Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (dvr) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - -- - TRTRẦN DUY TRINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP CƠNG NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình tơi Tất ấn phẩm công bố chung với cán hướng dẫn khoa học đồng nghiệp đồng ý tác giả trước đưa vào luận án Cáckết luận án trung thực, chưa công bố sử dụng để bảo vệ luận án khác Tác giả luận án DuyKHIỂN Trinh LUẬN ÁN TIẾN SĨTrần ĐIỂU VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HÀ NỘI-2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - -- - TRTRẦN DUY TRINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP CƠNG NGHIỆP Chun nghành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 62520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỂU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Liễn TS Trần Trọng Minh S.TS Nguyễn Văn Liễn HÀ NỘI-2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình tơi Tất ấn phẩm công bố chung với cán hướng dẫn khoa học đồng nghiệp đồng ý tác giả trước đưa vào luận án Các kết luận án trung thực, chưa công bố sử dụng luận án khác Tác giả luận án Trần Duy Trinh LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu đề tài, tác giả gặp nhiều khó khăn Một mặt trình độ cịn hạn chế, mặt thông tin tư liệu tài liệu tham khảo không thật đầy đủ, song tác giả cố gắng giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn, giúp đỡ GS, PGS, TS Bộ mơn Tự động hóa Xí nghiệp Cơng nghiệp, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, giúp đỡ tận tình bạn bè đồng nghiệp, luận án đến hoàn thành Tác giả chân thành cảm ơn Bộ mơn Tự động hóa Xí nghiệp Cơng nghiệp-Viện Điện, Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dành thời gian tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thời gian thực đề tài Chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện làm việc Nhà máy Xi măng Hoàng Mai, Tỉnh Nghệ An dành cho nghiên cứu sinh suốt trình khảo sát thực tế, thực luận án Chân thành cảm ơn Viện Đào tạo sau Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ động viên tác giả thời gian nghiên cứu hồn thành luận án Tác giả vơ biết ơn PGS.TS Nguyễn Văn Liễn TS Trần Trọng Minh người định hướng, hướng dẫn, giúp tác giả hoàn thành nhiệm vụ đặt cho luận án Chân thành cảm ơn GS, PGS, TS, thầy cô giáo dành thời gian đọc đóng góp ý kiến q báu làm luận án có tính khoa học Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, đồng nghiệp dành tình cảm, động viên giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Tác giả luận án MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng biểu Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chƣơng 1: GIẢM THIỂU ẢNH HƢỞNG CỦA LÕM ĐIỆN ÁP BẰNG BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) 1.1 Chất lượng điện vấn đề lõm điện áp 1.1.1 Chất lượng điện .5 1.1.2 Lõm điện áp .6 1.2 Bộ khôi phục điện áp động (DVR) 13 1.2.1 Các thiết bị giảm thiểu lõm điện áp 13 1.2.2 Giảm thiểu lõm điện áp khôi phục điện áp động (DVR) 15 1.3 Điều khiển DVR 20 1.3.1 Điểu khiển hệ tọa độ tự nhiên 20 1.3.2 Điều khiển vector 25 1.4 Tóm tắt kết luận 27 Chƣơng 2: CẤU TRÚC BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG 28 2.1 Các thành phần khôi phục điện áp động 28 2.2 Bộ biến đổi 28 2.2.1 Cấu trúc biến đổi nối lưới thông qua máy biến áp 29 