Nghiên cứu thiết kế các trạm lọc và bù cho các xí nghiệp công nghiệp

Phạm thị huyền Bộ giáo dục đào tạo Trờng đạI học bách khoa hà nội -o0o Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành: Tự động hóa Ngành tự động hoá Nghiên cứu, thiết kế trạm lọc bù cho xí nghiệp công nghiệp Phạm thị huyền 2007 - 2009 Hµ Néi – 2009 MơC LơC Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời nói đầu Chơng Sự cần thiết phải bù công suất phản kháng lọc sóng hài bậc cao 1.1 Các tải sản sinh sóng điều hòa 1.1.1 Tải xác định tải không xác định 1.1.2 Nguồn sản sinh sóng hài dòng điện sóng hài điện áp 1.1.3 ảnh hởng sóng điều hòa lên phần tử hệ thống điện 1.2 Công suất phản kháng vấn đề bù cos 1.2.1 Các khái niệm 1.2.2 Vấn đề bù cos 1.3 Phân tích sóng hài bậc cao cần thiết phải lọc 1.3.1 Khái niệm nguyên nhân sinh sóng hài 1.3.2 Sự cần thiết phải lọc sóng hài Chơng Tìm hiểu phơng pháp bù 2.1 Khái niệm 2.1.1 Bù xí nghiệp công nghiệp 2.1.2 Bù đờng dây cao áp 2.2 Các phơng pháp bù 2.2.1 Bï song song 2.2.2 Bï nèi tiÕp 2.2.3 Bé VAR trun thèng 2.3 C«ng nghƯ bï VAR míi 2.3.1 Mô hình STATCOM (Static Synchronous Compensator) 2.3.2 Bộ bù SSSC (Static Synchronous Series Compensator) Môc lôc 1 6 10 10 12 13 13 13 15 17 17 18 19 25 25 26 2.3.3 Bé UPFC (Unified Power Flow Controller) Chơng 3: Tìm hiểu phơng pháp lọc 3.1 Phân loại phơng pháp lọc sóng hài 3.1.1 Làm giảm sóng dòng điện phát 3.1.2 Lọc thành phần sóng hài 3.2 Lọc tích cực 3.2.1 Phân loại theo biến đổi công suất 3.2.2 Phân loại theo sơ đồ 3.2.3 Phân loại theo nguồn cấp 3.2 Lọc thụ động 3.3.1 Bé läc thơ ®éng nèi tiÕp 3.3.2 Bé läc thơ động song song 3.3.3 Bộ điện kháng đầu vào xoay chiều thụ động: 3.3.4 Bộ lọc thông thấp 3.4 Lọc hỗn hợp 3.5 Việc lựa chọn lọc sóng hài phải dựa điều sau 3.6 Thiết bị lọc UPQC Ch−¬ng 4: ThiÕt kÕ bé läc tÝch cùc 4.1 Xây dựng cấu trúc mạch lực 4.1.1 Đặc tính bù cđa bé läc tÝch cùc song song 4.1.2 CÊu tróc mạch lực 4.1.3 Xây dựng cấu trúc chung mạch điều khiển hệ thống 4.2 Tính toán tín hiệu đặt dòng điện theo lý thuyết p-q 4.2.1 Các phơng pháp tính toán tín hiệu đặt dòng điện 4.2.2 Lý thuyết p-q 4.3 Mạch vòng dòng điện cho lọc tích cực 4.4 Mô hệ thống 4.4.1 Đánh giá mức độ ảnh hởng sóng điều hòa lên hệ thống 4.4.2 Sơ đồ khối mô hệ thống chơng trình Matlab/Simulink 4.4.3 Sơ đồ khối khâu tham số mô 4.4.4 Khảo sát đáp ứng mạch lọc 4.4.4.1 Khảo sát hệ thống lọc cha tác động Mục lục 27 28 28 28 29 29 31 33 34 34 35 36 37 38 41 41 44 44 44 46 47 48 48 50 53 55 55 56 57 63 63 4.4.4.2 Khảo sát đáp ứng mạch lọc thay đổi giá trị điện cảm kết nối Lghép 4.4.4.3 Khảo sát đáp ứng mạch lọc thay đổi giá trị tụ điện chiều 4.4.4.4 Khảo sát đáp ứng mạch lọc thay đổi biên độ sai số hysteresis band mạch tạo trễ 4.4.4.5 Mô hệ thống với tham số chọn chuẩn 4.4.4.6 Khảo sát đáp ứng mạch lọc trờng hợp điện áp cân 4.5 Kết luận chơng Kết luận TàI LIệU THAM KHảO Tóm tắt luận văn Mục lục 64 67 69 72 75 77 Lời nói đầU Điện năng lợng chủ yếu xí nghiệp công nghiệp Các xí nghiệp tiêu thụ khoảng 70% tổng số điện đợc sản xuất ra, vấn đề sử dụng hợp lý tiết kiệm điện xÝ nghiƯp c«ng nghiƯp cã ý nghÜa rÊt lín Tuy nhiên việc sử dụng tải phi tuyến đà sản sinh lợng đáng kể sóng hài dòng điện điện áp, điều làm suy giảm chất lợng hệ thống điện Yêu cầu đặt phải chọn giải pháp lọc bù có tính linh hoạt tự thích ứng chừng mực ®ã víi sù