Nghiên cứu mô phỏng thiết bị lọc họa tần và bù công suất phản kháng dùng logic mờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NAM ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o - TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA - NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên: TRẦN QUANG THỌ Ngày sinh: 15-09-1973 Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Khóa: 2000 Giới tính: Nam Nơi sinh: Tp HCM I-TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG THIẾT BỊ BÙ LỌC DÙNG LOGIC MỜ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ƒ Nghiên cứu cấu tạo tính thiết bị thiết bị bù công suất phản kháng dùng ƒ Nghiên cứu vấn đề họa tần phương pháp lọc họa tần sở giới hạn 5191992 IEEE ƒ Nghiên cứu việc ứng dụng logic mờ điều khiển SVC ƒ Lập mô hình mô thiết bị bù công suất phản kháng lọc họa tần cho phụ tải tiêu biểu ƒ Mô đánh giá hiệu thiết bị III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20-05-2002 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20-12-2002 V- HỌ VÀ TÊN CÁC BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN HỮU PHÚC VI- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN I: VII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN II: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BIỆN II CÁN BỘ PHẢN BIỆN I CÁN BỘ PHẢN TS NGUYỄN HỮU PHÚC Nội dung Đề cương Luận văn thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành Tp.HCM, ngày tháng 12 năm 2002 PHÒNH QLKH-SAU ĐẠI HỌC CHỦ NHIỆM NGÀNH LỜI CẢM TẠ Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Ts Nguyễn Hữu Phúc, người Thầy tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu vô q giá dìu dắt em trình thực luận văn Xin vô biết ơn Ba Mẹ gia đình vất vả nuôi khôn lớn, tạo điều kiện để học tập ngày hôm Xin chân thành cảm ơn tất Thầy Cô giảng dạy, truyền đạt tri thức giúp em trưởng thành nghề nghiệp tự tin sống Xin chân thành cảm ơn tất Thầy cô Phòng Quản Lý Đào Tạo Sau Đại Học, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hcm tạo điều kiện thuận lợi suốt khóa học Xin chân thành cảm ơn Ban Chủ Nhiệm, Thầy cô, anh em, bạn bè đồng nghiệp Khoa Điện-Điện Tử, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM giúp đỡ động viên, tạo điều kiện suốt trình học tập, giúp em hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn anh chị học viên cao học ngành hệ thống điện kỹ thuật điện khoá 11 đóng góp ý kiến trình thực luận văn Trần Quang Thọ Mục lục MỤC LỤC Chương I GIỚI THIỆU I I I I I I I II.1 II.1 II.1 II.1 II.1 II.1 II.1 II.2 II.2 II.2 II.2 II.2 II.3 II.3 II.3 II.3 II.3 II.3 II.3 II.3 II.3 II.3 2 Đặt vấn đề Nội dung nghiên cứu Vấn đề chất lượng điện Việt Nam Nội dung nghiên cứu đề tài Ưu điểm đề tài Cấu trúc luận văn Các thuật ngữ Chương II CƠ SỞ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ LỌC SÓNG HÀI Cơ sở bù công suất phản kháng Các thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng Các nguồn phát công suất phản kháng Điều chỉnh điện áp 3.1 Nguyên tắc chung điều chỉnh điện áp 3.2 Công thức gần cho việc điều chỉnh điện áp Cân pha hiệu chỉnh hệ số công suất phụ tải không đối xứng Thiết bị bù nhuyễn công suất phản kháng (SVC) Khái niệm Tụ chuyển mạch thyristor (TSC) Điều chỉnh cuộn kháng bù TCR SVC dùng kết hợp TSC TCR Vấn đề sóng hài Chuỗi Fourier Nguồn gốc sóng hài Các đại lượng điện điều kiện không sin Các lọc họa tần Các giới hạn sóng hài 519-1992 IEEE 5.1 Những vấn đề 5.2 Các lưu ý áp dụng 519-1992 IEEE 5.3 Các giới hạn họa tần 5.4 Qui trình chung áp dụng giới hạn họa tần Luận Văn Cao Học Trang 1 2 4 6 10 15 16 17 18 23 25 25 27 31 32 32 35 Muïc luïc III III III III III III IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV IV V V Chương III KHÁI NIỆM VỀ LOGIC MỜ Giới thiệu Hàm liên thuộc mờ Biến ngôn ngữ Các phương pháp mờ hóa Các phương pháp giải mờ Cơ sở tri thức mờ suy diễn mờ Chương IV MÔ PHỎNG CHO MỘT TRƯỜNG HP HỆ THỐNG TIÊU BIỂU Số liệu hệ thống cho trước Phương án bù lọc giải thuật điều khiển 2.1 Tính chọn lọc họa tần 2.2 Tính dung lượng công suất phản kháng cần bù 2.3 Thiết kế điều khiển tính góc kích cho TCR 2.4 Chuyển mạch tụ bù Tiến hành mô 3.1 Trường hợp 3.2 Trường hợp 3.3 Trường hợp 3.4 Trường hợp 3.5 Trường hợp 3.6 Trường hợp 3.7 Trường hợp 3.8 Trường hợp 3.9 Trường hợp 3.1 Trường hợp 10 Tóm tắt kết mô Chương V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị Tài liệu tham khảo Luận Văn Cao Học 40 40 40 41 41 41 43 46 49 49 50 54 55 56 56 57 57 58 60 61 62 63 64 67 68 68 Chương I Giới Thiệu I.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Chất lượng điện vấn đề mà người bán lẫn người mua nhà sản xuất thiết bị điện quan tâm ngày nhiều Nó ngày đóng vai trò quan trọng xu hội nhập phát triển nước ta lónh vực Chất lượng điện năng, chất lượng điện áp dòng điện Dó nhiên, có mối quan hệ mật thiết điện áp dòng điện hệ thống điện Mặc dù nay, máy phát cung cấp điện áp gần hoàn toàn sin, dòng điện chạy qua trở kháng hệ thống gây loại biến động điện áp như: sụt áp, sét đánh gây xung áp làm hỏng cách điện, tải phi tuyến sinh dòng họa tần làm méo dạng dòng điện điện áp, việc đóng cắt tụ bù, thiết bị công suất lớn gây độ điện áp nhiều tượng khác làm cho thiết bị vận hành sai bị hỏng, sử dụng công suất không hiệu gây tổn hao,… Nói chung, lý để tất quan tâm đến chất lượng điện giá trị kinh tế I.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I.2.1 Vấn Đề Chất Lượng Điện Năng Ở Việt Nam: Như biết, mạng phân phối có ảnh hưởng đến tiêu kinh tế kỹ thuật toàn hệ thống, là: chất lượng cung cấp điện, tổn thất điện năng, vốn đầu tư xây dựng, xác suất cố… Ở Việt Nam, lịch sử phát triển, lưới điện miền khác nhau, lưới điện tồn nhiều cấp điện áp phân phối khác Phương thức cấp điện hỗn hợp mô hình cấp điện áp phân phối cấp điện áp phân phối Việc phát triển lưới điện có tính chắp vá khó khăn vốn đầu tư, phụ tải phát triển nhanh chưa có qui hoạch tổng thể, chất lượng cung cấp điện (sụt áp cao, tổn thất lớn, cố nhiều…) Các đường dây dài, mang tải lớn vượt khả cấp điện áp sử dụng Ngoài ra, thiết bị điện vận hành lưới phụ tải chưa có qui định tiêu kỹ thuật để nâng cấp chất lượng lưới như: thông số kỹ thuật, hiệu suất thiết bị, phụ tải điện chưa có qui định hệ số công suất, chế độ làm việc, số lượng sóng hài (họa tần) chưa có chương trình quản lý phụ tải, dẫn đến chất lượng cung cấp Do vậy, việc nghiên cứu tổng thể lưới phân phối cần thiết, việc nghiên cứu bù công suất phản kháng, lọc sóng hài để giảm tổn thất điện năng, cải thiện điện áp, hệ số công suất, hạn chế dao động lớn điện áp phụ tải tiêu thụ công suất phản kháng lớn thay đổi nhiều lò hồ quang, nhiễu loạn lưới ảnh hưởng sóng hài bậc cao nhằm cải thiện chất lượng cung cấp điện tăng hiệu kinh tế công việc ngành điện quan tâm Luận Văn Cao Học Chương I Giới Thiệu I.2.2 Nội Dung Nghiên Cứu Của Đề Tài: Như nêu trên, cho thấy nhu cầu nâng cao chất lượng điện nhu cầu thiết Để làm việc này, cần thực nhiều việc, việc bù công suất phản kháng, điều chỉnh điện áp lọc sóng hài gây nhiễu loạn vấn đề quan trọng hàng đầu Trong khuôn khổ đề tài, tác giả nghiên cứu, mô việc bù công suất phản kháng lọc sóng hài cho lưới điện cung cấp hộ phụ tải công nghiệp với nhiều phụ tải phức tạp dùng logic mờ nhằm góp phần nâng cao chất lượng điện Cơ sở đánh giá sóng hài dựa theo tiêu chuẩn 519-1992 IEEE Cơ sở lý thuyết bù công suất phản kháng lý thuyết sóng hài khái niệm logic mờ trình bày, để từ có sở phân tích, lựa chọn phương án bù lọc cho hệ thống điển hình