2.2.2 Cấu trúc biến đổi nối lưới trực tiếp 31 2.2.3 Các phương pháp điều chế 32 2.3 Bộ lọc tần số chuyển mạch 33 2.4 Máy biến áp nối tiếp 34 2.5 Năng lượng hệ thống DVR 34 2.5.1 Các kiểu DVR cấp nguồn từ lưu trữ lượng 35 2.5.2 Các kiểu DVR khơng có lưu trữ lượng 36 2.5.3 Các phương pháp tích trữ lượng 38 2.6 Bảo vệ DVR 39 2.6.1 Bảo vệ ngắn mạch 39 2.6.2 Bảo vệ trước tăng điện áp phía DC-link 41 2.6.3 Bảo vệ hở mạch lưới 41 2.7 Lựa chọn sơ đồ cấu trúc cho DVR 42 2.8 Tóm tắt kết luận 43 Chƣơng 3: ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG 44 3.1 Các chế độ hoạt động hạn chế DVR 44 3.2 Các phương pháp tạo điện áp chèn vào 45 3.2.1 Phương pháp tạo điện áp chèn với lõm điện áp cân 45 3.2.2 Phương pháp tạo điện áp chèn với lõm điện áp không cân 49 3.2.3 Những yếu tố ảnh hưởng đặc điểm tải cần quan tâm lựa chọn phương pháp 50 3.3 Mơ hình tốn học VSC lọc LC nối lưới 52 3.4 Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh điện áp tải đáp ứng điều kiện lõm điện áp cân 54 3.4.1 Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh điện áp 54 3.4.2 Cấu trúc hai mạch vòng điều chỉnh 55 3.4.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển DVR 56 3.5 Xây dựng điều chỉnh DVR 57 3.5.1 Mơ hình DVR hệ tọa độ tĩnh αβ tọa độ quay dq 58 3.5.2 Bộ điều chỉnh DVR hệ tọa độ quay dq 61 3.5.3 Bộ điều chỉnh DVR hệ tọa độ tĩnh αβ 66 3.6 Thiết kế điều khiển dòng điện 70 3.6.1 Dẫn xuất điều khiển PR 70 3.6.2 Cấu trúc điều khiển PR 73 3.6.3 Tính tốn tham số điều khiển PR 74 3.7 Thiết kế điều khiển điện áp SDR 76 3.8 Nghiên cứu ổn định 80 3.9 Đồng lưới 85 3.9.1 Phương pháp điểm qua không 86 3.9.2 Phương pháp Arctangent 86 3.9.3 Kỹ thuật PLL 87 3.10 Phát lõm đ iê ̣n áp 89 3.11 Điều khiển DC-link 90 3.12 Tóm tắt kết luận 91 Chƣơng 4: GIẢI PHÁP ÁP DỤNG DVR CHO XÍ NGHIỆP CƠNG NGHIỆP 94 4.1 Ảnh hưởng lõm điện áp đến xí nghiệp cơng nghiệp 94 4.1.1 Ảnh hưởng lõm điện áp đến thiệt bị điện công nghiệp 94 4.1.2 Khảo sát ảnh hưởng lõm điện áp xí nghiệp cơng nghiệp điển hình 97 4.2 Ứng dụng DVR vào thực tế 99 4.2.1 Kết khảo sát tham số ban đầu 99 4.2.2 Thiết kế thành phần DVR 102 4.3 Mô 107 4.3.1 Xây dựng mơ hình mô 103 4.3.2 Kết mô 111 4.4 Tóm tắt kết luận 124 Chƣơng 5: XÂY DỰNG THỰC NGHIỆM DVR 125 5.1 Xây dựng bàn thí nghiệm 125 5.1.1 Phần động lực hệ thống 125 5.1.2 Phần điều khiển 129 5.2 Cài đặt thuật toán điều khiển 130 5.3 Kết nghiên cứu thí nghiệm 131 5.3.1 Kiểm tra khả đồng lưới 131 5.3.2 Kiểm tra khả bù lõm DVR chế độ tĩnh 131 5.3.3 Kiểm tra khả DVR chế độ động 132 5.4 Tóm tắt kết luận 134 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 141 PHỤ LỤC 142 Phụ lục 1: Chuyển đổi hệ trục tọa độ 142 Phụ lục 2: Kết khảo sát thực trạng lưới điện 220/110kV Nghi Sơn biến cố điện áp lưới điện 110kV Hoàng Mai 145 Phụ lục 3: Một số hình ảnh mơ hình thực nghiệm 152 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Bảng 1: Danh mục ký hiệu Ký hiệu Tên gọi usa(t), usb(t), usc(t) ug,a(t), ug,b(t), ug,c(t) ig,a(t), ig,b(t), ig,c(t) uinja(t), uinjb(t), uinjc(t) iinj,a(t), iinj,b(t),iinj,c(t) uinj,ref uinv,a(t),uinv,b(t),uinv,c(t) uc,a(t), uc,b(t), uc,c(t) uL,a(t), uL,b(t), uL,c(t) u*L usabc ugabc iinjabc ifabc uLabc* uinjabc* uinvabc usαβ ugαβ iinjαβ ifαβ uLαβ* uinjαβ* uinvαβ usdq ugdq iinjdq ifdq uLdq* uinjdq* uinvdq udc(t) Cf Lf Rf ff CDC E  m U(1)  D Các điện áp pha nguồn Các điện áp pha lưới