Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai (Luận văn thạc sĩ)

i LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Ngô Đức Hiếu Học viên: Lớp cao học K21 KTĐ, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên Nơi công tác: Trường Cao đẳng Lào Cai, TP Lào Cai Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai” Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Tôi xin cam đoan vấn đề trình bày luận văn nghiên cứu riêng cá nhân tôi, hướng dẫn PGS.TS Trần Xuân Minh giúp đỡ cán Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên Mọi thơng tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Tơi xin hịan tồn chịu trách nhiệm số liệu luận văn Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2020 Học viên thực Ngô Đức Hiếu ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu thực luận văn nhận hướng dẫn, bảo tận tình PGS.TS Trần Xuân Minh, người trực tiếp hướng dẫn luận văn cho tơi Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện tốt để tơi hịan thành đề tài nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn đóng góp quý báu bạn lớp động viên giúp đỡ tơi q trình thực đề tài Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến quan xí nghiệp, đặc biệt Nhà máy Gang thép Lào Cai giúp khảo sát tìm hiểu thực tế lấy số liệu phục vụ cho luận văn Cuối cùng, xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp bạn bè ln động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn tơi suốt q trình học tập nghiên cứu hòan thiện luận văn Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2020 Học viên Ngô Đức Hiếu iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT V DANH MỤC CÁC BẢNG VI DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ VII MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Kết dự kiến Đối tượng phạm vi nghiên cứu Công cụ, thiết bị nghiên cứu Bố cục đề tài Kế hoạch thực CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN MẠNG ĐIỆN NHÀ MÁY GANG THÉP LÀO CAI 1.1 Tổng quan chung 1.2 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện Nhà máy Gang thép Lào Cai 1.3 Các tải sử dụng nhà máy gang thép Lào Cai gây sóng hài 12 1.3.1 Máy biến áp 12 1.3.2 Động 12 1.3.3 Đèn huỳnh quang, đèn LED 12 1.3.4 Các thiết bị hồ quang 12 1.3.5 Các thiết bị điện tử 13 1.4 Kết luận chương 13 CHƯƠNG 2:SÓNG HÀI BẬC CAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC SÓNG HÀI 14 2.1 Đặt vấn đề 14 iv 2.2 Tổng quan sóng điều hịa bậc cao 15 2.2.1 Ảnh hưởng sóng điều hịa bậc cao quy định giới hạn thành phần sóng điều hịa bậc cao lưới điện 17 2.2.2 Một số nguồn tạo sóng điều hịa bậc cao cơng nghiệp 20 2.3 Phương pháp lọc sóng hài bậc cao 26 2.3.1 Bộ lọc sóng điều hịa bậc cao 26 2.3.2 Các dạng lọc tích cực 33 2.4 Kết luận chương 36 CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC ĐỂ LỌC SĨNG HÀI CHO MẠNG ĐIỆN NHÀ MÁY GANG THÉP LÀO CAI 38 3.1 Đặt vấn đề 38 3.2 Lý thuyết phương pháp lọc tích cực 38 3.2.1 Các phương pháp lọc tích cực dựa miền tần số 38 3.2.2 Các phương pháp lọc tích cực dựa miền thời gian 40 3.3 Thiết kế điều khiển lọc tích cực song song dự lý thuyết công suất tức