Phân tích ảnh hưởng của sóng hài trong trạm bù công suất phản kháng kiểu SVC và những giải pháp khắc phục

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VŨ THỊ VÒNG PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA SÓNG HÀI TRONG TRẠM BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG KIỂU SVC VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2013 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, ngoài nỗ lực bản thân, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các Thầy, các Cô trong suốt quá trình giảng dạy và khoa Đào tạo sau đại học trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của thầy TS. Ngô Đức Minh Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Ngày 28 tháng 12 năm 2012. Học viên Vũ Thị Vòng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC 3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6 DANH MỤC CÁC BẢNG 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8 LỜI NÓI ĐẦU Error! Bookmark not defined. Chƣơng I. TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 13 1.1. Tổng quan về truyền tải công suất trong hệ thống điện 13 1.1.1. Đặt vấn đề 13 1.1.2. Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải 14 1.1.3. Bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải 15 1.1.4. Sự tiêu thụ công suất phản kháng của các thiết bị điện 17 1.1.5. Tình hình bù công suất phản kháng ở Việt Nam 20 1.1.6. Vấn đề bù công suất phản kháng ở một số nước trên thế gi ới 23 1.2. Những tồn tại và hướng khắc phục 27 1.2.1. Những tồn tại 27 1.2.2. Giải pháp khắc phục 28 1.3. Kết luận chương 1 28 Chƣơng II. PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA TRẠM BÙ SVC 29 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1. Trạm bù SVC Thái Nguyên 29 2.2. Cấ u tạ o và nguyên lý hoạt động củ a thiết bị bù tĩnh SVC 34 2.2.1. Các phần tử chính 34 2.2.1.1. Cuộn kháng điều chỉnh bằng Thyristor TCR ( Thyristor controlled Reactor). 35 2.2.1.2. Các bộ tụ cố định FC (Fixed Capacitors) 38 2.2.1.3. Tụ điện đng ngắt bằng Thyristor TSC (Thyristor Switch Capacitor) . 39 2.2.2. Nguyên lý hoạt động 40 2.3. Hiệu quả bù 41 2.4. Vấn đề sng hài và bù sng hài của trạm SVC 43 2.4.1. Tổng quan về sng hài, tiêu chuẩn IEEE std 519 43 2.4.2. Các nguồn phát sinh sng hài trên lưới 46 2.4.3. Tác hại của sng hài 47 2.4.4. Tiêu chuẩn đánh giá sng hài 49 2.5. Kết luận chương 2 51 Chƣơng III. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LỌC TÍCH CỰC TRONG TRẠM BÙ SVC 52 3.1. Đặt vấn đề 52 3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bộ lọc tích cực 52 3.2.1. Cấu tạo bộ lọc tích cực 54 3.2.2. Nguyên lý hoạt động của bộ lọc tích cực 54 3.3. Cấu trúc điều khiển của bộ lọc tích cực 61 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.4. Kết luận chương 3 64 Chƣơng IV. MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB – SIMULINK 65 4.1. Mô phỏng hoạt động của trạm SVC 65 4.1.1. Cấu trúc mô phỏng trạm SVC 65 4.1.1.1. Khối TCR 67 4.1.1.2. Khối TSC 67 4.1.1.3. Cấu trúc mạ ch điề u khiể n 69 4.1.2 Kết quả mô phỏng trạm SVC 74 4.2. Mô hình mô phỏng bộ lọc tích cực 81 4.2.1 Cấu trúc mô phỏng 82 4.2.2 Mô hình sử dụng bộ lọc tích cực kết hợp SVC 85 4.2.3 Kết quả mô phỏng