Các dòng điện pha lưới Các điện áp pha chèn vào DVR Các dòng điện pha chèn vào Điện áp chèn vào đặt Các điện áp pha biến đổi Các điện áp pha tụ điện Cf lọc Các điện áp pha tải Điện áp tải đặt Điện áp nguồn hệ tọa độ tự nhiên abc Điện áp lưới hệ tọa độ tự nhiên abc Dòng điện chèn vào hệ tọa độ tự nhiên abc Dòng điện cuộn cảm lọc LC hệ tọa độ tự nhiên Điện áp tải đặt hệ tọa độ tự nhiên abc Điện áp chèn vào đặt hệ tọa độ tự nhiên abc Điện áp biến đổi hệ tọa độ tự nhiên abc Vector điện áp nguồn hệ tọa độ tĩnh αβ Vector điện áp lưới hệ tọa độ tĩnh αβ Vector dòng điện chèn vào hệ tọa độ tĩnh αβ Vector dòng điện cuộn kháng lọc LC hệ tọa độ tĩnh Vector điện áp tải đặt hệ tọa độ tĩnh αβ Vector điện áp chèn vào đặt hệ tọa độ tĩnh αβ Vector điện áp biến đổi hệ tọa độ tĩnh αβ Vector điện áp nguồn hệ tọa độ quay dq Vector điện áp lưới hệ tọa độ quay dq Vector dòng điện chèn vào hệ tọa độ quay dq Vector dòng điện cuộn kháng lọc LC hệ tọa độ quay dq Vector điện áp tải đặt hệ tọa độ quay dq Vector điện áp chèn vào đặt hệ tọa độ quay dq Vector điện áp biến đổi hệ tọa độ quay dq Điện áp phía chiều Tụ điện lọc đầu Điện cảm lọc đầu Điện trở lọc đầu Tần số cộng hưởng lọc Tụ điện phía chiều Năng lượng phát DVR bù lõm Hệ số giảm điện áp điện áp nguồn cung cấp Hệ số điều chế Điện áp Hệ số tắt dần Độ sâu lõm điện áp uL ug uinj Sinj Sload Pinj Qinj SDVR XDVR RDVR ZDVR SVSC n Rb Zsupply,before Zsupply,affter Vector điện áp tải Vector điện áp lưới Vector điện áp chèn vào Cơng suất tồn phần bơm vào lưới Cơng suất tồn phần tải Công suất tác dụng bơm vào lưới Cơng suất phản kháng bơm vào lưới Cơng suất tồn phần DVR Điện kháng DVR Điện trở DVR Tổng trở DVR Công suất biến đổi VSC Hệ số máy biến áp Điện trở phóng điện Tổng trở nguồn trước lõm điện áp Tổng trở nguồn sau lõm điện áp Bảng 2: Danh mục chữ viết tắt Ký hiệu MBA BANT BBĐ BĐK LC XNCN DVR VSC ES PWM PLL UPS SDR HSTS PR LV MV Viết tắt cho Dynamic Voltage Restorer Voltage Source Conveter Energy storage Pulse Width Modulation Phase Locked Loop Uninterruptible power supply Sequence-decoupled resonant Controller Hybrid static transfer switch Resonant Controller Low Voltage High Voltage Nghĩa tiếng Việt Máy biến áp Biến áp nối tiếp Bộ biến đổi Bộ điều khiển Bộ lọc LC Xí nghiệp cơng nghiệp Bộ khôi phục điện áp động Bộ biến đổi nguồn áp Bộ lưu trữ lượng Điều chế độ rộng xung Vịng khóa pha Bộ nguồn liên tục Bộ điều khiển cộng hưởng tách riêng thành phần thứ tự Bộ chuyển mạch lai Bộ điều khiển cộng hưởng Điện áp thấp Điện áp cao DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Tên bảng biểu Trang Bảng 1.1: Định nghĩa lõm điện áp theo tiêu chuẩn IEEE std 1159-1995, tiêu chuẩn IEEE std 1250-1995 tiêu chuẩn IEC 6100-2-1 1990 Lan truyền lõm điện áp thông qua máy biến áp Dy Tổng hợp tham số hệ thống DVR lưới Tham số điều khiển Các tham số hệ thống thực nghiệm DVR 12 106 111 125 Bảng 1.2: Bảng 4.1: Bảng 4.2: Bảng 5.1: DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Trần Duy Trinh, Trần Trọng Minh; Thiết kế điều chỉnh cộng hưởng cho mạch vòng dòng điện biến đổi nguồn áp nối lưới điều kiện điện áp không cân bằng; Hội nghị điều khiển tự động hóa toàn quốc lần thứ VCCA-122011, trang 420-426 Trần Duy Trinh, Nguyễn Văn Liễn, Trần Trọng Minh; Bộ điều khiển Vector nối tầng cho hệ thống phục hồi điện áp động giảm thiễu lõm điện áp lưới điện phân