nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện nâng cao chất lượng lưới điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP o0o LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO VIỆC GIẢM HÀI DÕNG ĐIỆN NÂNG CAO CHÂT LƢỢNG LƢỚI ĐIỆN NGUYỂN NHƢ NGHĨA THÁI NGUYÊN 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO VIỆC GIẢM HÀI DÒNG ĐIỆN NÂNG CAO CHÂT LƢỢNG LƢỚI ĐIỆN Học viên : Nguyễn Nhƣ Nghĩa Ngƣời HD Khoa Học: TS Nguyễn Duy Cƣơng THÁI NGUYÊN 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP *** CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tƣ Do - Hạnh Phúc o0o THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO VIỆC GIẢM HÀI DONG ĐIỆN NÂNG CAO CHÂT LƢỢNG LƢỚI ĐIỆN Học viên : Nguyễn Nhƣ Nghĩa Lớp : CH-K12 Chuyên ngành : Tự động hoá Ngƣời hƣớng dẫn : TS Nguyễn Duy Cƣơng Ngày giao đề tài : 2/2011 Ngày hoàn thành đề tài : 8/2011 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN TS Nguyễn Duy Cƣơng BAN GIÁM HIỆU HỌC VIÊN Nguyễn Nhƣ Nghĩa Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ bé läc tÝch cùc cho viÖc gi¶m hµi dßng ®iÖn ®Ó n©ng cao chÊt l-îng l-íi ®iÖn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Mục Lục Mục lục 1 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT………… 6 DANH MỤC CÁC BẢNG 7 LỜI NÓI ĐẦU ………………………… …………………………………………………. 8 CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI 11 1.1. Đặt vấn đề…………………………………………… 11 1.2. Tổng quan về sóng hài…………………………… 11 1.2.1. Khái niệm và phân tích sóng hài…………………… 11 1.2.2. Tổng méo điều hòa THĐ……………………………… 16 1.3. Các nguồn sinh ra sóng hài …………………………… 17 1.3.1 Máy biến áp……………………………… 17 1.3.2 Động cơ điện……………………………… 18 1.3.3 Thiết bị điện tử công suất……………………………… 18 1.3.4 Đèn huỳnh quang ……………………………… 20 1.3.5. Bộ điều chỉnh tốc độ truyền động…………………………… 22 1.3.6. Lò điện ……………………………………………… 23 1.4. Ảnh hƣởng của sóng hài……………………………… 24 1.5. Kết luận……………………………………………… 28 CHƢƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI 29 2.1. Biện pháp ngăn ngừa tạo ra sóng hài………………… 29 2.2. Tăng điện kháng phía nguồn xoay chiều đầu vào tải phi tuyến………………………………………………… 30 2.3 . Bộ lọc thụ động……………………………………… 32 2.3.1. Bộ lọc thụ động mắc song song………………………………… 33 2.3.2. Bộ lọc thụ động mắc song song……………………………… 34 2.4. Bộ lọc tích cực……………………………………… 41 2.4.1. Phân loại theo bộ biến đổi công suất……………………… 42 Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.4.2. Phõn loi theo s mc 44 2.5. Kt lun 50 CHNG III: CU TRC V THUT TON IU KHIN B LC TCH CC 51 3.1. t vn 51 3.2. B bin i in ỏp xoay chiu ba pha 51 3.3. Lý thuyt cụng sut tc thi p q 52 3.4. Xõy dng thut toỏn iu khin cho b lc tớch cc 56 3.5. Xõy dng cu trỳc iu khin cho b lc tớch cc 57 3.5.1. xut cu trỳc iu khin b lc tớch cc ba pha ba dõy 58 3.5.2. iu khin in ỏp mt chiu 59 3.6. Kt lun 60 CHNG IV: Mễ PHNG H THNG 61 4.1. S mụ phng 61 4.2. Kt qu mụ phng 68 4.3. Kt lun 72 CHNG V: KT LUN V KIN NGH 73 5.1. Kt lun 73 5.2. Kin ngh 73 TI LIU THAM KHO 74 TểM TT 76 Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ bé läc tÝch cùc cho viÖc gi¶m hµi dßng ®iÖn ®Ó n©ng cao chÊt l-îng l-íi ®iÖn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Mẫu dạng sóng bao gồm các sóng điều hòa 11 Hình 1.2: Ví dụ méo sóng AC điển hình 14 Hình1.3: Sơ đồ chỉnh lƣu cầu một pha không điều khiển 18 Hình 1.4: Dòng điện lƣới của chỉnh lƣu cầu một pha không điều khiển 19 Hình 1.5: Sơ đồ chinh lƣu điốt ba pha 19 Hình1.6: Dòng pha A của chỉnh lƣu điốt ba pha 20 Hình 1.7: Phổ dòng điện chỉnh lƣu điôt ba pha 20 Hình 1.8. Sơ đồ chỉnh lƣu cầu ba pha có điều khiển 21 Hình 1.9. Dạng dòng điện một pha của chỉnh lƣu cầu ba pha có điều khiển 21 Hình1.10. Dạng phổ dòng điện của chỉnh lƣu cầu ba pha có điều khiển 21 Hình 1.11: Dòng đầu vào của bóng đèn huynh quang điển hình bóng đèn huỳnh quang 22 Hình 1.12. Dòng đầu vào và phổ dòng điều hòa của ASD điển hình 23 Hình 1.13. Dòng đầu vào và phổ sóng hài của lò điện điển hình 23 Hình 2.1. Dòng đầu vào và phổ sóng điều hòa bộ biến đổi của (a)buck, (b) boots và (c) BIFRED 30 Hình 2.2. Dòng điều hòa sinh ra từ cầu chỉnh lƣu ba pha có tụ lọc phía một chiều 31 Hình 2.3. Dòng điều hòa sinh ra từ cầu chỉnh lƣu ba pha có kháng lọc 31 Hình 2.4. Độ giảm méo điều hòa của một ASD loại PWM có kháng lọc đầu vào 32 Hình 2.5 Biểu diễn một số sơ đồ bộ lọc thông thƣờng 33 Hình 2.6. Bộ lọc sóng hài ―notch‖ bậc 5 và tác động của nó lên hệ thống 34 Hình 2.7. Biểu diễn sơ đồ bộ lọc thụ động mắc nối tiếp điển hình 34 Hình 2.8. Sơ đồ mặch chỉnh lƣu không có bộ lọc 38 Hình 2.9. Kết quả mô phỏng thu đƣợc dòng và áp 38 Hình 2.10. Phổ của nguồn áp 39 Hình 2.11. Sơ đồ mạch chỉnh có bộ lọc thụ động 39 Hình 2.12. Kết quả mô phỏng thu đƣợc dòng và áp 40 Hình 2.13. Phổ của nguồn áp 40 Hình 2.14. Nguyên lý bù cơ bản của bộ lọc tích cực 41 Hình 2.15. Tải, APF và dạng sóng dòng nguồn 41 Hình 2.16. Bộ lọc tích cực ba pha ba dây nguồn dòng 42 Hình 2.17. Bộ lọc tích cực mắc song song nguồn áp 43 Hình 2.18. Mạch tƣơng đƣơng của bộ lọc tích cực song song, nguồn và tải, (a) bù 45 Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn dũng iu ho ca ti, (b) bự ỏp iu hũa ca ti, (c) bự ỏp ca ngun Hỡnh 2.19. S b lc tớch cc mt pha mc song song 45 Hỡnh 2.20. Dũng ca ti, b lc v ngun ca h thng 46 Hỡnh. 2.21. B lc cụng sut tớch cc mc ni tip tng ng vi mt pha 47 Hỡnh 2.22. B lc hn hp ca b lc th ng mc song song 49 Hỡnh 2.23 Dũng ca b lc th ng, b lc tớch cc, ti, v ngun 49 Hỡnh 2.24. B lc hn hp ca b lc tớch cc v b lc th ng mc ni tip 49 Hỡnh 2.25. S cu trỳc UPQC 50 Hỡnh 3.1. Mch in phớa li (a) v mụ hỡnh phớa li (b) 51 Hỡnh 3.2: Cụng sut tỏc dng trờn ti 54 Hỡnh 3.3. Thut toỏn iu khin da trờn lý thuyt p- q 56 Hỡnh 3.4: B lc tớch cc song song 58 Hỡnh 3.5: Cu trỳc iu khin b lc tớch cc 59 Hỡnh 3.6. B iu khin in ỏp mt chiu s dng b iu chnh PI 60 Hỡnh 4.1. Mch lc ca mch lc tớch cc ba pha ba dõy 61 Hỡnh 4.2. Mụ hỡnh mch lc tớch c ba pha ba dõy trờn Simulink 62 Hỡnh 4.3. Mụ hỡnh ti phi tuyn 63 Hỡnh 4.4. B iu khin in ỏp v tớnh toỏn cụng sut n nh trờn t 63 