Tuy nhiên chúng có giá thành cao.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-
-NGUYỄ N TRỌNG MINH
THIẾT KẾ THÔNG SỐ BỘ LỌC CHO THIẾT BỊ KHÔI PHỤC
ĐIỆN ÁP
Chuyên ngành: K thuỹ ậ t đ ệi n
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH K Ỹ THUẬT Đ Ệ I N
Trang 21
LỜI CAM ĐOAN
lu u c a riêng tôi Các s u, kli t qu trong luc ai công b
N u sai v i li cam u trách nhim
Tác gi ả luận văn
NGUYỄN TR NG MINH Ọ
Trang 32
LỜI CẢM ƠN
Sau mt thi gian nghiên c u v i s n l c c a b c s
t n tình c a các th y cô giáo trong b môn H th n i h c Bách khoa Hà N i c bi t là s ng d n t n tình c a th y giáo TS Ngc Minh, tác gi lu Thiế ế t k thông s b l c cho ố ộ ọ
thi t bế ị khôi phục điện áp
Tác gi xin bày t lòng bi c c i v i s t n tình
c a th y giáo TS. TrNgc Minh, xin chân thành cm n các th y cô giáo trong
b môn H thn - i h c Bách khoa Hà N i và Vin o t o sau i
hc Tr- ng i h c Bách khoa Hà N i t o mi i u ki n thu n l i cho tác gi trong thi gian th c hi n tài
Do ki n th c còn h n ch nên lu không tránh kh i nh ng thi u sót, t ác
gi r t mong nh c nh ng ch d n, góp ý c a các th y giáo, cô giáo lu
c hoàn thi
Tác gi xin bày t lòng biả ỏ ết ơn và chân thành cảm ơn!
Trang 43
MỤC LỤC
L 1
LI C 2
MC LC 3
M U 10
NG QUAN V HI NG S T GI N ÁP NG N H N 13
1.1 Ch 13
tin c y cung c n 13
1.1.2 Chng t n s 13
1.1.3 Chn áp 14
1.2 Hing s t gi n áp 15
1.3 Nguyên nhân gây ra st áp ngn h n 15
1.4 Các ng c a s c s t áp ng n h n 15
m c a hi ng s t gi n áp ng n h n 16
1.6 Các bi n pháp h n ch s t gin áp 16
1.7 Kt lun 17
U TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HO NG C A DVR 18
2.1 C u t o thi t b DVR 18
2.1.1 B ph n c ng 18
2.1.2 B bii 21
2.1.3 B l c t n s chuyn mch 28
2.1.4 Máy bi n áp ghép n i tip 28
2.1.5 La ch c u trúc cho DVR 28
nh giá tr n áp bù c a DVR 29
u khi n t n áp 30
u khi n t n áp 30
u khi n t ng 30
31
Trang 54
2.4 Khóa pha PLL 34
2.5 Kt lun 37
L, C C A B L C 38
3.1 Chm v c a b c t l n s chuy n m ch 38
3.2 La chn b l c dùng cho b DVR 40
ng s b l c 41
3.3.1 C b l c 41
3.3.2 Phân tích tín hiu ra ca b l c LC 42
3.3.3 Tính toán thông s L,C 43
xu c tính thông s b l c 44
T QU MÔ PH NG HO NG C A DVR 45
mô ph ng 45
4.2 Thit b DVR 46
4.2.1 B ph ng 47
4.2.2 M ch ngh 47
4.2.3 M ch l c 48
4.2.5 B u khin áp 49
4.3 Kt qu mô php b DVR 51
4.4 Kt qu mô ph ng khi có l p b DVR trong h thng 53
4.4.1 Ng n m ch ba pha ch n áp ba pha s t gi n 45% giá tr nh 53
4.4.2 Ng n m ch hai pha A,B ch t gây s t gi n áp danh nh 54
4.4.3 Ng n m ch hai pha A v i B gây ra s t gi nh 55
4.4.4 Ng n m ch ch t pha A gây ra s t gi nh 57
n áp ngui 58
ng c a b l c LC t i hi u qu làm vi c c a DVR 60
Trang 65
4.6 Kt lun 63
KT LUN CHUNG 64TÀI LIU THAM KH O 65
Trang 76
DANH M C Ụ HÌNHẢNH
Hình 1.1 St áp m t pha và s t áp ba pha 15
Hình 1.2 C n c a DVR 17
Hình 2.1 DVR vi ngun b n áp mt chii 18
Hình 2.2 DVR vi ngun b n áp mt chii 19
Hình 2.3 DVR không s d ng ngu n c p b sung v i ch i phía ngu n 19
Hình 2.4 DVR không s d ng ngu n c p b sung v i ch i phía t i 20
Hình 2.5 Cu trúc b bi i na cu kt ni MBA ki u sao/sao h 23
Hình 2.6 Cu trúc b bi i cu ba pha kt ni MBA ki u tam giác/sao h 23
Hình 2.7 Các cu trúc b bi i k t n i tr c ti p m t pha 24
Hình 2.8 Cu trúc b bi i k t n i tr c tip h ng ba pha 24th Hình 2.9 Mch nghu 3 pha 26
Hình 2.10 Tín hiu khin áp các pha 26
n áp pha 27
Hình 2.12 Nguyên tc to xung c a thu u ch SPWM 27
c u trúc c a DVR k t n i phân ph i 29
n áp bù DVR 29
Hình 2.15 Phép bii Clark 31
Hình 2.16 Phép bii Park 32
n áp trên h t ba pha ABC (Hình a) và h t dq (Hình b) khi s c ba pha 33
n áp trên h t ba pha ABC (Hình a) và h t dq (Hình b) khi s c pha A 34
Hình 2.19 Mô hình vòng khóa pha PLL 35
Hình 2.20 Cu trúc vòng khóa pha th c hi n trên h t dq 35
Hình 2.21 Gi n áp trong t 36
Hình 3.1 T n k t n i phía ngu n 38
Hình 3.2 T n k t n i phía ngu n và t i 39
Hình 3.3 Cu trúc b l c có t n k t n i song song vi b bi i 39
Trang 87
Hình 3.4 Cu trúc b l c LC phía b bi i 40
Hình 3.5 Cu trúc b l c RC phía ngu n 40
Hình 3.6 Mn m a h th ng 40
Hình 3.7 Mn m i 42
Hình 3.8 Mn m i 43
Hình 4.1 mô ph ng 45
mô ph ng thi t b DVR 46
Hình 4.3 Thông s b ng 47
Hình 4.4 Mch nghu ba pha 47
và thông s m u ch xung SPWM 48
Hình 4.6 Thông s m ch l c thông s th p LC 49
Hình 4.7 Thông s c a máy bi n áp ghép 49
Hình 4.8 Khi bin áp t h t abc sang dq0 50
Hình 4.9 Khi bin áp t h h t dq0 sang abc 50
Hình 4.10 Mô hình khi PLL 51
Hình 4.11 B u khi n PI c a DVR 51
n áp ba pha c a ngu n 51
n áp ba pha trên t i 52
Hình 4.14 H s méo ng THD (%) 52t n áp ba pha c a ngu n 53
n áp ba pha c a t i 53
i c a DVR 53
Hình 4.18 H s méo t ng THD (1,02%) 54
n áp ba pha c a ngu n 54
n áp ba pha c a t i 54
n c a DVR 55
Hình 4.22 H s méo t ng THD (1,04%) 55
Hình n áp ba pha ca ngun 55
n áp ba pha c a t i 56
Trang 98
n c a DVR 56
Hình 4.26 H s méo t ng THD (%) 56
n áp ba pha trên ngu n 57
n áp ba pha c a t i 57
n c a DVR 57
Hình 4.30 H s méo t ng THD (%) 58
n áp ba pha c a ngu n 58
Hình n áp ba pha c a ti 59
n c a DVR 59
Hình 4.34 H s méo t ng THD (%) 59
Hình 4.35 Thông s c a b l c LC 60
n áp ba pha c a t i 60
n c a DVR 61
Hình 3.38 H s méo t ng THD (%) 61
Hình 4.39 Thông s c a b l c LC 62
n áp ba pha c a t i 62
Hình 4.41 H s méo tng THD (%) 62
Trang 109
DANH MỤ C CÁC KÍ HI U CÁC CH ẾT TẮT Ệ ỮVI
