Trang 11 10 MỞ ĐẦU Chất lượng điện năng là một trong mối quan tâm trong thời đại hiện nay, nó càng trở nên quan trọng hơn hết với sự phát triển của các thiết bị mà đặc tính vận hành của
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN VĂN VŨ TÍNH TỐN, THIẾT KẾ BỘ BÙ ÁP NHANH CHO MẠNG ĐIỆN TRUNG ÁP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN LIỄN Hà Nội - 2014 1706674947667ef3fce45-43ae-4ee5-bf5f-702372304545 1706674947666035c4ced-fc14-45e5-b78d-ac46db05cd19 170667494766616278124-e4b6-4da4-b20a-253af5de6762 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .8 MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG : CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 11 1.1 Các vấn đề liên quan đến chất lượng điện 11 1.1.1.Lõm điện áp 13 1.1.2 Mất điện tạm thời 14 1.1.3 Vấn đề sóng hài 14 1.2 Các định nghĩa tiêu chuẩn liên quan đến tượng lõm điện áp 15 1.3 Phân loại lõm điện áp 17 1.3.1 Lõm điện áp pha 17 1.3.2.Lõm điện áp pha với pha 17 1.3.3 Lõm điện áp ba pha .18 1.3 Nguyên nhân hậu tượng lõm điện áp gây 18 1.4 Xu hướng vấn đề chất lượng điện 19 1.5 Các giải pháp cho việc nâng cao chất lượng điện .20 1.5.1.Sử dụng cấp nguồn điện liên tục – UPS 22 1.5.2 Sử dụng bù áp nhanh – DVR .22 1.5.3 Sử dụng khóa chuyển đổi tĩnh -SSTS 23 1.6 Kết luận 26 CHƯƠNG : THIẾT KẾ CẤU TRÚC CỦA BỘ BÙ ÁP NHANH DVR .27 2.1 Cấu hình DVR 27 2.1.1 Khối lưu trữ điện 28 2.3.2 Nghịch lưu nguồn áp (VSI) 32 2.3.3 Bộ lọc sóng hài 35 2.3.4 Khóa chuyển mạch dẫn vịng 36 2.3.5.Máy biến áp bù .36 2.3.6 Hệ thống bảo vệ mạch nạp DC .40 2.3 Vị trí DVR hệ thống điện .40 2.3.1.Vị trí DVR mạng điện trung áp .41 2.3.2.Vị trí DVR mạng điện hạ áp 42 2.4 Cấu hình mạch lực DVR 43 2.5 Mạch tương đương bù áp nhanh DVR 44 2.6 Nguyên lý hoạt động DVR 45 2.6.1 Chế độ bù điện áp (VDVR>0) .45 2.6.2.Trong chế độ dự phòng (VDVR=0) 45 2.6.3.Chế độ bảo vệ có cố 45 2.7 Kết luận 46 CHƯƠNG : THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BÙ ÁP NHANH DVR 47 3.1 Các chiến thuật bù áp dụng cho bù áp DVR 47 3.1.1 Bù trước lõm 50 3.1.2 Bù đồng pha 52 3.1.3.Phương pháp tối ưu hóa lượng 53 3.1.4 Bù kết hợp 53 3.2 Các chiến lược điều khiển nghịch lưu Inverter 54 3.2.1 Điều khiển tuyến tính 55 3.2.2 Điều khiển phi tuyến 56 3.3 Các phương pháp phát lõm điện áp 57 3.3.1 Phương pháp giá trị đỉnh .57 3.3.2 Phương pháp giá trị hiệu dụng (rms) 58 3.3.3 Biến đổi Fourier (FT) 58 3.3.4 Phương pháp vecto không gian 58 3.4 Thiết kế mạch điều khiển cho DVR .60 3.4.1 Yêu cầu chức điều khiển 60 3.4.2 Thuật toán điều khiển 60 3.5 Tính tốn thiết lập giá trị DVR 63 3.5.1 Tính tốn giá trị bù áp nhanh DVR 63 3.5.2.Thiết lập mô hình mơ Matlab/Simulink 67 3.6 Mô phỏng, đánh giá thảo luận 69 3.6.1 Tiến hành mô Matlab/Simulink 69 3.6.2 Đánh giá thảo luận 76 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .78 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cao học: “Tính tốn, thiết kế bù áp nhanh cho mạng điện trung áp - DVR” tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Liễn Các số liệu kết thu hoàn toàn trung thực, phù hợp với thực nghiệm mà tơi tiến hành Để hồn thành luận văn sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 16 tháng 03 năm 2014 Tác giả Trần Văn Vũ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ANN Artificial neural network Điều khiển mạng Noron APF Active Power Filter Bộ lọc công suất tác dụng Batery Energy Storage Hệ thống lưu trữ điện cục System Acquy BESS D-STATCOM DVR Distribution Static Bộ bù đồng tĩnh Compensator Dynamic Voltage Restorer Computer and Business CBEMA Bộ bù áp nhanh Hiệp hội nhà sản xuất kinh Equipment Manufacture doanh máy tính Association Flexible AC Transmission Hệ thống truyền tải nguồn xoay System chiều linh hoạt FFT Fast Fourier Transform Phép biến đổi Furier nhanh GTO Gate Turn Off Thyristor Thyrixto cắt (chuyển từ đóng sang) PCC Point of Common Coupling Điểm nối chung PFC Power Factor Controller điều khiển hệ số công suất PQ Power Quality Chất lượng điện PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha PWM Pulse Width Modulation Phương pháp điều chế độ rộng xung VSI Voltage Source Inverter Bộ nghịch lưu nguồn áp THD Total Harmonic Distortion Độ méo sóng hài FACTS IGBT Integrated Gate Bipolar Tranzito lưỡng cực cổng tích hợp Transistor UPS Uninterruptible Power Supply Bộ cấp nguồn liên tục SMES Super conducting Manegtic Hệ thống lưu trữ lượng siêu từ Energy System SSTS IEEE IEC SVPWM tính Static Switch Transfer Bộ khóa chuyển đổi tĩnh System Institute Of Electrical and Electronics Engineers International Electrotechnical Commission Space Vector Pulse Width Modulation Viện kỹ sư điện điện tử Ủy ban quốc tế kỹ thuật điện Điều khiển vecto không gian PWM VL Voltage Load Điện áp tải Vs Voltage Supply Điện áp cung cấp PL Active Power Load Công suất tác dụng tải QL Reactive Load Công suất phản kháng tải PDVR Active Power of DVR Công suất tác dụng DVR QDVR Reactive DVR Công suất phản kháng DVR VDVR Voltage DVR Điện áp bù vào DVR Vsag Voltage Sag Điện áp trình lõm điện áp Vpre-sag Voltage Pre- sag Điện áp trước lõm DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các vấn đề chất lượng điện ảnh hưởng 13 Bảng 1.2 So sánh giải pháp bảo vệ tải nhạy cảm từ dao động điện áp 23 Bảng 2.1 Bảng so sánh thiết bị sử dụng khối lưu trữ điện 29 Bảng 3.1 Các thông số mô DVR 66 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống truyền tải, phân phối điện Hình 1.2.Tiêu chuẩn 1159-1995 IEEE giảm điện áp Hình 1.3 Đường cong CBEMA Hình 1.4 Đường cong ITIC Hình 1.5 Cấu trúc UPS với khối lưu trữ điện Hình 1.6 Cấu hình DVR với thiết bị lưu trữ lượng Hình 1.7 Bộ khóa chuyển mạch tĩnh (SSTS) nguồn cung cấp Hình 1.8 Sơ đồ khối bù áp nhanh DVR Hình 2.1 Các thành phần DVR Hình 2.2 Bộ DVR với lưu trữ lượng có điện áp DC số Hình 2.3 Bộ DVR với lưu trữ lượng có điện áp DC biến đổi Hình 2.4 Bộ DVR khơng có lưu trữ điện Shunt phía nguồn cung cấp Hình 2.5 Bộ DVR khơng có lưu trữ điện Shunt phía tải Hình 2.6 Cầu pha Graetz chuyển mạch Hình 2.7 Cấu hình nghịch lưu NPC chuyển mạch Hình 2.8 Cấu hình nghịch lưu chữ H chuyển mạch Hình 2.9 Vị trí lọc phía tải Hình 2.10 Vị trí lọc phía biến tần Hình 2.11 Cách đấu cuộn sơ cấp máy biến áp bù theo cấu hình tam giác Hình 2.12 Cách đấu cuộn sơ cấp máy biến áp bù theo cấu hình Hình 2.13 Vị trí DVR lưới trung áp Hình 2.14 Vị trí DVR lưới hạ áp Hình 2.15 Mạch tương đương DVR Hình 2.16 Bộ DVR chế độ bảo vệ Hình 3.1 Các phương pháp bù ứng dụng DVR Hình 3.2 Phương pháp điều khiển cho bù áp nhanh DVR Hình 3.3.Phương pháp bù trước lõm ( bù biên độ góc pha) Hình3.4 Phương pháp bù đồng pha (chỉ bù mặt biên độ) Hình 3.5 Phương pháp tối ưu hóa lượng bù Hình 3.6 Phương pháp kết hợp bù trước lõm bù đồng pha Hình 3.7 Các phương pháp điều khiển ứng dụng cho nghịch lưu Hình 3.8 Giản đồ pha SPLL Hình 3.9 Thuật tốn điều khiển cho DVR Hình 3.10 Thuật toán điều khiển cho DVR sử dụng điều khiển tiền định dựa biến đổi dq Hình 3.11 Sơ đồ thay bù áp nhanh Hình 3.12.Sơ đồ mơ phần mềm Matlab /Simulink Hình 3.13.Điện áp tải tham chiếu - điện áp chuẩn Hình 3.14 Điện áp nguồn bị lõm 15%, thời gian 0,2 (s) Hình 3.15 Điện áp nguồn bị lõm 15%, hệ tọa độ dq Hình 3.16 Điện áp bù áp nhanh DVR lõm 15% Hình 3.17 Điện áp tải sau bù DVR lõm 15% Hình 3.18 Điện áp nguồn bị lõm 40%, thời gian 0,2 (s) Hình 3.19 Điện áp nguồn bị lõm 40%, thời gian 0,2 (s) tọa độ dq Hình 3.20 Điện áp bù áp nhanh DVR mức lõm 40% Hình 3.21 Điện áp tải sau bù DVR mức lõm 40% Hình 3.22 Điện áp tải bị lõm 70% thời gian 0,2 (s) Hình 3.23 Điện áp tải bị lõm 70% thời gian 0,2 (s) hệ tọa độ dq Hình 3.24 Điện áp DVR 70% thời gian 0,2 (s) Hình 3.25 Điện áp tải sau bù mức lõm 70% thời gian 0,2 (s)