Nghiên cứu mô phỏng một số hiện tượng chất lượng điện năng và các giải pháp

LỜI CAM ĐOAN Tơi Phí Văn Hùng, học viên cao học lớp 11BKTĐHTĐ ngành kỹ thuật điện khóa 2011B Sau hai năm học tập nghiên cứu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nghiên cứu thực đề tài: “Nghiên cứu mô số tượng chất lượng điện giải pháp” Tôi xin cam đoan luận văn thực thân hướng dẫn thầy giáo TS Bạch Quốc Khánh với tài liệu trích dẫn phần tài liệu tham khảo Học viên Phí Văn Hùng DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Chú thích PCC Điểm kết nối chung SVC Static Var Compensator STATCOM FACTS VIC DVIC Direct V-I characteristic TDEC Time domain equivalent circuit HVS HDSNDE 10 UIE 11 CLĐN Chất lượng điện 12 NNĐA Nhấp nháy điện áp (Voltage Flicker) 13 MBA Máy biến áp 14 GTO Gate turn off Static Synchronous Compensator Flexible Alternating Current Transmission Systems V-I characteristic Harmonic Voltage Source Harmonic domain of nonlinear differential equation Union Internationale d’Electrothermie MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU CHƯƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tên đề tài Tóm tắt nội dung luận văn 10 Ý nghĩa khoa học đề tài 11 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 11 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 13 1.1 Sự cần thiết việc nghiên cứu chất lượng điện 13 1.2 Định nghĩa chất lượng điện 14 1.2.1 Định nghĩa chất lượng điện 14 1.2.2 Chất lượng điện áp tiêu quan trọng 15 1.3 Tổng quan vấn đề chất lượng điện 16 1.3.1 Quá độ (transient) 16 1.3.2 Sự biến thiên điện áp khoảng thời gian dài 17 1.3.2.1 Quá điện áp (Overvoltage) 17 1.3.2.2 Thấp điện áp (Undervoltage) 18 1.3.2.3 Gián đoạn trì (Sustained interruptions) 18 1.3.3 Sự biến thiên điện áp khoảng thời gian ngắn 18 1.3.3.1 Mất điện áp (interruption) 18 1.3.3.2 Sụt giảm điện áp (Voltage Sags) 19 1.3.3.3 Tăng điện áp (Swells) 20 1.3.4 Mất cân điện áp (Voltage Imbalance) 21 1.3.5 Độ méo sóng (Waveform Distortion) 21 1.3.5.1 Thành phần chiều thêm vào (DC Offset) 22 1.3.5.2 Sóng hài (Harmonics) 22 1.3.5.3 Liên sóng hài (Interharmonics) 22 1.3.5.4 Đột điện áp (Notching) 23 1.3.5.5 Nhiễu (Noise) 23 1.3.6 Dao động điện áp (Voltage Fluctuation) 23 1.3.7 Sự biến thiên tần số công nghiệp (Power Frequency Variations) 24 1.4 Kết luận 26 CHƯƠNG DAO Đ NG ĐIỆN P V NHẤP NH Y ĐIỆN P 27 2.1 Định nghĩa 27 2.2 Nguyên nhân xuất 30 2.2.1 L hồ quang 31 2.2.2 Máy hàn 33 2.2.3 Nồi h i 34 2.2.4 Tụ điện 34 2.2.5 Các thiết bị mạng hạ 34 2.2.6 Hệ thống tuabin điện gió 35 2.3 Đánh giá nhấp nháy điện áp 35 2.3.1 Các tiêu đánh giá 35 2.3.2 Phư ng pháp đánh giá nhấp nháy điện áp 38 2.3.2.1 Đánh giá độ thay đổi điện áp 38 2.3.2.2 Tính tốn mức độ nghiêm trọng nhấp nháy điện áp 39 CHƯƠNG ẢNH HƯỞNG CỦA L HỒ QUANG ĐẾN LƯ I ĐIỆN V C C PHƯƠNG PH P M PH NG L HỒ QUANG 44 3.1 L hồ quang điện 44 3.1.1 Khái quát l hồ quang điện 44 3.1.2 Cấu tạo, nguyên l hoạt động 45 3.2 Ảnh hưởng l hồ quang đến lưới điện 50 3.2.1 Sụt giảm điện áp khởi động l hồ quang 50 3.2.2 Quá điện áp hồ quang 51 3.2.3 Phát sinh sóng hài 51 3.2.4 Méo dạng sóng điện áp d ng điện 51 3.2.5 Dao động điện áp nhấp nháy điện áp 51 3.3 Một số phư ng pháp mô l hồ quang 52 3.3.1 Phư ng pháp phân tích miền thời gian 53 3.3.2 Phư ng pháp s dụng mạch điện tư ng đư ng