Chữ ế vi t tắt Viết tắt cho Nghĩa tiếng Vi t ệ
DVR Dynamic Voltage Restorer Thit b khôi ph c ng VSC Voltage Source Converter B ngh n áp
THD Total Harmonic Distortion H s méo t ng
PWM Pulse Width Modullation i u ch r ng xung
Ký hiệu Ý nghĩa
Upre-dip Giá tr n áp nguc khi xy ra st áp
Udip Giá tr n áp ngu n trong khi x y ra s t áp
Trang 1110
MỞ ĐẦU
1 Tính c p thi t cấ ế ủa đề tài
t y u t quan tr m b an ninh và phát tri n kinh t
ca b t kì qu c gia nào Ngày nay,do m ph c t p v c u trúc, ngu n và
ph t i c a các h th n l n, các v v chngày càng
c s quan tâm r ng rãi b i:
Nhiu ph t i s d ng các thi t b n t công su t, các b u khi n vi
x lý, máy tính u là các thi t b này r t nh y c m v i các nhi u lo n
c s d ng Hi u qu làm vi c c a thi t b này ph thu c vào
n s t áp ng n h n, b u khi n và b l c lo i b các thành ph n hài không mong mu n
Nhm nâng cao hi u qu c a thi t b DVR trong vi a s c s t
gin áp ng n h n, tác gi thc hi n nghiên c u, phân tích, l a ch nc u hình cho m t thi t b xu t m toán thông s L,C c a b
l c trong lu
Trang 1211
2 Mục đích nghiên cứu
Ma lunghiên c u quy trình tính toán, ch n l a các thông s
c a b l c trong thi t b n áp i c a thi t b chính xác cao so vi yêu cn áp c n bù và có THD nh n
ca IEEE
3 Đố i tư ợng nghiên c u và ph m vi nghiên c u ứ ạ ứ
* Đối tượng nghiên c u : Hiứ u qu c a thi t b DVR trong vi n s t
4 Các luậ n đi ểm cơ bả n của luận văn.
Lu c u trúc nguyên lý hong c a thi t b DVR, nghiên cu tính toán thông s b l c c a thi t b DVR m b u ra c a thi t b DVR phù hp v n áp c a ti
N i dung chính c a luộ ủ ậ n văn đư ợ c bố ụ c c thành bốn chương như sau :
: t ng quan v hi ng s t gi i n áp ng n h n.Tác gi trình bày t ng quan v các ch tiêu v chng s t gi m
n áp ng n h n, nguyên nhân và ng c a nó t i các thi t b trong h
thn.Các bi n pháp h n ch s t gin áp
c: u trúc và nguyên lý ho ng c a DVR.Tác gi nghiên c u v chm v và nguyên lý ho ng c a các thành ph n trong thi t
b n hình
C 3: thông s L, C c a b l c Tác gi
xu t quy trình tính toán thông s L,C c a b l n áp trên tn
u ra c a DVR chính xác v i luôn là d ng hình sin, v i tr s THD nh
Trang 13Lu d ng ph n m m Matlab/Simulinkph c v mô ph ng hong
ca thit b n 0,4kV v i ngu n c p là vô cùng l n
Trang 141.1.1 Độ tin c y cung cậ ấp điện
Các ch tin cy cung cn ca h thng bao gm:
Xác sut công su t ph t i lt ngun
Xác sut thin trong th i gian ph t i c i
cung c p thi t) cho ph t i do có s c trong hthng trong m
S l n m n thoáng qua trung bình ca n phân ph MAIFI ( i
Momentary Average Interruption Frequency Index )
Thi gian mn trung bình n phân ph i SAIDI ( System Average
Interruption Duration Index )
f f f
f