phối; Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, trang 2329, số 91, 2013 Trần Duy Trinh, Nguyễn Văn Liễn, Trần Trọng Minh; Một phương pháp điều khiển cho hệ thống phục hồi điện áp động để giảm thiểu lõm điện áp lưới điện Hội nghị điện tử toàn quốc lần thứ VCM-2012, trang.195-201 Trần Duy Trinh, Nguyễn Văn Liễn, Trần Trọng Minh; Thiết kế mô thực nghiệm khôi phục điện áp động (DVR) cho bù lõm điện áp lưới điện công nghiệp; Tạp chí khoa học cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 7(80), 2014 142 PHỤ LỤC PHỤ LỤC Chuyển đổi hệ trục tọa độ  Hệ trục toa độ tĩnh αβ Hệ trục tọa độ tĩnh hệ thống toa độ Đề - vng góc có hai chiều, biểu diễn hai trục toa độ vng góc nhau: Trục hồnh trục α, trục tung trục β Xét hệ phương trình mô tả hệ thống điện áp pha lý tưởng va (t )  U sin(t   )  U cos(t     )  U cos(t   ) 2 2 )  U cos(t    ) 3 2 2 vc (t )  U sin(t    )  U cos(t    ) 3 vb (t )  U sin(t    (pl1.1) Thông qua phép biến đổi Clarke, ta có hình ảnh hệ thống hệ trục tọa độ tĩnh:     cos(  t   )        v  (t )  cos cos cos  2   )     U cos(t      v (t ) sin sin  2 sin 2    2  3  cos(t    )   (pl1.2) Tiếp tục biến đổi (pl1.2) ta có v  (t )  U cos(t   )    U   U sin(t   )  v (t ) (pl1.3) Từ biễu thức (pl1.3), thấy hình ảnh hệ thống tín hiệu điện áp pha có dạng vector quay hệ trục tọa độ tĩnh Vector quay với tần số với tần số lưới điện, có quỹ đạo đường trịn có góc pha với góc pha điện áp pha a (khi biểu diễn dạng hàm cosin) Hình.pl1.1 Đồ thị điện áp pha theo thời gian quỹ đạo vector điện áp Xét hệ thống điện áp pha có chứa thành phần thuận, nghịch, không: va (t )  U t cos(t   t )  U n cos(t   n )  U cos(t   ) 2 2 )  U n cos(t   n  )  U cos(t   ) 3 2 2 cos(t   t  )  U n cos(t   n  )  U cos(t   ) 3 vb (t )  U t cos(t   t  vc (t )  U t Thay (pl1.4) vào (pl1.1) rút gọn ta nhận được: 143 (pl1.4) v  (t )  U t cos(t   t )  U n cos(t   n ) v    v (t ) U t sin(t   t )  U n sin(t   n )  (pl1.5) vt (t )  U t cos(t   t ) vt        vt (t ) U t sin(t   t )  (pl1.6) v n (t )  U n cos(t   n )         v n (t ) U n sin(t   n ) (pl1.7) Đặt: Ta có: (pl1.8) v  vt  v n Từ công thức (pl1.5), (pl1.6), (pl1.7), (pl1.8) ta có nhận xét sau: - Hình ảnh thành phần thứ tự thuận hệ thống điện áp pha hệ trục tọa độ tĩnh αβ vector quay ngược chiều kim đồng hồ Ngược lại, hình ảnh thành phần thứ tự ngược vector quay thuận chiều kim đồng hồ - Hình ảnh hệ thống điện áp pha có chứa thành phần thuận, nghịch, không hệ trục tọa độ tĩnh αβ vector quay Vector quay tổng hợp hai vector, vector quay ngược chiều kim đồng hồ đại diện cho thành phần thứ tự thuận vector quay thuận chiều kim đồng hồ đại diện cho thành phần thứ tự ngược Thành phần thứ tự khơng hồn tồn bị triệt tiêu - Quỹ đạo vector điện áp kết tổng hợp hai chuyển động quay: Chuyển động quay ngược chiều kim đồng hồ vector điện áp thứ tự thuận, chuyển động quay thuận chiều kim đồng hồ vector điện áp thứ tự ngược Do hai vector điện áp quay vận tốc góc, ngược chiều quay, nên quỹ đạo vector điện áp tổng hợp có dạng hình ellipse Hình pl1.2 Đồ thị điện áp pha (có chứa thành phần thuận, nghịch, không) theo thời gian quỹ đạo vector điện áp tương ứng với hệ thống điện áp pha  Hệ trục tọa độ quay dq Giả sử có hệ trục tọa độ vng góc với trục hồnh trục d, trục tung trục q, có góc tọa độ trùng với góc tọa độ hệ trục tọa độ tĩnh Góc trục α (tĩnh) với trục d (quay) θ(t) Tọa độ vector hệ trục tọa độ quay dq tính theo phép biến đổi Park: - Chuyển đổi αβ/dq: vtd (t ) cos( (t ))  sin( (t )) vt (t )  (pl1.9)  q     vt (t )  sin( (t ) cos( (t ))  v n (t ) v nd (t ) cos  (t )  sin  (t ) v n (t )   q     v n (t )  sin  (t ) cos  (t )  v n (t ) 144 (pl1.10) - Chuyển đổi dq/αβ: vt (t )  cos( (t ))  sin( (t )) vtd (t )     q   vt (t )  vt (t ) sin  (t ) cos( (t )) (pl1.11) v n (t )  cos( (t ))  sin( (t )) v nd (t )     q  v n (t ) sin( (t )) cos( (t ))  v n (t )  (pl1.12) Cơng suất tích cực cơng suất phản kháng tức thời cho (pl1.13) P  v a i c  v b ib  v c i c (pl1.14) Q [v a (ic  ib )  vb (ia  ic )  vc (ib  i a ) Thay (pl1.5) (pl1.9) vào (pl1.13) (pl1.14) vq=0 (pl1.13) (pl1.14) viết lại (pl1.15) P  vd id (pl1.16) Q  v d iq Và vd=0 (pl1.13) (pl1.14) viết lại (pl1.17) P  vq iq (pl1.18) Q  vq iq 145 PHỤ LỤC Kết khảo sát thực trạng lưới điện 220kV/110kV Nghi Sơn biến cố điện áp lưới điện 110kV Hoàng Mai 4.1.1 Các sơ đồ cấp điện Hình.pl2.1 sơ đồ vị trí địa lí trạng lưới điện cao tỉnh Nghệ An Hình.pl2.2 sơ đồ lưới điện trạm 220kV Nghi Sơn Thanh Hóa trạm 220kV Hưng Đơng Nghệ An Trên trạm Hồng Mai cấp nguồn từ trạm Nghi Sơn Thanh Hóa Trên sơ đồ ghi rỏ chiều dài tuyến đường dây, máy biến áp, phụ tải thực tế trạm vào tháng năm 2009 theo tài liệu [15] Các số liệu hệ thống thống kê theo bảng.pl2.1, bảng.pl2.2, bảng.pl2.3 Hình.pl2.1 Sơ đồ vị trí địa lí trạng lưới điện cao tỉnh Nghệ An Hình.pl2.2 Sơ đồ trạng lưới điện cao 220kV/110kV tỉnh Nghệ An năm 2010 PMax tính tốn: 487 MW, Tổn thất: 14,92 MW [13] 146 4.1.2 Thống kê số liệu kỹ thuật hệ thống Các tham số hệ thống cấp điện khảo sát thống kê có giới hạn từ trạm 220kV Nghi Sơn Thanh Hóa đến 110 kV Hồng Mai tuyến 110kV liên quan Tiếp trạm phụ tải nhạy cảm điển hình quan trọng nhà máy Với phạm vi khảo sát đủ để đảm bảo xác định trạng lưới điện 110kV Hoàng Mai, đồng thời tham số khảo sát đủ để cung cấp cho việc thiết kế DVR bảo vệ cho tải nhạy cảm điển hình  Tuyến đường dây từ 500kV Hà Tĩnh đến 220kV Hưng Đông Nghệ An dài 65Km, mạch kép, dây dẫn ACK300 Trạm 220kV Hưng Đông Nghệ An đến 220 kV Nghi Sơn Thanh Hóa có chiều dài 73Km, mạch đơn, dây dẫn ACK300  Trạm nguồn 220kV Nghi Sơn cấp nguồn trực tiếp cho trạm 110 kV Hoàng Mai trạm 110kV cho huyện Nghệ An Thanh Hóa có liên quan Trạm 220kV Nghi Sơn Thanh Hóa có cơng suất (2x125)MVA-220/110/10kV Dòng tải max năm 2009 2x298A, tỷ lệ mang tải 90% Trạm Nghi Sơn cấp điện cho trạm 110kV thuộc phía bắc tỉnh Nghệ An thơng qua tuyến đường dây 110kV mạch kép với Pmax=110MW Trạm 110 kV phía nam thuộc tỉnh Thanh Hóa tổng công suất thực tế năm 2009 P=130MW - Trạm 110kV Hoàng Mai (E15-6) nhà máy xi măng Hoàng Mai, có cơng suất (2x25) MVA - 110/700kV, trạm chuyên dùng cung cấp riêng cho sản xuất xi măng thuộc huyện Quỳnh Lưu, tỉnh Nghệ An, Pmax = 23MW, mang tải 51,1% Tương tự trạm 110kV liên quan khảo sát kết thống kê theo bảng.pl2.1 Bảng.pl2.1 Thống kê tham số mức độ vận hành trạm 220kV 110kV tỉnh Nghệ An lân cận TT 5 10 11 12 Tên trạm biến Công suất Điện áp Pmax (MVA) (kV) (MW) áp Trạm 220kV 2x125 220/110/10 203 Hưng Đông Trạm 110kV cấp nguồn từ trạm 220kV Hưng Đông Đô Lương 2x25 110/35/10 45 Bến Thủy 25+40 110/35/22 52 Cửa Lò 25+40 110/35/22 13 Tương Dương 26 110/35/10 15 Thanh Chương 25 110/35/10 15 Trạm 220kV 2x125 220/110/10 213 Nghi Sơn Trạm 110kV cấp nguồn từ trạm 220kV Nghi Sơn Hưng