thời p-q 52 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý 52 3.3.2 Cấu trúc điều khiển 53 3.4 Kết luận chương 57 CHƯƠNG 4:MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 58 4.1 Chương trình mơ lọc Matlab-Simulink 58 4.2 Thông số phần tử tham số điều khiển 60 4.3 Kết mô 60 4.4 Kết luận chương 64 Kết luận 65 Kiến nghị 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 v DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT Thuật ngữ đầy đủ Chữ viết tắt Chú thích Cung cấp CCĐ điện LED Light Emitting Diode DFT Discrete Fourier Transform FFT Fast Fourier Transform APF Active Power Filter PWM Pulse Width Modulation LDF Low Pass Filter UPS Uninterruptible Power Supply MBA Máy biến áp THD Total Harmonic Distortion MW Mêgawatt KV Kilovolt IFFT Inverse Fast Fourier Transfrom PID Proportional Integral Derivative IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Tiêu chuẩn ieee std 519 giới hạn nhiễu điện áp 18 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn ieee std 519 giới hạn nhiễu dòng điện 19 Bảng 2.3: Iec 1000-3-4 19 vii DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Hình ảnh nhà máy gang thép lào cai Hình 1.2 Sơ đồ đo lường bảo vệ trạm biến áp 11 0kv nhà máy gang thép lào cai Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện nhà máy gang thép lào cai Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 110 kv nhà máy gang thép lào cai Hình 1.5 Sơ đồ trạm phân phối 10kv phân xưởng luyện thép nhà máy gang thép lào cai Hình 1.6 Sơ đồ trạm phân phối 10kv phân xưởng thiêu kết - nhà máy gang thép lào cai Hình 1.7 Sơ đồ trạm phân phối 10kv phân luyện gang nhà máy gang thép lào cai 10 Hình 1.8 Sơ đồ trạm 10kv hệ thống quạt gió lị cao 10 Nhà máy gang thép lào cai 10 Hình 1.9 Sơ đồ trạm phân phối 10kv phân xưởng ô xy - ni tơ nhà máy gang thép lào cai 11 Hình 1.10 Sơ đồ đấu dây trạm biến áp phân xưởng khí nén nhà máy gang thép lào cai 11 Hình 2.1 A) dạng sóng sin, b) dạng sóng sin bị méo(sóng chu kỳ khơng sin) 15 Hình 2.2 Các thành phần sóng điều hịa 16 Hình 2.3 Mơ hình mơ chỉnh lưu cầu pha diode 21 Hình 2.4 Dạng dòng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha không điều khiển 21 Hình 2.5 Phổ sóng hài dịng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha điều khiển 22 Hình 2.6 Mơ hình mơ chỉnh lưu cầu pha diode 22 viii Hình 2.7 Dạng dịng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha diode 23 Hình 2.8 Phổ sóng hài dịng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha diode 23 Hình 2.9 Mơ hình mơ chỉnh lưu cầu pha có điều khiển (dùng thyristor) 24 Hình 2.10 Dạng dịng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha có điều khiển  = 300 24 Hình 2.11 Phổ sóng hài dịng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha có điều khiển  = 300 24 Hình 2.12 Phổ sóng hài dòng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha có điều khiển  = 900 25 Hình 2.13 Dạng dòng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha có điều khiển  = 900 25 Hình 2.14 Sơ đồ lọc r-c với tụ đấu có trung tính nối 27 Hình 2.15 Sơ đồ lọc l-c với tụ đấu có trung tính nối đất 28 Hình 2.16 Sơ đồ mơ hệ thống chưa có lọc thụ động 28 Hình 2.17 Dạng điện áp dịng điện vị trí b1 chưa có lọc thụ động 29 Hình 2.18 Dạng dịng điện vị trí b2 chưa có lọc thụ động 29 Hình 2.19 Phổ sóng hài điện áp vị trí b1 b2 chưa có lọc thụ động 30 Hình 2.20 Mơ hình mơ hệ thống có lọc thụ động 31 Hình 2.21 Phổ sóng hài điện áp điểm b1 có lọc thụ động 31 Hình 2.22 Cấu trúc mạng điện có lọc tích cực song song 34 Hình 2.23 Cấu trúc mạng điện có lọc tích cực nối tiếp 35 Hình 2.24 Cấu trúc lọc kết hợp lọc tích cực lọc thụ động 36 Hình 3.1 Minh họa phương pháp fft 40 Hình 3.2 Thuật tốn xác định dịng bù hệ dq 41 Hình 3.3 Thuật tốn lựa chọn sóng điều hịa cần bù hệ dq 42 ix Hình 3.4 Các thành phần công suất lý thuyết p-q tọa độ abc 48 Hình 3.5 Các thành phần cơng suất cần bù p, q, p0 , p0 tọa độ abc 49 Hình 3.6 Cấu trúc tính tốn dịng điện đặt cho lọc tích cực 51 Sử dụng lý thuyết công suất tức thời p-q 51 Hình 3.7 Sơ đồ nguyên lý lọc tính cực song song 52 Hình 3.8 Cấu trúc điều khiển lọc tích cực sử dụng điều khiển pi 53 Hình 3.9 Cấu trúc điều khiển mạch vịng điện áp 55 Hình 3.10 Cấu trúc điều khiển dòng điện 55 Hình 3.11 Minh họa nguyên lý làm việc khối pwm 56 Hinh 4.1 Chương trinh mo hoạt dộng lọc tich cực song song matlad- simulink- plecs 58 Hình 4.2 Dịng điện tải pha a kết phân tích fourier (dịng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha diode) 61 Hình 4.3 Dịng điện đầu lọc (dịng bù sóng hài) 61 Hình 4.4 Dịng điện ba pha nguồn có lọc sóng hài 62 Hình 4.5 Điện áp tụ lọc 62 Hình 4.6 Dịng điện nguồn pha a kết phân tích fourier 63 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật ứng dụng ngày nhiều biến đổi bán dẫn công suất số loại phụ tải điện phi tuyến khác làm xuất sóng hài bậc cao với biên độ mức cho phép hệ thống cung cấp điện Các sóng hài dịng điện gây nhiều ảnh hưởng xấu đến trình truyền tải điện tăng tổn thất công suất, tăng sai số thiết bị đo lường, gây nhiễu cho hệ thống thông tin, làm méo dạng điện áp nguồn (điện áp nguồn dạng hình sin) ảnh hưởng khơng tốt đến thiết bị sử dụng điện, Mức độ sử dụng thiết bị đại tăng, phát triển công nghiệp mạnh kéo theo dung lượng loại tải phi tuyến gây sóng hài dịng điện lớn Để đảm bảo chất lượng điện năng, yêu cầu biên độ sóng hài bậc cao dịng điện lưới phải nằm giới hạn định Trên giới áp dụng tiêu chuẩn để khống chế mức nhiễm sóng hài tiêu chuẩn: IEEE 159-2014, IEC 1000-4-3 Với đặc điểm loại phụ tải điện Nhà máy Gang thép Lào Cai, nhiều phụ tải Nhà máy gây sóng hài dịng điện ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ dùng chung đường nguồn cấp với Nhà máy Vì vậy, để giảm ảnh hưởng sóng hài bậc cao tải phi tuyến Nhà máy gây đảm bảo tiêu chuẩn quy định sóng hài việc sử dụng thiết bị lọc sóng cần thiết Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai” Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Tổng quan mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai - Lựa chọn phương pháp xác định thành phần sóng hài dịng điện lưới - Thiết kế cấu trúc điều khiển lọc tích cực để khử sóng hài bậc cao cho mạng điện hạ áp, áp dụng cho mạng điện Nhà máy