Nghiên cứu và ứng dụng bộ SVC cải tiến để giảm ảnh hưởng của lò hồ quang đến lưới điện

M VĂ D Ơ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BỘ SVC CẢI TIẾN Ể GIẢM Ả ỞNG CỦA LÒ HỒ QUANG Ế L Ớ ỆN Chuyên ngành: Mã số: 8520216 L ườ VĂ ướng dẫn khoa họ M 2018 L M , nghiên M V Dươ MỤ LỤ TRÀNG BÌA MỤC LỤC DANH MỤC Ụ Ụ CÁC 1 Lý chọn đề tài Nội dung nghiên cứu nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nộ ng h nh n n ƯƠ TỔNG QUAN VỀ Ư 1.1 Sóng hài 1.1.1 Giới thiệu sóng hài 1.1.2 Mơ tả sóng hài 1.1.3 Các tính chất sóng hài 1.1.4 Các thơng số sóng hài 1.1.5 q y định giới hạn sóng hài 1.1.6 ộ ố ng ồn phát sinh sóng hài 11 1.1.7 nh hưởng sóng hài 14 1.2 Công suất phản kháng 17 1.2.1 Giới thiệu chung 17 1.2.2 Khái niệm công suất phản kháng 17 1.2.3 nh hưởng bù công suất phản kháng ên ướ đ ện 18 1.2.4 y định ề ứ ê h ng ấ hản kháng 20 1.3 a động đ ện áp-flicker 21 1.3.1 Tổng quan 21 1.3.2 g yên nhân a động đ ện áp 23 1.3.3 nh hưởng a động đ ện đến thị lự n người 23 1.4 Kết lu n 23 ƯƠ ƯƠ Ư 24 2.1 hương há ọ ng đ ều hòa 24 2.1.1 Bộ lọc th động 24 2.1.2 Bộ lọc tích cực 25 2.2 hương há bù ng ất phản kháng 32 2.2.1 Các thiết bị bù công suất phản kháng 32 2.2.2 Một số thiết bị bù FACTS 32 2.2.3 Nguyên lý làm việc thiết bị bù tích cực 35 2.3 Một số hương án g ảm ficker 37 2.4 Kết lu n 37 ƯƠ TỔNG QUAN VỀ LÒ HỒ N 38 3.1 Giới thiệu chung 38 3.2 Lò hồ q ang đ ện chiều 39 3.3 Lò hồ q ang đ ện xoay chiều 40 3.3.1 Phân loại EAF 40 3.3.2 Sơ đồ kết nối EAF xoay chiề đ ện cực 41 3.3.3 Cấu tạ hồ q ang đ ện ba ba đ ện cực 42 3.3.4 Quy trình nấu chảy thép 44 3.4 Kết lu n 46 ƯƠ Ư Ồ Ề 47 4.1 hân h đặc tính Volt – Ampe (VAC) EAF xoay chiều 47 4.1.1 hương há ngh ên ứ đặc tính làm việc EAF xoay chiều 47 4.1.2 Phân h hình đặc tính EAF miền tần số: 47 4.1.3 hân h hình đặc tính EAF miền thời gian 47 4.1.4 M hình h a đặc tính hồ quang miền thời gian 50 4.2 Mơ lị hồ quang Matlab/Simulink 55 4.2.1 Sơ đồ mô 55 4.2.2 Thông số mạ h đ ện mô 55 4.2.3 Sơ đồ hỏng hồ q ang ên a ab nk b 56 4.3 Phân tích ảnh hưởng lị hồ quang đến ướ đ ện 56 4.3.1 S ng hà đ ện ng hà ng đ ện 56 4.3.2 ng ấ ê h ên 59 4.3.3 Hiện ượng Flicker 59 4.3.4 hỏng h ện ượng k h hồ q ang đ ện 60 4.4 ế n 61 ƯƠ S I TI Ể GI M Ư NG CỦA LÒ HỒ N XOAY CHIỀU P ƯỚ N 62 5.1 ựa họn hương án 62 5.2 ộ ọ h ự bù động ng ấ hản kháng S 62 5.2.1 Nguyên lý làm việc 62 5.2.2 Cấ ú đ ều khiển 64 5.2.3 Ứng d ng chỉnh W để làm lọc tích cực 65 5.2.4 Ứng d ng thuyết p-q ng đ ều khiển chỉnh W hực n ng ọ ng đ ều hòa bù CSPK 69 5.2.5 Sơ đồ đ ều khiển chỉnh W n ng lọ ng đ ều hòa bù CSPK 73 5.3 Tính tốn tham số lọ bù ĩnh FC 76 5.3.1 định công suất phản kháng cần bù 76 5.3.2 định b c hài cần lọc 77 5.3.3 Tính chọn thơng số lọc FC 78 5.4 nh họn lọ hủ động S 80 5.4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấ đ ện cho lị EAF có sử d ng lọc tích cự ng ng thể ình 80 5.4.2 Tính tốn tham số lọc AF 80 5.4.3 định lựa chọn thông số an đ ều khiển 83 5.5 Mô lọ S ả ến ên hần mềm matlab/simulink 84 5.5.1 Cấu trúc chung hệ thống: 84 5.5.2 Khối mô EAF 84 5.5.3 Khối lọc th động 85 5.5.4 Khối lọc chủ động 85 5.6 Phân tích kết 88 5.6.1 ện ng đ ện đ ể kế nố