khảo sát miền thời gian (DTEC) 57 3.3.2 Phư ng pháp phân tích miền tần số 58 3.3.3 Kết mô 60 CHƯƠNG 4: M PH NG ẢNH HƯỞNG CỦA L HỒ QUANG ĐẾN CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 65 4.1 Khái quát 65 4.2 Xây dựng mơ hình tải l hồ quang 65 4.3 Giới thiệu phần mềm Matlab/Simulink 68 4.3.1 Cấu trúc thư viện simulink 69 4.3.1 Cấu trúc thư viện Simpowersystems 74 4.4 Mô tượng chớp nháy điện áp l hồ quang gây 77 CHƯƠNG 5: M T SỐ PHƯƠNG PH P KHẮC PHỤC NHẤP NH Y ĐIỆN P 82 5.1 Các phư ng pháp giảm dao động công suất phản kháng 82 82 5.1.2 Phư ng pháp s dụng thiết bị bù đồng tĩnh STATCOM (Static Syncronnous Compensator) 85 5.1.3 Phư ng pháp s dụng điện kháng 87 5.1.3.1 S dụng điện kháng mắc nối tiếp với tải 87 5.1.3.2 S dụng điện kháng bão h a 87 5.2 Phư ng pháp tăng công suất ngắn mạch nguồn 87 5.3 Một số phư ng pháp khác 89 KẾT LUẬN CHUNG 90 T I LIỆU THAM KHẢO 91 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Quá độ xung sét đánh 16 Hình 1.2 Xung d ng điện dao động độ gây việc đóng cắt tụ điện 17 Hình 1.3 Sụt giảm điện áp cố ngắn mạch pha 19 Hình 1.4 Sụt giảm điện áp khởi động động c lớn 20 Hình 1.5 Tăng áp pha không bị cố gây cố chạm đất pha .20 Hình 1.6 Mất cân điện áp tuần nhánh cung cấp điện cho hộ gia đình 21 Hình 1.7 Hiện tượng đột điện áp 23 Hình 1.8 Dao động điện áp hồ quang điện 24 Hình 1.9 Các khái niệm xét theo biên độ theo tiêu chuẩn IEEE-1159 .26 Hình 2.1 Đường cong giới hạn thay đổi điện áp dạng hình ch nhật 28 Hình 2.2 Đường cong điện áp có tăng giảm điện áp tức thời .29 Hình 2.3 Dao động cơng suất l hồ quang xoay chiều cơng suất 80MVA .32 Hình 2.4 D ng điện l hồ quang thời điểm đầu q trình làm nóng kim loại .32 Hình 2.5 Sự thay đổi điện áp tư ng đối d = V/V = 40 tần số 8,8Hz .36 Hình 2.6 Đường cong giới hạn độ biến thiên điện áp với số lần điện áp thay đổi phút ứng với Pst = .40 Hình 2.7 Dạng biến thiên điện áp hình sin theo chu k 41 Hình 2.8 Biến thiên điện áp dạng xung dốc đột ngột 41 Hình 2.9 Biến thiên hình ch nhật xung tam giác .42 Hình 3.1 S đồ mạch điện l hồ quang 48 Hình 3.2 Sụt giảm điện áp khởi động l hồ quang 50 Hình 3.3 Đ c tính V-I model .53 Hình 3.4 Đ c tính V-I Model 54 Hình 3.5 Đ c tính V-I model .55 Hình 3.6 S đồ mạch điện tư ng đư ng model 57 Hình 3.7 S đồ mạch điện thay model 58 Hình 3.7: S đồ mạch điện thay thể tần số c 59 Hình 3.8: S đồ mạch thay nguồn sóng hài điện áp 59 Hình 3.9 S đồ hệ thống cấp điện cho l hồ quang 60 Hình 3.10 Kết mơ model đề xuất 62 Hình 4.1: Thư viện khối nguồn 70 Hình 4.2 Thư viện khối Sink 71 Hình 4.3 Thư viện khối Signal Routing 72 Hình 4.4 Thư viện khối phép toán .73 Hình 4.5 Thư viện khối nguồn điện 75 Hình 4.6 S đồ mạch điện tư ng đư ng l hồ quang ba pha 77 Hình 4.7 Mơ hình điện dẫn pha A l hồ quang ba pha 78 Hình 4.8 S đồ nguyên l hệ thống 79 Hình 4.9 S đồ mô hệ thống 79 Hình 4.10 a) Điện áp hồ quang; b)D ng điện hồ quang 80 Hình 4.11 Dạng sóng điện áp PCC 80 Hình 4.12 Điện áp hiệu dụng PCC 80 Hình 4.13 D ng điện PCC 81 Hình 5.1 Cấu tạo SVC .83 Hình 5.2 Nguyên l điều khiển TCR 84 Hình 5.3 S đồ nguyên l STATCOM 86 Hình 5.4 Dạng sóng điện áp PCC với cơng suất ngắn mạch Ssc = 10000MVA 88 Hình 5.5 Điện áp hiệu dụng PCC với công suất ngắn mạch Ssc = 10000MVA 89 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân nhóm đ c tính