Gang thép Lào Cai - Mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống 54 thêm mạch vòng phụ dưa cấu trúc điều khiển phản hồi hệ thống với lọc tích cực song song hình 3.8 Trong hình 3.8: Dịng áp ba pha phụ tải phi tuyến đo chuyển đổi thành đại lượng hệ hai pha αβ, tín hiệu đưa vào khâu tính tốn cơng suất tức thời để tìm p q; cơng suất tức thời p đưa qua lọc thông thấp (LDF - Low Pass Filter) để nhận thành phần trung bình cơng suất tiêu thụ (tác dụng) tải ứng với sóng hài dịng điện p dễ dàng tìm p  p  p ; để ổn định điện áp chiều Udc tục lọc sử dụng vòng điều khiển phản hồi với giá trị đặt điện áp tụ U dc* , điều khiển mạch vòng lựa chọn điều khiển PI để đảm bảo trì xác điện áp tụ theo yêu cầu, đầu điều khiển công suất plose mà lọc cần nhận từ nguồn; công suất tức thời p , q plose đưa vào khối tính tốn giá trị đặt dòng điện lọc hệ αβ triển khai theo thuật tốn (3.35); giá trị đặt dịng điện lọc hệ hai pha đầu khối tính tốn giá trị đặt dịng điện đưa qua khâu chuyển đổi hai pha sang * * , iFb , iFc* ); ba pha cho ta giá trị đặt dòng điện lọc hệ ba pha abc ( iFa điều chỉnh dòng điện lựa chọn khâu PI 3.3.2.1 Bộ điều khiển mạch vòng phụ (mạch vòng điện áp) Để đảm bảo điện áp tụ biến đổi không đổi cần phải cấp cơng suất plose để bù lại tổn thất lượng tụ biến đổi (chủ yếu tổn thất công suất tụ điện trở rị tụ) ta bố trí vòng điều khiển phụ (điều khiển điện áp tụ), mạch vịng có nhiệm vụ xác định cơng suất tổn thất plose để đưa vào khối tính tốn giá trị đặt dòng điện lọc Cấu trúc điều khiển mơ tả hình 3.9 Các tham số xác định sau [17], [18], [21]: 55 Hình 3.9 Cấu trúc điều khiển mạch vịng điện áp Trong đó: k p  u k R ; i  ; ki  p , với R điện trở rò tụ U nom RC i u u u u điện biến đổi (bộ lọc) có điện dung C giá trị điện áp danh định Unom 3.3.2.2 Bộ điều khiển dòng điện bù cho lọc cơng suất tích cực Đối với mạch vịng dịng điện lọc tích cực song song có nhiều phương pháp để thiết kế có nhiều điều khiển đề xuất Mạch vòng dòng điện mạch vòng nhiều nhà chuyên môn tập trung nghiên cứu đưa nhiều giải pháp nhằm cải thiện đặc tính động học, bù hiệu triệt để sóng hài, giảm THD, cải thiện đặc tính độ, cải thiện đáp ứng tính dao động lưới phi tuyến, … Trong nội dung luận văn, tác giả lựa chọn điều khiển PI, điều khiển bị hạn chế dải tần điều khiển đơn giản, dễ chỉnh định, đáp ứng nhanh, độ ổn định làm việc cao chỉnh định phù hợp đảm bảo độ méo sóng hài tổng theo quy định Bộ điều khiển dịng điện có cấu trúc hình 3.10 Hình 3.10 Cấu trúc điều khiển dịng điện 56 Với pha có mộ điều khiển, có ba điều khiển tương tự cho ba pha Tham số điều khiển lựa chọn tối ưu hóa theo [17], [18], [21] 3.3.2.3 Khối điều chế độ rộng xung (khối PWM) Khối náy có nhiệm vụ tạo chuỗi xung điều khiển van VSI theo nguyên lý điều chế độ rộng xung Khối gồm so sánh (mỗi pha so sánh) phần tử logic Tính hiệu vào khối PWM tín hiệu uđk từ đầu điều khiển dòng điện (thường gọi tín hiệu điều khiển gọi sóng điều chế) tín hiệu sóng mang (ký hiệu uc) dùng chung cho ba kênh Sóng mang thường có dạng hình tam giác với tần số fc lựa phụ thuộc vào tần số giới hạn van điều khiển nghịch lưu, thường chọn fc =  20 kHz, đến 50 kHz Nguyên lý hoạt động kênh: Mạch so sánh thực so sánh uđk với uc, khoảng thời gian uđk > uc, đầu xuất xung, khuếch đại đủ mức cần thiết để điều khiển van nhánh pha tương ứng VSI, khoảng thời gian uđk < uc, không xung đầu Xung điều khiển van nhánh pha tạo việc lấy nghịch đảo logic xung điều khiển van nhánh Đồ thị hình 3.11 ví dụ minh họa ngun lý tạo xung cho hai van T1 T4 pha A Hình 3.11 Minh họa nguyên lý làm việc khối PWM 57 3.3.2.4 Lựa chọn tham số phần tử lọc Việc lựa chọn điện dung C, điện cảm LF, điện áp chiệu Udc tụ phần tử khác lọc có ảnh hưởng đến khả làm việc lọc Để lựa chọn phần tử tham số tham khảo [8], [11], [15], [17], [21] 3.4 Kết luận chương Trong chương 3, tác giả giới thiệu số phương pháp xác định giá trị đặt dòng điện lọc (giá trị dòng điện cần bù), sở phân tích ưu nhược điểm phương pháp định chọnphương pháp áp dụng lý thuyết công suất tức thời p-q Dựa vào phương pháp xác định giá trị đặt dòng điện theo lý thuyết công suất tức thời p-q lý thuyết điều khiển phản hồi xây dựng cấu trúc điều khiển lựa chọn cấu trúc tham số khâu lọc 58 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 4.1 Chương trình mơ lọc Matlab-Simulink Để đánh giá cấu trúc thuật toán điều khiển lọc xây dựng chương 3, chương tiến hành mô hoạt động lọc với việc giả thiết nguồn gây sóng hài bậc cao dòng điện tải phi tuyến đơn giản chỉnh lưu hình cầu ba pha không điều khiển (giảm dộ phức tạp cho phần chương trình mơ phỏng) Chương trình mơ hệ thống lập Matlab-Simulink-Plecs minh họa hình 4.1 Hình 4.1 Chương trình mơ hoạt động lọc tích cực song song Matlad- Simulink- Plecs Trong đó: - Khối “Three-Phase Source” khối nguồn bao gồm hệ thống điện áp xoay chiều ba pha hình sin đối xứng tần số 50Hz, điện áp hiệu dụng US = 220V điện trở - điện cảm đặc trưng cho tổng trở nguồn đường dây; - Khối “Diode brigde” chỉnh lưu cầu ba pha diode; - Khối “IGBT Brigde” nghịch điện áp ba pha kiểu cầu dùng IGBT diode ngược, kết hợp với tụ điện “C” điện cảm ba pha “LF” mạch lực lọc; 59 - Khối “Calculation PQ*” khối tính tốn giá trị cơng suất tức thời cần bù lọc ( p, q hay pF qF); - Khối “Calculation I*” khối tính tốn giá trị đặt dịng điện lọc với tham số đầu vào p, plose , q , đầu giá trị đặt dòng điện lọc hệ tọa độ ; - Các khối chuyển đổi hệ tọa độ gồm: “abc  al-be” khối thực chuyển đổi điện áp dòng điện tải từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ ; “al-be  abc” khối thực chuyển đổi dòng điện đặt lọc từ hệ tọa độ  sang hệ tọa độ abc; - Khối PIu điều khiển mạch vòng điện áp tụ (khâu PI); - Khối PIi điều khiển dòng điện (khâu PI); - Khối PWM khối điều chế độ rộng xung, tạo xung điều khiển van nghịch lưu; - Các khối đo lường gồm: “Sensor1” đo điện áp dòng điện phần nguồn, “Sensor2” đo điện áp dòng điện tải, “Sensor3” đo dòng điện đầu lọc “Sensor4” đo điện áp tụ - Các tín hiệu sơ đồ mơ quy ước sau: + Điện áp dịng điện ba pha phía nguồn: Uabc, I_sabc; + Điện áp dịng điện ba pha phía tải: Uabc, Iabc; + Dòng điện ba pha đầu lọc: I_Fabc; + Điện áp dòng điện tải chuyển sang hệ tọa độ : Ua-b, Ia-b; + Giá trị đặt dòng