h ng 89 5.6.2 ng ấ đ PCC 91 5.6.3 Hiện ượng Flicker 92 5.6.4 S ánh h ệ q ả ọ k S ổ đ ển àS ả ến 93 5.7 ế n 93 K T LU N 94 DANH MỤC TÀI LI U THAM KH O 95 Ề LU SĨ N SAO) B N SAO K T LU N CỦA H ỒNG, B N SAO NH N XÉT CỦA CÁC PH N BI N M TRANG L VĂ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BỘ SVC CẢI TIẾ Ể GIẢM ẢNH ỞNG CỦA LÒ HỒ Q Ế L Ớ ỆN Họ ên: a Mã số: 60520216 n ương Chuyên ngành: Kỹ thu đ ều khiển tự động hóa Khóa: 34 ường ại học Bách khoa - - hấ ượng đ ện n ng hệ hống ng ấ đ ện h h ộ h ng ố ướ đ ện như: đ ện ần ố hệ ố ng hà hồ q ang đ ện ay h ề kh ng nh ng ộ h ả yê ầ ng ấ ớn n n ng ồn há ng hà ớn gây a động đ ện k g ả hấ đ đề ngh ên ứ ề yế ố h nh ảnh hưởng đến hấ ượng đ ện n ng: ng hà ng ấ hản kháng k hình h a b ng hần ề a ab nk hân h ảnh hưởng đến ướ đ ện Kết cho thấy bốn tham số: ng hà đ ện ng hà ng đ ện, hệ số công suất hệ số a động đ ện áp mang tính chu kỳ k đề ượt so với tiêu chuẩn IEEE std 519-2014 h ng -2015 Bộ ng hương ả há bù h ự ùng SVC cải tiến đượ đề ấ g ả há ố ề ặ k nh ế n đá ứng ố yê ầ ề kỹ h Sa kh đưa S hệ thống đ ện - lò, tất số ng hà đ ện ng hà ng đ ện, hệ số công suấ đề cải thiện rõ rệt đá ứng tốt tiêu chuẩn q y định ấ hản kháng S hồ q ang hấ ượng đ ện n ng gh hình h a a ab nk a động đ ện bù h ự ng STUDYING AND APPLICATION OF SVC LIGHT TO REDUCE THE EFFECTS OF THE ELECTRIC ARC FURNACE TO THE ELECTRIC NETWORK Abstract - The power quality of the power supply system depends on the parameters of h g ag q n y n a na n n y a ad q ag a a yb a a ag n a ng k an w Therefore, the thesis study on key factors affecting power quality: harmonics, reactive power and flicker Modeling EAF with Matlab / Simulink Software and analyzing the effects of EAF on the grid The results show that all four parameters: voltage harmonics, current harmonics, power factor and flicker voltage fluctuations are higher the IEEE standard std 519-2014 and cỉcular 392015 of Ministry of Industry an a ệ a h a na n n ng S light is proposed as the economically optimal solution while still meets the technical requirements After applying the SVC into the electrical system - the furnace, all indicators of voltage harmonics, current harmonics, power factor are clearly improved and meet the standards Key words - Electric Arc Furnace - EAF; power quality; flicker; active filter;; reactive power; SVC light; modeling; matlab / simulink; D Ệ , VẾ KÝ HIỆU: - : ện áp - : ng đ ện P: Công suất tác d ng - Q: Công suất phản kháng - S: Công suất biểu kiến : ệch pha gi a đ ện - ng đ ện : ệ số công suất : ần ố - w: ần ố g ψh: Góc pha : h kỳ - : ệ ố ứ nhấ nháy đ ện Plt: Mức nhấ nháy đ ện áp dài hạn Pst: Mức nhấ nháy đ ện áp ng n hạn - : ổn hấ đ ện n ng : ổn hấ ng ấ : ổn hấ đ ện Ycs: Các tổn hao hiệu ứng mặ ng ây - Ycp: ổn h ệ ứng ân n ây Rac: ện trở xoay chiều dây d n Rdc: ện ộ h ề ây n h: ng hà Ih: ên độ ng đ ện hà b h - Vh: ên độ đ ện áp sóng hài b c h ISC: dịng ng n mạch cự đại tạ đ ể đấu nối chung PCC : ệ ố hị ng đ ện hà áy đ ện Pr: Tổn hao máy lúc tả định mức vớ đ ện n Ph: Tổng tổn hao sóng hài Er: Hiệu suất tả định mứ động Tr: Mô men quay tả định mứ động Sr: ộ ượt tả định mứ động n n : - ện kháng ê q độ - Φh: ng đ ện sóng hài b c h - θh: đ ện áp sóng hài b c h ω0 : Tần số g ω0 = 2П f0: Tần số bản, f0 = 50Hz 60Hz Lh: iện cảm rò hiệu d ng stator roto dây quấn stato ương ứng b hà n MVAsc: ng ng n h ba ga-Voltage - hn: ộng hưởng ng hà - Mvarcap: D ng ượng định mức t - Rc: Xc : - Vig: đ ện áp mồi hồ quang (ignition) Vex: đ ện áp d p t t hồ quang (extinction) Xc: Bộ t đ ện XL: Cuộn đ ện kháng ện trở cáp kết nối gi a MBA lò vớ đ ện cực EAF ện kháng cáp kết nối gi a MBA lò vớ đ ện cực EAF VẾ - AC: Alteration Current - AF: Shunt Active Filter - AFs: Series Active Filter - ASD: Adjustable Speed Drive - CSI: Current Source Inverter - CSPK: Công Suất Phản Kháng - CSTD: Công Suất Tác D ng - CT: Current Transformer - DC: Direction Current - DFT: Discrete Fourier Transform - DSP: Digital Signal Process - EAF: Electric Arc Furnace - FACTS: Flexible AC Transmission System - FFT: Fast Fourier Transform GTO: Gate Turn Off IGBT: insulated-gate bipolar transistor - HP: High Power - LPF: LowPass Filter - : áy b ến : áy bù đồng - PAM: Pulse Amplitude Modulation - PCC: Point of Common Coupling - PC: Persional Computer - PF: Passive Filter - PT: Potential Transformer - PLL: Phase-locked-loop circuit - PWM: Pulse Width Modulation - RDFT: Recursive Discrete Fourier Transform - rms: root mean square - RP: Regular Power - SSSC: Static Synchronous Series Controller - STATCOM: Static Synchronous Compensator - SVC: Static Var Compensator - TCR: Thyristor Controlled Reactor - TCSC: Thyristor Controlled Series Compensation - : đ ện ĩnh - THD: Total Harmonic Distortion - UHP: Ultra-High Power - UPFC: Unified Power Flow Controller - UPQC: Unified Power Quality Conditioner - UPS: Uninterruptible Power Supply - VSC: Voltage Source Converter - VSI: Voltage Source Inverter - IGBT: Insulated-gate bipolar transistor 94 Ế L Trong lu n n kết nghiên cứu dựa cấu trúc nguyên lý v n hành lò hồ q ang đ ện xoay chiều loại ba pha - ba đ ện cực công suất lớn (hiện sử d ng phổ biến giớ để mơ hình hóa hệ thống đ ện - lị phân tích ảnh hưởng n đến hệ thống đ ện Kết so sánh với tiêu chuẩn hành Việt Nam Quốc tế Từ đ tiến hành nghiên để tìm giải pháp phù hợp (về tiêu kỹ thu t kinh tế) nh m cải thiện chấ ượng đ ện n ng ng n ng suất v n hành cho hệ thống đ ện ể giải vấn đề này, lu n n chia thành hương ới nộ ng h nh a : hương vấn đề chấ ượng đ ện n ng như: ng ồn gốc, chất sóng hài, cơng suất phản kháng a động đ ện áp; ảnh hưởng nh ng thông số đến thiết bị truyền d n ũng h ết bị tiêu th đ ện; tiêu chuẩn Quốc tế Việt Nam chấ ượng đ ện n ng ây hương để nghiên cứu cho hương ếp theo hương trình bày tổng quan công nghệ nấu thép sử d ng lò hồ q ang đ ện Tiếp theo, lu n n t p trung nghiên cứu đồ ng ấ đ ện hành hần ấ tạo q y ình n hành, hồ q ang đ ện ay h ều pha - đ ện cực hương ình bày quan loại hồ q ang đ ện gồ đồ, thành phần quy trình v n hành lị hồ q ang ây để thực mơ hình hóa phân tích ảnh hưởng lị hồ quang hương a Chương hân h đặ nh ả hình h a hỏng hồ q ang b ng hần ề a ab S nk ết cho thấy bốn tham số: ng hà đ ện áp, sóng hà ng đ ện, hệ số công suất hệ số a động đ ện áp k đề ượt so với