lọc AF 86 4.2.4. Kết quả mô phỏng bộ lọc tích cực kết hợp SVC 89 4.3. Kết luận chương 4 92 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng SVC Static Var Compensator (Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh) TCR Thyristor Controlled Reactor (Kháng điều chỉnh bằng thyristor) TSR Thyristor Switched Reactor (Kháng đng mở bằng thyristor) TSC Thyristor Switched Capacitor (Bộ tụ đng mở bằng thyristor) FC Fixed Capacitor (Tụ điện c điện dung cố định) THD Total Harmonic Distortion (Hệ số méo dạng) FFT Fast Fourier Transform (Biến đổi nhanh Fourier) PWM Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung) AHF Active Harmonic Filter (Bộ lọc sng hài tích cực) AF Active Filter (Bộ lọc tích cực) FACTS Flexible AC Transmission System (Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt) IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers (Viện kỹ thuật Điện điện tử Mỹ) Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. IEEE std 519 49 Bảng 2.2. Tiêu chuẩn IEEE std 519 IEC 1000-3-4 cho thiết bị trên 75A ở dòng đầu vào mỗi pha. 50 Bảng 2.3. IEC 1000-3-4 50 Bảng 4.1 Các khối sử dụng trong mô hình 66 Bảng 4.2. Các thiết bị chính của khối TCR và TSC 68 Bảng 4.3. Các khối sử dụng trong mô hình mô phỏng 82 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ lưới điện. 21 Hì nh 1.2. Các phương án đặt thiết bị bù công suất phản kháng 24 Hình 2.1. Sơ đồ nhất thứ trạm 220kV Thái Nguyên. 30 Hình 2.2. Sơ đồ mạch lực trạm SVC. 31 Hình 2.3. Hệ thố ng bù tĩnh SVC. 32 Hình 2.4. Giao diệ n chương trình giá m sá t, điề u khiể n hệ thố ng bù SVC. 33 Hình 2.5. Các cấu hình SVC 34 Hình 2.6. Sơ đồ cấu tạo và hoạt động TCR 35 Hình 2.7. Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR. 36 Hình 2.8. Dạng sng điện áp và dòng điện của TCR một pha với các gc mở (a) α = 90 0 ; (b) α = 100 0 ; (c) α = 130 0 ; (d) α = 150 0 . 37 Hình 2.9. Nhánh FC của hệ thống SVC 39 Hình 2.10. Sơ đồ cấ u tạ o củ a TSC 39 Hình 2.11. Sơ đồ thay thế tương đương của SVC 41 Hình 2.12. Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi c và không c SVC. 42 Hình 2.13: Thiế t bị bù tĩnh SVC đặ t giữa đường dây 42 Hình 2.14. So sánh khả năng truyền tả i và độ dự trữ ổn định trên đường dây khi c bù và không có bù 43 Hình 2.15. Dạng sng sin và dạng sng điều hòa. 43 Hình 2.16. Phân tích F n thành a n và b n 45 Hình 2.17. Phổ của sng điều hòa. 45 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.1. Mô hình hệ thố ng điệ n vớ i tả i phi tuyế n và bộ lọ c tích cự c mắ c song song. . 53 Hình 3.2. lọc tích cực kết nối với hệ thống điện 54 Hình 3.3. Sơ đồ tương đương của bộ lọc tích cực khi nối vào lưới. 55 Hình 3.4. CLPWM làm việc ở chế độ chỉnh lưu bình thường. 56 Hình 3.5. CLPWM làm việc ở chê độ chỉnh lưu tích cực, cosυ = 1. 