Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệp

L a tôi. Tt c các n phc công b chung vi các cán b ng dn khoa hng nghi c s ng ý ca các tác gi n án. Cáckt qu trong lun án là trung thc công b và s d bo v trong bt c mt lun án nào khác. Tác gi lun án Trn Duy Trinh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  -  -  TRTRẦN DUY TRINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HÀ NỘI-2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  -  -  TRTRẦN DUY TRINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP Chuyên nghành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Mã số: 62520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NG DN KHOA HC: 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn 2. TS. Trần Trọng Minh 3. S.TS. Nguyễn Văn Liễn HÀ NỘI-2014 LỜI CAM ĐOAN a tôi. Tt c các n phc công b chung vi các cán b ng dn khoa hng nghic s ng ý ca các tác gi n án. Các kt qu trong lun án là trung th tc công b và s dng trong bt c mt lun án nào khác. Tác gi lun án Trần Duy Trinh LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tác giả đã gặp nhiều khó khăn. Một mặt do trình độ còn hạn chế, một mặt do thông tin tư liệu và tài liệu tham khảo không thật đầy đủ, song tác giả đã rất cố gắng và được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, sự giúp đỡ của các GS, PGS, TS trong Bộ môn Tự động hóa Xí nghiệp Công nghiệp, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, sự giúp đỡ tận tình của bạn bè đồng nghiệp, luận án đến nay đã hoàn thành. Tác giả chân thành cảm ơn Bộ môn Tự động hóa Xí nghiệp Công nghiệp-Viện Điện, Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã dành thời gian và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian thực hiện đề tài. Chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện làm việc của Nhà máy Xi măng Hoàng Mai, Tỉnh Nghệ An đã dành cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình khảo sát thực tế, thực hiện luận án. Chân thành cảm ơn Viện Đào tạo sau Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giúp đỡ và động viên tác giả trong thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án. Tác giả vô cùng biết ơn PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn và TS. Trần Trọng Minh những người đã định hướng, hướng dẫn, giúp tác giả hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra cho luận án. Chân thành cảm ơn các GS, PGS, TS, các thầy cô giáo đã dành thời gian đọc và đóng góp những ý kiến quý báu làm luận án có tính khoa học hơn. Cuối cùng xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những người thân, những đồng nghiệp đã dành những tình cảm, động viên giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn để hoàn thành luận án. Tác gi lun án MỤC LỤC Trang Trang ph bìa L Li c Mc lc Danh mc các ký hiu, các ch vit tt Danh mc các bng biu Danh mc các hình v th Mở đầu 1 Chƣơng 1: GIẢM THIỂU ẢNH HƢỞNG CỦA LÕM BẰNG BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) 5 1.1 Chn n áp 5 1.1.1 Ch 5 1.1.2 n áp 6 1.2 B khôi phng (DVR) 13 1.2.1 Các thit b gim thin áp 13 1.2.2 Gim thin áp bng b khôi phng (DVR) 15 u khin DVR 20 1.3.1 u khin trong h t t nhiên 20 1.3.2 u khin vector 25 1.4 Tóm tt và kt lun 27 Chƣơng 2: CẤU TRÚC BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG 28 2.1 Các thành phn ca b khôi phng 28 2.2 B bii 28 2.2.1 Cu trúc b bii ni thông qua máy bin áp 29 2.2.2 Cu trúc b bii ni trc tip 31 u ch 32 2.3 B lc tn s chuyn mch 33 2.4 Máy bin áp ni tip 34 ng h thng DVR 34 2.5.1 Các kiu DVR cp ngun t b  ng 35 2.5.2 Các kiu DVR không có b  ng 36  ng 38 2.6 Bo v DVR 39 2.6.1 Bo v ngn mch 39 2.6.2 Bo v c s n áp phía DC-link 41 2.6.3 Bo v h mi 41 2.7 La ch cu trúc cho DVR 42 2.8 Tóm tt và kt lun 43 Chƣơng 3: ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG 44 3.1 Các ch  hong và hn ch ca DVR 44 3.2 n áp chèn vào 45 3.2.1 n áp chèn vn áp cân bng 45 3.2.2 Pn áp chèn vn áp không cân bng 49 3.2.3 yu t ng và nhm ca ti cn quan tâm khi la chn  50 3.3 Mô hình toán hc ca VSC và b lc LC ni 52 3.4 Cu trúc miu khin n áp tu kin áp mt cân bng 54 3.4.1 Cu khin dùng mt mn áp 54 3.4.2 Cu khin hai mch vòng 55 3.4.3 Cu khin DVR 56 3.5 Xây dng thuu khin 57 3.5.1 Mô hình DVR trên h t  quay dq 58 3.5.2 Thuu khin trên h t quay dq 61 3.5.3 Thuu khin trên h t  66 3.6 Thit k b u khin 70 3.6.1 Dn xut b u khin PR 70 3.6.2 Cu trúc b u khin PR 73 3.6.3 Tính toán tham s b u khin PR 74 3.7 Thit k b u khin áp SDR 76 3.8 Nghiên cu nh 80 3.9 ng b i 85 3.9.1 m qua không 86 3.9.2 ctangent 86 3.9.3 K thut PLL 87 3.10  89 3.11 u khin DC-link 90 3.12 Tóm tt và kt lun 91 Chƣơng 4: GIẢI PHÁP ÁP DỤNG DVR CHO XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP 94 4.1 ng cn các xí nghip công nghip 94 4.1.1 ng cn các thit b n công nghip. 94 4.1.2 Kho sát ng ci vi mt xí nghip công nghin hình 97 4.2 ng dng DVR vào thc t 99 4.2.1 Kt qu kho sát và các tham s u. 99 4.2.2 Thit k các thành phn ca DVR 102 4.3 Mô phng 107 4.3.1 Xây dng mô hình mô phng 103 4.3.2 Kt qu mô phng 111 4.4 Tóm tt và kt lun 124 Chƣơng 5: XÂY DỰNG THỰC NGHIỆM DVR 125 5.1 Xây dng bàn thí nghim 125 5.1.1 Phng lc h thng. 125 5.1.2 Phu khin 129 5.2 t thut toán u khin 130 5.3 Kt qu nghiên cu thí nghim 131 5.3.1 Kim tra kh ng b i. 131 5.3.2 Kim tra kh a DVR  ch   131 5.3.3 Kim tra kh a DVR  ch  ng 132 5.4 Tóm tt kt lun 134 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 DANH MC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG B CA LUN ÁN 141 PHỤ LỤC 142 Ph lc 1: Chuyi các h trc t 142 Ph lc 2: Kt qu kho sát thc trn 220/110kV  và các bin c n 110kV Hoàng Mai 145 Ph lc 3: Mt s hình nh v mô hình thc nghim 152 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT  Ký hiệu Tên gọi u sa (t), u sb (t), u sc (t) in áp pha ngun u g,a (t), u g,b (t), u g,c (t) in áp i i g,a (t), i g,b (t), i g,c (t) i u inja (t), u injb (t), u injc (t) n áp pha chèn vào ca DVR. i inj,a (t), i inj,b (t),i inj,c (t) n pha chèn vào u inj,ref n áp chèn t u inv,a (t),u inv,b (t),u inv,c (t) n áp pha ca b bii u c,a (t), u c,b (t), u c,c (t) n áp pha trên t n C f ca b lc u L,a (t), u L,b (t) , u L,c (t) n áp pha ti u * L n áp tt u s abc in áp ngun trên h t t nhiên abc. u g abc ii trên h t t nhiên abc. i inj abc Dn chèn vào trên h t t nhiên abc. i f abc Dn cun cm b lc LC trên h t t nhiên u L abc* in áp tt trên h t t nhiên abc. u inj abc* in áp chèn t trên h t t nhiên abc. u inv abc in áp b bii trên h t t nhiên abc. u s  n áp ngun trên h t  u g  i trên h t  i inj  Vector n chèn vào trên h t  i f  n