tượng điện từ hệ thống điện 25 Bảng 2.1 Giới hạn Pst; Plt mong muốn mạng trung thế, cao siêu cao 36 Bảng 2.2 Pst Plt cho mạng trung hạ .36 Bảng 2.3 Mức nhấp nháy điện áp điểm đấu nối 37 Bảng 2.4 Độ dao động điện áp tư ng đối cho phép 37 Bảng 3.1 Các thông số mô thống cung cấp điện cho l hồ quang 61 Bảng 3.2: So sánh thành phần sóng hài gi a Model 63 Bảng 3.3: Bảng tóm tắt phư ng pháp mô 64 CHƯƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất nước ta trình cơng nghiệp hố đại hóa Ở khắp n i, cơng trường, nhà máy, xí nghiệp xây dựng ngày nhiều Cùng với công cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, nhu cầu s dụng điện ngành công nghiệp ngày tăng lên Tốc độ tăng bình quân điện tiêu thụ cho ngành Công nghiệp Xây dựng giai đoạn 2001-2009 17,6 , riêng năm 20062009 17,0 Tỉ trọng tiêu thụ điện Công nghiệp giai đoạn 2001-2009 tăng từ 40,6 đến 50,4 , thấp vào năm 2001 cao vào năm 2009 Trong q trình đó, việc ứng dụng thiết bị điện - điện t có hiệu suất cao, thiết bị có vi điều khiển, thiết bị điện t công suất, l hồ quang…ngày phổ biến Các thiết bị nhạy cảm với nh ng vấn đề chất lượng điện hệ thống điện Các tượng chất lượng điện hệ thống điện đa dạng Một vấn đề chất lượng điện nhiều quan tâm tượng dao động điện áp ho c nhấp nháy điện áp Hiện chưa có nhiều đề tài nghiên cứu tượng nhấp nháy điện áp Việt Nam Một số nghiên cứu cố gắng mô tượng nhấp nháy điện áp gây l hồ quang điện chủ yếu mức mô l hồ quang pha Luận văn đưa phư ng pháp để mô l hồ quang ba pha ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, đ c biệt tượng dao động, nhấp nháy điện áp Tên đề tài “Nghiên cứu mô số tượng chất lượng điện giải pháp” Tóm tắt nội dung luận văn Chất lượng điện mối quan tâm lớn khơng ngành điện nói riêng mà c n ban ngành khác, đ c biệt tượng dao động ho c nhấp nháy điện áp Nhấp nháy điện áp không ảnh hưởng đến thiết bị dùng điện mà c n ảnh hưởng đến sức khỏe người nên quan tâm nghiên cứu Luận văn đề cập đến số tượng chất lượng điện lưới điện công nghiệp Phân tích số phư ng pháp mơ l hồ quang đưa phư ng pháp để mô l hồ quang ba pha với nghĩa thực tiễn cao Từ luận văn phân tích số biện pháp để khắc phục ảnh hưởng l hồ quang đến lưới điện Nội dung luận văn bao gồm phần sau: Chư ng Nghiên cứu tổng quan chất lượng điện năng, nêu cần thiết việc nghiên cứu chất lượng điện vấn đề chất lượng điện quan tâm giai đoạn Chư ng Trình bày tượng dao động điện áp, nhấp nháy điện áp Nêu nguyên nhân, phụ tải thường gây tượng dao động, nhấp nháy điện áp tiêu đánh giá Chư ng Phân tích ảnh hưởng l hồ quang đến lưới điện Phân tích ưu nhược điểm số phư ng pháp mô l hồ quang Chư ng Luận văn nêu phư ng pháp để mô l hồ quang ba pha với nghĩa thực tiễn cao, mô tượng dao động, nhấp nháy điện áp l hồ quang gây Chư ng Phân tích số biện pháp khắc phục tượng nhấp nháy điện áp Mô biện pháp nâng cao công suất ngắn mạch hệ thống Từ đưa kết luận đề xuất hướng nghiên cứu 10 Hình 4.7 Mơ hình điện dẫn pha lò hồ quang ba pha Để mô tượng chất lượng điện l hồ quang ta xây dựng mơ hình hệ thống hình 4.8 Một l hồ quang ba pha cung cấp điện từ nguồn hệ thống điện áp 110kV, công suất ngắn mạch 500MVA qua đường dây dài 1km máy biến áp trung gian T1-110/22kV Một tải ba pha công suất 10MVA nối vào 22kV S đồ nguyên l hình 4.8 78 PCC RL XL T1 Load EAF V(t) Hình 