điện lọc hệ tọa độ : I*_Fa-b; + Giá trị đặt dòng điện lọc hệ tọa độ abc: I*_Fabc; + Công suất tức thời cần bù lọc (chưa tín đến phần cơng suất tổn thất cần bù để ổn định điện áp tụ): PF QF; + Giá trị đặt giá trị thực điện áp chiều tụ: U*dc Udc; + Tín hiệu sóng mang: Uc 60 4.2 Thơng số phần tử tham số điều khiển Để tiến hành q trình mơ phỏng, cần lựa chọn thông số tải phân tử hệ tham số điều chỉnh - Thông số nguồn tải phi tuyến chọn là: Nguồn xoay chiều ba pha khơng có dây trung tính với giá trị hiệu dụng điện áp pha 220V, tần số 50 Hz - Tải: Bộ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển với tải điện trở  - Thông số lọc: Giá trị điện cảm điện dung lọc lựa chọn theo [8], [11], [15], [17], [21]: Tụ có C = 4,9 mF, Unom = 1000V, giá trị đặt điện áp trện tụ Udc* = 875 V; điện cảm LF = 2,05 mH - Tham số điều khiển lựa chọn theo [17], [18], [21]: Bộ điều khiển mạch vòng phụ: kpu = 30; kiu = 40; Bộ điều khiển dòng điện lọc: kp = 0.5; ki = 4.3 Kết mô Để kiểm chứng cấu trúc thuật toán điều khiển, tác giả thực q trình mơ hoạt động lọc tích cực xây dựng theo phân tích chương với giả thiết hệ thống nguồn pha đối xứng hồn tồn hình sin, tổng trở nguồn có điện cảm (bỏ qua điện trở), tải phi tuyến chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển với thông số nguồn tải chỉnh lưu giới thiệu mục 4.2 (công suất chỉnh lưu khoảng 55kW) Khi mô thực đo phân tích phổ dịng điện nguồn cấp cho chỉnh lưu, đo phân tích phổ dịng điện nguồn phía trước lọc (đã lọc sóng hài bậc cao) để làm sở so sánh, đánh giá tác dụng lọc việc loại bỏ sóng hài bậc cao cho mạng điện Các kết mô hoạt động lọc minh họa hình sau: 61 Hình 4.2 Dịng điện tải pha A kết phân tích Fourier (dịng điện nguồn chỉnh lưu cầu pha Diode) Hình 4.3 Dịng điện đầu lọc (dịng bù sóng hài) 62 Hình 4.4 Dịng điện ba pha nguồn có lọc sóng hài Hình 4.5 Điện áp tụ lọc 63 Hình 4.6 Dịng điện nguồn pha A kết phân tích Fourier Hình 4.7 Dịng điện tải (ia), dòng điện đầu lọc (i_Fa) dòng điện nguồn (i_Sa) pha A 64 Các kết mơ hoạt động lọc tích cực song song biểu diễn hình từ 4.2 đến 4.7 Từ kết mơ thấy: Dòng điện mạng điện cấp cho tải phi tuyến chỉnh lưu hình cầu ba pha khơng điều khiển (hình 4.2) có dạng khác xa so với hình sin với độ méo sóng hài tổng THD = 30,43% Khi sử dụng lọc tích cực, dịng điện nguồn gần hình sin (hình 4.4 hình 4.6) với độ méo sóng hài tổng cịn THD = 2,35% hoàn toàn đáp ứng yêu cầu đặt THD < 3% Với việc có mạch vịng điều khiển điện áp tụ thực trì điện áp tụ khơng đổi q trình làm việc lọc (hình 4.5) 4.4 Kết luận chương Chương thực lập chương trình mơ hoạt động lọc tích cực song song để lọc sóng hài bù cơng suất phản kháng cho phụ tải phi tuyến mạng điện hạ áp nhà máy, với công suất tải cỡ 55kW Kết mô cho thấy tác dụng lọc tốt: dòng điện phụ tải yêu cầu chưa sử dụng lọc có độ méo sóng hài lớn (30,43%), nhờ tác dụng lọc mà dịng điện nguồn gần hình sin với độ méo sóng hài tổng cịn 2,35%, đáp ứng yêu cầu đặt Như kết luận kết phân tích, tính tốn chương phù hợp tin cậy 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nhiệm vụ luận văn nghiên cứu lọc tích cực sử dụng thiết