Ứng dụng bộ lọc tích cực để giảm sóng hài cho lưới điện nhà máy xi măng tây ninh

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG LÊ TH THU UYÊN NG D NG B L C TÍCH C C Đ GI M SÓNG HÀI CHO LƯ I ĐI N NHÀ MÁY XI MĂNG TÂY NINH Chuyên nghành: T Đ ng Hóa Mã s : 60.52.60 TĨM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - Năm 2012 Cơng trình đư c hồn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS PHAN VĂN HI N Ph n bi n 1: TS NGUY N Đ C THÀNH Ph n bi n 2: TS NGUY N HỒNG MAI Lu n văn đư c b o v trư c H i ñ ng ch m lu n văn th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày tháng năm 2012 Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng; - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng M Đ U Lý ch n ñ tài Hi n nhà máy luy n thép, cán thép nhà máy xi măng s d ng đ ng cơng su t l n có t c đ thay đ i sinh sóng u hòa b c cao làm t n th t cơng su t, dao đ ng n áp, gây ti ng n, h s công su t th p, làm nh hư ng ñ n h tiêu th n khác Sóng u hịa b c cao s làm méo d ng (THD) dịng n ñi n áp c a h th ng ñi n, c n ph i có đ bi n pháp l c đ tr l i tín hi u dịng n n áp hình sin cho lư i nâng cao ch t lư ng ñi n c a h th ng Đ i tư ng nghiên c u Đ i Tư ng Nghiên C u B l c tích c c Phương pháp nghiên c u k t qu th c hi n ñư c - Nghiên c u lý thuy t - Mô ph ng matlab/simulink C u trúc c a lu n văn C u trúc lu n văn g m ph n m ñ u, chương n i dung, ph n k t lu n ki n ngh : M Đ U Chương - TÌM HI U V SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP L C SÓNG HÀI Chương - T NG QUAN V LÝ THUY T ĐI U KHI N M Chương - NG D NG B L C TÍCH C C Đ GI M SÓNG HÀI CHO LƯ I ĐI N NHÀ MÁY XI MĂNG TÂY NINH K T LU N VÀ KI N NGH CHƯƠNG TÌM HI U V SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP L C SÓNG HÀI 1.1 Đ T V N Đ Các bi n pháp l c th đ ng ch có tác d ng h n ch m t s hài b c cao cho ph t i có đ c tính phi n tĩnh Đ i v i ph t i đ ng có đ c n phi n t c th i ln bi n đ ng nhà máy xi măng, lò h quang… c n ph i s d ng b l c tích c c (AF: Active Filter) 1.2 T NG QUAN V SÓNG HÀI 1.2.1 Gi i thi u chung M t tham s quan tr ng đ đánh giá sóng u hòa h s méo d ng THD (Total Harmonic Distortion): - H s méo d ng dịng n: ∞ ∑I n=2 THD = n I1 Trong : I1 : biên đ thành ph n dịng b n In : biên đ thành ph n dịng ñi u hòa b c n (1.2) 1.2.2 Các ngu n t o sóng u hịa 1.2.2.1 Máy ñi n 1.2.2.2 Thi t b ñi n t công su t 1.2.2.3 Các ñèn huỳnh quang 1.2.2.4 Các thi t b h quang 1.2.3 Nhà máy xi măng Tây Ninh 1.2.3.1 Gi i thi u chung v nhà máy xi măng Nhà máy Xi măng Tây Ninh có cơng su t 4.000 t n clinker/ngày tương ñương v i 1,5 tri u t n ximăng/năm V i quy trình s n xu t xi măng clinker khép kín b ng cơng ngh lị quay hi n đ i c a Đ c s giúp h n ch gây ô nhi m môi trư ng, gi m thi u ch t th i đ c h i Hình 1.17 Sơ đ cơng ngh dây chuy n s n xu t xi măng 1.2.3.2 Quá trình s n xu t xi măng 1.2.3.3 Gi i thi u v lị quay nung clinker Trong q trình s n xu t xi măng đ i tư ng lị quay nung clinker Hình 1.17 Lị quay nung clinker Đây ñ i tư ng phi n, làm nh hư ng ñ n h th ng truy n t i phân ph i ñi n Trong trình v n hành gây m t s v n đ bơm ngư c sóng u hịa b c cao làm méo d ng sóng dịng ñi n, gây t n th t cho h th ng truy n d n, làm gi m tu i th c a thi t b lân c n Do tác gi ch n đ i tư ng ñ nghiên c u s tác ñ ng c a đ n lư i n H th ng cung c p n cho lị quay h th ng ch nh lưu khơng u n, có nhi m v c p ngu n DC cho đ ng c a lị quay Đ ng có s li u sau: - Type: 1HQ7453-5ZH40_2ZV1-Z - Power : 560 kW - Speed: 100-1000r/min - Voltage: 660V DC 1.2.4 nh hư ng c a sóng u hịa b c cao - Làm tăng phát nóng c a dây d n n, thi t b ñi n - Gây nh hư ng ñ n ho t ñ ng c a thi t b b o v (tác ñ ng sai) - nh hư ng ñ n sai s c a thi t b ño, làm cho k t qu ño b sai l ch - Làm cho t b nhi t có th d n t i phá h y ch t n mơi - Làm thi