4.8 Sơ đồ ngun lý hệ thống S đồ tổng thể mơ hình hệ thống hình 4.9: Hình 4.9 Sơ đồ mơ hệ thống Các thông số mô phỏng: TT Mô tả Nguồn cung cấp Máy biến áp trung gian Lị hồ quang Thơng số Điện áp: 110kV Tần số: 50Hz Công suất ngắn mạch: 500MVA Tỉ số X/R: Công suất: 40MVA Điện áp: 110kV/22kV Tần số: 50Hz Điện trở, điện cảm cuộn dây cao áp, hạ áp: RHV = 0,002pu; LHV = 0,04pu; RLV = 0,002pu; LLV = 0,04pu Máy biến áp lị: Cơng suất S = 10MVA Cấp điện áp: 22kV/0,4kV; tần số 50Hz 79 Đường dây 110kV Kết mô phỏng: Điện trở, điện cảm cuộn cao thế, hạ thế: RHV = 0,002pu; LHV = 0,04pu; RLV = 0,002pu; LLV = 0,04pu Điện trở điện cảm cảm cáp tử máy biến áp đến l : RA = RB = RC = 0,0004; LA = LB = LC = 1,6.10-5H Các thơng số đặc tính tĩnh: 0 = 100.10-6; 1 = 110.10-6; Po=100; Io=10; Gmin=0.008;  = 0,05 RL = 0,1; L = 1.10-3(H) Dạng sóng điện áp d ng điện hồ quang pha A (hình 4.10) Hình 4.1 a) Điện áp hồ quang; b)Dòng điện hồ quang Điện áp dòng điện PCC Hình 4.11 Dạng sóng điện áp PCC Hình 4.12 Điện áp hiệu dụng PCC 80 Hình 4.13 Dịng điện PCC Kết mơ thấy điện áp PCC xuất nh ng xung nhọn làm biến dạng dạng sóng điện áp, dao động điện áp xảy mạnh liên tục, trị số d = V/V lên tới 3,83% vượt giá trị cho phép quy định bảng 2.4 Độ dao động điện áp tính theo cơng thức sau: d V Vpeak.max  Vpeak.min  V Vpeak.n Trong đó: - Vpeak.max giá trị biên độ điện áp lớn chu k dao động - Vpeak.min giá trị biên độ điện áp nhỏ chu k dao động - Vpeak.n giá trị biên độ điện áp định mức Căn số liệu mô ta có kết tính tốn độ dao động điện áp sau: d V Vpeak.max  Vpeak.min 155, 65  149, 69   100%  3,83% V Vpeak.n 110 Dao động điện áp dẫn đến nhấp nháy điện áp làm ảnh hưởng đến phụ tải khác nối chung Vì cần phải có biện pháp để khắc phục dao động chớp nháy điện áp Các biện pháp khắc phục nêu chư ng luận văn 81 CHƯƠNG 5: M T SỐ PHƯƠNG PHÁP KHẮC PHỤC NHẤP NHÁY ĐIỆN ÁP Hiện tượng nhấp nháy điện áp xảy tượng dao động điện áp gây Vì để giảm nhẹ ảnh hưởng nhấp nháy điện áp điện áp phải dựa c sở hạn chế dao động điện áp Có hai phư ng pháp đưa để ứng dụng trường hợp này: - Giảm dao động công suất (chủ yếu công suất phản kháng) phụ tải - Tăng công suất ngắn mạch nguồn hệ thống cấp điện 5.1 Các phư ng pháp giảm dao động công suất phản kháng 5.1.1 Static Var Compensator (SVC) ứng dụng từ nh ng năm 1970 để nâng cao chất lượng điện ứng dụng phát triển để hạn chế tác hại đến hệ thống điện phụ tải l hồ quang gây SVC thiết bị bù ngang điều chỉnh cơng suất phản kháng cách tăng hay giảm góc mở Thyristor Nếu hệ thống thừa công suất phản kháng hay điện áp nút cao h n giá trị cho phép SVC tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống hạ thấp điện áp nút điều chỉnh Ngược lại, hệ thống thiếu công suất phản kháng, tụ bù ngang tự động đóng vào Do đó, cơng suất phản kháng b m thêm vào hệ thống, điện áp nút cải thiện Một SVC điển hình gồm tụ bù ngang điều khiển đóng cắt, kết nối với cuộn dây điện cảm điều chỉnh thyristor Nhờ việc thay đổi góc dẫn thyristor mà điện kháng đẳng trị SVC thay đổi liên tục Do đó, cơng suất phản kháng lưới điện b m vào hay hút cách liên tục Theo cấu trúc này, tụ điện điều chỉnh thơ, sau đó, TCR (thyristor-controlled reactor) điều chỉnh giá trị cảm kháng, kết giá trị điện kháng đẳng trị giá trị liên tục Điều chỉnh tr n h n linh hoạt h n thực