Đông 25+63 110/35/10-22 63 Nghĩa Đàn 25 110/35/10 20 Quỳ Hợp 25 110/35/10 14 Quỳnh Lưu 2x25 110/35/10-22 35 Diễn Châu 16 110/35/10 15 Hoàng Mai 2x25 110/6 23 Truông Bành 1x40 110/35 Nghi Sơn 1x40 110/35/10 Nông Cống 1x25 110/35/10 Tĩnh Gia 1x25 110/35/10 Ba Chè 1x25 110/35/10 - 147 Pmin (MW) 51 Mang tải (%) 90 6,5 11,5 0.5 0,6 63 100,0 88,9 22,2 66,7 66,7 95 13 2,1 5,5 14 0,4 - 79,5 88,9 62,2 77,8 104,2 51,1 8,3 - Bảng.pl2.2 Thống kê thông số đường dây tuyến cấp nguồn từ trạm 220kV Nghi Sơn Thanh Hóa cơng suất thực tế tuyến đường dây tháng năm 2009 T T Tên đường dây Phụ tải thực tế P,Q (MVA) Hưng Đơng2x125 Nghi Sơn Hà TĩnhHưng Đơng Nghi Sơn23+j9,8 Hồng Mai Hoàng Mai35+j14,9 Quỳnh Lưu Quỳnh Lưu20+j8,5 Nghĩa Đàn Quỳnh Lưu15+j6,4 Diễn Châu Nghĩa Đàn14+j6 Quỳ Hợp Quỳ Hợp3+j1,3 Truông Bành Nghi Sơn130+j55,4 Thanh Hóa Loại dây Loại dây r0 x0 Chiều dài (km) ACK-300 0,108 0,42 73 ACK-300 0,108 0,42 2x65 ACY-180 0,17 0,377 ACY-180 0,17 ACY-120 Rd(Ω), Xd(Ω), Ld(H) Rd(Ω) Xd(Ω) Ld(H) 7,884 30,66 0,0976 2x7,7 1,309 2,9029 0,012 0,377 2x14 2,38 5,278 0,0012 0,27 0,397 2x26 7,02 10,322 0,001264 ACY-180 0,17 0,377 2x24 4,08 9,048 0,0288 ACY-120 0,27 0,397 2x33,2 8,964 13,1804 0,001264 ACY-180 0,17 0,377 2x53 9,01 19,981 0,0012 ACY-180 0,17 0,377 2x63,5 0,795 23,9395 0,0012 Bảng.pl2.3 Thống kê tham số máy biến áp trạm Nghi Sơn Thanh Hóa TT Thơng số Giá trị Máy biến áp T1,T2 trạm 220 Nghi Sơn Thanh Hóa 10 Kiểu máy Nước SX Uđm.Cao/Trung/Hạ (KV) Iđm.Cao/Trung/Hạ (A) Sđm.Cao/Trung/Hạ (KVA) Tổ nối dây UN%.Cao/Trung/Hạ Điện trở MBA R1(Ω) Điện kháng MBA X1(Ω) Điện cảm MBA L1 (H) Ghi ATДЦТН125000/220/110Т1 Liên Xô 230/121/10,5 313/596/3450 125000/125000/63000 Ytự ngẫu/0-11 11,1/42,9/27,6 1,92 42,98 0,1368 Bảng.pl2.4 Thông số hệ thống tụ bù 110KV Nghi Sơn Thanh Hóa  Tham số tụ điện bình TT Thông số Giá trị Kiểu Cđm(F) 200 R phóng bên (M) Cơng suất (KVAR) Uđm (kV) Iđm(A) EX-7L 1,5 565 15 37,68 148 Ghi  Tham số tổ hợp tụ 3pha TT Thông số Giá trị Kiểu Cđm(F) 200 R phóng bên (M) Cơng suất 3pha (KVAR) Uđm (Kv) Iđm(A) Số nhánh song song/pha Số bình nối tiếp/pha Điện kháng/pha() 10 Điện cảm/pha(mH) 11 Số bình song song /pha 12 Số bình/tổ hợp  Sơ đồ nối tụ hệ thống tụ bù Ghi EX-7L 19,2 1,5 50000 125 231 04 05 0,86 47,56 16 60 A B C L C C C C L L C C C C C C C C Hình.pl2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tụ bù 110kV/56,5MVAR trạm 220kV Nghi Sơn Thanh Hóa Bảng.pl2.5 Thống kê tham số máy biến áp trạm Hoàng Mai TT Thơng số Máy biến áp T1,T2 trạm 110 Hồng Mai Sđm Uđm Iđm N UN% Điện trở MBA R1(Ω) Điện kháng MBA X1(Ω) Điện cảm MBA L1 (H) Bảng.pl2.6 Thống kê tham số máy biến áp nhà máy xi măng Hoàng Mai TT 4 Giá trị 25 MVA 110/6.3/6.3Kv 131,2/2107,1A 11,95 11,5 3,872 55,66 0,17726 cấp điện cho quạt công nghệ 142-FN1-M01 Thông số Giá trị Máy biến áp cấp điện cho quạt công nghệ 142-FN1-M01 Sđm/Sđm2 Iđm1/Iđm2 Uđm(gồm cấp) Ký hiệu sơ đồ nối dây Ghi 2800kVA/1400kVA/1400kVA 257A/1147A/1147A Sơ cấp: 6615/6458/6300/6142/5983 V Thứ cấp: 704/704V Dyn11 149 Ghi Tổng trở 5,88 UN% 5,8 Bảng.pl2.7 Thống kê tham số tải nhạy cảm (Động quạt công nghệ 142-FN1-M01) TT Thông số Động quạt công nghệ 142-FN1-M01 Pđm Iđm Uđm Ký hiệu sơ đồ nối dây Cos nđm Giá trị Ghi 1975kW 2264A 610V Y 0.95 1000v/p 4.1.3 Các biến cố điện áp lưới điện Các biểu khác biến cố điện áp thu thập thông qua thiết bị giám sát đặt trạm 110kV nhà