cun kháng b lc LC trên h t  u L * n áp tt trên h t  u inj * n áp chèn t trên h t  u inv  n áp b bii trên h t  u s dq n áp ngun trên h t quay dq. u g dq i trên h t quay dq i inj dq n chèn vào trên h t quay dq i f dq n cun kháng b lc LC trên h t quay u L dq* n áp tt trên h t quay dq u inj dq* n áp chèn t trên h t quay dq u inv dq n áp b bii trên h t quay dq i g,a (t), i g,b (t), i g,c (t) i u dc (t) n áp phía mt chiu. C f T n b lu ra L f n cm b lu ra R f n tr b lu ra f f Tn s cng ca b lc C DC T n phía mt chiu E ng phát ra ca DVR trong khi bù lõm  H s gin áp ca n áp ngun cung cp m H s u ch U (1) in  H s tt dn D  n áp u L n áp ti u g i u inj n áp chèn vào S inj Công sut toàn phi S load Công sut toàn phn ca ti. P inj Công sut tác di Q inj Công sut phi S DVR Công sut toàn phn ca DVR X DVR n kháng ca DVR R DVR n tr ca DVR Z DVR Tng tr ca DVR S VSC Công sut b bii VSC n H s máy bin áp R b n tr n Z supply,before Tng tr ngun áp Z supply,affter Tng tr ngun áp  Ký hiệu Viết tắt cho Nghĩa tiếng Việt MBA -  BANT - Bin áp ni tip  - B bii  - B u khin LC - B lc LC XNCN - Xí nghip công nghip DVR Dynamic Voltage Restorer B khôi phng VSC Voltage Source Conveter B bii ngun áp ES Energy storage B  ng PWM Pulse Width Modulation u ch  rng xung PLL Phase Locked Loop Vòng khóa pha DVR Dynamic voltage restore  Controlled Reactance khin bng thyristor t ngun cung cp UPS Uninterruptible power supply B ngun liên tc SDR Sequence-decoupled resonant B u khin cng tách Controller riêng thành phn th t HSTS Hybrid static transfer switch B chuyn mch lai PR Resonant Controller B u khin cng LV Low Voltage n áp thp MV High Voltage n áp cao DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Tên các bảng biểu Trang 1   1159--1995 và tiêu -2-1 1990 7 2 Bng 1.2:  12 3 Bng 4.1: Tng hp các tham s ca h thi 106 4 Bng 4.2: Tham s b u khin 111 5 Bng 5.1: Các tham s n ca h thng thc nghim DVR 125 [...]... pháp bảo vệ cho DVR và cuối cùng là lựa chọn một cấu trúc phần cứng điển hình của DVR đủ để tiếp tục nghiên cứu phát triển thuật toán điều khiển của hệ thống Chương 3: Điều khiển bộ khôi phục điện áp động Tập trung nghiên cứu điều khiển DVR, bao gồm; điều khiển khôi phục điện áp tải, điều khiển đồng bộ điện áp lưới, điều khiển phát hiện lõm điện áp và điều khiển điện áp DClink Trong đó, trọng tâm nghiên. .. trong bù lõm điện áp và giảm thiểu nhiễu loạn điện áp 4 Chương1: GIẢM THIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA LÕM ĐIỆN ÁP BẰNG BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về lõm điện áp và các phương pháp giảm thiểu lõm điện áp, trong đó trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu quả nhất là sử dụng bộ khôi phục điện áp động (DVR), được dựa trên việc điều khiển bộ biến đổi điện tử công. .. quả nhất là sử dụng bộ khôi phục điện áp động (DVR) Các phương pháp điều khiển DVR đã được nghiên cứu đến nay trong các công trình sẽ được tóm tắt ngắn gọn, qua đó chỉ ra những hạn chế trong điều khiển bù lõm cần được khắc phục, đồng thời chỉ ra hướng nghiên cứu phát triển điều khiển DVR Chương 2: Cấu trúc bộ khôi phục điện áp động Trình bày chức năng nhiệm vụ của các thành phần trong hệ thống, các... đặc điểm lõm điện áp, nguyên nhân và những ảnh hưởng của nó đối với xí nghiệp công nghiệp và các giải pháp giảm thiểu  Nghiên cứu cấu trúc mạch lực bộ khôi phục điện áp động (DVR) để đảm bảo khả năng đưa ra điện áp bù ứng với toàn giải thay đổi của phụ tải và biên độ lõm điện áp cũng như thời gian biến động  Nghiên cấu các cấu trúc và thiết kế tham số cho hệ thống điều khiển đảm bảo tính tác động nhanh... 