So sánh bộ lọc sóng hài thụ động kiểu cộng hưởng đơn và kiểu c ứng dụng trong lưới phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỒ MINH VIỆT Hồ Minh Việt KỸ THUẬT ĐIỆN SO SÁNH BỘ LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG KIỂU CỘNG HƯỞNG ĐƠN VÀ KIỂU C ỨNG DỤNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : HỆ THỐNG ĐIỆN KHOÁ 2015A Hà Nội – Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỒ MINH VIỆT SO SÁNH BỘ LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG KIỂU CỘNG HƯỞNG ĐƠN VÀ KIỂU C ỨNG DỤNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI Chuyên ngành : Hệ Thống Điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Xuân Tùng Hà Nội – Năm 2017 SĐH.QT9.BM11 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : …Hồ Minh Việt…… …………… Đề tài luận văn: So sánh lọc hài thụ động kiểu cộng hưởng đơn kiểu C ứng dụng lưới phân phối Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện – Hệ Thống Điện Mã số SV: CA150094……………… … Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày….26/4/2017 với nội dung sau: – Kiểm tra sửa lại lỗi tả – Tách phần Kết Luận thành chương – Bổ xung thêm quy trình thiết kế lọc, mục a (trang 38) : Kiểm tra xác định thông số hệ thống trước thiết kế lọc hài – Thay đổi, thống việc sử dụng ký hiệu q (hệ số chất lượng) Q ( công suất phản kháng ) tồn luận văn – Chỉnh sửa cơng thức ( trang 10, 16, 46, 47 ) h- hmax, định dạng cỡ chữ – Giải thích khái niệm độ sắc đồ thị trở kháng ( trang 36 ) – Đổi dấu tách phần thập phân từ (.) thành (,) – Ghi rõ danh mục tài liệu tham khảo theo quy định tham chiếu đến tài liệu tham khảo phần danh mục tài liệu tham khảo ( trang 75 ) Ngày 28 tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG MỤC LỤC MỤC LỤC .i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT NỘI DUNG v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii Chương GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SÓNG HÀI 10 1.1 Khái niệm sóng hài hệ thống điện 10 1.2 Nguyên nhân gây sóng hài lưới phân phối 12 1.2.1 Quan hệ dịng điện điện áp phụ tải tuyến tính phi tuyến 12 1.2.2 Một số nguồn phát sinh sóng hài lưới phân phối: 13 1.2.3 Ảnh hưởng sóng hài lên phần tử lưới phân phối 17 Chương PHỐI KIỂM SỐT VÀ LOẠI TRỪ SĨNG HÀI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN 22 2.1 Tiêu chuẩn quy định mức sóng hài hệ thống điện 22 2.2 Các phương pháp giảm thiểu sóng hài lưới phân phối 24 2.1.1 Thay đổi kết cấu lưới cung cấp điện 24 2.1.2 Tăng cơng suất phía nguồn cung cấp 24 2.1.3 Sử dụng cuộn kháng lọc nối tiếp 24 2.1.4 Dùng biến áp cách li 25 2.1.5 Bộ lọc hài thông thấp 26 2.1.6 Bộ lọc thụ động kiểu C 27 2.1.7 Các chỉnh lưu 12 xung 18 xung 27 2.1.8 Hệ thống lọc tích cực 30 Chương PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TỐN THƠNG SỐ CÁC BỘ LỌC THỤ ĐỘNG CỘNG HƯỞNG ĐƠN VÀ BỘ LỌC KIỂU C 32 3.1 Giới thiệu chung 32 3.2 Bộ lọc thụ động loại cộng hưởng đơn 32 3.2.1 Giới thiệu chung lọc cộng hưởng đơn 32 3.2.2 Một số yếu tố ảnh hưởng cần xem xét thiết kế STF 35 i 3.2.3 Các bước thiết kế STF 37 3.3 Bộ lọc hài thụ động kiểu C 42 3.3.1 