máy Từ năm 2008 bắt đầu xuất biến cố điện áp gây dừng gây lỗi thiết bị nhà máy Thông qua thiết bị giám sát thu nhiều dạng biến cố điện áp, bật có ba dạng biến cố trực tiếp gây ngừng hoạt động thiết bị nhà máy là: - Thay đổi điện áp lưới - Dao động méo dạng điện áp thời điểm đóng cắt hệ thống tụ bù trạm 220kV Nghi Sơn Thanh Hóa - Lõm điện áp Các dạng biến cố lựa chọn tiêu biểu số nhiều tài liệu ghi trình giám sát trình bày sau  Thống kê biến cố thay đổi điện áp lưới điện 110kV Hoàng Mai dẫn đến ngừng hoạt động thiết bị nhà máy Từ đồ thị điện áp theo kinh nghiệm vận hành nhà máy cho biết lỗi thay đổi điện áp, thường xuất lúc mà hộ phụ tải sử dụng điện nhiều khoảng từ 15h đến 19h hàng ngày, thay đổi điện áp lưới phức tạp, với chênh lệch điện áp cao từ 4,95kV đến 24,75kV khoảng 5% lên đến 21% Với lỗi dẫn đến nhiều thiết bị nhạy cảm quan trọng nhà máy ngừng hoạt động Các đồ thị điện áp điển hình hình.pl1.6a,b,c,d thay đổi điện áp ghi lại thời điểm khác ngày 115,5kV 102,3kV 112,2kV Hình.pl2.4a Điện áp thay đổi ngày 20/3/2009 làm dừng thiết bị nhà máy Điện áp dao động từ (115,5kV  102,3kV), chênh lệch điện áp 13,2kV 150 97,35kV Hình.pl2.4b Điện áp thay đổi ngày 22/7/2009 làm dừng thiết bị nhà máy Điện áp dao động từ (112,2kV97,35)kV, chênh lệch điện áp 14,85kV 120kV 110,55kV 102,3kV 85,8kV Hình.pl2.4d Điện áp thay đổi ngày 2/10/2010 làm dừng thiết bị nhà máy Điện áp dao động từ (110,55kV 85,8)kV, chênh lệch điện áp 24,75kV Hình.pl2.4c Điện áp thay đổi ngày 21/9/2009 làm dừng thiết bị nhà máy Điện áp dao động từ (120kV 102,3)kV, chênh lệch điện áp 17,7kV  Thống kê biến cố dao động điện áp lưới điện 110kV Hoàng Mai thời điểm đóng cắt tụ bù dẫn đến ngừng hoạt động thiết bị nhà máy Dao động thay đổi điện áp thể thơng qua đồ thị điện áp điển hình lựa chọn hình.pl2.5.a, b, c, d Đây lỗi xảy thời điểm đóng cắt hệ thống tụ bù công suất 56,5 MVAR điện áp 110kV (phía hạ áp), trạm 220kV Nghi Sơn Thanh Hóa Việc đóng cắt tụ thời điểm điện áp lưới xuống thấp từ 16h đến 18h hàng ngày làm dao động thay đổi đột ngột độ lớn điện áp Trước đóng tụ bù, 100,65kV Sau đóng tụ bù, 115,5kV Trước đóng tụ bù,102,3kV Hình.pl2.5a Đóng tụ bù điện áp thay đổi: Dao động điện áp lúc 17h16’ ngày 10/3/2009 làm dừng thiết bị nhà máy Điện áp thay đổi từ (100,65kV 115,5)kV, chênh lệch điện áp 14,85kV Trước cắt tụ bù, 120,45kV Sau đóng tụ bù, 118,8kV Hình.pl2.5b Đóng tụ bù điện áp thay đổi: Dao động điện áp lúc 5h30’ ngày 17/8/2009 làm dừng thiết bị nhà máy Điện áp thay đổi từ (102,3kV 118,8)kV, chênh lệch điện áp 16,5kV Sau cắt tụ bù110,55kV Trước cắt tụ bù, 117,15kV Hình.pl2.5c Cắt tụ bù điện áp thay đổi: Dao động điện áp lúc 12h05’ ngày 03/03/2009 làm dừng thiết bị nhà máy Điện áp thay đổi từ (120,45kV  110,55)kV, chênh lệch điện áp 9,9kV Sau cắt tụ bù, 108,9kV Hình.pl2.5d Cắt tụ bù điện áp thay đổi: Dao động điện áp lúc 23h19’ ngày 31/3/2009 làm dừng thiết bị nhà máy Điện áp thay đổi từ (117,15kV  108,9)kV, chênh lệch điện áp 8,25kV 151  Thống kê biến cố lõm điện áp lưới điện 110kV Hoàng Mai dẫn đến ngừng hoạt động thiết bị nhà máy Hình.pl2.6a,b,c,d,e,f đặc tính điện áp điển hình lựa chọn nhiều tài liệu ghi chép thiết bị giám sát điện áp nhà máy ghi lại Trên thể lỗi lõm điện áp xãy thời điểm khác ngày, dẫn đến gây dừng thiết bị nhà máy Ở lõm điện áp xảy có độ sâu lõm so với trước lõm 18kV đến 73,05kV Với thời gian