1.2 Bộ khôi phục điện áp động (DVR) Để chống lại những ảnh hưởng của lõm điện áp, đảm bảo hoạt động cho các tải nhạy cảm, đặc biệt là các tải nhạy cảm quan trọng trong các xí nghiệp công nghiệp hiện đại, như một điều tự nhiên từ lâu đã được nghiên cứu Có nhiều giải pháp khác nhau để giảm thiểu lõm điện áp, có thể phân biệt ba giải pháp sau đây, tài liệu [14,15,39,40,44,45,62]  Cải tạo hệ thống điện: ... bảo an toàn cho hệ thống DVR 1.3 Điều khiển DVR Hệ thống điều khiển DVR có nhiệm vụ tạo ra giá trị điện áp chèn vào lưới uinj(t) để thỏa mãn mục tiêu điều chỉnh là khôi phục điện áp trên tải theo giá trị mong muốn để duy trì hoạt động cho tải nhạy cảm trong khi điện áp nguồn cấp bị lõm/ dâng Cho đến nay các nghiên cứu về điều khiển DVR vẫn luôn hướng đến các mục tiêu chính đó là phục hồi điện áp nhanh... tế, để làm cơ sở nghiên cứu phát triển cấu trúc điều khiển cho bộ khôi phục điện áp động tiếp theo trong luận án này 1.3.1 Điều iển t ong ệ tọa độ t n i n Việc điều khiển trên hệ tọa độ tự nhiên là phương pháp đã được lựa chọn trong điều khiển DVR Phương pháp thực hiện điều khiển điện áp và dòng điện theo từng pha riêng biệt, tài liệu [7,25,39,40,41]  Điều khiển vô hướng Đó là phương pháp điều khiển. .. ra bộ bù điện áp nối tiếp giữa tải và nguồn Hệ thống điều khiển phải có khả năng phát hiện các sai lệch điện áp về biên độ và góc pha, từ đó đưa ra lượng đặt đến bộ biến đổi điện tử công suất nhằm tạo ra điện áp có giá trị đủ để bù phần sụt áp phía nguồn, giữ cho điện áp phía tải trong phạm vi cho phép Hệ thống điều khiển phải đảm bảo yêu cầu về tác động nhanh, độ chính xác cao để có thể khôi phục điện. .. nghiên cứu phát triển điều khiển khôi phục điện áp tải của DVR, bao gồm các chiến lược điều khiển, mô hình toán học, các cấu trúc và thuật toán điều khiển vector trên hệ tọa độ quay dq và hệ tọa độ tĩnh αβ, các bộ điều khiển và thiết kế bộ điều khiển được trình bày Cuối cùng là các nghiên cứu ổn định hệ thống Chương 4: Giải pháp áp dụng DVR cho xí nghiệp công nghiệp Trình bày các điều kiện áp dụng DVR cho. .. Các phương pháp điều khiển DVR đã được nghiên cứu đến nay trong các công trình sẽ được tóm tắt ngắn gọn, qua đó chỉ ra những hạn chế trong điều khiển bù lõm cần được khắc phục, đồng thời chỉ ra hướng nghiên cứu phát triển điều khiển DVR nhằm mục đích khôi phục điện áp tải khi gặp phải bất cứ nhiễu loạn lõm điện áp nào xuất hiện từ phía nguồn cấp Nội dung trong chương một được tham khảo trong các tài . NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA. phục điện áp tải, điều khiển đồng bộ điện áp lưới, điều khiển phát hiện lõm điện áp và điều khiển điện áp DC- link. Trong đó, trọng tâm nghiên cứu phát triển điều khiển khôi phục điện áp tải của. pháp giảm thiểu lõm điện áp, trong đó trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu quả nhất là sử dụng bộ khôi phục điện áp động (DVR). Các phương pháp điều khiển DVR đã được nghiên cứu