Cấu trúc biểu thức tính tốn 42 3.3.2 Tối ưu hóa thiết kế lọc kiểu C 47 3.3.3 Thiết kế CTF dựa thông số STF tương đương 50 Chương THIẾT KẾ LỌC HÀI CHO NHÀ MÁY KHÍ PHÚ MỸ VÀ KIỂM CHỨNG HIỆU QUẢ 53 4.1 Sử dụng máy tính thiết kế mơ lọc hài thụ động 53 4.1.1 Giới thiệu ETAP 54 4.1.2 Giới thiệu hệ thống phân phối điện phân tích phương án lọc hài 55 4.2 Tính tốn thơng số lọc: 56 4.3.1 Tính tốn thơng số lọc loại cộng hưởng đơn (STF) 57 4.3.2 Tính tốn thơng số lọc loại C (CTF) tương đương 57 4.3 Kiểm chứng hiệu hai loại lọc 58 4.3.3 Nguồn hài tình trạng hài trước lọc 58 4.3.4 Khảo sát hiệu lọc hài kiểu cộng hưởng đơn (STF) 61 4.3.5 Khảo sát hiệu lọc hài kiểu C 63 4.3.6 So sánh hiệu lọc sóng hài hai kiểu lọc 66 4.4 So sánh STF với CTF kết luận hiệu chung việc sử dụng lọc hài thụ động: 67 4.4.1 Chi phí chế tạo tổn hao 67 4.4.2 Hiệu lọc hài STF CTF tương đương 68 4.4.3 Đặc điểm sử dụng lọc thụ động loại cộng hưởng đơn 69 4.4.4 Đặc điểm sử dụng lọc thụ động kiểu C 70 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 73 5.1 Kết luận chung 73 5.2 Hướng phát triển đề tài 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả Hồ Minh Việt iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình TS Nguyễn Xuân Tùng, giảng viên Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện, Trường đại học Bách khoa Hà Nội - Người chịu trách nhiệm hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Từ đáy lịng mình, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy tham gia giảng dạy khóa học, thầy cô Viện Điện, tạo điều kiện thuận lợi giúp tơi hồn thành khóa học Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán hành Viện Điện Viện Đào tạo Sau đại học giúp đỡ q trình học tập trường Lời cuối cùng, tơi chân thành cảm ơn động viên gia đình, bạn bè, người tạo điều kiện nhiều cho suốt chặng đường học tập qua Hồ Minh Việt iv TÓM TẮT NỘI DUNG Vấn đề chất lượng điện ngày thu hút quan tâm khách hàng công ty điện lực Có nhiều lý kinh tế, kỹ thuật dẫn đến phải nghiên cứu phân tích, đưa giải pháp vấn đề Các lọc sóng hài thụ động có chi phí đầu tư vận hành thấp, phù hợp với hầu hết khách hàng cơng nghiệp Tuy nhiên có nhiều cấu hình lọc khác nên cần phải có đánh giá, kiểm chứng ưu nhược điểm cấu hình Xuất phát từ sở trên, luận văn đề xuất quy trình tính toán thiết kế cho loại lọc thụ động thông dụng lọc loại cộng hưởng đơn lọc kiểu C yếu tố ảnh hưởng cần lưu ý trình thiết kế, lựa chọn thông số cho lọc Quy trình thiết kế kiểm tra đặc tính làm việc hai loại lọc kiểm chứng thông qua mô với phần mềm ETAP Sơ đồ lưới điện mô lấy số liệu từ thực tế để tăng tính ứng dụng luận văn Về mặt cấu trúc luận văn chia thành chương • Chương 1: Giới thiệu chung chất lượng điện năng, tập trung vào phần sóng hài Các nguyên nhân gây sóng hài, ảnh hưởng sóng hài tới hệ thống thiết bị trình bày chương • Chương 2: Giới thiệu giải pháp loại trừ sóng hài hệ thống điện Chương sâu phân tích ưu nhược điểm giải pháp sử dụng thiết bị lọc thụ động chủ động • Chương 3: Tìm hiểu qui trình tính tốn thiết kế lọc thụ động kiểu cộng hưởng đơn kiểu C Chương đề xuất cách thức