Nghiên cứu giải pháp bù phân tán điều khiển tập trung nâng cao chất lượng điện áp trong nhà máy công nghiệp sử dụng nhiều động cơ không đồng bộ

Nghiên cứu giải pháp bù phân tán điều khiển tập trung nâng cao chất lượng điện áp trong nhà máy công nghiệp sử dụng nhiều động cơ không đồng bộ Nghiên cứu giải pháp bù phân tán điều khiển tập trung nâng cao chất lượng điện áp trong nhà máy công nghiệp sử dụng nhiều động cơ không đồng bộ

i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Trung Dũng, TS Đinh Ngọc Quang với tài liệu tham khảo trích dẫn Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận án Nguyễn Tiến Dũng ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành tới Ban Giám Đốc, Viện Tên lửa Kỹ thuật Điều khiển, Bộ môn Kỹ thuật Điện - Học viện Kỹ thuật Quân sự, với Ban Giám Hiệu, Khoa Điều Khiển Tự động hóa Trường Đại học Điện lực, tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Trung Dũng, người hướng dẫn khoa học thứ TS Đinh Ngọc Quang, người hướng dẫn thứ hai, tận tình bảo, đưa nội dung cần phải giải để tơi hồn thành luận án Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, nhóm nghiên cứu, bạn bè đồng nghiệp động viên, chia sẻ giúp đỡ suốt thời gian thực luận án Tác giả luận án Nguyễn Tiến Dũng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiv MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Tổng quan chất lượng điện 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Các tham số ảnh hưởng chất lượng điện áp Ảnh hưởng CLĐA đến hiệu suất làm việc động 12 1.2.1 Ảnh hưởng độ lệch điện áp 12 1.2.2 Ảnh hưởng điện áp bất đối xứng 14 1.2.3 Ảnh hưởng độ méo dạng sóng điện áp (sóng hài) đến hiệu sử dụng lượng động 15 Các giải pháp điều chỉnh điện áp 18 1.3.1 Nguyên lý chung 18 1.3.2 Điều chỉnh điện áp cách điều chỉnh dịng điện kích từ máy phát điện 19 1.3.3 Điều chỉnh điện áp cách đặt đầu phân áp cố định sử dụng điều áp tải máy biến áp 20 1.3.4 Điều chỉnh điện áp máy biến áp điều chỉnh biến áp bổ trợ sử dụng tụ có điều chỉnh 20 1.3.5 Sa thải phụ tải 21 1.3.6 Điều chỉnh điện áp cách thay đổi tiết diện đường dây 21 1.3.7 Lọc sóng hài 22 1.3.8 Điều chỉnh điện áp cách bù công suất phản kháng 24 iv Các phương pháp bù công suất phản kháng 25 1.4.1 Bù máy bù đồng 25 1.4.2 Bù tĩnh đóng cắt theo bậc 25 1.4.3 Sử dụng thiết bị bù công suất phản ứng nhanh 26 Các phương pháp bố trí thiết bị bù công suất phản kháng 30 1.5.1 Phương pháp bù tập trung 30 1.5.2 Phương pháp bù nhiều vị trí 31 Kết luận 34 Chương PHƯƠNG PHÁP BÙ PHÂN TÁN ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 36 Phương pháp tính tốn tối ưu hóa lượng bù CSPK cho tải có động khơng đồng 37 2.1.1 Tính tốn tổn thất cơng suất tác dụng lưới điện phân phối 37 2.1.2 Tối ưu hóa bù CSPK cho lưới điện phân phối 43 Phương pháp điều chỉnh điện áp sử dụng thiết bị bù phân tán điều khiển tập trung 48 2.2.1 Mô tả hệ thống phân phối phụ tải nhà máy 49 2.2.2 Sơ đồ thay mạng điện có thiết bị bù 53 Kết luận 60 Chương GIẢI PHÁP XÂY DỰNG CẤU HÌNH HỆ THỐNG BÙ PHÂN TÁN ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG 62 Cấu trúc hệ thống bù phân tán điều khiển tập trung 63 3.1.1 Sơ đồ hệ thống BPT-ĐKTT 63 3.1.2 Các thành phần hệ thống ĐCĐAPT-ĐKTT 65 3.1.3 Hoạt động hệ thống ĐCĐAPT-ĐKTT 65 Bộ điều khiển hệ thống 68 3.2.1 Khối đo lường tín hiệu đầu vào 70 3.2.2 Thiết bị bù trung tâm thiết bị phân tán hệ thống điều chỉnh điện áp kiểu phân tán, điều khiển tập trung 72 3.2.3 Khối điều khiển công suất phần tử hệ thống 79 Thuật toán điều khiển 82 v 3.3.1 Chương trình 82 3.3.2 Khối điều chỉnh độ không đối xứng điện áp (ĐC-KĐXDA) 83 3.3.3 Khối lọc sóng hài 85 3.3.4 Khối điều chỉnh bù CSPK- ĐCĐA 87 Kết luận 89 Chương MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG BÙ PHÂN TÁN ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG 91 Mô hệ thống bù phân tán điều khiển tập trung 91 4.1.1 Các tham số hệ thống 91 4.1.2 Xấp xỉ hóa đường cong NEMA 92 4.1.3 Các kịch mô 93 4.1.4 Kết mô 95 Chế tạo thực nghiệm hệ thống BPT-ĐKTT 99 4.2.1 Thiết kế hệ thống 99 4.2.2 Hệ thống bù phân tán điều khiển tập trung sau chế tạo 101 4.2.3 Lắp đặt thử nghiệm thiết bị 103 4.2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điện nhà máy thông tin M1 104 4.2.5 Kết thực nghiệm 104 Kết luận 112 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN 113 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 PHỤ LỤC 126 Sử dụng zero crossing để giúp giảm dao động điện áp đóng cắt nhánh hệ thống điều chỉnh điện áp phân tán 126 Thiết kế chế tạo hệ thống 128 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Đơn vị {Qtt -Qb} (%) Ý nghĩa Hiệu suất động giảm có thay đổi điện áp đặt động pbu (kW/kVAr) Tổn thất công suất tác dụng đơn vị thiết bị bù Pbu (kW) Tổn thất công suất tác dụng thiết bị bù PDC_KDB (kW) Tổn thất động điện khơng đồng có tính tới ảnh hưởng chất lượng điện áp tới hiệu suất Pdd (kW) Tổn thất đường dây PMBA (kW) Tổn thất máy biến áp PN (kW) Tổn hao công suất ngắn mạch máy biến áp P (kW) Tổng tổn thất công suất tác dụng l (km) Chiều dài cáp Ptt (kW) Cơng suất tác dụng tính tốn Qb (kVAr) Công suất thiết bị bù Qtt (kVAr) Công suất phản kháng tính tốn r0 (Ω/km) Điện trở cáp đơn vị dài Rht (Ω) Điện trở hệ thống điện RT1 (Ω) Điện trở MBA-T1 RT2 (Ω) Điện trở MBA-T2 Sdm1 (MVA) Công suất định mức MBA-T1 Sdm2 (MVA) Công suất định mức MBA-T2 U1 (kV) Điện áp định mức phía cao áp MBA-T1 U2 (kV) Điện áp định mức phía hạ áp MBA-T2 Udc (V) Điện áp đặt động Udm (V) Điện áp định mức động vii Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa Uht (kV) Điện áp hệ thống điện UN (%) Điện áp ngắn mạch MBA x0 (Ω/km) Điện kháng cáp đơn vị dài Xht (Ω) Điện kháng hệ thống điện XT1 (Ω) Điện kháng MBA-T1 XT2 (Ω) Điện kháng MBA-T2 INM(3) (kA) Dòng điện ngắn mạch pha DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt AC/DC Alternating Current Direct Current / SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu CPU Central Processing Unit Bộ điều khiển trung tâm DG Distributed Generation Nguồn phân tán FACTS Flexible Current System GTO Gate turn-off