tiêu chuẩn IEEE std 519-2014 h ng 39-2015/TT-BCT Bộ ng hương hương lu n n tiến hành nghiên cứu tổng quan giả há hường sử d ng để cải thiện chấ ượng đ ện n ng ựa chọn giải pháp sử d ng SVC cải tiến hể việc sử d ng m t lọc th động (Passive Filter để giảm bớt ượng đáng kể sóng hài b c thấpvà bù cố định phần CSPK cho tải lò EAF ượng CSPK lạ bù mềm b ng cách sử d ng đ ều chỉnh VSC sử d ng van bán d n IGBT Kết cho thấy r ng: a kh đưa S cải tiến vào hệ thống đ ện - lò, tất số ng hà đ ện áp ng hà ng đ ện đá ứng tốt tiêu chuẩn IEEE Bộ ng hương ều ý hệ số công suất ổn định, g a động từ 52 đến 0,955( giá trị yêu cầu 0,95) hệ số a động đ ện áp Pvm ũng đạt tiêu chuẩn (nhỏ % ây đ ểm lớn việc sử d ng SVC cải tiến so với SVC (sử d ng TCR) cổ đ ển cho tải EAF xoay chiều 95 D [1] ộ MỤ ng hương LỆ M Ả y định hệ hống ướ đ ện hân hố h ng ố -8 39/2015/TT-BCT, 2015 [2] [3] [4] ộ ng hương y định hệ hống yền ả 25 -BCT, 2016 nh “ hình h a hỏng bù ĩnh nh m giảm nh ảnh hưởng lò hồ q ang đến ướ đ ện ” ạp chí Tự động hóa ngày nay, 237, 2010 S han ng hải, ThS Huỳnh Bá Minh (2003), Bù công suất phản kháng ưới cung cấp phân phố đ ện, NXB Khoa học Kỹ thu t, Hà Nội [5] Badische Stahl- ng n an [6] ng j Shah “ a b na n n w an “ S Reference List Engineering ”2 y — Causes, eff an n ”2 [7] S Axler, P Bourdon W ramey, Harmonic Function Theory, New York, 2001 [8] C R Dugan, F M Mark, S Santoso H W Beaty, Electrical Power Systems Quality, Second Edition, Newyork: McGraw-Hill, 2004 [9] S an a a n S ™-2014, Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems, 2014 [10] ộ ng hương 2014 y định a bán ng ấ hản kháng 52 -BCT, [11] I S Association, IEEE Std 1453-2015 (Revision of IEEE Std 1453-2011) – IEEE Recommended Practice for the Analysis of Fluctuating Installations on Power Systems, 2015 [12] hang ag k ng a ga n by a haw S S SS k a w 72 – 378 vol.1 [13] R Cai, Flicker interaction studies and flickermeter improvement, Technische Universiteit, 2009 [14] World Steel Association, Steel statistical yearbook, Beijing: worldsteel.org, 2017 [15] a k “S n a n n n n a The Journal of The Southern African Institute of Mining an 111, pp 691-696, 2011 y a na gy ” 96 n h [16] g ön k “ - and DC- hn gy a n ” ng ng n ng – Furnaces, Eduard-Schloemann-Strasse Düsseldorf, Germany, SMS Siemag AG, 2010, pp 825-839 J n na ”S [18] ka [19] y” yn h n an y S h [20] S a ga circuit – ana y a an n n [21] Sag gy “ k k Novitskiy, “S y h ab 5-32, 6-9 2011 a na icker ng “ a a a a n a h” a k w na [22] A a ố gą “ S a k na hn n ay ny -Domain A ” S S W -1458, 2009 Elektromagnetische Verträglichkeit und Blindleistungskompensation in Elektrostahlwerksnetzen:., 2007 [23] V Schönfelder, Eletrische Lichbogenöfen und ihr Einsatz in der eisenschaffenden Industrie, Elektrowarme international 41, 1983 ( trang 73,75) [24] G W Chang, M.-F Shih Y.-Y C a Y.