Hỡnh 4.5. Mụ hỡnh khi tớnh toỏn dũng bự chun 64 Hỡnh 4.6. Khi chuyn in ỏp trong h abc 64 Hỡnh 4.7. Khi chuyn dũng in abc 65 Hỡnh 4.8. Khi tớnh toỏn cụng sut tc thi p,q 65 Hỡnh 4.9. Khi tớnh cụng sut bự 65 Hỡnh 4.10. Khi tớnh dũng bự 66 Hỡnh 4.11. Khi tỡnh dũng in chun 66 Hỡnh 4.12. Khi iu khin dũng v phỏt xỳng 67 Hỡnh 4.13. Biu din ỏp ca ngun khi b lc cha tỏc ng 68 Hỡnh 4.14. Biu din dũng in cp cho ti 68 Hỡnh 4.15. TH ca bc súng hi dũng in pha A 69 Hỡnh 4.16. Dũng ngun sau khi b lc tỏc ng 70 Hỡnh 4.17. Dũng ca ti 70 Hỡnh 4.18. Dũng ca mch lc trc v sau khi tỏc ng 70 Hỡnh 4.19. TH ca bc súng hi dũng in mt pha 71 Hỡnh 4.20. Cụng sut tỏc dng ca ngun trc v sau khi b lc tỏc ng 71 Hỡnh 4.21. Cụng sut phn khỏng ca ngun trc v sau khi b lc tỏc ng 72 Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ bé läc tÝch cùc cho viÖc gi¶m hµi dßng ®iÖn ®Ó n©ng cao chÊt l-îng l-íi ®iÖn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 4.22. Công suất phản kháng của nguồn trƣớc và sau khi bộ lọc tác động 72 Hình 4.23. Công suất tác dụng của tải 72 Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ bé läc tÝch cùc cho viÖc gi¶m hµi dßng ®iÖn ®Ó n©ng cao chÊt l-îng l-íi ®iÖn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT APF Active Power Filters- Bộ lọc công suất tích cực AF Bộ lọc tích cực CSAFs Current Source Active Filter- Bộ lọc tích cực nguồn dòng CSPK Công suất phản kháng LPF Low Pass Filter - Bộ lọc thông thấp PWM Pulse Width Modulation - Điều chế độ rộng xung PI Proportional – integral - Bộ điều khiển PI THD Total Harmonic Distortion - Độ méo hài tổng PCC Point of Common Coupling - Điểm nối chung VSI Voltage Source Inverter – Bộ biến đổi nguồn áp VSAF Voltage Source Active Filter – Bộ lọc tích cực nguồng áp UPS Uninterruptible Power Supply – Nguồn cấp điện liên tục UPQC Unified Power Quality Conditioners Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ bé läc tÝch cùc cho viÖc gi¶m hµi dßng ®iÖn ®Ó n©ng cao chÊt l-îng l-íi ®iÖn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần sóng điều hòa lớn nhất và nhỏ nhất của dòng điện bóng đèn huỳnh quang Bảng 1.2: Dòng điều hòa và dòng trung tính của một nguồn cung cấp năng lƣợng máy tính điển hình Bảng1.3: Giới hạn biến dạng dòng sóng hài (Ih) trong phần trăm của ( IL) Bảng 1.4 Giới hạn méo điện áp [...]... liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện iu chnh n B lc thụng cao B lc thụng cao bc mt bc hai B lc thụng cao bc ba Hỡnh 2.5 Biu din mt s s b lc thụng thng [10] 2.3.1 B lc th ng mc song song Loi ph bin nht ca b lc th ng l b lc iu chnh n "notch" õy l loi mang li tớnh kinh t cao v thng khỏ hiu qu trong phn ln... lng in Hỡnh 1.12 cho thy: S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện Hỡnh 1.12 Dũng u vo v ph dũng súng hi ca b iu chnh tc in hỡnh Dũng u vo ca mt b iu chnh tc in hỡnh v ph súng hi Súng hi bc 5 v bc 7 l khỏ cao 1.3.6 Lũ in Lũ in l mt trong nhng thit b gõy ra súng iu hũa rt cao trong cỏc... thnh phn súng hi bc cao 3, 5, 7 , trong ú ỏng chỳ ý