thyristor Thyristor khóa cực điều khiển HPF High pass filter Bộ lọc thông cao IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor có cực điều khiển Transistor cách ly IGCT Integrated Gate Cổng chuyển mạch tích hợp Commutated Thyristor thyristor Xoay chiều/ chiều Alternating Hệ thống truyền tải điện Transmission xoay chiều linh hoạt viii Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt MCU Microcontroller Unit Bộ vi điều khiển OLTC On-load tap changer Điều chỉnh áp tải PLL Phase-locked loop Vịng Khóa pha PWM Pulse Width Modulation Bộ điều chế độ rộng xung RTU Remote Terminal Unit Thiết bị đầu cuối STATCOM Static Synchronous Bộ bù đồng tĩnh Conpensator SVC Static Var Compensator TCR Thyristor Reactor Controlled Cuộn kháng điều khiển Thyristor THD Total Distortion Harmonic TSC Thyristor Capacitor Switched Tụ điện đóng mở trực tiếp Thyristor VSC Voltage Source Converter Bộ nghịch biến đổi nguồn áp VUF Voltage Factor Unbalance Thiết bị bù tĩnh Tổng biến dạng sóng hài Hệ số cân điện áp BI Biến dòng BPT-ĐKPT Bù phân tán điều khiển phân tán BPT-ĐKTT Bù phân tán điều khiển tập trung BU Biến áp CLĐA Chất lượng điện áp CLĐN Chất lượng điện CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng ĐC ĐAKĐX Điều chỉnh điện áp không ix Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt đối xứng ĐCĐA Điều chỉnh điện áp ĐCĐAPT-ĐKTT Điều chỉnh điện áp phân tán điều khiển tập trung ĐC-KĐB Động không đồng KDX Độ không đối xứng KT Kích từ PT Phân tán TĐK Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ THDI Tổng sóng hài dịng điện THDU Tổng sóng hài điện áp x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ảnh hưởng giá trị điện áp đến hiệu suất động ứng với mức độ tải khác 12 Hình 1.2 Sự phụ thuộc cơng suất đầu vào động theo điện áp 13 Hình 1.3 Tổn thất công suất sắt từ theo điện áp bất đối xứng 14 Hình 1.4 Hệ số giảm tải động cơng suất trung bình theo độ không đối xứng điện áp 14 Hình 1.5 Sự thay đổi điện trở, hệ số tự cảm điện kháng mạch rotor theo sóng hài 15 Hình 1.6 Sự thay đổi nhiệt độ phận động không đồng 4kW, cực đầy tải sóng hài điện áp 16 Hình 1.7 Sự thay đổi tổn thất cơng suất sóng hài điện áp bậc động không đồng cực công suất 4kW 55kW, chế độ tải khác 17 Hình 1.8 Sự thay đổi hiệu suất động sóng hài điện áp bậc 17 Hình 1.9 Sơ đồ thay đồ thị véctơ điện áp máy phát 19 Hình 1.10 Cấu trúc số loại lọc hài thụ động 22 Hình 1.11 Bộ lọc hài tích cực lai song song 23 Hình 1.12 Bộ lọc hài tích cực lai nối tiếp 23 Hình 1.13 Phương pháp bù tĩnh đóng cắt theo bậc 25 Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý thiết bị SVC 27 Hình 1.15 Sơ đồ khối phương pháp điều chỉnh theo điện áp SVC 27 Hình 1.16 Sơ đồ nguyên lý thiết bị bù lai 29 Hình 1.17 Sự thay đổi độ lệch điện áp theo tỷ lệ điểm nút đặt thiết bị bù công suất phản kháng 32 Hình 1.18 Độ thay đổi hệ số cơng suất theo tỷ lệ điểm nút đặt thiết bị bù công suất phản kháng 32 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý lưới điện phân phối 38 Hình 2.2 Sơ đồ thay lưới điện 39