cách s dụng tụ điện đóng cắt nhanh thyristor hay TSR (Thyristor Switched Reactor) Các tải cảm kháng thay đổi nhanh mạch (như l điện) làm biến đổi dạng sóng điều h a điện áp Và đó, lọc điện t cơng suất lớn s dụng để làm tr n sóng điện áp Bản 82 thân lọc sóng điều h a lại có tính dung, đó, chúng cung cấp công suất phản kháng cho lưới điện SVC tổ hợp từ thành phần c sau: - Thyristor Controlled Reactor (TCR): Cuộn kháng điều khiển thyristor Kháng điện mắc nối tiếp với van thyristor lắp ngược chiều Mỗi thyristor điều khiển pha Điện kháng đẳng trị giá trị liên tục - Thyristor Switched Reactor (TSR): Cuộn kháng đóng cắt thyristor Thiết bị có cấu tạo tư ng tự TCR thyristor có hai trạng thái đóng ho c mở hồn tồn Điện kháng đẳng trị giá trị nhảy cấp - Thyristor Switched Capacitor (TSC): Tụ điện đóng cắt thyristor Do đó, điện dung đẳng trị giá trị nhảy cấp Cấu tạo SVC thể hình 5.1 Nguyên l điều khiển SVC dựa c sở đo lường d ng điện tải định góc mở Thyristor để điều khiển công suất phản kháng Nguyên l điều khiển thể hình 5.2 Như SVC nối song song với tải l hồ quang điều chỉnh trào lưu công suất phản kháng nút tải gi cho điện áp ổn định Với thời gian đáp ứng nhanh (khoảng 5ms) làm giảm dao động điện áp khắc phục tượng nhấp nháy điện áp TSR TCR TSC Hình 5.1 Cấu tạo S C 83 Hình 5.2 guyên lý u n TCR Các chức SVC bao gồm: - Điều khiển điện áp nút đ t SVC - Điều khiển trào lưu công suất phản kháng nút bù - Giới hạn thời gian cường độ điện áp xảy cố hệ thống điện - Tăng cường tính ổn định hệ thống điện - Giảm dao động cơng suất phản kháng có cố hệ thống điện ngắn mạch, tải đột ngột Ngồi SVC c n có tác dụng khác mang lại lợi ích cho q trình vận hành hệ thống điện như: - Làm giảm nguy c sụt áp ổn định tĩnh - Tăng cường khả truyền tải đường dây - Giảm góc làm việc  làm tăng khả vận hành đường dây - Giảm tổn thất công suất điện Tuy nhiên SVC c n hạn chế thời gian đáp ứng với dao động nhanh điện áp c n độ trễ định Có khoảng thời gian trễ gi a việc ghi nhận giá trị d ng điện điều khiển với việc kích hoạt Thyristor đóng mở (khoảng chu k ) M t khác SVC s dụng thiết bị điều khiển điện t công suất nên nguồn phát 84 sinh sóng hài Để khắc phục tượng đ t lọc sóng hài để tránh phát sinh d ng điện sóng hài vào hệ thống 5.1.2 Phư ng pháp sử dụng thiết bị bù đồng tĩnh STATCOM (Static Syncronnous Compensator) STATCOM thiết bị chuyển đổi nguồn áp (Voltage Source ConverterVSC), chuyển đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều để bù công suất phản kháng cho hệ thống STATCOM thiết bị bù ngang, điều chỉnh điện áp vị trí lắp đ t lên giá trị điện áp cài đ t trước thơng qua việc điều chỉnh biên độ góc pha điện áp r i gi a STATCOM hệ thống Bằng cách điều khiển điện áp STATCOM pha với điện áp hệ thống có biên độ lớn h n khiến d ng công suất phản kháng chảy từ STATCOM vào hệ thống qua nâng cao điện áp hệ thống ngược lại biên độ điện áp STATCOM nhỏ h n hệ thống cơng suất phản kháng chạy từ hệ thống vào STATCOM hạn chế tượng điện áp hệ thống STATCOM hoàn thiện SVC, bao gồm tụ điện điều chỉnh thiết bị điện t thyistor có c a đóng mở GTO So với SVC, có ưu điểm kết cấu gọn nhẹ h n, không đ i hỏi diện tích lớn SVC đ c biệt điều khiển linh hoạt hiệu h n Điện áp xoay chiều tạo từ nguồn điện áp chiều nhờ tiếp điểm điện t tác động nhanh Từ nhiều