56 Hình 3.6. CLPWM làm việc ở chế độ nghịch lưu với cos = -1 56 Hình 3.7. Các thành phần công suất theo thuyết p – q trong hệ tọa độ abc. 57 Hình 3.8. Bù các thành phần công suất trong hệ tọa độ abc. 60 Hình 3.9. Mô hình các khối của bộ lọc tích cực. 61 Hình 3.10. Cấu trúc bộ điều khiển lọc tích cực 62 Hình 3.11. Cấu trúc của bộ lọc tích cực và lưới. 63 Hình 4.1. Cấu trúc môphỏ ng trạm SVC 65 Hình 4.2. Cấu trúc mô phỏng khối TCR 67 Hình 4.3. Cấu trúc mô phỏ ng khố i TSC 68 Hình 4.4. Cấu trúc mô phỏng khố i điề u khiể n SVC 70 Hình 4.5. Khố i đo lườ ng 71 Hình 4.6. Khố i điề u chỉ nh điệ n á p sử dụ ng bộ điề u khiể n PI 71 Hình 4.7. Khố i tính toá n gó c mở thyristor 73 Hình 4.8. Khố i phá t xung điề u khiể n cá c Thyristor củ a TCR 74 Hình 4.9. Mô phỏ ng hệ thống khi không c SVC 75 Hình 4.10. Mô phỏ ng hệ thống khi c SVC 75 Hình 4.11. Sơ đồ mô phỏng khối đo thành phần sng hài 77 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 4.12. Dòng điện một pha sơ cấp biến áp Ia sau khi được lọc 77 Hình 4.13. Sng hài bậc 3 sau khi lọ c 78 Hình 4.14. Sng hài bậc 5 sau khi lọ c 78 Hình 4.15. Sng hài bậc 7 sau khi lọ c 79 Hình 4.16. Đo THD dòng điện khi bỏ lọc bậc 7 80 Hình 4.17. Đo THD dòng điện khi bỏ lọc bậc 5 80 Hình 4.18. Đo THD dòng điện khi bỏ lọc bậc 3 81 Hình 4.19. Mô hình mô phỏng hệ thống điện với thiết bị lọc tích cực AHF (Active Harmonic Filter) 82 Hình 4.20. Mô hình khối lọc tích cực 84 Hình 4.21. Bộ lọc tích cực sử dụng cùng thiết bị SVC 86 Hình 4.22. Biên dạng điện áp và dòng điện của nguồn. 87 Hình 4.23. Biên dạng điện áp và dòng điện của bộ lọc tích cực. 87 Hình 4.24. Biên dạng điện áp và dòng điện của tải. 87 Hình 4.25. Biên dạng điện áp và dòng điện của tụ. 88 Hình 4.26. Sng hài ở tải a) và nguồn b) tại thời điểm chỉ c tải I được đấu vào lưới điện 88 Hình 4.27. Sóng hài ở tải (a) và nguồn (b) khi cả 2 tải được đấu vào lưới điện 89 Hình 4.28.Sng hài ở tải a) và nguồn b) khi lưới đã hoạt động ổn định 89 Hình 4.29. Kết quả mô phỏng lưới điện khi chỉ c hệ thống bù SVC 90 Hình 4.30. Kết quả mô phỏng với lưới điện khi c bộ lọc tích cực tham gia lọc sng hài cùng SVC 90 [...]... trm SVC c th hin nh trờn hỡnh 2.2 Hỡnh 2.2 S mch lc trm SVC Khi TCR tiờu th 108 MVAr (ng vi 900 ) thỡ h thng SVC tiờu th c cụng sut phn khỏng l 48 MVAr Cũn khi TCR khụng hot ng (ng vi goc m 1800 ) thỡ h thng SVC phỏt c cụng sut 60 MVAr Cỏc thit b thuc h thng SVC c tp trung trong mt khu vc tin cho giỏm sỏt hot ng cng nh to s thng nht trong b trớ thit b, ng dõy Khu vc thit b bự SVC c th hin trong. .. khỏng trong h thng in noi chung v xột ti trm bự cụng sut phn khỏng SVC Thỏi Nguyờn noi riờng, t o xut nhng gii phỏp khc phc Ni dung lun vn c b cc nh sau: Chng 1 Tng quan v bự cụng sut phn khỏng trong h thng in Chng 2 Phõn tớch hot ng ca trm bự SVC Chng 3 Nghiờn cu ng dng lc tớch cc trong trm bự SVC Chng 4 Mụ phng bng Matlab Simulink Kt lun Trong quỏ trỡnh thc hin lun vn, c s hng dn tn tỡnh ca thy giỏo... trũ quan trng trong h thng phõn phi in min Bc Trm co tng cụng sut 626 MVA trong o co: 2 MBA 250 MVA 220/110/22 kV; 2 MBA 63 MVA 110/35/22 kV; 07 ngn l 220 kV; 16 ngn l 110 kV; 09 ngn l 35 kV v 10 ngn l 22 kV T bự gm: 02 t bự tnh 110kV/40 MVAr; 01 b t bự dc FSC - 51 MVAr v 01 b t bự SVC 108 MVAr Mỏy bin ỏp AT2 trong trm mua in ca Trung Quc qua Z 220kV H Giang- Thỏi Nguyờn Hin ti, trm SVC Thỏi Nguyờn... hờ thụng bu SVC Hờ thụng bu ti nh SVC ong vai tro quan trong trong hoat ụn g cua tram 220kV Thỏi Nguyờn , nu xy ra s c s dn ti mt hon ton ngun in phớa Trung Quc gõy qua tai nhy bc rt ln cho li phõn phụi khu vc (Thỏi Nguyờn) v tt yu dn ti mõt iờn trờn phõn