Nghiên cứu phương pháp điều khiển mạch lọc tích cực song song 3 pha 4 dây

Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây CH NG KHÁI NI M V SĨNG HÀI Ch sóng hài hài ng nh c l i m t s ki n th c c b n v sóng hài, tác d ng c a i v i l i n c ng nh a m t s ph ng pháp h n ch sóng N i dung ch ng g m ph n : 1.1 Khái ni m v sóng hài 1.2 nh h ng c a sóng hài 1.3 Ngu n t o sóng hài 1.4 M ch l c tích c c Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 1.1 Khái ni m v sóng hài Chúng ta bi t r ng, d ng sóng n áp sin c t o t i nhà máy n, tr m n l n r t t t Tuy nhiên, di chuy n v phía ph i, c bi t ph t i phi n d ng sóng b méo d ng Khi ó d ng sóng khơng cịn sin H1.1 A- D ng sóng sin, B- D ng sóng hài Sóng hài có th coi nh t ng c a d ng sóng sin mà t n s c a b i s nguyên c a t n s c b n 1.5 f(t) Fundamental Fifth 0.5 Seventh -0.5 -1 -1.5 0.0041 0.0082 0.0123 0.0164 Time Secs H1.2 Thành ph n c b n hài d ng chu i Fourier v i chu k T - seconds t n s c b n f=1/T Hz, or =2 f rad/s, có th bi u di n m t sóng hài f(t) v i bi u th c sau : Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây ∞ f (t ) = C0 + ∑ Cn cos(nωt + θ n ) (1.1) n =1 i: C0 giá tr DC c a hàm sóng hài f(t) Cn giá tr nh c a thành ph n hài b c n θn giá tr góc pha - Ph c a sóng hài c th hi n theo hình H1.3 1.00 0.90 0.80 Amplitude 0.70 Harmonic spectrum 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 11 13 15 17 19 Harmonic Order 21 23 25 27 29 31 H1.3 Ph c a sóng hài - THD: Tham s quan tr ng nh t dùng méo d ng (THD) ánh giá sóng hài h s ∞ THD = ∑ C2n / C1 (1.2) i C1: Biên thành ph n c b n Cn giá tr nh c a thành ph n hài b c n Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 1.2 nh h ng c a sóng hài nh h ng quan tr ng nh t c a sóng hài ó vi c làm t ng giá tr hi u d ng c ng nh giá tr nh c a dịng n n áp, có th th y rõ qua công th c sau : T U RMS = u (t )2 dt = U (1) + THDU2 T ∫0 I RMS = i (t )2 dt = I (1) + THDI2 ∫ T0 (1.3) T (1.4) ng th i có th quan sát cách tr c quan qua k t qu sau : H1.4 Giá tr nt § § § § § § nh RMS theo thành ph n sóng hài Khi giá tr hi u d ng giá tr biên c a tín hi u n áp hay dịng ng sóng hài, s d n n hàng lo t nh ng v n sau : Làm t ng phát nóng c a thi t b n, dây d n n nh h ng n b n cách n c a v t li u, kh n ng mang t i c a dây d n n nh h ng n ho t ng c a thi t b b o v ( tác ng sai ): u chì, CB, relay, ng th i thi t b o m nh kWh ghi nh n sai d li u n hao cu n dây lõi thép c a ng c t ng, nh h ng n mô men tr c c a ng c Làm m ch PLL u n ho t ng sai nh h ng n thi t b vi n thông Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 1.3 Ngu n t o sóng hài 1.3.1 T i khơng n tính a Máy bi n th Hi n t ng b o hòa m ch t c a máy bi n áp l c có th sinh sóng hài Hình H1.5 mơ t ngun lý t o sóng hài t hi n t ng b o hồ m ch t trì i n áp sin, t thông sin ph i c t o t dòng t magnetizing current Khi biên c a n áp ( t thông ) l n r i vào tr ng h p khơng n tính ng cong B-H, s d n n dòng i n t l n b méo d ng ch a sóng hài H1.5 Hi n t ng bão hòa m ch t máy bi n th D ng sóng ph c a c a dòng pha a máy bi n th ho t i u ki n qúa n áp 110% 1.5 1 0.8 ng v i 0.5 0.6 A A 0.4 -0.5 0.2 -1 -1.5 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0 100 200 Time H1.6 Dịng pha a ph c a máy bi n th ho t 300 400 500 600 Hz ng 110% n áp nm c Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây b ng c : ng t nh v i máy bi n áp, ng c xoay chi u ho t ng t o dòng i n hài N u nh