Ứng dụng bộ lọ sóng hài kiểu lai ghép để bù công suất phản kháng và lọc sóng hài

Khi biên độ điện áp và từ thông đủ lớn để rơi vào vùng không tuyến tính trong đường cong B H sẽ dẫn đến dòng điện từ - hóa bị méo và có chứa các sóng hài bậc cao.. 1.2.2 Động cơCác sóng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - CÙ ĐỨC KHANG ỨNG DỤNG BỘ LỌC SĨNG HÀI KIỂU LAI GHÉP ĐỂ BÙ CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ LỌC SÓNG HÀI Chuyên ngành: Kỹ thuật điện – Hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN XUÂN TÙNG HÀ NỘI – 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204815721000000 L Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hc viên c Khang i  Trước hết, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS.Nguyễn Xuân Tùng, người ln động viên, khích lệ tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn ban Giám hiệu, Viện đào tạo Sau đại học quý thầy, cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ trang bị cho kiến thức quý báu để giúp tơi nghiên cứu hồn thành cơng trình Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên chia sẻ, giúp đỡ nhiệt tình đóng góp nhiều ý kiến q báu để tơi hoàn thành luận văn Các nội dung đề cập đến luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận lời đóng góp từ q thầy, bạn bè đồng nghiệp c Khang ii  L i  ii  iii  v  vi DANH MC CÁC HÌNH V TH vii  1 Lý chọn đề tài Mục đích nhiệm vụ đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn  1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các nguồn phát sinh sóng hài lưới điện 1.2.1 Máy biến áp 1.2.2 Động 1.2.3 Thiết bị điện tử công suất 1.2.4 Các đèn huỳnh quang: 12 1.2.5 Các thiết bị hồ quang: 12 1.3 Ảnh hưởng sóng hài bậc cao 12  15 2.1 Giới thiệu tổng quát lọc sóng hài 15 2.1.1 Khái niệm lọc sóng hài 15 2.1.2 Các lọc sóng hài 15 2.2 Bộ lọc thụ động 15 2.2.1 Giới thiệu chung 15 2.2.2 Các loại lọc thụ động phổ biến 17 2.2.3 Thiết kế lọc sóng hài thụ động 21 2.2.3 Hướng lựa chọn loại lọc thụ động luận văn 30 iii 2.3 Bộ lọc chủ động 30 2.3.1 Giới thiệu chung 30 2.3.2 AF song song 31 2.3.3 AF nối tiếp (AFs) 32 2.3.4 Thiết kế lọc sóng hài kiểu tích cực 33 2.4 Bộ lọc kiểu lai (Hybrid Filter) 47   48 3.1 Mơ hình hệ thống tải phi tuyến 48 3.2 Mơ hình tải lị cảm ứng trung tần 48 3.2.1 Giới thiệu lò cảm ứng trung tần 48 3.2.2 Nguyên lý hoạt động lò cảm ứng trung tần 49 3.2.3 Các phận lị cảm ứng trung tần 50 3.3 Thiết kế, tính tốn thơng số mơ hình lị nấu thép cảm ứng trung tần 53 3.3.1 Mơ hình lò nấu thép cảm ứng trung tần 53 3.3.2 Tính tốn thơng số lị 58 3.4 Kết mô 60   62 4.1 Mơ hình hệ thống lọc lai ghép 62 4.1.1 Tổng quan 62 4.1.2 Bộ lọc thụ động 62 4.1.3 Bộ lọc tích cực 63 4.2 Thiết lập thông số lọc 66 4.2.1 Bộ lọc thụ động 66 4.2.2 Tính tốn thơng số lọc 68 4.3 Các kết mô 70 4.3.1 Khi lắp lọc thụ động lọc sóng hài bậc 70 4.3.2 Khi lắp lọc tích cực 71 4.3.3 Khi lắp lọc lai ghép 72 4.4 Phân tích, đánh giá kết mơ 79 KT LUN 81  82 iv  APF Active Power Filter CSI Current Source Inverter PCC Point of Common Couping PI Proportional Integral PID Proportional Integral Derivative SVC Static Var Compensator TCSC Thyristor Controlled Series Capacitor THD Total Harmonic Distortion UPQC Unified Power Quality Controller VSC Voltage Sourced Converter VSI Voltage Source Inverter PWM Pulse Width Modulation FET Field-Effect Transistor MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor GTO Gate turn-off thyristor CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng HTĐ Hệ thống điện MBA Máy biến áp CL Chỉnh lưu NLCH Nghịch lưu cộng hưởng v  Bảng 1.1 Giới hạn méo điện áp 13 Bảng 1.2 Giới hạn méo dòng điện (120V tới 69kV) 14 Bảng 1.3 Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4 14 Bảng 3.1 Tỷ lệ thành phần dòng hài dòng điện nguồn trước lọc .61 Bảng 4.1 Tỷ lệ thành phần dòng hài dòng điện nguồn trước sau lọc 74 vi DANH MC CÁC HÌNH V TH Hình 1.1 Dạng sóng sin chuẩn sin bị méo dạng Hình 1.2 Sóng sóng hài bậc 1, 2, .3 Hình 1.3 Các sóng hài bậc 1, 7, 10 Hình 1.4 Các sóng hài bậc 2, 8, 11 Hình 1.5 Các sóng hài bậc 3, 12 Hình 1.6 Phân tích phổ sóng hài dòng điện