co n li ca li Vỡ vy cn ht sc cn trng trong vn hnh khai thac hờ thụng Thiờt bi SVC tuy co kha nng bu ln nhng lai gõy ra... co nhiu gii phỏp khỏc nhau, mt trong s o l s dng b lc m in hỡnh l b lc tớch cc Vỡ vy sau hai nm hc tp v nghiờn cu cựng vi s nh hng ca thy hng dn TS Ngụ c Minh tụi ó la chn ti l Phõn tớch nh hng ca song hi trong trm bự cụng sut phn khỏng kiu SVC v nhng gii phỏp khc phc Hng nghiờn cu ca lun vn l phõn tớch s phỏt sinh v nh hng ca song hi khi thc hin bự cụng sut phn khỏng trong h thng in noi chung v xột... ng dõy in trng ca ng dõy thng ớt thay i trong quỏ trỡnh vn hnh vỡ in ỏp ng dõy c khng ch trong gii hn cho phộp (vi ng dõy 500kV- khụng quỏ 10%) Song t trng ng dõy to ra co th bin thiờn trong mt gii hn rng theo s thay i ca dũng in ti trờn ng dõy Tr s trung bỡnh cho mt chu k ca nng lng in trng tớnh trờn n v chiu di ca mt pha ng dõy bng: 1 2 w E C.U p 2 (1.2) Trong o: U p l in ỏp pha ca ng dõy Cụng sut... nghiờn cu a ra nhng gii phỏp khc phc thớch hp Trong chng tip theo s i tỡm hiu v trm bự kiu SVC v xut gii phỏp khc phc cỏc nhc im ca SVC õy cng l mc tiờu chớnh ca ti S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Lun vn thc s k thut 29 Chng II PHN TCH HOT NG CA TRM B SVC 2.1 Trm bự SVC Thỏi Nguyờn Trm bin ỏp 220 kV Thỏi Nguyờn trc thuc truyn ti in Thỏi Nguyờn Cụng ty truyn... nguyờn lý hot ng cua thit b bự tnh SVC 2.2.1 Cỏc phn t chớnh Vờ c ban SVC cõu tao t cac thanh phõn chi nh sau , hỡnh 2.5: t in co in dung cụ i nh (FC), t in ong m bng Thyristor (TSC), khỏng in ong m bng Thyristor (TSR) v khỏng in iu khiờn bng Thyristor (TCR) - Hỡnh 2.5 a) SVC la s kờt hp cua TCR va cac bụ l c th ng FC ( Fixed Capacitor) - Hỡnh 2.5 b) SVC la s kờt hp cua TCR (Thyristor... ngi ta thng phi trang b thờm h thng t ng iu chnh dung lng t bự 2) Thit b bự tnh t trong t phõn phi ca nhom thit b dựng in (hỡnh b) Phng ỏn ny cho phộp gim tn tht trờn on dõy t thanh cỏi trm bin ỏp n t phõn phi ca cỏc nhom thit b dựng in, tuy nhiờn h s cụng sut ph thuc vo s lng thit b dựng in Trong trng hp co ớt ng c trong nhom thỡ vn co kh nng d tha cụng sut phn khỏng Vỡ vy i vi phng ỏn ny cng cn phi... lng trong cỏc khõu t sn xut ra n truyn ti v tiờu th Trong hai i lng ch yu l cụng sut tỏc dng P (W) v cụng sut phn khỏng Q (VAr) thỡ Q c xem nh l thc o cho in ỏp cũn P l thc o cho tn s: ti mt nỳt li, nu in ỏp thp l do thiu Q v in ỏp cao l do tha Q Vỡ th vic iu chnh in ỏp nỳt c thc hin thụng qua cỏc trm bự v cỏc trm bự Q l ngun phỏt sinh song hi cn phi c nghiờn cu a ra nhng gii phỏp khc phc thớch hp Trong . “ Phân tích ảnh hưởng của sng hài trong trạm bù công suất phản kháng kiểu SVC và những giải pháp khắc phục . Hướng nghiên cứu của luận văn là phân tích sự phát sinh và ảnh hưởng của sng hài. ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VŨ THỊ VÒNG PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA SÓNG HÀI TRONG TRẠM BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG KIỂU SVC VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà. hài khi thực hiện bù công suất phản kháng trong hệ thống điện ni chung và xét tại trạm bù công suất phản kháng SVC Thái Nguyên ni riêng, từ đ đề xuất những giải pháp khắc phục. Nội dung luận