không s d ng máy bi n th u Delta, m t ng c ng b pha s sinh dòng i n hài b c có gía tr kho ng 10%, m t ng ng b pha s sinh dòng i n hài b c có gía tr kho ng 30% Ví d d ng sóng dịng i n b méo d ng c a máy l nh H1.7, THD = 6.3% H1.7 Dòng n c a máy l nh Ví d d ng sóng dịng i n c a máy hình H1.8 , THD =10.5% H1.8 Dịng c cho theo hình n c a máy u hịa khơng khí c cho theo u hồ khơng khí Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 1.3.2 Thi t b n t công su t a B ch nh l u c u pha Các thi t b i n t th ng c cung c p ngu n DC qua b ch nh l u c u pha Diode, n áp DC ngõ b ch nh l u c san b ng v i t n C Công su t c a thi t b nh , t vài W n vài kW H s méo d ng THD c a dòng i n th ng l n h n 100% H1.9 B ch nh l u c u pha Diode Các thi t b n gia d ng công nghi p s d ng b ch nh l u c u pha Diode thông d ng : § Các thi t b c a tivi, u ghi video § Máy vi tính, máy in § Lị vi sóng § B u ch nh t c § èn huynh quang § B UPS nh Ví d dịng i n c a b thu tivi – tivi receiver có méo d ng r t l n THD =120% nh hình H1.9 H1.10 n áp dòng n thi t b thu c a tivi- tivi receiver Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây b B bi n i công su t Six-pulse bridges B bi n i công su t pha Six-pulse bridges ( ch nh l u, ngh ch l u) c áp d ng r t r ng rãi tr thành thành ph n quan tr ng không th thi u h th ng n M t s ng d ng quan tr ng c a chúng có th li t kê : § Các b u n t c ng c DC- AC § Các b l u i n UPS § Các b u n SVC, STACOM, HVDC, Tu theo m c ích s d ng, van bán d n có th linh ki n n ( GTO, MOSFET, Thyristor, ) linh ki n khơng c (diode) Ví d b ch nh l u c u diode pha khơng u n hình nh hình H1.11 d i ây : H1.11 B ch nh l u c u pha khơng c u u n c có mơ u n Hình H1.12 bi u di n dòng i n pha a c a b ch nh l u c u pha, d dàng nh n th y dịng i n có méo d ng r t l n H1.12 D ng sóng dịng n b ch nh l u c u pha Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 1.4 M ch l c tích c c Có nhi u ph ng pháp kh h n ch sóng hài nh dùng m ch l c th ng (passive filter), s d ng máy bi n th u Y/∆, Nh ng ph ng pháp s d ng m ch l c tích c c ph ng pháp hi n i ang c áp d ng nhi u nh t lãnh v c kh sóng hài 1.4.1 Nhi m v m ch l c tích c c a Bù cơng su t: Vi c th c hi n bù công su t ng th i v i ch c n ng l c c u hình thi t k , có th ch gi i h n m c công su t nh Do nhi u thi t b bù có áp ng ch m h n nh ng giá thành r , ví d bù b ng SVC – óng ng t b ng thyristor b Bù sóng hài i n áp: Bù i n áp không c ý nhi u h th ng n ngu n th ng có tr kháng th p i n áp tiêu th t i m u dây chung th ng trì ph m vi gi i h n c b n i v i s c tr i h c gi m áp V n bù i n áp ch c xem xét n t i nh y c m v i s xu t hi n sóng hài i n áp l i ngu n nh thi t b b o v h th ng n, superconducting magnetic energy storage c Bù sóng hài dịng i n: Bù thành ph n sóng hài dịng i n có ý ngh a quan tr ng i t i công su t nh v a Vi c gi m thành ph n sóng hài dịng i n l i cịn có tác d ng gi m méo d ng n áp l i t i m u dây chung 1.4.2 Ph m vi công su t c a m ch l c tích c c a Các ng d ng ph m vi công su t th p: Các ng d ng có cơng su t nh h n 100kVA, ch y u ph c v khu dân c , tòa nhà kinh doanh, b nh vi n, h truy n ng công su t nh v a Tính ch t c a h th ng t i òi h i h th ng m ch l c tích c c ng i ph c t p có áp ng ng h c cao, th i gian áp ng nhanh h n nhi u m ch l c tích c c dãy cơng su t cao h n thay i kho ng ch c us n vài ms b Các ph m vi ng d ng công su t v a: Ph m vi công su t ho t ng c a thi t b n m kho ng t 