(1.1)
l ch t n s ph i n m trong gi i h n cho phép:
Trang 1514
(1.2) Hay t n s luôn phi nm trong gii hn cho phép:
T bi n thiên t U min n U maxc nh n
áp gây ra chp ch n ánh sáng và gây nhi u các thi t b n t
Trang 16Mt s hình nh mô t s c th hi n hình 1.1
Hình 1.1 S t áp m t pha và s t áp ba pha ụ ộ ụ [2]
1.3 Nguyên nhân gây ra s t áp ng n h n ụ ắ ạ
Trong h th n s t áp ngn hc hình thành do các nguyên nhân sau:
i v i các thi t b n t ng s d ng trong sinh ho t, có th gây
ng l i thi t b và n u t n su t x y ra nhi u có th gây ra
gi m tu i th cho thi t b
i v i các thi t b n t trong công nghi p, có th gây ra l i s n ph m trong dây chuy n s n xu ng ho c làm gi m tu i th thi t bNghiêm tr gây ra vi c t m ng ng dây chuy n s n xu t d n thi t h i n ng n
Trang 17 Giảm th i gian lo i tr s c :gi m th i gian lo i tr s c s gi m mờ ạ ừ ự ố nghiêm tr ng c a s c
Thay đổ ế ấu lưới k t c i : b i k t c i, m nghiêm tr ng
c a s c c gi m b u này dn m s t gi
gim cc hi n r t t n kém
C i ả thiệ n kh ả năng chịu đựng s t áp c a các thi t b :ụ ủ ế ị C i thi n kh chng s t áp c a thi t b u qu nh t ch ng l i hi n
ng s t gi n áp Ngoài ra, c n xem xét k v kh ng
n áp s t v i toàn b c m bi n,
Giảm thi u s t giể ụ ảm điện áp b ng thi t b khôi ph c điằ ế ị ụ ện áp động (DVR)
DVR là thi t b n t công su t m c n i ti p v i h thng bao g m b n b
ph n chính, tài li u [7]:
-B ph n c ng: Có kh ng và k t n i v i VSC
có th t n áp xoay chi u c n thi t bù cho m t s c s t gi n
áp
- B bi i: Ph bi n hi n nay là b ngh ngu n áp ba pha (VSC) xây
d ng d a trên các van bán d n u khi n b ng áp d u ch PWM
- B l c t n s chuy n m ch: Làm gi m các hài chuy n m ch phát ra b i PWM
c a VSC, c i thin da DVR
- Máy bi n áp ghép: Cách ly v n gi a h thng th i nâng
n áp cung c p b i DVR khi c n thi t
Trang 18Trong các gi i pháp chng s t gi n áp ng n h n, DVR là bi n pháp hi u qu b i thi t b này có th khôi ph c nhanh n áp ph t i c các s
c gây s t gi m n áp
Trang 19Cha b ph n này là cung c ng c n thi n
áp thi u h t trên t i trong quá trình x y ra s ph n quy nh kh
c, chn áp bù b i DVR Tùy theo ch n, loi
DVR vi ngu n c p b sung m t chi i (Variable DC-link)
DVR vi ngu n c p b sung m t chi i (Constant DC-link)
nguyên lý c a hai lo i nguc th hi n trên hình 2.1 và hình 2.2:
Hình 2.1 DVR v i ngu n b ớ ồ ổ sung là điện áp m t chiộ ều không đổi [7]
Trang 2019
Hiu qu c u hình này (c u trúc 1) gi i v i các d ng s t áp trong th i gian dài bng c a ngu n này suy gi m d n theo th i gian Khi quá trình
s t áp k ng trên t c n p l i nh bi n t i (thông qua b ngh c s d ng b n p.V i các s t áp trong th i gian ng n
ta có th s d ng c u trúc này.