biÕn ®ỉi cđa phơ t¶i ë ViƯt Nam hiƯn nay, viƯc bï cos ϕ chđ u øng dụng phơng pháp bù tụ Việc lọc sóng hài dừng lại mức lọc thụ động phần tử tuyến tính L C Tuy nhiên mạch lọc thụ động cha phải giải pháp tốt trờng hợp tải nhạy cảm thờng xuyên thay đổi tham số Ngoài việc bù thụ động dễ gây nên tác hại cộng hởng với thiết bị điện hoạt động hệ thống tải thay đổi Để vơn tầm hội nhập với giới khía cạnh cung cấp lợng giải vấn đề lợng điện mình, cần thiết phải nghiên cứu chế tạo lọc tích cực đặt trạm bù Cụ thể khuôn khổ luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu tiến hành mô hệ thèng läc tÝch cùc song song pha – dây Với hớng nghiên cứu nh vậy, luận án đợc chia làm chơng nh sau: ã Chơng 1: Đi vào phân tích ảnh hởng sóng điều hòa hệ thống điện Phân tích nguyên nhân gây sóng hài giới thiệu khái niệm bù công suất phản kháng lọc sóng hài Lời nói đầu ã Chơng 2: Giới thiệu việc bù công suất phản kháng xí nghiệp công nghiệp bù đờng dây cao áp Nội dung chơng tập trung chủ yếu vào phân loại phơng pháp bù bản, sâu phân tích u nhợc điểm số phơng pháp bù ã Chơng 3: Nội dung chơng trình bày kiểu lọc bản, tập trung phân tích nguyên lý, u nhợc điểm phơng pháp lọc ã Chơng 4: Chơng trọng tâm luận văn với nội dung: Thiết kế lọc tích cực kết hợp chức bù công suất phản kháng Nội dung chơng bao gồm: - Xây dựng cấu trúc hệ thống - Trình bày lý thuyết công suất tức thời Akagi để tính toán tín hiệu đặt dòng điện - ứng dụng mạch vòng dòng điện việc thiết kế - Tiến hành mô hệ thống phần mềm Matlab/Simulink Với phần đợc trình bày luận văn, tác giả hy vọng đóng góp phần trình nghiên cứu trạm lọc bù, đồng thời luận văn trở thành nguồn tài liệu tham khảo bổ ích dành cho kỹ s sinh viên Học viên: Phạm Thị Huyền Lời nói đầu Lun văn cao học Khóa 2007 - 2009 Chương SỰ CẦN THIẾT PHẢI BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ LỌC SĨNG HÀI BẬC CAO Trong chương ta tìm hiểu mục sau: - Các tải sản sinh sóng điều hịa - Cơng suất phản kháng cần thiết phải bù công suất phản kháng - Lọc sóng hài bậc cao 1.1 Các tải sản sinh sóng điều hịa 1.1.1 Tải xác định tải khơng xác định Tải phi tuyến sản sinh sóng điều hòa chia thành loại: - Tải xác định: Đó chỉnh lưu diod/thyristor cơng suất cao; Lò hồ quang Chúng ta xác định tải phi tuyến hộ dùng điện công suất lớn hệ thống phân phối điện nhiều trường hợp Ngành điện ấn định điểm kết nối chung cho hộ tiêu thụ lớn nơi sản xuất lượng sóng hài lớn lên lưới điện, ngồi ấn định lượng sóng hài cho phép bơm lên hệ thống từ hộ đơn lẻ - Tải khơng xác định: Đó chỉnh lưu diod cơng suất thấp, chỉnh lưu bơm lên hệ thống phân phối lượng sóng hài đáng kể, nhiên số hệ thống chỉnh lưu cơng suất thấp lại sản sinh lượng sóng hài dịng điện khơng đáng kể Phạm Thị Huyền Lớp Tự động hóa Luận văn cao học Khóa 2007 - 2009 1.1.2 Nguồn sản sinh sóng hài dịng điện sóng hài điện áp Một tải sinh sóng điều hịa coi nguồn áp điều hòa nguồn dòng điều hòa Trên quan điểm phân chia nguồn sóng hài nguồn áp hay nguồn dòng, chỉnh lưu diod với điện cảm nối phía chiều Ld coi nguồn dịng điều hịa trở kháng tải lớn nhiều so với trở kháng nguồn cung cấp tần số điều hòa  h : R L2  ( h Ld ) >>  h Ls (1-1) (Với Ls tổng điện cảm nguồn ngược phía điểm kết nối chung điện cảm rò máy biến áp chỉnh lưu) Bộ chỉnh lưu diod với tụ điện nối phía chiều Cd coi nguồn sinh điện áp điều hòa, với mối quan hệ: