Nghiên cứu lựa chọn thiết bị lọc sóng hài thụ động dành cho tải chỉnh lưu ba pha

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng tôi, không chép Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải tác phẩm, tạp chí, báo trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tác giả Trần Đức Thắng LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Xuân Tùng, giảng viên Bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, ngƣời thầy trực tiếp hƣớng dẫn suốt trình thực đề tài Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Điện, thƣ viện Tạ Quang Bửu, giảng viên Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội hƣớng dẫn khóa học hoàn thành đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán hành Viện Điện Viện Đào tạo Sau đại học giúp đỡ trình học tập trƣờng Để có đƣợc ngày hôm không nhắc đến ngƣời thân gia đình tạo hậu phƣơng vững giúp yên tâm hoàn thành công việc nghiên cứu Cuối xin gửi tới toàn thể bạn bè đồng nghiệp lời biết ơn chân thành tình cảm tốt đẹp giúp đỡ quý báu mà ngƣời dành cho suốt thời gian gian làm việc, học tập, nghiên cứu thực đề tài Tác giả Trần Đức Thắng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 LỜI CẢM ƠN .2 MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .13 1.1 Phân loại chất lƣợng điện 13 1.2 Khái niệm sóng hài 16 1.3 Các số đánh giá sóng hài hệ thống điện 17 1.4 Các tiêu chuẩn khuyến cáo mức độ sóng hài hệ thống điện 18 1.5 Các nguồn phát sinh sóng hài hệ thống điện 20 1.5.1 Các máy biến áp 21 1.5.2 Các động 22 1.5.3 Các thiết bị điện tử công suất .23 1.5.4 Các thiết bị hồ quang 25 1.6 Ảnh hƣởng sóng hài tới hệ thống thiết bị 26 1.6.1 Hiện tƣởng cộng hƣởng tần số sóng hài 27 1.6.2 Ảnh hƣởng tới động máy biến áp 29 1.6.3 Ảnh hƣởng tới hệ số công suất 30 1.6.4 Ảnh hƣởng tới tụ bù 31 1.6.5 Ảnh hƣởng tới thiết bị bảo vệ 31 1.6.6 Ảnh hƣởng tới thiết bị đo đếm .32 CHƢƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP LOẠI TRỪ SÓNG HÀI .33 TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .33 2.1 Tổng quan giải pháp loại trừ sóng hài hệ thống điện 33 2.2 Các lọc sóng hài thụ động .34 2.2.1 Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp .34 2.2.2 Bộ lọc thụ động kiểu song song 35 2.3 Các lọc sóng hài tích cực 35 2.3.1 Các lọc sóng hài tích cực kiểu song song .35 2.3.2 Các lọc sóng hài tích cực kiểu nối tiếp 36 2.4 Các lọc hỗn hợp (kiểu lai ghép) 37 2.5 So sánh lọc thụ động lọc chủ động 37 2.6 Các loại lọc thụ động phổ biến 38 2.7 Hƣớng nghiên cứu luận văn 42 CHƢƠNG 3: QUI TRÌNH TÍNH TOÁN THAM SỐ CHO BỘ LỌC .43 CỘNG HƢỞNG ĐƠN 43 3.1 Qui trình chung để thiết kế lọc sóng hài thụ động 43 3.2 Các tham số cần lựa chọn trƣớc lọc cộng hƣởng 46 3.2.1 Lựa chọn hệ số chất lƣợng Q cho lọc .46 3.2.2 Lựa chọn tần số cộng hƣởng cho lọc 47 3.3 Các phƣơng trình sử dụng tính toán thiết kế lọc thụ động kiểu cộng hƣởng đơn 50 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN .54 4.1 Các thông số đầu vào 54 4.1.1 Đặt vấn đề 54 4.1.2 Giới thiệu sơ lƣợc phần mềm PSCAD 54 4.1.3 Sơ đồ lƣới điện đƣợc tính toán áp dụng .55 4.2 Chi tiết tính toán thiết kế lọc thụ động kiểu cộng hƣởng đơn .62 4.3 Kết chạy mô với tham số lọc tính 64 4.4 Tính toán bổ sung thêm lọc bậc 67 4.5 Tính toán lắp đặt tổ hợp lọc bậc bậc 11 69 4.6 Tính toán kiểm nghiệm với việc lắp đặt tổ hợp ba lọc bậc 5, bậc bậc 11 .71 4.7 Tính toán kiểm nghiệm với việc lắp đặt tổ hợp lọc bậc 5, bậc 7, bậc 11 bậc 13 73 4.8 Kết luận chung đánh giá tần số cộng hƣởng lƣới điện sau lắp lọc 74 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 5.1 Kết luận 76 5.2 Hƣớng nghiên cứu tƣơng lai .77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CL : Chỉnh lƣu CSPK : Công suất phản kháng CSTD : Công suất tác dụng CLĐN : Chất lƣợng điện HTĐ : Hệ thống điện MBA : Máy biến áp NL : Nghịch lƣu THD : Tổng độ méo sóng hài TDD : Tổng độ méo nhu cầu DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phân tích Fourer sóng bị méo dạng .16 Hình 1.2: Sóng bị méo dạng phân tích Furier tƣơng ứng .17 Hình 1.3: Điện áp sin qua tải phi tuyến tạo dòng điện không sin 20 Hình 1.4: Cơ chế phát sinh sóng hài sinh tƣợng bão hòa mạch từ 21 máy biến áp .21 Hình 1.5: Dạng sóng phổ tần dòng điện máy biến áp hoạt động điều kiện áp 10% 22 Hình 1.6: Dòng điện máy lạnh với THD=6,3% 23 Hình 1.6: Dòng điện điều hòa với THD=10,5% 23 Hình 1.7: Dạng sóng điện áp dòng pha A chỉnh lƣu 24 Hình 1.8: Dạng sóng dòng điện, phổ tần tổng độ méo sóng hài số tải phi tuyến khác 24 Hình 1.9: Phổ tần dòng điện lò hồ quang 25 Hình 1.10: Phân loại ảnh hƣởng sóng hài tới hệ thống thiết bị .26 Hình 2.1: Mạch chỉnh lƣu có sử dụng cuộn kháng điều hòa 33 Hình 2.2: Bộ lọc thụ động nối tiếp 34 Hình 2.3: Bộ lọc thụ động song song 35 Hình 2.4: Bộ lọc tích cực bù ngang 36 Hình 2.5: Bộ lọc tích cực bù dọc .36 Hình 2.6: Bộ lọc hỗn hợp thông dụng .37 Hình 2.7: Cấu hình loại lọc thụ động phổ biến .39 Hình 2.8: Đặc tính tổng trở theo tần số lọc cộng hƣởng đơn 40 Hình 2.9: Đặc tính tổng trở loại lọc thụ động phổ biến 42 Hình 3.1: Cấu hình hệ thống có thiết bị lọc sóng hài thụ động 43 Hình 3.2: Lƣợc đồ thiết kế lọc sóng hài thụ động 45 Hình 3.3: Bộ lọc cộng hƣởng đơn đặc tính tổng trở theo tần số 46 Hình 3.4: Đặc tính tổng trở lọc với hệ số chất lƣợng khác 47 Hình 3.5: Sơ đồ nối lọc hệ thống điện có tải phi tuyến 48 Hình 3.6: Các tần số cộng hƣởng xuất có lọc hệ thống .49 Hình 3.7: Sơ đồ khối trình tính toán lọc cộng hƣởng đơn 53 Hình 4.1: Giao diện phần mềm PSCAD 54 Hình 4.2: Sơ đồ sợi lộ đƣờng dây 35kV - 371-E3.1 55 Hình 4.3: Cấu trúc máng (trái) lò nồi (phải) 57 Hình 4.4: Sơ đồ khối phần điện lò cảm ứng dùng biến tần 57 Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý phần chỉnh lƣu lò cảm ứng 58 Hình 4.6: Sơ đồ lƣới điện cần tính toán lắp đặt lọc sóng hài .59 Hình 4.7: Phổ tần dòng điện điểm đấu nối trƣớc lắp lọc 61 Hình 4.8: Đặc tính tổng trở lọc theo tần số 65 Hình 4.9: Phổ tần dòng điện trƣớc có lọc 65 Hình 4.10: Phổ tần dòng điện sau có lọc bậc đƣợc lắp đặt 65 Hình 4.11: Đặc tính tổng trở lọc theo tần số 68 Hình 4.12: Sơ đồ mô với lọc bậc 5, bậc bậc 11 72 Hình 4.13: Đáp ứng tổng trở hệ thống theo tần số .75 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phân loại tƣợng liên quan đến chất lƣợng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE 1159 - 1995 13 Bảng 1.2: Tiêu chuẩn độ méo điện áp theo Thông tƣ 12 32 18 Bảng 1.3: Giới hạn độ méo dòng điện hệ thống phân phối 19 chung (có điện áp từ 120V tới 69000 V) 19 Bảng 1.4: Giới hạn độ méo dòng điện hệ thống truyền tải điện 19 (có điện áp từ 69001V tới 161000 V) .19 Bảng 1.5: Giới hạn độ méo dòng điện hệ thống truyền tải điện (