bị điện tử công suất để lọc sóng điều hịa bậc cao tích hợp bù cơng suất phản kháng mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai Trên sở phân tích mạng điện nhà máy nhận thấy cần thiết phải thực lọc sóng hài nhà máy sử dụng số phụ tải điện gây sóng hài có khả ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ khác chung đường cấp nguồn với nhà máy Luận văn phân tích phân tích đặc tính làm việc số loại phụ tải phi tuyến nguồn gây sóng hài mức độ sóng hài cho chúng tạo nên, có số loại tương tự nhà máy sử dụng Trên sở phân tích phương pháp tính tốn sóng hài, so sánh ưu nhược điểm cacs phương pháp, tác giả lựa chọn phương pháp dựa lý thuyết công suất tức thời p-q, phương pháp tìm giá trị dịng điện tức thời cần bù khơng lọc sóng hài dịng điện mà cịn thêm chức bù công suất phản kháng Luận văn xây dựng thiết kế cấu trúc điều khiển lọc tích cực với việc sử dụng lý thuyết công suất tức thời p-q Các kết mô khẳng định cấu trúc thuật toán điều khiển mà luận văn đề xuất hoàn toàn hợp lý Kiến nghị Để triển khai lọc vào thực tế cần quan tâm giải số tồn mà nội dung luận chưa đề cập đến: - Chưa tính đến độ méo dạng nguồn điện áp - Chưa xét đến tính khơng đối xứng nguồn cấp 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Phùng Quang(2005), Matlab & Simulink, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh [2] A M Fahmy, A K Abdelsalam, and A B Kotb, “4-Leg Shunt Active Power Filter With Hybrid Predictive Fuzzy-Logic Controller”, IEEE Int Symp Ind Electron., pp 2132–2137, 2014, doi: 10.1109/ISIE.2014.6864947 [3] S Rahmani, A Hamadi, K Al-Haddad, and L A Dessaint, “A combination of shunt hybrid power filter and thyristor-controlled reactor for power quality”, IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 5, pp 2152– 2164, 2014, doi: 10.1109/TIE.2013.2272271 [4] J Afonso, C Couto, and J Martins, “Active Filters with Control Based on the p-q Theory”, IEEE Ind Electron Soc., vol 47, pp 5–10, 2000 [5] L Asiminoaei, F Blaabjerg, S Hansen, and P Thøgersen, “Adaptive compensation of reactive power with shunt active power filters”, IEEE Trans Ind Appl., vol 44, no 3, pp 867–877, 2008, doi: 10.1109/TIA.2008.921366 [6] G Adam, A G Stan, and G Livint, “An adaptive hysteresis band current control for three phase shunt active power filter U sing Fuzzy logic”, EPE 2012 - Proc 2012 Int Conf Expo Electr Power Eng., vol 1, no Epe, pp 324–329, 2012, doi: 10.1109/ICEPE.2012.6463910 [7] G L Luo, “APF DC voltage fuzzy control simulation study”, Proc - 2012 Int Conf Comput Meas Control Sens Network, C 2012, pp 163–166, 2012, doi: 10.1109/CMCSN.2012.42 [8] N Zhou, J Wang, Q Wang, N Wei, and X Lou, “Capacity calculation of shunt active power filters for electric vehicle charging stations based on harmonic parameter estimation and analytical modeling”, Energies, vol 7, no 8, pp 5425–5443, 2014, doi: 10.3390/en7085425 67 [9] Y Kobayashi and H Funato, “Current control method based on hysteresis control suitable for single phase active filter with LC output filter”, 2008 13th Int Power Electron Motion Control Conf EPE-PEMC 2008, pp 479– 