LOCK !=1);//cho PLL bat dau khoa pha TRISB=0Xc002; LATB=0Xc002; Init_PWM(); //init ADC module AD1CON1 = 0x00E0;// SSRC bit = 111 implies internal // counter ends sampling and starts // converting AD1CHS0 = 0x0003; // Connect RB2/AN2 as CH0 input AD1CSSL = 0; AD1CON3 = 0x1f02; // Manual Sample, Tad = internal Tcy AD1CON2 = 0x2000;//chon che lay mau Vref+,VREF-=0 AD1CON1bits.ADON = 1; // turn ADC ON while(1) { //ADC convert AD1CON1bits.SAMP = 1; // start sampling while (!AD1CON1bits.DONE);// conversion done? ADCValue = ADC1BUF0; // yes then get ADC value //ADCValue= ADCValue*5/1024; //chuc=ADCValue/100; //ADCValue=ADCValue%100; ADCValue= ADCValue*6; u_f=ADCValue; dv=ADCValue/1000; ADCValue=ADCValue%1000; tp=ADCValue/100; ADCValue=ADCValue%100; tp1= ADCValue/10; } } void Init_PWM(void) { P1TCONbits.PTMOD = 0b00;//continuous up/down cout mode P1TCONbits.PTCKPS = 0b00;//prescale 1Tcy P1TCONbits.PTOPS = 0b00;//postscale 1:1 P1TPER = Ts;//Fpwn = 50kHz PWM1CON1bits.PMOD1=1;//complementary mode PWM1CON1bits.PMOD2=0; PWM1CON1bits.PEN2H=0; PWM1CON1bits.PEN2L=0; PWM1CON1bits.PEN1L=1; PWM1CON1bits.PEN1H=1; PWM1CON2bits.IUE=0; PWM2CON2bits.UDIS=0;//update from duty cycle and period buffer registers are enabled P1DTCON1bits.DTAPS=0b00;//Dead time prescale 1:1 P1DTCON1bits.DTA = 0;//deadtime = 1um P1DTCON2bits.DTS2A=0;//Unit A selected for PWM active transitions P1DTCON2bits.DTS1A=0; P1DTCON2bits.DTS1I=0;//Unit B selected for PWM inactive transitions P1DTCON2bits.DTS2I=0; P1OVDCONbits.POVD2H=0;//PWM I/O pin controlled by PWM generator P1OVDCONbits.POVD1H=1; P1OVDCONbits.POVD2L=0; P1OVDCONbits.POVD1L=1; P1DC1=0; P1DC2=0; _PWM1IF=0; _PWM1IE=1; P1TCONbits.PTEN=1; } void attribute ((interrupt,auto_psv)) _MPWM1Interrupt(void) { _PWM1IF=0; //P1DC1 =79; k++; if((u_f>2350) &&(u_f< 2540))//điện áp phản hồi 2,35V