Kết mô cho thấy hiệu việc cải thiện chất lượng điện I.3 ƯU ĐIỂM CỦA ĐỀ TÀI: Đề tài nghiên cứu tác giả có ưu điểm sau: * Hiệu cải thiện chất lượng điện cao * Cân pha nguồn tải không cân * Dùng điều khiển logic mờ nhằm đơn giản hóa thuật toán điều khiển • Cho thấy tác hại sóng hài để mạnh dạn đề nghị ngành điện Việt Nam sớm có qui định hàm lượng sóng hài mà lưới điện ngày có nhiều phụ tải đòi hỏi chất lượng điện cung cấp ngày cao thị trường động I.4 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN: Nội dung nghiên cứu tác giả trình bày luận văn gồm chương sau: Chương I: Giới thiệu – nhằm trình bày mục tiêu nghiên cứu ưu điểm đề tài Chương II: Cơ Sở Bù Công Suất Phản Kháng Và Lọc Sóng Hài – trình bày nguyên tắc bù công suất phản kháng chức thiết bị bù công suất phản kháng Đồng thời nêu lên tác hại sóng hài phương pháp khử chúng Chương III: Khái Niệm Về Logic Mờ – giới thiệu sơ lược logic mờ Chương IV: Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Biểu - trình bày việc áp dụng nội dung nghiên cứu để mô cho hệ thống cung cấp điện điển hình dùng phần mềm Matlab Chương V: Kết Luận – nhận xét chung kết mô nêu xu hướng phát triển đề tài Luận Văn Cao Học Chương I Giới Thiệu I.5 CÁC THUẬT NGỮ: - Họa tần (harmonics): sóng hài gây bất lợi cho hệ thống điện - Thiết bị bù lọc: thiết bị bù công suất phản kháng có lọc sóng hài - PCC (point of common coupling): điểm nối chung mà điện lực cung cấp điện cho khách hàng khác - THD (total harmonic distortion): số méo dạng toàn phần - TDD (total distortion deman): số méo dạng nhu cầu - PID mờ: điều khiển PID dùng logic mờ - SVC (static var compensator): thiết bị bù nhuyễn công suất phản kháng - TCR (thyristor controlled reactor): cuộn kháng điều chỉnh thyristor - TSC (thyristor switched capacitor): tụ điện chuyển mạch thyristor Luận Văn Cao Học Chương II Cơ Sở Bù Công Suất Phản Kháng Lọc Sóng Hài II.1 CƠ SỞ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG II.1.1 Các Thiết Bị Tiêu Thụ Công Suất Phản Kháng: Công suất phản kháng tiêu thụ động không đồng bộ, máy biến áp, đường dây tải điện thiết bị điện có từ trường Yêu cầu công suất phản kháng giảm đến tối thiểu triệt tiêu cần thiết để tạo từ trường yếu tố cần thiết trung gian trình chuyển hóa điện Sự tiêu thụ công suất phản kháng lưới điện phân chia cách gần sau: - Động không đồng tiêu thụ khoảng 60 đến 65% - Máy biến áp tiêu thụ 22 đến 25% - Đường dây tải điện phụ tải khác 10% Như vậy, động không đồng máy biến áp tiêu thụ nhiều công suất phản kháng Việc tạo công suất phản kháng cung cấp cho phụ tải không thiết phải lấy từ nguồn mà cung cấp trực tiếp cho phụ tải gọi bù (tụ bù, thiết bị bù đồng bộ) Nhu cầu công suất phản kháng cao chủ yếu xí nghiệp công nghiệp, hệ số công suất cosϕ chúng khoảng 0.5 đến 0.8 nghóa 1kW công suất tác dụng chúng cần 0.75 đến 1.7kVar công suất phản kháng Trong nhà máy công nghiệp, động không đồng tiêu thụ khoảng 65 đến 75%, có lớn công suất tác dụng nó, động có tốc độ thấp hiệu suất tiêu thụ công suất phản kháng tăng Máy biến áp 15 đến 22%, tải khác khoảng đến 10% tổng dung lượng công suất phản kháng yêu cầu Do vậy, phải ý đến động không đồng máy biến áp Nhu cầu công suất phản kháng tải sinh hoạt dân dụng không nhiều cosϕ chúng khoảng 0.9 Tuy nhiên, đèn huỳnh quang có chấn lưu nên cosϕ khoảng 0.3 đến 0.5, với đèn ống đại có khởi động điện tử có cosϕ gần 1, lại sinh sóng hài Nhu cầu công suất phản kháng máy biến áp công suất nhỏ 10% công suất định mức, máy biến áp lớn 3% máy biến áp cao áp đến 10% công suất định mức để hạn chế dòng ngắn mạch Đặc điểm công suất phản kháng biến thiên theo thời gian công suất tác dụng II.1.2 Các Nguồn Phát Công Suất Phản Kháng: Khả phát công suất phản kháng nhà máy điện hạn chế cosϕ cao (0.8 đến 0.85 cao hơn) Vì lý kinh tế, nên không chế tạo máy phát có khả phát nhiều công suất phản kháng cho tải mà đảm bảo phần nhu cầu công suất phản kháng tải, phần lại thiết bị bù đảm nhận Các đặc điểm nguồn phát công suất phản kháng: • công suất phản kháng chủ yếu phát từ máy bù đồng tụ bù Luận văn cao học Chương II Cơ Sở Bù Công Suất Phản Kháng Lọc Sóng Hài • - • - Ưu điểm tụ điện: Chi phí theo Var tụ rẻ thiết bị bù đồng đặc biệt dung lượng bù tăng Tổn thất công suất tác dụng tụ nhỏ (khoảng 0.05 W/kVar) máy bù đồng lớn (15-32W/kVar tùy theo công suất định mức máy) Tụ điện vận hành đơn giản, độ tin cậy cao máy bù đồng Tụ bù lắp đặt đơn giản, phân nhiều cụm để lắp rãi lưới phân phối Hiệu cải thiện tốt đường cong phân bố điện áp, không cần người trông nom, vận hành, việc bảo dưỡng, sửa chữa đơn giản Nhược điểm tụ điện: Tụ điện điều chỉnh theo cấp máy bù đồng điều chỉnh trơn Máy bù phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tụ phát công suất phản kháng Công suất phản kháng tụ phát phụ thuộc vào điện áp vận hành Thời gian vận hành, tuổi thọ ngắn, dễ hư hỏng bị ngắn mạch, áp Tuy nhiên, nhược điểm tụ bù dần khắc phục, để điều chỉnh trơn dùng SVC cách kết hợp TCR TSC Để bảo vệ áp kết hợp điều chỉnh tụ bù theo điện áp, ta lắp điều khiển để đóng cắt tụ theo điện áp Tóm lại, với ưu điểm vượt trội, dùng tụ bù công suất phản kháng phổ biến * Các lợi ích lắp đặt thiết bị bù: + Giảm công suất tác dụng yêu cầu chế độ tối đa hệ thống điện, tăng độ tin cậy + Giảm nhẹ tải cho máy biến áp trung gian đường trục trung áp giảm chuyển tải công suất phản kháng hiệu thời gian cải tạo nâng dung lượng, nâng tiết diện dây dẫn kéo dài + Giảm tổn thất điện + Cải thiện chất lượng điện áp cung cấp cho phụ tải + Cải thiện hệ số công suất + Cân tải Như vậy, việc nâng cao hệ số công suất mang lại ưu điểm kỹ thuật kinh tế, giảm tiền điện Cải thiện hệ số công suất cho phép sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt, dây cáp, nhỏ hơn, đồng thời giảm tổn thất điện sụt áp mạng điện Để cải thiện hệ số công suất mạng điện, cần tụ làm nguồn phát công suất phản kháng gọi bù công suất phản kháng Trong mạng điện hạ áp, việc bù công suất phản kháng thực bằng: - Tụ điện với lượng bù cố định điều khiển tay, bán tự động mắc trực tiếp vào tải - Thiết bị điều chỉnh bù tự động tụ cho phép điều chỉnh liên tục tùy theo yêu cầu tải thay đổi Luận văn cao học Chương II Cơ Sở Bù Công Suất Phản Kháng Lọc Sóng Hài Việc dùng lọc tích cực thường phù hợp cho công suất nhỏ giá thành linh kiện Khi dung lượng bù vượt 800kVar tải tiêu thụ có tính liên tục ổn định, việc lắp tụ bù trung thường có hiệu kinh tế tốt - Việc bù ứng động thường thực phương tiện điều khiển đóng ngắt tụ công suất đặt tủ phân phối đầu nối cáp trục chịu tải lớn Khi thực bù xác giá trị tải yêu cầu tránh tượng áp tải giảm xuống thấp, khử bỏ điều kiện phát sinh điện áp tránh thiệt hại xảy cho trang thiết bị - Nếu dung lượng bù nhỏ 15% máy biến áp nguồn nên sử dụng bù Nếu dung lượng bù lớn 15% máy biến áp nguồn nên dùng bù ứng động - Bù tập trung nên áp dụng tải ổn định liên tục Bù nhóm dùng mạng điện lớn tải nhóm thay đổi Bù riêng công suất động đáng kể (dung lượng bù khoảng 25% công suất động cơ) Đối với động cảm ứng cần đảm bảo công suất tụ bù nhỏ giá trị gây tượng tự kích Không nên bù cho động đặc biệt (động bước, động thường đảo chiều, hãm ngược) - II.1.3 Điều Chỉnh Điện Áp II.1.3.1 Nguyên tắc chung điều chỉnh điện áp: Một phương pháp để trì điện áp điểm cung cấp không đổi, ta lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng điều chỉnh theo nhu cầu phụ tải Việc điều chỉnh điện áp xem điều chỉnh độ sụt áp tính theo % Nếu hệ thống cung cấp biểu diễn mạch tương đương Thevenin pha hình 