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 - 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 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 LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan luận văn công trình tự làm nghiên cứu, luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo ñã nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Phạm Thị Thu Thuỷ MỤC LỤC Trang Lời cam ñoan Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ ñồ thị Mở ñầu Chương Tổng quan sóng ñiều hoà bù công suất lên lưới 13 15 1.1 ðặt vấn ñề 15 1.2 Tổng quan sóng ñiều hòa 16 1.2.1 Ảnh hưởng sóng ñiều hòa bậc cao quy ñịnh giới hạn thành phần sóng ñiều hòa bậc cao lưới ñiện 19 1.2.2 Một số nguồn tạo sóng ñiều hòa bậc cao công nghiệp 22 1.3 Tổng quan 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 việc nâng cao hệ số công suất 28 1.4 Kết luận chương 29 Chương Lọc sóng ñiều hoà bậc cao 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 nguyên lý làm việc 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 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 44 2.4.3 Một số thiết bị bù FACTS [11] 44 2.5 Nguyên lý làm việc thiết bị bù tích cực 49 2.6 Kết luận chương 51 Chương Thiết kế lọc tích cực cho tải phi tuyến lưới ñiện phân phối 52 3.1 ðặt vấn ñề 52 3.2 Lý thuyết phương pháp lọc tích cực 52 3.2.1 Các phương pháp lọc tích cực dựa miền tần số 52 3.2.2 Các phương pháp lọc tích cực dựa miền thời gian 54 3.3 Mô hình tải phi tuyến 59 3.4 Cấu trúc lọc tích cực 60 3.4.1 Cấu trúc ñiều khiển 64 3.4.2 Khâu tạo xung SVM (Space vector modulation method) [1] 3.5 Kết luận chương Chương Mô hình hoá mô hệ thống 4.1 Xây dựng mô hình lọc phần mềm Matlab/Simulink [4] 66 72 73 73 4.1.1 Nguồn xoay chiều 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 ñiện áp ba pha 80 4.1.5 Khâu ño dòng ñiện, ñiện áp 80 4.2 Sơ ñồ mô 80 4.3 Kết mô 84 4.3.1 Kết mô trường hợp chưa có lọc tích cực 84 4.3.2 Kết mô trường hợp có lọc tích cực 85 4.4 Kết luận chương 89 Kết luận kiến nghị 90 Tài liệu tham khảo 91 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT Ký hiệu Diễn giải nội dung ñầy ñủ f Tần số lưới ñiện f(t) Hàm chu kỳ không sin U1 Biên ñộ thành phần ñiện áp ñiều hoà Un Biên ñộ thành phần ñiện áp ñiều hoà bậc n I1 Biên ñộ thành phần dòng ñiện ñiều hoà In Biên ñộ thành phần dòng ñiện ñiều hoà bậc n PF Hệ số công suất p Công suất tác dụng tức thời 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 iS Dòng ñiện nguồn 16 iL Dòng ñiện lưới phía tải (dòng tải) 17 iF Dòng ñiện chạy qua lọc 18 Us ðiện áp nguồn 19 Uh ðiện áp thành phần ñiều hoà bậc cao 20 UF ðiện áp thành phần 21 u0, uα, uβ ðiện áp biểu diễn hệ trục αβ 22 ua, ub, uc ðiện áp biểu diễn hệ trục abc 23 ia, ib, ic Dòng ñiện biểu diễn hệ trục abc 24 i0, iα, iβ Dòng ñiện biểu diễn hệ trục αβ 25 ud, uq ðiện áp biểu diễn hệ trục dq 26 id, iq Dòng ñiện biểu diễn hệ trục dq 27 ω Tần số góc nguồn ñiện 28 