-J ang “ yb Wa Transform and NeuralNetwork-Based Approach for Modelling Dynamic Voltagen a na ” Ieee Transactions On Power Delivery, ố 5-825, 2014 [25] ka na S h “ n h a a furnace modeling for f k y” ng International Conference on Renewable Energies And Power Quality, 2007 [26] J E Ortega- a n “ a a n” ng Modelling and analysis of electricarc loads using harmonic domain techniques, Glasgow Theses Service, 2008, pp 68-70 [27] a wa y “ w n a ng na an ” Global Journal of Researches in Engineering, Volume 18, Issue 1.0 Version 1.0 Year 2018, pp 13-23, 2018 [28] A T k ´ ˇ -G ´ C na a n ag Electric Power Systems Research, a “ k ng h -phase electric arc n w an n n w k” 8-227, 2017 97 [29] nh ồng Nam, lu n n” ải thiện chấ ượng đ ện n ng h ng ồn lò hồ q ang đ ện xoay chiều, 6-2018 ( sử d ng SCV cổ đ ển) wagan [30] na S y h Research, ố5 h a “ ah a a ng k ” International Journal of Scientific & Engineering 68 -696, 2016 [31] Bhim Singh - Kamal Al-Haddad, Ambrish Chandra and R Parimelalagan “ gn an ” na n a ng a w n n an n g h a h hn ogy Hauz Khas, New Delhi 110016 INDIA, GREPCI, Electrical Eng Dept., Ecole de technologie superieure 4750, av Henri-Mien, Montreal (Quebec) H2T2C8 CANADA [32] Edson H Wantanabe, Mauriscio Aredes, Hirofumi Akagi (2004), "The P-Q Theory Active Filter Control: Some Problems and Solutions", Revista Controle & Automacao/Vol.15 no 1/Jan,, Fev e Marco 2004 [33] Emílio F Couto, Júlio S Martins, Jỗo L Afonso (2003), Simulation Results of a Shunt Active Power Filter with Control Based on p-q Theory, International Conference on Renewable Energies and Power Quality Vigo, Espanha, 9-12 de Abril de 2003, paper 394 [34] an n a aabj g S an an n “ a a n n n h ” ab g Danfoss Drives A/S, DK-9220, Aalborg SE, Denmark n 5y [35] Mehmet Ucara and Engin Ozdemir “ n a -phase 4-leg active power filter under non- a an ag n n” a n y Technical Education Faculty, Electrical Education Department, 41380 Umuttepe, Turkey [36] [37] a ah S “ nn and Active F ” n n hn gy Engineering Department, Chicago, Washington, D.C b S gag an ah an “ g a y n n h _ g a ” Conference on Computer Integrated Manufacturing CIP w a an S h h n na onal 98 h [38] an 2 “ -Based Double Band Hysteresis Current Regulation Strategy for Single-Phase Multilevel n _ _ ” Department of Electrical and Computer Engineering University of Wisconsin-Madison 1415 Engineering Drive, adison, WI 53706 USA [39] S J ng [40] Park n n Ki-W n a J n “ ng an a a ana y “ w na an a a n h ” & ” IEEE, 2017 w Center,POSCON [41] Simon D Round, David M.E Ingram, A Fully Digital Hysteresis Current Controller for an Active Power Filter, Department of Electrical & Electronic Engineering, University of Canterbury, Private Bag 4800, Christchurch, New Zealand ... 95 Ề LU SĨ N SAO) B N SAO K T LU N CỦA H ỒNG, B N SAO NH N XÉT CỦA CÁC PH N BI N M TRANG L VĂ NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BỘ SVC CẢI TIẾ Ể GIẢM ẢNH ỞNG CỦA LÒ HỒ Q Ế L Ớ ỆN Họ ên: a Mã số: 60520216... củ tài M đ h đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng b SVC cải tiế giảm ảnh ưởng lò hồ quang ện xoay chi u ế lướ ện” nh m giải vấn đề sau: cải thiện chấ ượng đ ện n ng ho hệ thống đ ện lò hệ thống đ ện phân... để giảm thiểu ảnh hưởng ể thực nội dung trên, lu n n ần phải giải vấn đề sau đây: - Nghiên cứu chất nh ng ảnh hưởng sóng hài, CSPK a động đ ện áp - Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc lò hồ