năm nay, thyristor SVC (thiết bị bù tĩnh cơng suất phản kháng) s dụng để đóng mạch khơng thể cắt mạch d ng điện Đ c điểm khác biệt Statcom s dụng cơng tắc hai chế độ, ví dụ thyristor cắt (Gate turn-off GTO) ho c tranzito lư ng cực c a cách điện (Insulated gate bipolar transistor IGTB) có khả đóng cắt mạch Sản phẩm đầu đ n giản từ biến đổi điện nguồn điện áp điện áp có dạng sóng ch nhật, nhiên dạng sóng mong muốn lại hình sin Statcom thực dạng sóng với chất lượng yêu cầu cách tổng hợp dạng sóng hình sin theo chuỗi bậc, với việc s dụng kỹ thuật nhân xung áp dụng từ nhiều năm để giảm sóng hài điện áp xoay chiều chỉnh lưu biến đổi điện Bằng cách tăng số bậc, có 85 thể giảm thành phần sóng hài và, nhờ điện áp tạo gần h n với sóng hình sin tần số c S đồ nguyên l STATCOM hình 5.3: Hình 5.3 S đồ nguyên l STATCOM Các tính STATCOM giống SVC khả điều chỉnh, điều khiển thông số STATCOM mức cao h n, bao gồm: - Điều khiển điện áp nút có đ t STATCOM cố định giá trị điện áp - Điều khiển trào lưu công suất phản kháng nút bù - Giới hạn thời gian cường độ điện áp xảy cố (mất tải, ngắn mạch ) hệ thống điện - Tăng cường tính ổn định hệ thống điện - Giảm dao động công suất xảy cố hệ thống điện ngắn mạch, tải đột ngột - Có khả vận hành chế độ cố tiếp tục điều khiển loại trừ cố - Có thể phát cơng suất phản kháng điện áp nhỏ h n điện áp lưới ngược lại, tiêu thụ công suất phán kháng điện áp lớn h n điện áp lưới 86 5.1.3 Phư ng pháp sử dụng điện kháng 5.1.3.1 Sử dụng điện kháng m c nối tiếp v i tải Trong trường hợp tải l hồ quang, nh ng phư ng pháp đ n giản mắc nối tiếp l hồ quang với điện kháng giảm dao động điện áp l hồ quang gây Phư ng pháp làm giảm nhấp nháy điện áp tăng tổng trở l làm giảm dao động điện kháng l Một lợi ích khác s dụng điện kháng mắc nối tiếp với tải chống lại tăng giảm đột ngột d ng điện điện áp mạch Tuy nhiên phư ng pháp có hạn chế làm giảm khả tải đường dây, tăng tổn thất công suất hệ thống điện làm giảm hiệu suất l hồ quang 5.1.3.2 Sử dụng điện kháng b o h a Giải pháp để giảm nhấp nháy điện áp s dụng từ nh ng năm 1950 với việc s dụng l dựa nguyên l l bão h a Đây loại l có đ c tính từ hóa tính toán bão h a từ, thường s dụng d ng điện chiều chạy cuộn dây điều khiển Sau bão h a điện kháng l giảm đáng kể, đó, nh ng dao động mạnh d ng điện gây nh ng dao động nhỏ điện áp Loại l có cơng suất lớn, lên đến 150MVA, nhiên khơng s dụng có thiết bị khác linh hoạt h n rẻ tiền h n 5.2 Phư ng pháp tăng công suất ngắn mạch nguồn Như biết dao động điện áp phụ thuộc vào tỉ số gi a dao động công suất điện áp ngắn mạch nguồn: S/Ssc (Trong Ssc giá trị công suất ngắn mạch ban đầu hệ thống) Như tăng công suất ngắn mạch giảm nhẹ dao động điện áp nhấp nháy điện áp Thông thường, phư ng pháp theo định hướng tăng cơng suất ngắn mạch phía nguồn hệ thống tốn nên không thường xuyên áp dụng Thêm n a, phư ng pháp dẫn đến phải đánh giá lại toàn mạng lưới điện dẫn đến chi phí bổ sung Các biện pháp để tăng công suất ngắn mạch bao gồm: 87 - Tăng cường thêm đường dây để bổ sung vào hệ thống phân phối - Kết nối với mạng điện có cấp điện áp cao h n - S dụng máy biến áp nối song song Bảng 5.1 cho kết mô với giá trị công suất ngắn mạch nguồn khác Ssc (MVA) 500 1000 1500 2000 10000 V/V (%) 3,8 1,99 1,36 1,04 0,25 Như tăng công suất ngắn mạch hệ thống