100kVA n 10MVA Ví d m ng cung c p n trung cao áp h th ng truy n ng n công su t l n m c vào ngu n áp l n M c ích c a m ch l c tích c c kh b ho c h n ch sóng hài dịng i n T c áp ng bù l c h th ng kho ng hàng ch c ms c Các ph m vi ng d ng công su t r t l n Dãy công su t r t l n th ng g p h th ng truy n t i ho c truy n ng ng c DC công su t r t l n ho c h th ng truy n t i n DC M ch bù l c tích c c cho ph m vi công su t r t l n r t t n òi h i n vi c s d ng linh ki n cơng su t có kh n ng óng ng t dịng i n v i cơng su t r t l n Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây i u thu n l i i v i dãy cơng su t l n 10MVA, l ng sóng hài b c cao xu t hi n nh nên u c u i v i khơng cịn nghiêm nh t nh dãy công su t nh Th i gian áp ng òi h i tr ng h p m c hàng ch c giây, h th ng u n relay l a ch n tác ng m t cách phù h p 1.4.3 Phân lo i m ch l c tích c c Có nhi u cách phân lo i m ch l c tích c c a Phân lo i theo b bi n i công su t n c vào c u hình c a b bi n i công su t c s d ng m ch l c, ta có lo i m ch l c tích c c : VSI - b bi n i ngu n áp CSI - b bi n i ngu n dòng C u trúc m ch l c tích c c VSI : H1.13 C u hình VSI c m c a c u trúc c a c u hình VSI có th m r ng c u trúc a b c C u trúc m ch l c tích c c CSI : H1.14 C u hình CSI c m c a c u trúc c a c u hình CSI t n hao óng c t linh ki n cao, không th m r ng c u trúc a b c 10 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.2 Thay i cơng su t P, Q c a t i Dịng i n t i, dòng i n m ch l c dịng i n ngu n Góc kích 00 Góc kích 500 Góc kích 1600 Hình H6.2-5 : Dịng t i, m ch l c dòng ngu n i tác d ng c a dòng m ch l c, dòng i n ngu n tr thành sin Dòng i n ngu n s thay i gi m d n thay i góc kích 67 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.2 Thay i công su t P, Q c a t i Dòng i n ngu n dòng i n t i, dòng i n ngu n pha Góc kích 00 Góc kích 500 Góc kích 1600 Hình H6.2-6 : Dòng t i dòng ngu n pha a Dòng n ngu n pha So v i dòng i n t i, dòng i n ngu n ã hồn tồn sin, khơng có sóng hài Dịng i n ngu n pha hoàn toàn i x ng cân b ng 68 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.2 Thay i công su t P, Q c a t i Dịng trung tính t i, trung tính m ch l c trung tính ngu n Góc kích 00 Góc kích 500 Góc kích 1600 Hình H6.2-7 : Dịng trung tính t i, trung tính m ch l c trung tính ngu n Dịng trung tính ngu n s có giá tr nh ( g n v ) dịng trung tính t i cân b ng v i dịng trung tính m ch l c Dịng trung tính t i, m ch l c ngu n u khơng thay i theo góc kích 69 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.2 Thay i công su t P, Q c a t i Công su t t i, m ch l c ngu n Góc kích 00 Góc kích 500 Góc kích 1600 Hình H6.2-8 : Cơng su t PQ c a t i, m ch l c ngu n Công su t P c a ngu n không dao ng, công su t Q c a ngu n có giá tr ≈ cơng su t P , Q c a t i c cung c p b i m ch l c 70 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.2 Thay i công su t P, Q c a t i H s công su t ngu n, dòng i n i n áp ngu n Góc kích 00 Góc kích 500 Góc kích 1600 Hình H6.2-9 : H s cơng su t ngu n Dịng i n i n áp ngu n pha, cosfi c a ngu n có giá tr b ng m c dù t i ã c thay i giá tr dòng i n b ng cách thay i góc kích Khi góc kích l n, h s cosfi dao ng , giá tr không l n 71 Lu n v n cao h c 6.3 Thay Ho t Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây i biên sai s khâu t o tr ng c a b t o tr Hysteresis band =0.5 Hysteresis band =2 Hình H6.3-1 : Ho t Khi biên sai s dao yêu c u l n Hysteresis band =5 ng