2.1a độ sụt áp tính theo % là: E −U U x100% với U điện áp pha chuẩn Luận văn cao học (2.1) 72 Chương IV Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Biểu I-pha A (A) U-bus1 pha A (V/6) 1500 1000 500 -500 -1000 -1500 0.35 0.36 0.37 0.38 Thời gian (s) 0.39 0.4 0.41 Hình 4.30 Dòng điện SVC phía sơ cấp MBA3 điện áp nguồn (V/6) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.05 0.1 0.15 0.2 Thời gian (s) 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 Hình 4.31 Hệ số công suất nguồn (pha A) Sóng hài lọc hoàn toàn, hệ số công suất (trễ) có 0.9 (hình 4.31) Hình 4.29 dòng điện nguồn điện áp pha A , hình 4.30 dòng điện SVC điện áp pha A Trường hợp 7: (có SVC dùng điều khiển mờ; tải động =0; tải phi tuyến=1.8MW) Hình 4.32 dòng điện SVC với điện áp nguồn pha A, hình 4.33 dòng điện nguồn điện áp nguồn pha A I SVC pha A (A) U-bus1 pha A (V/16) 600 400 200 -200 -400 -600 0.14 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 Thời gian (s) Hình 4.32 Dòng điện SVC điện áp nguồn đo Bus1 Luận Văn Cao Học 73 Chương IV Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Biểu I pha A (A) U pha A (V/16) 600 400 200 -200 -400 -600 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Thời gian (s) Hình 4.33 Dòng điện nguồn pha A điện áp nguồn pha A đo Bus1 Hệ số công suất (sớm pha) 0.97 hình 4.34 Biên độ dòng điện nguồn (130A) cao dòng điện tải (120A) có lọc sóng hài bù dư Nhưng so với trường hợp hiệu nhiều cường độ dòng điện mà hệ số công suất Điện áp BUS1 705*16=11280V, cao điện áp nguồn 13V, tức cao điện aùp nguoàn 0.11% 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 Thời gian (s) Hình 4.34 Hệ số công suất nguồn pha A (sớm) 0.24 Trường hợp 8: (có SVC dùng điều khiển mờ; tải động =4MW; tải phi tuyến=1.8MW) Hình 4.35 4.36 dòng điện SVC dòng điện nguồn thể điện áp Biên độ dòng điện nguồn (325A) nhỏ dòng điện tải (450A) nhỏ so với trường hợp (350A) Luận Văn Cao Học 74 Chương IV Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Bieåu I-SVC (A) U BUS1 (V/16) 600 300 -300 -600 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 Thời gian (s) Hình 4.35 Dòng điện SVC điện áp nguoàn pha A I p h a A (A ) U - B U S p h a A ( V /1 ) 600 300 -3 0 -6 0 0 1 1 T h ô øi g ia n ( s ) H ìn h D o øn g ñ ie än n g u o àn v a ø ñ ie än a ùp n g u o àn p h a A Hệ số công suất nguồn cao gần (hình 2.34) Độ sụt áp 115V (11267-692*16), tức sụt 1.8%, sụt trường hợp (4.1%) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 Thời gian (s) Hình 4.37 Hệ số công suất nguồn pha A 0.14 Điện áp thyristor TCR thể hình 4.38 Luận Văn Cao Học 75 Chương IV Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Biểu 400 300 200 100 -100 -200 -300 -400 -500 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 Thời gian (s) Hình 4.38 Điện áp thyristor TCR (V) 0.13 Trường hợp 9: (có SVC dùng điều khiển mờ; tải động =8MW; tải phi tuyến=1.8MW) Hình 4.39 hình 4.40 dòng điện SVC dòng điện nguồn thể với điện áp Dòng điện nguồn (510A) nhỏ so với trường hợp (530A) Độ sụt áp (11267-1100*10) 267V tức sụt 2.3% I SVC (A) U-BUS1 (V/10) 1000 500 -500 -1000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 Thời gian (s) Hinh2 4.39 Dòng điện SVC điện áp BUS1 pha A Is (A) U-BUS1 (V/10) 1000 500 -500 -1000 -1500 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 Thời gian (s) Hình 4.40 Dòng điện nguồn điện áp nguồn BUS1 pha A Luận Văn Cao Học 76 Chương IV Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Biểu 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Thời gian (s) Hình 4.41 Hệ số công suất nguồn pha A 0.12 Hệ số công suất nguồn cao (0.98) hình 4.41, hình 4.42 điện áp thyristor TCR 6000 4000 2000 -2000 -4000 -6000 -8000 0.09 0.1 0.11 0.12 Thời gian (s) 0.13 0.14 0.15 0.16 Hình 4.42 Điện áp thyristor TCR (V/10) 10 Trường hợp 10: (tải không cân 1.2MW thêm vào pha A B; tải động =4MW, tải phi tuyến =1.2MW) Hình 4.43 dòng điện tải pha, hình 4.44 dòng điện pha SVC Hình 4.45 dòng điện nguồn Hình 4.46 dòng điện TCR Luận Văn Cao Học 77 Chương IV Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Biểu I pha A I pha B I pha C 600 400 200 -200 -400 -600 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 Thời gian (s) Hình 4.43 Dòng điện tải không cân (A) 200 0.17 0.18 I pha A I pha B I pha C 150 100 50 -50 -100 -150 -200 0.14 0.145 0.15 0.155 Thời gian (s) 0.16 0.165 0.17 0.175 Hình 4.44 Dòng điện pha SVC (A) Biên độ dòng điện pha tải lớn pha A 485A, pha B 395A, pha C nhỏ 325A Mức độ lệch pha lớn 32% ([485325]/485) Sau cân bù công suất phản kháng dùng SVC biên độ dòng điện nguồn pha A 330A, pha B 336A pha C 340 A Như mức độ lệch pha còn, nhỏ (2.9%) Hệ số công suất nguồn pha tương ứng 0.92; 0.93; 0.98 (hình 4.48) Mức độ sụt áp lớn pha C 2.3% (267/11267) Độ sụt áp pha A 2% Luận Văn Cao Học 78 Chương IV Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Biểu I pha A I pha B I pha C 300 200 100 -100 -200 -300 -400 0.125 0.13 0.135 0.14 0.145 0.15 0.155 0.16 0.165 0.17 0.175 Thời gian (s) Hình 4.45 Dòng điện pha nguồn (A) 200 150 100 50 -50 -100 -150 -200 -250 0.135 0.14 0.145 0.15 0.155 0.16 0.165 0.17 Thời gian (s) Hình 4.46 Dòng điện TCR pha B C Dòng điện điện áp nguồn thể hình 4.47 Luận Văn Cao Học 0.175 0.18 79 Chương IV Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Biểu 1500 I (A) U-BUS (V/10) 1000 500 -500 -1000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 Thời gian (s) Hình 4.47 Dòng điện nguồn pha A điện áp nguoàn pha A 0.18 0.9 0.8 Pha A Pha B Pha C 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.1 Luận Văn Cao Học 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 Thời gian (s) Hình 4.48 Hệ số công suất pha nguồn 0.17 0.18 80 Chương IV Mô Phỏng Cho Một Trường Hợp Hệ Thống Tiêu Biểu TÓM TẮT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Trường Hợp Tải không cân thêm vào (MW) Tải động (MW) Bộ SVC lọc sóng hài 0 Không Không Không 0 Có Có Coù 0 Coù Coù Coù Pha Coù 1.2 A Coù 10 Pha (giữa B Có pha A Pha C B) Dấu “ –“ kết cột hệ số điện áp cao điện áp nguồn Luận Văn Cao Học Bộ điều khiển dùng logic mờ Không Không Không Không Không Không Có Có Có Có Có Có Biên độ dòng điện tải (A) 120 450 650 120 450 650 120 450 650 325 395 480 Biên độ dòng ñieän SVC (A) 0 110 340 220 53 320 235 40 80 110 Biên độ Độ dòng lệch điện pha nguồn dòng pha A điện (A) (%) Độ sụt điện áp BUS1 (%) 120 450 650 150 350 530 130 340 510 330 336 340 0.8 6.8 11.3 0.6 4.1 9.4 -0.11 1.8 2.3 2.0 2.1 2.3 0 0 0 0 32.3 công suất mang ý nghóa sớm pha, cột độ sụt đ 0 Chương V Kết Luận & Kiến Nghị V.1 KẾT LUẬN V.1.1 Đề tài đáp ứng yêu cầu đề ra: nghiên cứu mô hệ thống bù công suất phản kháng, lọc sóng hài, ổn định điện áp cân pha cho hộ phụ tải công nghiệp điển hình có công suất 9.2MW, tải phi tuyến 1.2MW Dùng điều khiển PID mờ để điều khiển hệ thống bù lọc nhằm đơn giản giải thuật điều khiển V.1.2 Đề tài phân tích cho thấy rõ tầm quan trọng yếu tố liên quan đến chất lượng điện đặc biệt việc bù lọc lưới điện trình bày chương II Đề tài phân tích ích lợi đầu tư kinh tế hệ thống bù lọc mang lại Mặt khác, tác giả giới thiệu khái quát việc ứng dụng lý thuyết mờ điều khiển kỹ thuật chương III V.1.3 Kết mô chương IV cho thấy hiệu SVC cao việc bù lọc, hoàn toàn đạt yêu cầu đề bối cảnh khó khăn phần mềm chuyên dụng, thời gian, tài liệu, kinh phí tính mẽ vấn đề Việt Nam… Tác giả mô 10 trường hợp khác kết mô tóm tắt bảng tổng kết thực cuối chương IV Từ bảng tổng kết, nhận thấy trường hợp sử dụng điều khiển mờ điều khiển