Nghiên cứu thiết kế thiết bị bù hạ thế ổn định điện áp lưới điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN HUY KHƯƠNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ BÙ HẠ THẾ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN DUY CƯƠNG Thái Nguyên - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận văn cơng trình nghiên cứu riêng cá nhân tôi, thực sở nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác Qua số liệu thu thập thực tế, tổng hợp Công ty Điện lực Bắc Kạn - nơi làm việc, không chép luận văn trước hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Duy Cương - giảng viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên Các số liệu kết luận văn trung thực, đánh giá, kiến nghị đưa xuất phát từ thực tiễn kinh nghiệm làm việc Công ty Điện lực Bắc Kạn; kết nghiên cứu chưa công bố hình thức trước trình, bảo vệ công nhận “Hội Đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật” Một lần nữa, xin khẳng định trung thực lời cam kết trên./ Tác giả luận văn Nguyễn Huy Khương Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học kỹ thuật điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, giúp tác giả nhận thức sâu sắc cách thức nghiên cứu, phương pháp tiếp cận đối tượng nghiên cứu lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp cao học; đồng thời góp phần nâng cao kiến thức chuyên môn vững vàng, nâng cao lực thực hành, khả thích ứng cao trước phát triển khoa học, kĩ thuật kinh tế; có khả phát hiện, giải độc lập vấn đề thuộc chuyên ngành đào tạo phục vụ cho công tác tốt Việc thực nhiều tập nhóm thời gian học giúp tác giả sớm tiếp cận cách làm, phương pháp nghiên cứu, tạo tiền đề cho việc độc lập nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: PGS.TS Nguyễn Duy Cương giúp đỡ, hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình trình thực để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này; Các CBCNV trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình tiến hành thực nghiệm đề tài bảo vệ luận văn thạc sĩ; Các đồng chí lãnh đạo tập thể cán công nhân viên Công ty Điện lực Bắc Kạn giúp đỡ tác giả thực việc nghiên cứu, thu thập số liệu để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này; đồng nghiệp người hồn thành chương trình cao học, dành thời gian đọc, đóng góp, chỉnh sửa cho luận văn thạc sĩ hoàn thiện tốt hơn; Gia đình, bạn bè tác giả giúp đỡ, tạo điều kiện thời gian, động viên tác giả q trình thực hồn thành luận văn này; Tác giả mong muốn tiếp tục nhận chia sẻ, hỗ trợ tạo điều kiện Hội đồng Chấm hần 3.2 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Khi có tụ bù và điện kháng bù với giá trị phù hợp, điện áp đầu nguồn cuối nguồn có giá trị gần nhau, hình 5.6 Hình 3.20 Điện áp đầu nguồn điện áp cuối nguồn có tụ bù kháng bù Sơ đồ mạch tạo xung điều khiển Thyristor xây dựng Simulink hình 3.21, gồm có khối tạo điện áp săng cưa, so sánh phân chia xung Hình 3.21 Sơ đồ mạch tạo xung điều khiển Thyristor xây dựng Simulink Khối tạo điện áp cưa tạo điện áp cưa hình 3.22 Điện áp so sánh với điện áp điều khiển Điện áp điều khiển là điện Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn áp khối điều khiển cos 𝜑 Khối điều khiển cos 𝜑 trình bày mục 3.2.2 Ở khối so sánh, điện áp cưa lớn điện áp điều khiển, ta điện áp sau khối so sánh mức (𝑉𝐷𝐷 ) Ngược lại, điện áp cưa nhỏ điện áp điều khiển, ta điện áp sau khối so sánh mức (GND), hình 3.22 Hình 3.22 Điện áp cưa, điện áp điều khiển, điện áp sau khối so sánh Điện áp sau khối so sánh tạo thành xung Xung sửa xung để có độ rộng nhỏ Để đơn giản, mô phỏng, tác giả không dùng khối sửa xung Xung sau phân chia thành hai nửa theo chu kỳ điện áp đồng (đồng với điện áp lưới), qua mạch khuếch đại gửi xung, để gửi xung tới Thyristor Dạng điện áp khối phân chia xung hình 3.23 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.23 Phân chia xung Bộ điều khiển PID xây dựng sơ đồ mô sử dụng Matlab/Simulink hình 3.24 Hình 3.24 Xây dựng điều khiển PID điều khiển hệ số Cos Phi Matlab/Simulink Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Trong đó, khối “Discrete Active & Reactive Power” nhận tín hiệu điện