Nghiên cứu bù công suất phản khắng cho lưới cung cấp và phân phối điện

1 ðẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ðH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** ðộc lập - Tự do - Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI CUNG CẤP VÀ PHÂN PHỐI ðIỆN Học Viên: Phạm Thi Thu Thuỷ Lớp: TðH – K13 Ngành : Thiết bị, mạng và nhà máy ñiện Người HD Khoa học : PGS.TS. Nguyễn Như Hiển Ngày giao ñề tài: Ngày hoàn thành ñề tài : KHOA SAU ðẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN 2 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan luận văn này là công trình là do tôi tự làm và nghiên cứu, trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như ñã nêu trong phần tài liệu tham khảo. Tác giả luận văn Phạm Thị Thu Thuỷ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 MỤC LỤC Trang Lời cam ñoan 1 Mục lục 2 Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt 5 Danh mục các bảng biểu 8 Danh mục các hình vẽ và ñồ thị 9 Mở ñầu 13 Chương 1. Tổng quan về sóng ñiều hoà và bù công suất lên lưới 15 1.1 ðặt vấn ñề 15 1.2 Tổng quan về sóng ñiều hòa 16 1.2.1 Ảnh hưởng của sóng ñiều hòa bậc cao và quy ñịnh giới hạn thành phần sóng ñiều hòa bậc cao trên lưới ñiện 19 1.2.2 Một số nguồn tạo sóng ñiều hòa bậc cao trong công nghiệp 22 1.3 Tổng quan về công suất phản kháng 26 1.3.1 Giới thiệu chung 26 1.3.2 Một số biện pháp nâng cao hệ số công suất (bù công suất phản kháng) 27 1.3.3 Hiệu quả của việc nâng cao hệ số công suất 28 1.4 Kết luận chương 1 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Chương 2. Lọc sóng ñiều hoà bậc cao và bù công suất lên lưới 30 2.1 Bộ lọc sóng ñiều hòa bậc cao 30 2.1.1 Bộ lọc thụ ñộng [9] 30 2.1.2 Bộ lọc chủ ñộng (bộ lọc tích cực) [6, 7, 8, 9, 11] 34 2.2 Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực 36 2.2.1 Phân loại theo sơ ñồ 36 2.2.2 Phân loại theo nguồn cấp 39 2.2.3 Phân loại theo bộ biến ñổi công suất 41 2.3 Bộ lọc hỗn hợp 42 2.4 Các thiết bị bù công suất phản kháng 43 2.4.1 Tụ ñiện tĩnh 43 2.4.2 Máy bù ñồng bộ 44 2.4.3 Một số thiết bị bù trong FACTS [11] 44 2.5 Nguyên lý làm việc của thiết bị bù tích cực 49 2.6 Kết luận chương 2 51 Chương 3. Thiết kế bộ lọc tích cực cho tải phi tuyến của lưới ñiện phân phối 52 3.1 ðặt vấn ñề 52 3.2 Lý thuyết về phương pháp lọc tích cực 52 3.2.1 Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền tần số 52 3.2.2 Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian 54 3.3 Mô hình tải phi tuyến 59 3.4 Cấu trúc của bộ lọc tích cực 60 3.4.1 Cấu trúc ñiều khiển 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 3.4.2 Khâu tạo xung SVM (Space vector modulation method) [1] 66 3.5 Kết luận chương 3 72 Chương 4. Mô hình hoá và mô phỏng hệ thống 73 4.1 Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink [4] 73 4.1.1 Nguồn xoay chiều 3 pha 73 4.1.2 Bộ lọc tích cực 73 4.1.3 Khâu tính toán ñộ méo dạng (THD) 79 4.1.4 Khâu lấy tín hiệu ño dòng ñiện và ñiện áp ba pha 80 4.1.5 Khâu ño dòng ñiện, ñiện áp 80 4.2 Sơ ñồ mô phỏng 80 4.3 Kết quả mô phỏng 84 4.3.1 Kết quả mô phỏng trường hợp chưa có bộ lọc tích cực 84 4.3.2 Kết quả mô phỏng trường hợp có bộ lọc tích cực 85 4.4 Kết luận chương 4 89 Kết luận và kiến nghị 90 Tài liệu tham khảo 91 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT Ký hiệu Diễn giải nội dung ñầy ñủ 1 f Tần số lưới ñiện 2 f (t) Hàm chu kỳ không sin 3 U 1 Biên ñộ thành phần ñiện áp ñiều hoà cơ bản 4 U n Biên ñộ thành phần ñiện áp ñiều hoà bậc n 5 I 1 Biên ñộ thành phần dòng ñiện ñiều hoà cơ bản 6 I n Biên ñộ thành phần dòng ñiện ñiều hoà bậc n 7 PF Hệ số công suất 8 p Công suất tác dụng tức thời 9 q Công suất phản kháng tức thời 10 P