Udc ðiện áp chiều 29 S Công suất biểu kiến 30 , Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành phần dòng xoay chiều 31 32 Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành phần dòng chiều T Chu kỳ dòng ñiện 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 Thyristor 37 DC Một chiều 38 AC Xoay chiều 39 AFn Bộ lọc tích cực song song 40 AFS 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 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Nội dung bảng biểu Trang 1.1 Tiêu chuẩn IEEE std 519 giới hạn nhiễu ñiện áp 20 1.2 Tiêu chuẩn IEEE std 519 giới hạn nhiễu dòng ñiện 21 1.3 IEC 1000-3-4 21 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 Fn thành an bn 18 1.4 Phổ thành phần ñiều hòa 18 1.5 Mô hình chỉnh lưu cầu ði ốt pha 22 1.6 Dòng ñiện nguồn sinh chỉnh lưu cầu ði ốt pha 22 1.7 Chỉnh lưu cầu ði ốt pha, dạng dòng ñiện phổ 23 1.8 Mô hình chỉnh lưu cầu ði ốt pha 23 1.9 Dòng ñiện nguồn sinh chỉnh lưu cầu ði ốt pha 24 1.10 Chỉnh lưu cầu ði ốt pha, dạng dòng ñiện phổ 24 1.11 Chỉnh lưu Thyristor cầu pha 25 1.12 Dạng dòng ñiện iA phổ 25 2.1 Bộ lọc RC 31 2.2 Bộ lọc LC 31 2.3 Sơ ñồ mô hệ thống chưa có lọc thụ ñộng 32 2.4 ðáp ứng dòng, áp vị trí B1 B2 chưa có lọc thụ ñộng 32 2.5 Phổ ñiện áp B1 B2 33 2.6 Sơ ñồ mô hệ thống có lọc thụ ñộng 33 2.7 Phổ ñiện áp B1 34 11 2.8 Bộ lọc tích cực song song 36 2.9 Cấu trúc lọc song song 37 2.10 Bộ lọc tích cực nối tiếp 38 2.11 Sơ ñồ nguyên lý AFS 39 2.12 Bộ lọc tích cực dây 39 2.13 Bộ lọc tích cực dây có ñiểm 40 2.14 Bộ lọc tích cực dây 40 2.15 Cấu trúc VSI 41 2.16 Cấu trúc CSI 41 2.17 Cấu trúc lọc hỗn hợp với lọc tích cực có loại: a) song song b) nối tiếp 42 2.18 Cấu trúc UPQC 43 2.19 Cấu trúc SSSC 45 2.20 Cấu trúc TCSC 46 2.21 Cấu trúc SVC 47 2.22 Cấu trúc Stacom 48 2.23 Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng Statcom 48 2.24 Nguyên lý bù bù tích cực 49 2.25 Trạng thái hấp thụ công suất bù 50 2.26 Trạng thái phát công suất phản kháng bù 51 3.1 Hình 3.1: Phương pháp FFT 54 3.2 Thuật toán xác ñịnh dòng bù hệ dq 55 3.3 Thuật toán lựa chọn sóng ñiều hòa cần bù hệ dq 56 3.4 Mô hình lọc tích cực theo lý thuyết 56 3.5 Tải phi tuyến 60 [...]... a) song song và b) nối tiếp 42 2.18 Cấu trúc UPQC 43 2.19 Cấu trúc SSSC 45 2.20 Cấu trúc TCSC 46 2.21 Cấu trúc SVC 47 2.22 Cấu trúc Stacom 48 2.23 Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của Statcom 48 2.24 Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 49 2.25 Trạng thái hấp thụ công suất của bộ bù 50 2.26 Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 51 3.1 Hình 3.1: Phương pháp FFT 54 3.2 Thuật toán xác ñịnh dòng bù trong hệ... công suất của bộ bù 50 2.26 Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 51 3.1 Hình 3.1: Phương pháp FFT 54 3.2 Thuật toán xác ñịnh dòng bù trong hệ dq 55 3.3 Thuật toán lựa chọn sóng ñiều hòa cần bù trong hệ dq 56 3.4 Mô hình bộ lọc tích cực theo lý thuyết 56 3.5 Tải phi tuyến 60