sau chỉnh lưu cầu pha Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu pha Hình 1.8 Dịng điện lưới gây chỉnh lưu cầu pha khơng điều khiển Hình 1.9 Phổ dòng điện chỉnh lưu cầu pha Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển Hình 1.11 Dịng điện lưới gây chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển Hình 1.12 Phổ dịng điện chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển Hình 1.14 Dịng điện phía lưới phân tích phổ α=30 10 Hình 1.15 Dịng điện phía lưới phân tích phổ α = 50 10 Hình 1.16 Dịng điện phía lưới phân tích phổ α= 700 11 Hình 1.17 Dịng điện phía lưới phân tích phổ α= 900 11 Hình 2.1: Bộ lọc thụ động nối tiếp 16 Hình 2.2: Bộ lọc thụ động song song 16 Hình 2.3: Cấu hình loại lọc thụ động phổ biến 17 Hình 2.4: Đặc tính tổng trở theo tần số lọc cộng hưởng đơn 18 Hình 2.4: Đặc tính tổng trở loại lọc thụ động phổ biến 21 Hình 2.5: Cấu hình hệ thống có thiết bị lọc sóng hài thụ động 22 Hình 2.6: Lược đồ thiết kế lọc sóng hài thụ động 23 Hình 2.7: Bộ lọc cộng hưởng đơn đặc tính tổng trở theo tần số 24 Hình 2.8: Sơ đồ nối lọc hệ thống điện có tải phi tuyến 25 Hình 2.9: Các tần số cộng hưởng xuất có lọc hệ thống .26 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý AF kiểu kết nối song song 31 vii Hình 2.11 Mô tả nguyên lý hoạt động AF song song 31 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý AFs kết nối lưới kiểu nối tiếp .32 Hình 2.13 Nguyên lý hoạt động AFs 33 Hình 2.14 Cấu trúc khối lọc tích cực 33 Hình 2.15 Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu PWM .34 Hình 2.16 Sơ đồ thay pha chỉnh lưu PWM 34 Hình 2.17 Giản đồ vectơ chỉnh lưu PWM .35 Hình 2.18 Giản đồ vectơ chỉnh lưu PWM 35 Hình 2.19 Cấu trúc điều khiển vòng hở chỉnh lưu PWM với chức mạch lọc tích cực 36 Hình 2.20 Cấu trúc điều khiển vịng kín chỉnh lưu PWM với chức mạch lọc tích cực 37 Hình 2.21 Phương pháp FFT 38 Hình 2.22 Thuật toán điều khiển dựa thuyết p-q tức thời 42 Hình 2.23 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM làm lọc tích cực .43 Hình 2.24 Sơ đồ mơ tả phương pháp điều khiển kiểu bang-bang 44 Hình 2.25 Điều khiển phát xung cho pha A lọc tích cực 45 Hình 2.26 Sơ đồ mơ tả điều khiển dịng điện pha A 46 Hình 2.27 Bộ lọc kiểu lai 47 Hình 3.1 Sơ đồ thay mạng điện xí nghiệp có tải phi tuyến 48 Hình 3.2 Sơ đồ ngun lý lị nấu thép cảm ứng trung tần .49 Hình 3.3 Máy cắt 50 Hình 3.4 Cuộn kháng xoay chiều .50 Hình 3.5 Thyristor chỉnh lưu 51 Hình 3.6 Cuộn kháng lọc chiều LD 51 Hình 3.7 Thyristor nghịch lưu 52 Hình 3.8 Vịng cảm ứng lị trung tần 52 Hình 3.9 Tụ điện 53 Hình 3.10 Mơ hình hệ thống cấp điện cho phụ tải nhà máy luyện thép 53 viii Hình 3.11 Khối nguồn xoay chiều ba pha 54 Hình 3.12 Khối máy cắt trở kháng đường dây 54 Hình 3.13 Khối đo lường dịng áp .54 Hình 3.14 Mơ hình khối hiển thị kết đo lường 55 Hình 3.15 Mơ hình lò nấu thép cảm ứng trung tần 55 Hình 3.16 Cuộn kháng xoay chiều lõi khơng khí 56 Hình 3.17 Cuộn kháng lọc chiều 56 Hình 3.18 Cầu chỉnh lưu ba pha điều khiển toàn phần 56 Hình 3.19 Cầu nghịch lưu cộng hưởng nguồn dịng song song pha 57 Hình 3.20 Mạch điều khiển cầu NLCH nguồn dòng mạch khởi động lị 57 Hình 3.21 Tải lị nấu thép cảm ứng trung tần 58 Hình 3.22 Dạng sóng dịng điện pha A nguồn (mơ hình) 60 Hình 3.23 Phổ dịng điện pha A nguồn (mơ hình) 60 Hình 4.1 Mơ hình hệ thống lọc lai ghép 62 Hình 4.2 Sơ đồ lọc thụ động .63 Hình 4.3 Mơ hình khối tính tốn dòng bù chuẩn .63 Hình 4.4 Khối chuyển điện áp hệ abc   64 Hình 4.5 Khối chuyển dòng hệ abc   64 Hình 4.6 Khối tính tốn công suất ổn định điện áp tụ 64 Hình 4.7 Khối tính tốn cơng suất bù cung cáp mạch lọc 65 Hình 4.8 Khối tính tốn dịng bù hệ αβ 65 Hình 4.9 Khối tính tốn dịng bù hệ abc 65 Hình 4.10 Khối phát xung cho nghịch lưu 66 Hình 4.11 Mơ hình hệ thống lò nấu thép cảm ứng lắp thêm lọc thụ động 70 Hình 4.12 Kết sóng hài sau lọc thụ động .70 Hình 4.13 Mơ hình hệ thống lị nấu thép cảm ứng lắp thêm lọc tích cực .71 Hình 4.14 Kết sóng hài sau lọc tích cực .71 Hình 4.15 Mơ hình hệ thống lị nấu thép cảm ứng lắp thêm lọc lai ghép .72 Hình 4.16 Dạng sóng dịng điện phổ dịng điện pha A nguồn sau lọc 73 ix