Công suất tác dụng 11 Q Công suất phản kháng 12 R ðiện trở lọc 13 L ðiện cảm lọc 14 C ðiện dung lọc 15 i S Dòng ñiện nguồn 16 i L Dòng ñiện lưới phía tải (dòng tải) 17 i F Dòng ñiện chạy qua bộ lọc 18 U s ðiện áp nguồn 19 U h ðiện áp thành phần ñiều hoà bậc cao 20 U F ðiện áp thành phần cơ bản Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 21 u 0 , u α , u β ðiện áp biểu diễn trên hệ trục αβ 22 u a , u b , u c ðiện áp biểu diễn trên hệ trục abc 23 i a , i b , i c Dòng ñiện biểu diễn trên hệ trục abc 24 i 0 , i α , i β Dòng ñiện biểu diễn trên hệ trục αβ 25 u d , u q ðiện áp biểu diễn trên hệ trục dq 26 i d , i q Dòng ñiện biểu diễn trên hệ trục dq 27 ω Tần số góc nguồn ñiện 28 U dc ðiện áp 1 chiều 29 S Công suất biểu kiến 30 , Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành phần dòng 1 chiều 31 Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành phần dòng xoay chiều 32 T Chu kỳ dòng ñiện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 Các chữ viết tắt STT Ký hiệu Diễn giải nội dung ñầy ñủ 33 CSPK Công suất phản kháng 34 CSTD Công suất tác dụng 35 THD Hệ số méo dạng 36 SVC ðóng ngắt bằng Thyristor 37 DC Một chiều 38 AC Xoay chiều 39 AF n Bộ lọc tích cực song song 40 AF S Bộ lọc tích cực nối tiếp 41 FACTS Hệ thống truyền tải ñiện 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 ðCVTKG ðiều chế véc tơ không gian Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Nội dung bảng biểu Trang 1.1 Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu ñiện áp 20 1.2 Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu dòng ñiện 21 1.3 IEC 1000-3-4 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ðỒ THỊ Số hiệu Nội dung Trang 1.1 a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ không sin) 16 1.2 Các thành phần sóng ñiều hòa 17 1.3 Phân tích F n thành a n và b n 18 1.4 Phổ của các thành phần ñiều hòa 18 1.5 Mô hình chỉnh lưu cầu ði ốt 1 pha 22 1.6 Dòng ñiện nguồn sinh ra bởi chỉnh lưu cầu ði ốt 1 pha 22 1.7 Chỉnh lưu cầu ði ốt 1 pha, dạng dòng ñiện và phổ 23 1.8 Mô hình chỉnh lưu cầu ði ốt 3 pha 23 1.9 Dòng ñiện nguồn sinh ra bởi chỉnh lưu cầu ði ốt 3 pha 24 1.10 Chỉnh lưu cầu ði ốt 3 pha, dạng dòng ñiện và phổ 24 1.11 Chỉnh lưu Thyristor cầu 3 pha 25 1.12 Dạng dòng ñiện i A và phổ 25 2.1 Bộ lọc RC 31 2.2 Bộ lọc LC 31 2.3 Sơ ñồ mô phỏng hệ thống khi chưa có bộ lọc thụ ñộng 32 2.4 ðáp ứng dòng, áp tại vị trí B1 và B2 khi chưa có bộ lọc thụ ñộng 32 2.5 Phổ ñiện áp tại B1 và B2 33 2.6 Sơ ñồ mô phỏng hệ thống khi có bộ lọc thụ ñộng 33 2.7 Phổ ñiện áp tại B1 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... u hòa b c cao và bù công su t lên lư i Chương 3: Thi t k b l c tích c c cho t i phi tuy n c a lư i ñi n phân ph i Chương 4: Mô hình hoá và mô ph ng h th ng Trong quá trình ti n hành làm lu n văn, m c dù ñư c s hư ng d n t n tình c a th y hư ng ñ n PGS.TS Nguy n Như Hi n và b n thân tác gi cũng c g ng tìm hi u, nghiên c u tài li u và các công trình ñã nghiên c u, công b trên các t p chí và n ph m khoa... năng và gián ño n cung c p ñi n V n ñ ñ t ra là ph i tìm cách lo i b các sóng ñi u hòa b c cao ra kh i h th ng ñi n Các thi t b ñư c s d ng ñ lo i b sóng ñi u hòa b c cao g i là các b l c Hi n nay, có nhi u nghiên c u và ng d ng các b l c ph c v trong s n xu t công nghi p ð tài này t p trung nghiên c u và thi t k b l c tích c c, ñ m b o các yêu c u ñ t ra v ch t lư ng ñi n năng cho lư i cung c p và phân. .. hao trên ñư ng dây truy n t i, làm cho ñi n áp b suy gi m các ñi m tiêu th xa ngu n ð ñ m b o ñi n áp không suy gi m l n, ta ti n hành bù công su t ph n kháng nh m ñ nâng cao h s công su t Công su t ph n kháng cung c p cho các ph t i không nh t thi t ph i l y t ngu n, mà ta có th s d ng thi t b bù công su t ph n kháng t i ñi m tiêu th s tránh ph i truy n t i m t lư ng công su t ph n kháng l n trên ñư... c cao và bù công su t ph n kháng Trong các ph n ti p theo c a lu n văn, c n tìm hi u các b l c sóng ñi u hòa b c cao và bù công su t xu t ph n kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 31 Chương 2 L C SÓNG ðI U HOÀ B C CAO VÀ BÙ CÔNG SU T LÊN LƯ I 2.1 B l c sóng ñi u hòa b c cao B l c là thi t b t o ra ñ c tính t n s ñ nh trư c mà ch c năng c a nó là cho phép... d các m ng cung c p ñi n trung và cao áp và các h th ng truy n ñ ng ñi n công su t l n m c vào ngu n áp l n M c ñích chính c a các b l c tích c c là kh b ho c h n ch các sóng ñi u hòa b c cao dòng ñi n T c ñ ñáp ng bù l c trong h th ng hàng ch c ms kho ng c Các ng d ng ph m vi công su t l n và r t l n: Dãy công su t r t l n thư ng g p trong h th ng truy n t i ho c truy n ñ ng ñ ng cơ DC công su t r... t vào có th gây n t V i các phương pháp trên ñ u t n t i nh ng m t như c ñi m có nó Do v y, hi n nay ñ nâng cao h s công su t ngư i ta thư ng k t h p b l c v i bù công xu t ph n kháng và tích h p trên m t thi t b s kh c ph c ñư c nh ng như c ñi m trên Chính vì v y ñ tài l a ch n phương án k t h p l c tích c c v i bù công su t ph n kháng ñ nâng cao h s công su t 1.3.3 Hi u qu c a vi c nâng cao h s công. .. Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 28 - Công su t tác d ng P là công su t ñư c bi n thành cơ năng ho c nhi t năng trong các máy dùng ñi n (công su t h u công) - Công su t ph n kháng không sinh công, nhưng b t bu c ph i có thì m t s thi t b m i làm vi c ñư c, ch ng h n công su t t hóa lõi thép máy bi n áp, ñ ng cơ… Do v y, trong s n xu t và ñ i s ng ngư i ta mong mu n s d ng công su t ph n kháng càng ít càng... trên c u trúc c a các b bi n ñ i công su t, b l c ch ñ ng có nguyên lý làm vi c khác v i b l c th ñ ng cũng như có nhi u ưu ñi m và tính năng vư t tr i hơn 2.1.2.1 Nhi m v c a b l c tích c c a Bù công su t: Vi c th c hi n bù công su t ñ ng th i v i ch c năng l c thì các c u hình thi t k có th ch gi i h n m c ñ công su t nh Trư ng h p làm vi c d i công su t l n thư ng dùng bù b ng SVC - ñóng ng t b ng... y g i là bù công su t ph n kháng 1.3.2 M t s bi n pháp nâng cao h s công su t (bù công su t ph n kháng) Có nhi u bi n pháp ñ nâng cao h s công su t, tùy theo các thi t b ñi n s d ng mà ta l a ch n phương án sao cho phù h p * Phương án nâng cao h s PF t nhiên - ð i v i ñ ng cơ, ñ gi m s tiêu th công su t ph n kháng Q, ta c n chú ý: + Gi m th i gian ch y không t i, vì: Q0 = (60% ÷ 70%)Qñm Q0: Công su... c và bù công su t ph n kháng d a trên thi t b ñi n t công su t và ñi u khi n ñ th c hi n nhi u ch c năng khác nhau T nh ng ñánh giá quan tr ng trên chúng ta c n ph i ti n hành nghiên c u phương pháp s d ng b l c tích c c ñ c i thi n ch t lư ng lư i ñi n cung c p cho các ph t i Trong th i gian qua ñã có m t s công trình nghiên c u v lĩnh v c này và ñã có nh ng k t qu nh t ñ nh Trong khuôn kh ñ tài này, . hòa và bù công suất lên lưới Chương 2: Lọc sóng ñiều hòa bậc cao và bù công suất lên lưới Chương 3: Thiết kế bộ lọc tích cực cho tải phi tuyến của lưới ñiện phân phối. Chương 4: Mô hình hoá và. trên lưới có nhiều giải pháp khác nhau, một trong số ñó là sử dụng bộ lọc tích cực và bù công suất phản kháng. Bộ lọc tích cực và bù công suất phản kháng dựa trên thiết bị ñiện tử công suất và. TRƯỜNG ðH KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** ðộc lập - Tự do - Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ðỀ TÀI: NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI CUNG CẤP VÀ PHÂN PHỐI ðIỆN Học