luận văn thạc sĩ cải thiện chất lượng nguồn điện áp cung cấp cho một số khu công nghiệp tại thái nguyên bằng bộ lọc tích cực

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN VĂN TUẤN CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG NGUỒN ĐIỆN ÁP CUNG CẤP CHO MỘT SỐ KHU CÔNG NGHIỆP TẠI THÁI NGUYÊN BẰNG BỘ LỌC TÍCH CỰC Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN XUÂN MINH THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN c http://www.lrc.tnu.edu.vn i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN VĂN TUẤN CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG NGUỒN ĐIỆN ÁP CUNG CẤP CHO MỘT SỐ KHU CÔNG NGHIỆP TẠI THÁI NGUYÊN BẰNG BỘ LỌC TÍCH CỰC Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA TS ĐỖ TRUNG HẢI PGS.TS TRẦN XUÂN MINH PHÕNG ĐÀO TẠO TS ĐẶNG DANH HOẰNG THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN c http://www.lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Trần Văn Tuấn Sinh ngày: 29 tháng năm 1978 Học viên lớp cao học khoá 16 - Kỹ thuật điện - Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Công ty điện lực Thái Ngun Tơi cam đoan tồn nội dung luận văn làm theo định hƣớng giáo viên hƣớng dẫn, không chép ngƣời khác Các phần trích lục tài liệu tham khảo đƣợc luận văn Nếu có sai tơi hồn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, tháng 01 năm 2016 Tác giả luận văn Trần Văn Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN c http://www.lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Lời tác giả xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp thầy giáo, cô giáo, anh chị Trung tâm thí nghiệm giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả hồn thành luận văn Trong q trình thực đề tài tơi nhận đƣợc giúp đỡ nhiệt tình thầy, cô giáo khoa Điện trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH Thái Nguyên bạn đồng nghiệp Đặc biệt dƣới hƣớng dẫn góp ý thầy PGS.TS Trần Xuân Minh giúp cho đề tài hồn thành mang tính khoa học cao Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu thầy, cô Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm tài liệu tham khảo hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp để tiếp tục nghiên cứu, hồn thiện q trình công tác sau Thái Nguyên, tháng 01 năm 2016 Tác giả luận văn Trần Văn Tuấn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN c http://www.lrc.tnu.edu.vn iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung luận văn Chƣơng 1: TỔNG QUAN LƢỚI ĐIỆN TỈNH THÁI NGUN NĨI CHUNG VÀ THÀNH PHỐ SƠNG CƠNG NÓI RIÊNG 1.1 Hiện trạng nguồn lƣới điện tỉnh Thái Nguyên 1.1.1 Nguồn điện 1.1.2 Lƣới điện 1.2 Hiện trạng nguồn lƣới điện thành phố Sông Công 1.2.1 Lƣới điện trung 1.2.2 Tổn thất điện khu vực thành phố Sông Công vài năm gần 14 1.2.3 Đánh giá trạng theo kết tính tốn 15 Chƣơng 2: SÓNG ĐIỀU HÕA BẬC CAO VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 18 2.1 Đặt vấn đề 18 2.2 Tổng quan sóng điều hịa bậc cao 18 2.2.1 Ảnh hƣởng sóng điều hịa bậc cao quy định giới hạn thành phần sóng điều hòa bậc cao lƣới điện 23 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN c http://www.lrc.tnu.edu.vn luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc v 2.2.2 Một số nguồn tạo sóng điều hịa bậc cao cơng nghiệp 25 2.4 Kết luận chƣơng 32 Chƣơng 3: THUẬT TỐN LỌC SĨNG HÀI BẬC CAO 33 3.1 Bộ lọc sóng điều hịa bậc cao 33 3.1.1 Bộ lọc thụ động 33 3.1.2 Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực) 34 3.2 Phân loại nguyên lý làm việc lọc tích cực 36 3.2.1 Phân loại theo sơ đồ 36 3.2.2 Phân loại theo nguồn cấp 39 3.2.3 Phân loại theo biến đổi công suất 41 3.3 Bộ lọc hỗn hợp 41 3.4 Nguyên lý làm việc thiết bị bù tích cực 43 3.5 Lý thuyết phƣơng pháp lọc tích cực 45 3.5.1 Các phƣơng pháp lọc tích cực dựa miền tần số 46 3.5.2 Các phƣơng pháp lọc tích cực dựa miền thời gian 48 3.6 Cấu trúc điều khiển 54 3.7 Kết luận chƣơng 56 Chƣơng 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 57 4.1 Xây dựng mơ hình lọc phần mềm Matlab/Simulink 57 4.1.1 Nguồn xoay chiều pha 57 4.1.2 Bộ lọc tích cực 57 4.1.3 Khâu tính tốn độ méo dạng (THD) 64 4.1.4 Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dịng điện điện áp ba pha 64 4.1.5 Khâu đo dòng điện, điện áp 65 4.2 Sơ đồ mô 65 4.3 Kết mô 67 4.3.1 Kết mô trƣờng hợp chƣa có lọc tích cực 67 4.3.2 Kết mơ trƣờng hợp có lọc tích cực 68 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc c luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc vi 4.4 Kết luận chƣơng 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 Kết luận 74 Kiến nghị 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc c luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Ký hiệu f f(t) U1 Un I1 In PF p q P Q R L C iS iL iF Us Uh UF u0, u, u ua, ub, uc ia, ib, ic i0, i, i ud, uq id, iq  Udc S , 31 32 T Diễn giải nội dung đầy đủ Tần số lƣới điện Hàm chu kỳ không sin Biên độ thành phần điện áp điều hoà Biên độ thành phần điện áp điều hoà bậc n Biên độ thành phần dịng điện điều hồ Biên độ thành phần dịng điện điều hồ bậc n Hệ số cơng suất Công suất tác dụng tức thời Công suất phản kháng tức thời Công suất tác dụng Công suất phản kháng Điện trở lọc Điện cảm lọc Điện dung lọc Dòng điện nguồn Dịng điện lƣới phía tải (dịng tải) Dịng điện chạy qua lọc Điện áp nguồn Điện áp thành phần điều hoà bậc cao Điện áp thành phần Điện áp biểu diễn hệ trục  Điện áp biểu diễn hệ trục abc Dòng điện biểu diễn hệ trục abc Dòng điện biểu diễn hệ trục  Điện áp biểu diễn hệ trục dq Dòng điện biểu diễn hệ trục dq Tần số góc nguồn điện Điện áp chiều Cơng suất biểu kiến Công suất tác dụng, phản kháng tƣơng ứng với thành phần dịng chiều Cơng suất tác dụng, phản kháng tƣơng ứng với thành phần dòng xoay chiều Chu kỳ dịng điện Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc c luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc viii Các chữ viết tắt STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 33 CSPK Công suất phản kháng 34 CSTD Công suất tác dụng 35 THD Hệ số méo dạng 36 SVC Đóng ngắt Thyristor 37 DC Một chiều 38 AC Xoay chiều 39 AFn Bộ lọc tích cực song song 40 AFS Bộ lọc tích cực nối tiếp 41 FACTS Hệ thống truyền tải điện linh hoạt - Flexible AC Transmission 42 SSSC Static Synchronous Series Controllers 43 TCSC Thyristor Controlled Series Compensation 44 TSC Thyristor Switched Capacitor): 45 TSR Thyristor Switched Reactor 46 TCR Thyristor controller Reactor 47 DFT Discrete Fourier Transform 48 FFT Fast Fourier Transform 49 PLL Phase locked loop 50 SVM Space vector modulation method 51 ĐCVTKG Điều chế véc tơ không gian Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc c luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Mang tải đƣờng dây trung sau trạm 110kV Gò Đầm 10 Bảng 2.2 Tổn thất điện qua năm thành phố Sông Công 15 Bảng 2.3 Kết công suất lộ trung 16 Bảng 2.4 Tổn thất điện kỹ thuật qua năm TP Sông Công 16 Bảng 2.1: Tiêu chuẩn IEEE std 519 giới hạn nhiễu điện áp 24 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn IEEE std 519 giới hạn nhiễu dòng điện 25 Bảng 2.3: IEC 1000-3-4 25 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn luan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cucluan.van.thac.si.cai.thien.chat.luong.nguon.dien.ap.cung.cap.cho.mot.so.khu.cong.nghiep.tai.thai.nguyen.bang.bo.loc.tich.cuc c