SVC cho kết tốt so với không sử dụng điều khiển mờ Cụ thể với điều kiện hệ thống cho trước, kết mô trường hợp so với trường hợp thì: + Độ sụt áp trường hợp –0.11% (tăng áp) thấp trường hợp 0.6% + THDV trường hợp ( 2.5%) nửa trường hợp (5.2%) + THDI trường hợp (2.8%) nhỏ trường hợp (3%) + Hệ số công suất trường hợp (–0.97) cao trường hợp (-0.87) Tương tự kết trường hợp trường hợp có điều kiện mức độ tải trung bình cho thấy: + Độ sụt áp trường hợp 1.8% thấp trường hợp 4.1% + THDV trường hợp (0.5%) phần sáu trường hợp (2.8%) + THDI trường hợp (1.2%) nhỏ trường hợp (2.1%) + Hệ số công suất trường hợp (0.985) cao trường hợp (0.91) Và kết trường hợp trường hợp có điều kiện đầy tải cho thấy: + Độ sụt áp trường hợp 2.3% thấp trường hợp 9.4% Luận Văn Cao Học Chương V Kết Luận & Kiến Nghị + THDV trường hợp (0.3%) phần mười trường hợp (3%) Luận Văn Cao Học Chương V Kết Luận & Kiến Nghị + THDI trường hợp (0.8%) nhỏ trường hợp (1.5%) + Hệ số công suất trường hợp (0.98) cao trường hợp (0.9) Ngoài ra, so với kết [22] [25] có THDV , THDI thấp có hệ số công suất cao (kết [22] là: 3.11%; 4.68%; 0.95, kết [25] là:2.46%; 1.96%; 0.95) Bảng tổng kết cho thấy tác dụng cân pha SVC Độ lệch pha dòng điện phụ tải 32.3% Dù không cân hoàn toàn mức độ cân pha sau có SVC cao (độ lệch pha dòng điện nguồn 3% ) Hệ số công suất điều kiện cao so với kết báo [6] (0.908) Độ méo dạng dòng điện thấp kết [6] V.2 KIẾN NGHỊ V.2.1 Cơ quan chức ngành điện Việt Nam phải sớm có tiêu chuẩn sóng hài tương tự tiêu chuẩn hệ số công suất triển khai áp dụng nhằm nâng cao chất lượng điện xu hướng hội nhập với giới Hướng phần thị trường điện theo chế thị trường để tăng cạnh tranh nhà đầu tư nhằm nâng cao chất lượng điện để đáp ứng nhu cầu ngày cao chất lượng điện Dù điều mẽ nước V.2.2 Hướng phát triển đề tài tác giả trước tiên gồm vấn đề: Triển khai đề tài thành chuyên đề môn học cho sinh viên ngành điện để sinh viên khỏi phải bỡ ngỡ vấn đề nhằm tạo mối quan tâm để định hướng nghiên cứu Thiết kế chi tiết thi công mô hình bù, lọc dùng dạy học Sau giai đoạn nghiên cứu tối ưu hóa thiết bị bù lọc thực tiễn nhằm bước góp phần nâng cao chất lượng điện Việt Nam Luận Văn Cao Học Chương V Kết Luận & Kiến Nghị CHƯƠNG V KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ V.1 KẾT LUẬN V.2 KIẾN NGHỊ Luận Văn Cao Học Tài Liệu Tham Khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] IEEE working group on power system harmonics, “ the effects of power system harmonics on power system equipment and loads”Vol PAS-104, no.9, 1985 [2] IEEE working group on power system harmonics, “Power line harmonic effects on communication line interference” Vol PAS-104, no.9, 1985 [3] IEEE Task force on the effects of harmonics, “ Effects of harmonic on equipment”, Vol 8, no.2, 1993 [4] “Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC” – Nguyễn Văn Nhờ, Phan Quốc Dũng Soạn dịch – NXB KHKT 2001 [5] Wenyuan Xu, Jose R Marti, Hermann W Dommel, “ Harmonic Analysis of Systems with static compensators” IEEE Transactions on Power Systems, Vol No [6] S Mark Halpin, “Tutorial on harmonics modeling and simulation” [7] The P519A Task Force of PES T & D Committee, “ Guide for applying harmonic limits on power systems” [8] Nguyễn Văn Nhờ, “ Điện tử công suất – Tài liệu cao học ngành kỹ thuật điện”, ÑH Baùch Khoa Tp HCM [9] Roger C Dugan, Mark F McGranaghan, H Wayne Beaty, “Electrical power systems quality” [10] Math H J Bollen, “Understanding power quality problems – Voltage sags and interruption”, IEEE Press [11] Timothy J Ross, “Fuzzy logic with engineering applications”, McGraw Hill, Inc [12] Nguyễn Thiện Thành, “Trí tuệ nhân tạo – tập 1”, ĐH Bách Khoa Tp HCM [13] Maurizio Denna, Giancarlo Mauri, “Learning fuzzy