l thnh phn hi bc 3 ln nht v ỏng k hn c, cũn cỏc thnh phn khỏc khỏ nh 1.3.2 ng c in S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện ng c in xoay chiu khi hot ng cng sinh ra súng iu hũa dũng in bc cao Cỏc súng iu hũa dũng in bc cao c phỏt sinh bi... bc 7 l ch yu 1.3.4 ốn hunh quang S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện õy l loi ti cú tớnh phi tuyn cao Hỡnh 1.11 biu din dũng u vo ca ốn hunh quang in hỡnh S lng cỏc súng hi bc 3, 5, 7,9 v 11 cao. Kt qu th nghim ca Liew [6] ch ra ti a v ti thiu thnh phn súng hi ca ốn hunh quang, nh... cho vic gim hi dũng in nõng cao cht lng li in gm nm chng vi ni dung túm tt nh sau: Chng I : Gii thiu tng quan v súng hi Chng II : Cỏc bin phỏp hn ch súng hi Chng III : Cu trỳc v thut toỏn iu khin b lc tớch cc Chng IV : Mụ phng h thng Chng V : Kết luận và khuyến nghị S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao. .. http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện * Gõy ra mộo in ỏp ngun Súng hi dũng ca ti qua tr khỏng u ra ca ngun sinh ra dũng súng hi in ỏp * Gõy nh hng ti cỏc thit b vin thụng Cỏc súng hi bc cao cú th gõy súng in t lan truyn trong khụng gian lm nh hng n thit b thu phỏt súng Vi cỏc tỏc hi t súng iu hũa gõy ra cho h thng in cng... 1.0 1.5 Bng 1.4 Gii hn mộo in ỏp S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện 1.5 Kt lun Trong chng ny ó trỡnh by v súng iu hũa, nhng nguyờn nhõn sinh ra v nhng tỏc hi ln ca súng iu hũa bc cao gõy ra cho h thng in, lm gim cht lng in nng, nh hng ti hot ng v hiu sut ca cỏc thit bTrong chng tip... http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện Hỡnh 1.4: Dũng in li ca chnh lu cu mt pha khụng iu khin - Xột s chnh lu it cu ba pha khụng cú b lc mt chiu Ta cú: V AS = 220 2 sin(t) (V) V BS = 220 2 sin(t - 2 ) (V) 3 VCS = 220 2 sin(t + 2 ) (V) 3 Hỡnh 1.5: S chinh lu it ba pha S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu. . .Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện LI NểI U Ngy nay, cỏc h thng truyn ng in hin i trong cụng nghip v dõn dng thng s dng cỏc b bin i in t cụng sut, chng hn nh cỏc b bin i xoay chiu - mt chiu, cỏc loi lũ in hay cỏc b bin tn Cỏc b bin i ny cú th cho phộp ỏp dng cỏc thut toỏn iu khin t n gin... Nh Ngha S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện CHNG 1 GII THIU TNG QUAN V SểNG HI 1.1 t vn Trong nhng nm gn õy, do s phỏt trin mnh m ca nn kinh t, tc cụng nghip húa tng mt cỏch nhanh chúng v lng in nng tiờu th phc v cho sn xut cụng nghip cng ngy mt ln Trong quỏ trỡnh phỏt trin nh . 34 2.4. Bộ lọc tích cực …………………………………… 41 2.4.1. Phân loại theo bộ biến đổi công suất……………………… 42 Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng. Chng IV : Mụ phng h thng Chng V : Kết luận và khuyến nghị Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện S húa bi Trung tõm Hc liu. trị hiệu dụng của thành phần điện áp sóng hài bậc n. Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất l-ợng l-ới điện S húa bi Trung tõm Hc liu HTN http://www.lrc-tnu.edu.vn