áp dịng điện từ thiết bị đo lường, đưa công suất tác dụng (P) công suất phản kháng (Q) Sơ đồ khối hình 3.25 Hình 3.25 Đo công suất tác dụng công suất phản kháng Sử dụng khối khải triển Fourier, ta giá trị điện áp V dịng điện I góc pha chúng, với góc lệch pha 𝜑 Khi đó, P Q tính theo cơng thức: 𝑃 = 𝑈 𝐼 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑄 = 𝑈 𝐼 𝑐𝑜𝑠𝜑 Hệ số 𝑐𝑜𝑠𝜑 tính lại theo cơng thức (3.4), qua khâu lọc bậc nhất, đưa điều khiển làm tín hiệu phản hồi Sai lệch 𝑐𝑜𝑠𝜑 lượng đặt tín hiệu đo đưa tới điều khiển PID Để cho thuận với luật điều, ta lấy giá trị điện áp VDD = 12V trừ giá trị tính tốn từ điều khiển PID để đưa vào khối tạo xung điều khiển Nghĩa là, 𝑢𝑑𝑘 giảm góc mở 𝛼 tăng, để giảm dòng điện qua Thyristor, ngược lại Kết mô hệ thống điều khiển cos phi hình 3.26, với Kp = 7; Ki = 150; Kd=0 Từ kết ta thấy, hệ số cos phi đạt giá trị cos phi đặt mong muốn 0.9, với thời gian xác lập khoảng 0.2s, sai lệch trạng thái ổn định nhỏ gần Như vậy, điều khiển PID thiết kế đạt yêu cầu Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.26 Hệ số cos phi Kết luận chương Chương xây dựng sơ đồ tổng quan hệ thống bù cơng suất phản kháng FC-TCR tính tốn thơng số giá trị bù cố định FC (tụ điện cố định) tính tốn giá trị điện cảm (L) nhánh TCR; đưa mối liên hệ điện cảm (L) nhánh TCR, góc kích mở Thyristor (α), hệ thống điều khiển, tạo xung điều khiển Thyristor bao gồm sơ đồ khối nguyên lý làm việc mạch tạo xung; Trên sở cấu trúc đề xuất tác giả xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống đánh giá chất lượng bù công suất phản kháng (nâng cao hệ số công suất cos) thông qua mô phần mềm Matlab/Simulink, tính tốn tham số hệ thống đối tượng cụ thể, kết mô đánh giá hệ thống điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Mục tiêu luận văn thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất cho lưới điện truyền tải cho tuyến đường dây trung tỉnh Bắc Kạn, sử dụng hệ thống bù CSPK sử cấu trúc FC-TCR Kết mô sử phần mềm Matlab/Simulink cho thấy hiệu phương pháp Dung kháng bù đưa vào hệ thống bù vượt lượng bù cần thiết, sau ta điều khiển điện cảm kháng bù cho đạt hiệu số cos phi mong muốn, sử dụng cầu Thyristor có điều khiển Bộ điều khiển PID sử dụng đạt yêu cầu chất lượng điều khiển Kiến nghị Luận văn đạt kết mô sử dụng phần mềm Matlab/Simulink Trong thời gian tới mong kết nghiên cứu sử dụng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên học tập, đồng thời xây dựng hệ thống để ứng dụng thực tiễn sản xuất Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng anh: [1] Dixon, J., Moran, L.,RAdriguez, J., Domke R;, "Reactive Power Compensation Technologies," in Proccedings of the IEEE Publication, 2005 [2] Dr Suhail.A Qureshi, Kh Nadeem Aslam, "Efficient Power Factor Improvement Techniques and Energy conservation of Power System," in International Conference on Energy Management & Power Delivery EMPD- 95, Singapore, 21-23-Nov.1995 [3] Dash, J K, "Control Strategy for Reactive Power Using FC-TCR by Matlab Simulink," IJEEE, vol 2, no 4, pp 39-43, 2015 [4] Vardar, T., Cam, E, Yalcin, E, "Energy Efficiency with Reactive Power Compensation and Reactive Power Compensation in Public Institutions," International Journal of Engineering Research and Development, June, 2010 [5] Shi, C., Chen., Liu, Z, "Study of Reactive Power in AC/DC Power System," in 2nd IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, Harbin, 2007 [6] Gonzalez, D A and Mccall, J C, "Design of filters to reduce harmonic distortion in industrial power systems," IEEE Trans on Industry Applications, Vols IA-23, pp 504-511, 1987 [7] Duffey, C K and Stratfort, R P., "Update of harmonic standard IEEE519:IEEE recommended practices and requirements for harmonic control in electric power systems," IEEE Trans on Industry Applications, vol 25, pp 1025-1034, 1989 [8] Y and Ertem, S Baghzouz,, "Shunt capacitor sizing for radial distribution feeders with distorted substation voltage," IEEE Trans on Power Delivery, vol 5, pp 650-657, 1990 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ... lớn điện áp điều khiển, ta điện áp sau khối so sánh mức (