lựa chọn tối ưu tham số lọc sóng hài • Chương 4: Áp dụng tính tốn với mơ hình lưới điện phân phối nhà máy, kết luận đề xuất hướng nghiên cứu tương lai • Chương : Kết luận hường phát triển đề tài v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tổng méo dòng hài cho phép, tính theo % dịng tải với cấp điện áp từ 120V-69 kV 22 Bảng 2.2 Tổng méo dịng hài cho phép, tính theo % dòng tải với cấp điện áp từ 161kV 22 Bảng 2.3 Độ méo điện áp cho phép 23 Bảng 2.4 Tổng độ méo áp cho phép 23 Bảng 3.1 Giá trị vận hành tối đa cho phép tụ điện 37 Bảng 4.1 Tổng hợp kết thông số Bus3 66 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sóng hài hệ thống điện 10 Hình 1.2 Ví dụ phổ tần sóng hài 11 Hình 1.3 Quan hệ dịng áp tải tuyến tính 12 Hình 1.4 Điện áp phi tuyến gây dịng phi tuyến 13 Hình 1.5 Quan hệ dòng áo tải phi tuyến 13 Hình 1.6 Sóng hài méo dạng gây thành phần hài bậc 2, 3, 14 Hình 1.7 Méo dạng bão hịa từ 14 Hình 1.8 Dạng dịng điện động có THD=10.5% 15 Hình 1.9 Đóng ngắt thiết bị điện tử công suất 16 Hình 1.10 Ví dụ phổ hài thiết bị điện tử công suất 16 Hình 1.11 Dạng sóng phổ hài hệ IGBT 16 Hình 1.12 Chỉnh lưu điều khiển pha – phần mạch lực 17 Hình 1.13 Tổng trở mạch LC tần số cộng hưởng 21 Hình 2.1 Ngưỡng cho phép thành phần hài 22 Hình 2.2 Méo dạng áp cho phép với lưới có cấp điện áp khác 23 Hình 2.3 Dùng cuộn kháng lọc nối tiếp 24 Hình 2.4 Cuộn kháng hạ 25 Hình 2.5 Máy biến áp cách li 26 Hình 2.6 Bộ lọc thông thấp 26 Hình 2.7 Bộ lọc thụ động kiểu chữ C 27 Hình 2.8 Một hệ thống lọc hài thụ động lưới phân phối 110kV (Ba Lan) 27 Hình 2.9 Chỉnh lưu điều khiển 12 xung 28 Hình 2.10 Chỉnh lưu điều khiển 18 xung 28 Hình 2.11 Minh họa đơn giản tác dụng khử hài bậc hệ 12 xung 29 Hình 2.12 Máy biến áp dịch pha 35kV 29 Hình 2.13 Sơ đồ lọc tích cực 30 Hình 2.14 Bộ lọc tích cực hãng Schneider Electric 30 Hình 3.1 Mạch lọc hài thụ động kiểu cộng hưởng đơn 32 vii Hình 4.9 Mức độ méo điện áp Bus3 4.3.4 Khảo sát hiệu lọc hài kiểu cộng hưởng đơn (STF) Hình 4.10: Thơng số STF mơ 61 Hình 4.11 Dịng điện, điện áp hệ số cơng suất có lọc STF Hình 4.12: Tổng độ méo sóng hài có lọc STF 62 Hình 4.13 Phổ hài dạng sóng Bus có sử dụng STF Hình 4.14 Đặc tính trở kháng theo tần số Bus3 sử dụng STF 4.3.5 Khảo sát hiệu lọc hài kiểu C 63 Hình 4.15 Thơng số CTF mơ Hình 4.16 Dịng điện, điện áp hệ số cơng suất có lọc CTF 64 Hình 4.17 Tổng độ méo sóng hài có lọc CTF Hình 4.18 Phổ hài dạng sóng Bus có sử dụng CTF 65 Hình 4.19 Đặc tính trở kháng theo tần số Bus CTF sử dụng 4.3.6 So sánh hiệu lọc sóng hài hai kiểu lọc Dựa số liệu ETAP tính tốn mơ phỏng, ta có bảng tổng hợp kết thơng số Bus3 sau: Bảng 4.1 Tổng hợp kết thơng số Bus3 Thơng số Khi chưa có lọc Khi dùng STF Khi dùng CTF Hệ số công suất 0,85 0,949 0,949 UTHD(%) 6,71 3,14 2,99 ITHD(%) 15,46 6,74 6,44 UH5(%) 4,66 0,84 0,85 IH5(%) 12,7 2,50 2,50 UH7(%) 4,51 2,95 2,79 IH7(%) 8,80 6,30 5,90 ZH5 (Ώ) 1,38 0,26 0,25 ZH7 (Ώ) 1,88 1,24 1,18 Với dòng ngắn mạch sau MBA 3,5MVA kA xấp xỉ 20 lần dòng làm việc tải, theo tiêu chuẩn IEEE519-1992 với lưới phân phối 69 kV, ITHD cho phép 8%, hài thành phần với h