Hình 2.2 DVR v i ngu n b ớ ồ ổ sung là điện áp m t chiộ ều thay đổi [7]
C c s d ng khi s t áp x y ra xa ngu n c p và th i gian dài
c u hình này m t b c l p và m t b bi i DC/DC
m b n áp trên DC- i.Trong qúa trình ph c h
c truy n t b n DC-link thông qua b bi i DC/DC
2.1.1.2 DVR không s d ng nguử ụ ồn cấ ổ p b sung
Ki th ng.T
n phía m t chi u b bi i ch ph c v l c làm gi n áp.H thng này có th c c p ngu n liên t c H n ch c a ki u này là khi có s t
n qua b ngh bên c b ch
có th n d n ng x n áp t i Do v y, ki u DVR này phù h p v i các s t áp có th i gian dài, nh p v i các s t
áp gây gi m m n áp
Hình 2.3 DVR không s d ng ngu n c p b sung v i chử ụ ồ ấ ổ ớ ỉnh lưu nối phía ngu n ồ [7]
Trang 2120
Hình 2.4 DVR không s d ng ngu n c p b sung v i chử ụ ồ ấ ổ ớ ỉnh lưu nối phía t i ả[7]
B ph n quan tr ng c a các h thng này là b chm b o c p ngu n cho phía DC- c t , h thng dùng b bi i
u khi n chi m n i ngu n b ch
có th phân bi t hai ki u c u trúc:
B chi v phía ngu n (Suppy side) hình 2.3
B chi v phía ti (Load side) hình 2.4
2.1.1.3 So sánh và l a chự ọn cấ u hình b phộ ận cấp năng lượ ng DVR
Dm c a các b ph n c c nêu trên, ta th y c u hình không s d ng ngu n c p b sung ch phù h p v ng h p gi m s t áp t i
ph t i có s t áp không l n ho c trong thi gian dài Vng hp t s
áp trong kho ng th i gian ng n s t áp l n, thì c u hình s d ng ngu n
c p b sung ho ng t
Nhìn chung, cu hình không dùng ngu n c p b sung và s d ng ch i phía t i mang l i hi u qu cao v i giá thành thu khi n và kh
ng s t áp trong th m c a c u hình này là công sut
ca b nghn và khi bù st áp có th gây i
Trang 2221
V i mong mu n gi m thi u ng ca s c s t áp ng n h n n t i,lun
l a ch n c u hình thi t b DVR có ngu n b sung m t chi u i (Constant DC-link)
2.1.1.4 Các phương pháp tích trữ năng lượng cho Constant DC- link
Các cu n c m siêu d n: ộ ả ẫ Các cu n c m siêu d n (SMES) là ph n t tích tr
n trong t ng t o ra b n m t chi u ch y trong cun siêu dm c a các cu n c m là c u trúc g n, tu i th cao và ti p c n t c thi công su t Tuy nhiên chúng có giá thành cao
Các giải pháp điện cơ: Các gi a trên vi c s d ng bánh
ng tích tr d a khng quay Giá tr ng này ph thuc vào mô-men quán tính và t quay cm c chúng là t n tha ng l n do c xát v i s c c n c a không khí, có th lo i b b ng cách áp d ng h p chân
Trang 2322
t thun và th t ngh ch M t khác b bi i ph i có kh i công sut trên c hai chi u, ch n áp cao và t n hao th p.Các gi i pháp th c t hi n nay, b bi c xây d ng t các linh ki n bán d u khi n hoàn
2.1.2.1 C u trúc b biấ ộ ến đổi nối lướ i thông qua máy biến áp
a, Những ưu điểm ủ c a c u trúc b biấ ộ ến đổi nối lưới thông qua máy biế n áp[1]
u khii cu trúc b bi i kt ni trc tip
b, Một số nhược điểm khi s d ng máy bi n áp ghép n i ti p ử ụ ế ố ế [1]
T n th t c a máy bi n áp có tính cht phi tuy n, là y u t h n ch v l a ch n
a h th ng DVR
Các máy bi n áp n i ti th p t n s p ng c ng k nh và có giá thành cao
c, Một số ấ c u trúc tiêu bi u c a b biể ủ ộ ến đổi nối lưới thông qua máy biến áp
C u trúc b bi i n a c u kt ni máy bi n áp n i sao/sao h [1,7]
Trang 24ni ti dây trung tính c a máy bi n áp n i ti p.