m ch t o tr pha a,b,c ng l n sai s gi a dịng i n h i ti p 72 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.3 Thay i biên sai s khâu t o tr Dòng i n t i, dòng i n m ch l c, dòng i n ngu n Hysteresis band =0.5 Hysteresis band =2 Hysteresis band =5 Hình H6.3-2 : Dịng i n t i, dòng m ch l c dòng ngu n Dòng i n m ch l c, dòng i n ngu n s có biên n u hysteresis band l n dao ng l n 73 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.3 Thay i biên sai s khâu t o tr Dịng i n trung tính t i, m ch l c ngu n Hysteresis band =0.5 Hình H6.3-3 : Dịng dao Hysteresis band =2 Hysteresis band =5 n trung tính t i, m ch l c ngu n Dịng i n trung tính m ch l c, dịng i n trung tính ngu n s có biên ng l n n u hysteresis band l n 74 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.3 Thay i biên sai s khâu t o tr Công su t PQ c a t i, m ch l c ngu n Hysteresis band =0.5 Hysteresis band =2 Hysteresis band =5 Hình H6.3-4 : Cơng su t PQ c a t i, m ch l c ngu n Công su t PQ c a m ch l c ngu n s có biên n u hysteresis band l n dao ng l n 75 Lu n v n cao h c 6.4 Thay Ho t Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây i n áp DC c a b ngh ch l u ng m ch t o tr Udc =300V Udc = 400V Hình H6.4-1 : Ho t Khi i n áp DC khơng dịng u c u ng m ch t o tr pha a, b, c l n, dòng i n h i ti p không bám theo c 76 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.4 Thay i n áp DC c a b ngh ch l u Dòng i n t i, dòng m ch l c dòng ngu n Udc = 400V Hình H6.4-2 : Dịng Udc =300V n t i, dòng m ch l c dòng ngu n Khi Udc = 300V, dòng i n c a m ch l c tích c c khơng bám theo dòng yêu c u, dòng i n ngu n s b méo d ng so v i tr ng h p Udc =400V 77 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.4 Thay i n áp DC c a b ngh ch l u Dòng i n ngu n dòng i n t i, dòng i n ngu n pha Udc =300V Udc = 400V Hình H6.4-3 : Dịng v i tr n ngu n dòng n t i, dòng Khi Udc =300V, c pha abc c a dòng i n ngu n ng h p Udc =400V n ngu n pha u b méo d ng so 78 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.4 Thay i n áp DC c a b ngh ch l u Dịng trung tính t i, trung tính m ch l c trung tính ngu n Udc = 400V Udc =300V Hình H6.4-4 : Dịng trung tính t i, trung tính m ch l c trung tính ngu n Khi Udc=300V, dịng i n trung tính c a ngu n s dao ng v i giá tr l n 79 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.4 Thay i n áp DC c a b ngh ch l u Công su t t i, m ch l c ngu n Udc = 400V Udc =300V Hình H6.4-5 : Dịng trung tính t i, trung tính m ch l c trung tính ngu n Khi Udc=300V, công su t PQ c a ngu n s dao áp ng r t x u so v i tr ng h p Udc=400V ng v i biên r tl n 80 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây 6.4 Thay i n áp DC c a b ngh ch l u Dòng i n i n áp ngu n, h s cơng su t ngu n Udc = 400V Hình H6.4-6 : Dòng n Udc =300V n áp ngu n, h s công su t ngu n 81 ... c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây b Phân lo i theo Phân lo i theo s , ta có m ch l c tích c c song song m ch l c tích c c n i ti p M ch l c tích c c song song H1. 14 M ch l c tích. .. H3 -30 Mơ hình khâu tính toán P-Q 33 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây CH KH O SÁT ÁP NG NG M CH L C Trong ch ng 3, ta ã xây d ng mơ hình m ch l c tích c c song song... 40 0V Hình H4 .4- 2 : Dòng n ngu n 48 Lu n v n cao h c Nghiên c u m ch l c tích c c song song pha dây - Có th quan sát s méo d ng u c pha c a dòng i n ngu n UDC nh =30 0V so v i UDC =40 0V Udc = 40 0V