484, 2008, doi: 10.1109/EPEPEMC.2008.4635312 [10] D Zujun and L Baolian, “Design and research on active power filter in three phase four wire system”, Proc - 2013 4th Int Conf Digit Manuf Autom ICDMA 2013, pp 441–444, 2013, doi: 10.1109/ICDMA.2013.103 [11] A H Budhrani, K J Bhayani, and A R Pathak, “Design Parameters of Shunt Active Filter for Harmonics Current Mitigation”, PDPU J Energy Manag., vol 2, no 2, pp 59–65 [12] F Briz, P Garcia, M W Degner, D Diaz-Reigosa, and J M Guerrero, “Dynamic behavior of current controllers for selective harmonic compensation in three-phase active power filters”, IEEE Trans Ind Appl., vol 49, no 3, pp 1411–1420, 2013, doi: 10.1109/TIA.2013.2253537 [13] P Dang, T Ellinger, and J Petzoldt, “Dynamic interaction analysis of APF systems”, IEEE Trans Ind Electron., vol 61, no 9, pp 4467–4473, 2014, doi: 10.1109/TIE.2013.2289896 [14] M Kale and E Özdemir, “Harmonic and reactive power compensation with shunt active power filter under non-ideal mains voltage”, Electr Power Syst Res., vol 74, no 3, pp 363–370, 2005, doi: 10.1016/j.epsr.2004.10.014 [15] S K Khadem, M Basu, and M F Conlon, “Harmonic power compensation capacity of shunt active power filter and its relationship with design parameters”, IET Power Electron., vol 7, no 2, pp 418–430, 2014, doi: 10.1049/iet-pel.2013.0098 [16] A Hirofumi, W Edson Hirokazu, and A Mauricio, “Instantaneous power theory and applicatins to conditioning”, WILEY-INYERSCIENCE [17] F Krim, “Parameters estimation of shunt active filter for power quality improvement,” 2011 5th Int Power Eng Optim Conf PEOCO 2011 Progr Abstr., no June, pp 306–311, 2011, doi: 68 10.1109/PEOCO.2011.5970393 [18] S Mikkili and A K Panda, “PI and fuzzy logic controller based 3-phase 4-wire shunt active filters for the mitigation of current harmonics with the id-iq control strategy,” J Power Electron., vol 11, no 6, pp 914–921, 2011, doi: 10.6113/JPE.2011.11.6.914 [19] L Chen, J Huo, W Wang, and J Chen, “The research of control method for active power filter based on voltage space vector,” 2013 25th Chinese Control Decis Conf CCDC 2013, pp 2253–2258, 2013, doi: 10.1109/CCDC.2013.6561311 [20] H Akagi, “Modern active filters and traditional passive filters”, Tokyo, Japan [21] Phan Thanh Hien, Dang Van Huyen, Nguyen Duy An, Nguyen Duy Cuong, “Optimizing Parameters of The Shunt Active Power Filter Using Genetic Algorithm”, The 9th International Conference, KSE 2017, Hue, Vietnam, October 19-21, 2017 ... đề tài: ? ?Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai? ?? Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Tổng quan mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai - Lựa... QUAN MẠNG ĐIỆN NHÀ MÁY GANG THÉP LÀO CAI 1.1 Tổng quan chung 1.2 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện Nhà máy Gang thép Lào Cai 1.3 Các tải sử dụng nhà máy gang thép Lào Cai. .. luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan mạng điện Nhà máy Gang thép Lào Cai Chương 2: Sóng hài bậc cao phương pháp lọc sóng hài Chương 3: Thiết kế lọc tích cực để lọc sóng hài cho mạng điện