lên 1000MVA dao động điện áp giảm xuống đến giá trị cho phép, nhấp nháy điện áp mức độ chấp nhận Càng tăng cơng suất ngắn mạch nguồn dao động điện áp giảm hay tượng nhấp nháy điện áp giảm Khi tăng công suất ngắn mạch lên 10.000MVA dao động điện áp không c n, đường thể giá trị hiệu dụng điện áp không c n mấp mô lên xuống ban đầu Đây biện pháp hiệu để giảm dao động điện áp không dễ dàng thực liên quan đến việc thay đổi nguồn cơng suất cung cấp cho hệ thống chi phí cao Dạng sóng điện áp điểm kết nối chung PCC với công suất ngắn mạch nguồn 10.000MVA Hình 5.4 Dạng sóng điện áp PCC với cơng suất ngắn mạch Ssc = 10000MVA 88 Hình 5.5 Điện áp hiệu dụng PCC với công suất ngắn mạch Ssc = 10000MVA 5.3 Một số phư ng pháp khác Nhấp nháy điện áp không nh ng gây ảnh hưởng xấu đến thiết bị dùng điện mà c n gây ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động Vì biện pháp hạn chế nhấp nháy điện áp nghiên cứu đưa biện pháp để khắc phục Ngoài nh ng phư ng pháp c n có số phư ng pháp khác giới thiệu sau đây: - Cách ly phụ tải gây dao động điện áp hay nhấp nháy điện áp khỏi mạng điện, đ c biệt cách ly khỏi mạng chiếu sáng Ví dụ s dụng nguồn phát riêng cho tải máy phát diesel - Trong trường hợp tải gây dao động điện áp thiết bị pha thường làm việc chế độ ngắn hạn l p lại kết nối mạng điện chiếu sáng sang pha khác hệ thống Trường hợp áp dụng cho mạng điện hạ áp - Trường hợp không tránh tải gây dao động điện áp bố trí tải làm việc vào khung khác thời điểm chiếu sáng để tránh làm phiền đến khu vực xung quanh Ví dụ bố trí hoạt động vào ban đêm - Khi dao động điện áp gây việc khởi động động c , áp dụng biện pháp hạn chế d ng khởi động góp phần làm giảm dao động điện áp 89 KẾT LUẬN CHUNG Đất nước ta ngày phát triển theo đường cơng nghiệp hóa, đại hóa Để làm tốt việc ngành lượng nói chung ngành điện nói riêng cần phải ưu tiên phát triển mạnh mẽ Cùng với việc xây dựng thêm nhiều nhà máy điện, nhiều đường dây trạm biến áp để tăng cơng suất hệ thống điện vấn đề cần quan tâm nâng cao chất lượng điện cung cấp Luận văn nêu số tượng chất lượng điện ngành điện nói riêng ngành cơng nghiệp nói chung quan tâm đ c biệt tượng dao động điện áp hay nhấp nháy điện áp Một loại hình phụ tải s dụng rộng rãi phổ biến ngành cơng nghiệp lượng có ảnh hưởng xấu đến chất lượng điện l hồ quang Để nghiên cứu ảnh hưởng đến lưới điện luận văn nêu số phư ng pháp mô l hồ quang đưa phư ng pháp để mô ảnh hưởng l hồ quang ba pha đến lưới điện, đ c biệt tượng nhấp nháy điện áp Mô phư ng pháp ứng dụng rộng rãi từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành hệ thống đưa lại hiệu tốt việc nghiên cứu khoa học thực tiễn sản xuất trở thành công cụ mạnh với trợ giúp máy tính Các công ty điện lực hay đ n vị thiết kế s dụng phư ng pháp mơ để áp dụng vào thực tế việc thiết kế dự báo phụ tải điện có l hồ quang hoạt động Luận văn mô thành công tượng nhấp nháy điện áp l hồ quang ba pha gây cho lưới điện công cụ Matlab/Simulink đưa số biện pháp khắc phục tượng Để đề tài phát triển trở thành cơng cụ hiệu việc tính tốn thiết kế thiết bị để khắc phục tượng nhấp nháy điện áp, thời gian tới tác giả tiếp tục nghiên cứu mô tượng chất lượng điện sau lắp đ t thiết bị khắc phục SVC hay STATCOM 90 T I LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Đăng Khải, Hu nh