Rules with Tabu search – An application to control”, IEEE Transactions on Fuzzy Systems, Vol No Apr 1999 [14] Baogang Hu, George K I Mann, Raymond G Gosine, “New Methodology for analytical and otimal design of fuzzy PID controllers”, IEEE Transactions on Fuzzy Systems, Vol No Oct 1999 [15] Chi-Jui-Wu, Wei Nan Chang, “ Developing a harmonics education facility in a power system simulation for power engineering education”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 12 No Feb 1997 [16] A H Mantawy, Youssef L Abdel-Magid, “A simulated anealling algorithm for unit commitment”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 13 No Apr 1998 [17] Alberto J Urdaneta, Juan F Gomez, Elmer Sorrentino, “A hybrid genetic algorithm for optimal reactive power planning based upon successive linear programming”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 14 No Nov 1999 Luận văn cao học Tài Liệu Tham Khảo [18] Maurizo Delfanti, Gianpietro P Granelli, Paolo Marannino, “Optimal capacitor placement using deterministic and genetic algorithms”, IEEE Transactions on power Systems, Vol 15 No Aug 2000 [19] D Gallo, R Langella, A Testa, “On the processing of harmonics and interharmonics in electrical power systems”, IEEE – 2000 [20] Surapong C, C Y Yu, D Thukaram, Nipon T, Damrong K., “Minimization of the effects of harmonics and voltage dip caused by electric arc furnace” IEEE – 2000 [21] H N Ng, M M Salama, A Y Chikhani, “Capacitor allocation by approximate reasoning: fuzzy capacitor placement”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol 15 No Jan 2000 [22] Chih-Ju-Chou, Chih-Wen Liu, June-Yown Lee, Kune-Da Lee, “Optimal planning of large passive harmonic filters set at high voltage level”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 15 No Feb 2000 [23] Richard Tinggren, Yi Hu, Le Tang, Harry Mathew, Rick Tyner, “Power factor controller, an integrated power quality device”, IEEE – 1999 [24] R Dwyer, H V Nguyen, S G Ashmore, “C filters for wide-bandwith harmonic attenuation with low losses”, IEEE – 2000 [25] Ronan Marcelo Martin, Aloisiode Oliveira, “Contribution for the power quality control using fuzzy logic”, IEEE – 1999 [25] Mohamed Mostafa Saied, “Optimal power factor correction”,IEEE-1988 [26] George Opoku, “Optimal power system var planning”, IEEE Transactions on power Systems, Vol No Feb 1990 [27] S Lefebvre, L Geùrin-Lajoie, “A static compensator model for EMTP”, IEEE Transactions on power Systems, Vol No May 1992 [28] K H Abdul-Rahman, S M Shahidehpour, “ A fuzzy-based optimal reactive power control”, IEEE Transactions on power Systems, Vol No may 1993 [29] Chi-Jui-Wu, Wei Nan Chang, “ Developing a static reactive power compensators in a power system simulator for power education”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 10 No Feb 1995 [30] Takashi Hiyama, Walid Hubbi, Thomas H Ortmeyer, “ Fuzzy logic control scheme with variable gain for static var compensator to enhance power system stability”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol 14 No.1, Feb 1999 Luận văn cao hoïc ... Văn Cao Học Chương II Cơ Sở Bù Công Suất Phản Kháng Lọc Sóng Hài II.1 CƠ SỞ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG II.1.1 Các Thiết Bị Tiêu Thụ Công Suất Phản Kháng: Công suất phản kháng tiêu thụ động không đồng... phát nhiều công suất phản kháng cho tải mà đảm bảo phần nhu cầu công suất phản kháng tải, phần lại thiết bị bù đảm nhận Các đặc điểm nguồn phát công suất phản kháng: • công suất phản kháng chủ... công suất phản kháng Việc tạo công suất phản kháng cung cấp cho phụ tải không thiết phải lấy từ nguồn mà cung cấp trực tiếp cho phụ tải gọi bù (tụ bù, thiết bị bù đồng bộ) Nhu cầu công suất phản