tồn lõm điện áp từ 0.75s đến 12s 105,4kV 108kV Trước lõm 117,3kV 84kV Hình.pl2.6a Điện áp lưới bị lõm lúc 1h44’ ngày 19/6/2010 Chênh lệch điện áp 24,75/21,45kV Thời gian lõm:7,5s Trước lõm 113,85kV Trong lõm 98,7kV Hình.pl2.6b Điện áp lưới bị lõm lúc 18h52’ ngày 13/3/2009 Chênh lệch điện áp 18,6kV Thời gian lõm:2,25s sau lõm 125,4kV Trước lõm 112,05kV Trong lõm 92kV Hình.pl2.6c Điện áp lưới bị lõm lúc 16h17’ ngày 29/8/2009 Chênh lệch điện áp (21,8533,4)kV Thời gian lõm:0,75s Hình.pl2.6d Điện áp lưới bị lõm lúc 17h40’ ngày 24/6/2010 Chênh lệch điện áp: 73kV Thời gian lõm: 2s Trước lõm 111,7kV Trong lõm 82kV Hình.pl2.6e Điện áp lưới bị lõm lúc 9h12’ ngày 14/7/2009 Chênh lệch điện áp: 26,4/36,3kV Thời gian lõm: 12s Sau lõm 112,05kV Trong lõm 39kV Sau lõm 118,8kV Trước lõm 108,9kV sau lõm 120,6kV Sau lõm 111,7kV Trong lõm 91,65kV Hình.pl2.6f Điện áp lưới bị lõm lúc 7h54’ ngày 1/3/2009 Chênh lệch điện áp 20,05kV Thời gian lõm:2,5s 152 PHỤ LỤC Một số hình ảnh mơ hình thực nghiệm Hình.pl3.1 Mơ hình thực nghiệm DVR Hình.pl3.2 Kết nối phần tử mơ hình thực nghiệm DVR Trên hình.pl3.2 thể bao gồm: 1-phần kết nối phần tử DVR lưới (Máy biến áp-bộ lọc LfCf-Biến dịngBaumuller(VSC)-DC-link) thơng qua cầu nối 2-phần tạo lõm, thông qua contactor kết nối đến vị trí trước điểm kết nối DVR 153 3- Hệ thống mạch đo điều khiển logic dùng để đo tín hiệu dòng điện điện áp với tổng cộng 15 đưa máy tính cad-1104 để phục vụ cho phần điều khiển Phần điều khiển logic sử dụng để điều khiển đóng cắt nguồn, điều khiển tạo lõm điều khiển bảo vệ DVR hệ thống có cố Hình.pl3.3 Card điều khiển-1104 Hình.pl3.4 Modun kết nối I/O Hệ thống đo lường DVR-Baumuller-Card 1104 Card 1104 giao tiếp với Baumller hệ thống lường thông qua modun kết nối I/O Cấu hình Card-1104 modun I/O bao gồm: - Có đầu vào tương tự ADC với chân cắm trực tiếp vỏ hộp điều khiển - Có đầu tương tự DAC với chân cắm trực tiếp vỏ hộp điều khiển - Có encoder cắm trực tiếp vỏ hộp điều khiển - Có 20 đầu vào số (Digital I/O) - Có PWM pha PWM ba pha - Có ngắt ngồi (External interrtupt) - Có định thời gian (Timer) - Có cổng giao tiếp RS232, cổng RS422 RS485 (do chia sẻ tài nguyên) 154 Hình.pl3.5 Baumuller Servo-Power-Unit BUS 621, 622,623,624 (VSC) Bộ biến đổi sữ dụng Modun Baumuller Servo-Power-Unit BUS 621, 622,623,624, có điện áp 600V, dịng định mức 20A Hình.pl3.6 Bộ lọc đầu LfCf Máy biến áp nối tiếp  Máy biến áp nối tiếp (máy biến áp chèn): Bàn thí nghiệm sữ dựng ba máy biến áp, có cơng suất 2kVA có tỉ số n=400V/200V Phía cao áp nối nối tiếp với nguồn tải, phía hạ áp nối với biến đổi thông qua lọc LC  Bộ lọc LC: Được sữ dụng cuộn cảm 2mH ba tụ điện có điện áp 250V, 1000F Hình.pl3.7 Tải RtLt a) Rt1 = 33 Ω; Lt1= mH; Zt1 = 33.03  2.725º b) Rt2 = 90 Ω; Lt2= mH 155 95 ... điều khiển hệ thống Chương 3: Điều khiển khôi phục điện áp động Tập trung nghiên cứu điều khiển DVR, bao gồm; điều khiển khôi phục điện áp tải, điều khiển đồng điện áp lưới, điều khiển phát lõm điện. .. hưởng lõm điện áp khơi phục điện áp động Trình bày tổng quan lõm điện áp phương pháp giảm thiểu lõm điện áp, trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu sử dụng khôi phục điện áp động (DVR). ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - -- - TRTRẦN DUY TRINH NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) ĐỂ BÙ LÕM ĐIỆN ÁP CHO PHỤ TẢI QUAN TRỌNG TRONG XÍ NGHIỆP