Bá Minh, Bù công suất phản kháng lưới cung cấp lưới phân phối NXB khoa học kỹ thuật năm 2000 [2] Nguyễn Phùng Khoang, Matlab & Simulink, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2005 Tiếng Anh [3] Roger C Dugan, Mark F Macgranagan, H Wayne Beaty (1996), “Electrical power system quality”, MacGraw-Hill, New York [4] J Schlabbach, Dirk Blume, Thomas Stephanblome, Institution of Engineering and Technology, Voltage Quality in Electrical Power Systems, 2001, pages 103- 122 [5] Tongxin Zheng, Elham B.Makram, Adly A.Girgis, “Effect of different arc furnace models on voltage distortion” Harmonics and Quality of power proceeding, 1998 Vol 2,pages 1079-1085 [6] H.Mokhtari, Assistant professor, M Hejri, Graduate Student, “A New Three Phase Time-Domain Model for Electric Arc Furnaces Using MATLAB” Transmission and Quality of Power proceeding, 1998, Vol.2, pages 10791085 [7] King-Jet Tseng- Yaoming Wang- D Mahinda Vilathgamuwa “An Exprimentally Verified Hybrid Cassie- Mayr Electric Arc Model for Power Electronics Simulations” IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, Vol No 3, May 1997 [8] Adrain Barabei, Eugen Hnatiuc, Maricel “Stady about one possibility of modelation of the electric arc” 1992 [9] J Sousa, M.T Correia de Barros, M Covas, A Simoes, “Harmonic and Flicker Analysis in Arc Furnace Power System” 91 TÓM TẮT N I DUNG LUẬN VĂN Chất lượng điện mối quan tâm lớn không ngành điện nói riêng mà c n ban ngành khác, đ c biệt tượng dao động ho c nhấp nháy điện áp Nhấp nháy điện áp không ảnh hưởng đến thiết bị dùng điện mà c n ảnh hưởng đến sức khỏe người nên quan tâm nghiên cứu Luận văn đề cập đến số tượng chất lượng điện lưới điện công nghiệp Phân tích số phư ng pháp mơ l hồ quang đưa phư ng pháp để mô l hồ quang ba pha với nghĩa thực tiễn cao Từ luận văn phân tích số biện pháp để hạn chế ảnh hưởng l hồ quang đến lưới điện Nội dung luận văn bao gồm phần sau: Chư ng Nghiên cứu tổng quan chất lượng điện năng, nêu cần thiết việc nghiên cứu chất lượng điện vấn đề chất lượng điện quan tâm giai đoạn Chư ng Trình bày tượng dao động điện áp, nhấp nháy điện áp Nêu nguyên nhân, phụ tải thường gây tượng dao động, nhấp nháy điện áp tiêu đánh giá Chư ng Phân tích ảnh hưởng l hồ quang đến lưới điện Phân tích ưu nhược điểm số phư ng pháp mô l hồ quang Chư ng Luận văn nêu phư ng pháp để mô l hồ quang ba pha với nghĩa thực tiễn cao, mô tượng dao động, nhấp nháy điện áp l hồ quang gây Chư ng Phân tích số biện pháp khắc phục tượng nhấp nháy điện áp Mô biện pháp nâng cao công suất ngắn mạch hệ thống Từ đưa kết luận đề xuất hướng nghiên cứu Từ khoá: Chất lượng điện năng, dao động điện áp, nhấp nháy điện áp, mô l hồ quang ba pha 92 ... ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, đ c biệt tượng dao động, nhấp nháy điện áp Tên đề tài ? ?Nghiên cứu mô số tượng chất lượng điện giải pháp? ?? Tóm tắt nội dung luận văn Chất lượng điện mối quan... nh ng vấn đề chất lượng điện hệ thống điện Các tượng chất lượng điện hệ thống điện đa dạng Một vấn đề chất lượng điện nhiều quan tâm tượng dao động điện áp ho c nhấp nháy điện áp Hiện chưa có... CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 13 1.1 Sự cần thiết việc nghiên cứu chất lượng điện 13 1.2 Định nghĩa chất lượng điện 14 1.2.1 Định nghĩa chất lượng điện