C u t rúc b i c bi u ba pha k t n i máy bi n áp n i tam giác/sao h [1,7]
Hình 2.6 C u trúc b biấ ộ ến đổ ầi c u ba pha k t n i MBA ki u tam giác/sao h ế ố ể ở
B bi i có 6 van chuy n m ch ch t o ra hai m n áp U DC, +UDC Phía DC-link ch có m t t n vi n áp d dàng kh ng ch vì không ph u khi m bo cân b n a c này có kh o ra các thành ph n áp th t thun và th t ngh ch Nên có th s d ng trong
ng h p c n bù các s c m t cân b n áp v i ng c a dòng th t
ho c c u trúc liên k t v i trung áp không có dây trung tính
Trang 25i công su t ph n kháng v n, do hong nng cho link là riêng bi a c u trúc này là không có h th
DC-ng riêng, kh t áp ph thu n áp ngu n c i c a b bi n
Trang 26Vì v y, s d ng c u trúc b bi i n i thông qua máy bi n áp ghép có
hi u qu t t c s d ng trong lu này
2.1.2.3 Các phương pháp điều ch ế
u ch ph bi n hi n này là s d u ch r ng xung (PWM) v i sóng mang d sánh tín hi u ch c u(t) v i tín hi t kì (sóng mang) T s n áp c u ch c g i là h s
u ch m[2]:
mdc mc
U m U
1) (2
ng ta ch n m 1.N u m u ch làm gi m ch n áp
u ra
n: T n s chuy n m ch, sóng mang có th bám tín hic (trong m t ph m vi h p c a t n s ) và không có thành ph n chuy n m ch b c th p trong ph m cnày là phi
s d ng t n s chuy n m ch l n hao, nh t là trong các h thng công sut ln
u ch c s dth cho t n s chuy n m ch th i so vm c a
n áp m t chi u và d dàng áp d ng khi s d ng các b x lý tín hiu
2.1.2.4 Điều khiển bộ nghịch lưu
Da trên vic tìm him c a hai b ngh
mc 2.1.2.1,tác gi l a chn m ch ngh mô ph ng
C u trúc c a b ngh c u c th hi 2.6.Pha A
c a b ngh m có 2 khóa bán d n S1 và S4 và m c song song
c[2,3]:
Trang 2827
Hình 2.11 Điện áp dây và điện áp pha
nâng cao chu ra nghc b l c các thuu ch c s d u khi n các chuy n m ch M
c s d ng r ng rãi nh t trong công nghi u ch
r ng xung theo lu u khi n SPWM
Nguyên t c t u khi n c a SPWM: Tín hi u khi n có
t n s b ng t n s ra và bi t l v n áp ra c a ngh c
so sánh v i tín hi u d và t ng v i các thm mà =
- Khi > , VA0=VDC/2
- Khi < , VA0=-VDC/2
Hình 2.12 Nguyên t c t o xung c a thuắ ạ ủ ật toán điều ch SPWM ế
Trang 29- Có th nguy hi m n u x y ra bão hòa trong lõi máy bi n
áp ghép phi có công su t l các thông s c a b bi i
Trang 3029
Hình 2.13 Sơ đồ ấ c u trúc c a DVR k t nủ ế ối lưới phân ph i ố[1]
C u trúc này cho phép DVR có kh c c thành ph n th t thun
và th t ngh ch khi x y ra m t s t áp không cân b ng K t h p v i m t thu t toán
u khi n chính xác s có kh c c l n áp khi có
st áp xy ra
2.2 Phương pháp xác định giá tr ị điện áp bù c a DVR ủ
Khi xy ra sn áp t i v và có th i c góc pha Tu thu c vào yêu c n áp t c a sn áp s t, nh y góc pha,
Trang 31 m ph c h i l i giá tr n áp t i
2.2.2 Phương pháp điều khiển tối ưu biên độ điện áp
c h i giá tr n áp t i trong khi x y ra s t áp
b ng v n áp ch i DVR cùng pha vn áp ngu c tính theo bi u th c sau sau[7]:
h n ch a trên nguyên lý: công su t l n nh t có th c cung
c p b i ngu c khi dòng t n áp ngu y có th
Trang 3231
ng cung c p b i ngu n b ng cách gi m góc pha c n áp
ngun t i H s công su t c a t i s quy ng công su t có
th ngu n Công su t ngun[7]:
2.3 Phương pháp Clark và Park
M c tiêu c g pháp này là bin áp t h t a ABC sang h
t a u khi n Trong h t a n áp
g m 3 thành ph n hình sin và bi i theo th i gian H t a t a
-các vuông góc hai chi u, tr c hoành là tr c tung là tr n tr c
trùng v i tr c OA S d ng phép bi i Clark bi i t h t a ABC sang h
u u
u u
Trang 33 quay cn áp trong h t a n áp trong h t a n
áp mt chin trong tính toán Phép bii Park[6]:
B q
q C
c u
u
u u