t b s d ng ñi n ñèn chi u sáng b ch p ch n - Gây nh hư ng t i thi t b vi n thơng Trên th gi i đưa m t s tiêu chu n IEEE std 519, IEC 1000-4-3 v gi i h n thành ph n sóng u hòa b c cao lư i T i Vi t Nam, ngày 30/7/2010 B Cơng thương đưa thơng tư 32/2010/TT-BCT quy đ nh v h th ng phân ph i n có u c u v sóng hài 1.3 CÁC B L C SĨNG ĐI U HỊA 1.3.1 B l c th đ ng 1.3.2 B l c tích c c 1.3.2.1 Tác d ng c a m ch l c tích c c 1.3.2.2 Các ph m vi cơng su t c a l c tích c c 1.3.2.3 Phân lo i m ch l c tích c c a Phân lo i theo b bi n đ i cơng su t b Phân lo i theo sơ ñ : - M ch l c tích c c song song (AF) Hình 1.37 C u hình b l c tích c c song song (AF) - M ch l c tích c c n i ti p (AFs) Hình 1.39 C u hình b l c tích c c n i ti p (AFs) c Phân lo i theo ngu n c p 1.3.3 B l c h n h p 1.4 K T LU N CHƯƠNG Ta th y sóng u hịa b c cao có nh ng tác h i l n cho h th ng ñi n, làm gi m ch t lư ng ñi n, gây t n th t…Như v y ñ c i thi n ch t lư ng ñi n c n ph i l c thành ph n dịng u hịa b c cao Có nhi u thi t b khác có th th c hi n l c dịng u hòa b c cao Tùy thu c vào yêu c u kinh t k thu t mà l a ch n thi t b phương pháp phù h p 10 CHƯƠNG T NG QUAN V LÝ THUY T ĐI U KHI N M 2.1 L CH S PHÁT TRI N [5] 2.2 ĐI U KHI N M 2.2.1 Sơ ñ kh i c a h ñi u n m Đ u vào x Kh i m hóa (Fuzzifiers) H p thành (Inference Mechanism) Gi i m (Defuzzifiers) Lu t m (Rule-base) Hình 2.1 Sơ đ kh i b ñi u n m 2.2.1.1 Kh i m hoá 2.2.1.2 Kh i h p thành (Inference Mechanism) 2.2.1.3 Kh i lu t m (Rule-base) 2.2.1.4 Kh i gi i m (Defuzzifier) 2.2.2 Phân lo i ñi u n m 2.2.3 C u trúc b n c a b ñi u n m 2.3 ĐI U KHI N M NÂNG CAO 2.3.1 H ñi u n thích nghi m 2.3.2 H u n m lai PID 2.4 K T LU N CHƯƠNG Đ u y 12 CHƯƠNG NG D NG B L C TÍCH C C Đ GI M SÓNG HÀI CHO NHÀ MÁY XI MĂNG TÂY NINH 3.1 NH HƯ NG C A T I LÊN LƯ I ĐI N K t qu dịng n ngu n DONG DIEN NGUON KHI CHUA MAC BO LOC AF (isa) 400 300 200 Dong dien i 100 -100 -200 -300 -400 0.05 0.1 0.15 0.2 Thoi gian t 0.25 0.3 Hình 3.7 Dịng n ngu n Phân tích Fourier dịng n Hình 3.8 Phân tích Fourier dịng n 0.35 13 Ta th y dịng n ngu n khơng cịn d ng hình sin n a mà b méo d ng ñi r t nhi u so v i d ng chu n nh hư ng c a thành ph n sóng hài b c cao Các sóng hài b c cao ch y u b c 5, 7, 11, 13, 17, 19 Các thành ph n gây b ch nh lưu Trong thành ph n b c b c chi m t l l n c 3.2 NGUYÊN LÝ ĐI U KHI N M t gi i pháp ñ kh hi n tư ng sóng hài s d ng b l c cơng su t tích c c m c song song v i t i Ch c c a b l c tích c c phát m t dịng n g i dịng bù hài đ kh thành ph n hài gây t i Hình 3.1 c u trúc h th ng m c thêm b l c tích c c Ngu n il is es if is T i phi n il B l c tích c c if Hình 3.9 C u trúc h th ng m c thêm b l c tích c c 3.3 XÂY D NG H TH NG ĐI U KHI N AF 3.3.1 Mơ hình tốn h c T sơ đ ngun lý hình 3.10 ta có cơng th c sau: i fa = ila − isa ; i fb = ilb − isb ; i fc = ilc − isc (3.1) 14 di f dt = v f − vs (3.2) v i v f = γ E L (3.3) γ h s chuy n ñ i nh n giá tr +1 ho c -1 tương ng v i hai m c c a b ngh ch lưu +E ho c –E i fa  1 / L 0  v fa − vsa  d      i fb  =  / L .v fb − vsb  dt    0 / L   v fc − vsc    i fc   (3.4) isa  − Rs / Ls d    isb = dt    isc      (3.5)  isa  esa − vsa  .i  + e − v    sb  sb sb  Ls   esc − vsc  − Rs / Ls  isc      0 − Rs / Ls 3.3.2 C u trúc ñi u n AF Theo tài li u [9] ñ ñi u n AF phát dịng n hài bám theo dịng n hài t i ta th c hi n theo c u trúc hình 3.3 ~ is v T i phi n il if + L vf LPF Khi n ngh ch lưu B PW A M + u Hình 3.11 C u trúc ñi u n AF iref LPF 3.3.3 Xác đ nh dịng n bù hài (iref) Lu n văn s d ng gi i pháp tách dòng ñi n hài b ng b l c thông dãi BPF (Bandpass Filter) 15 Hình 3.12 Gi i pháp xác đ nh dịng n bù hài 3.2.4 LPF (Low pass filter) Đ h n ch nh ng dòng ñi n hài có t n s cao biên đ khơng nh hư ng đáng k , ta dùng b x lý LPF b l c thông th p (Low pass filter) Sơ ñ m ch ñi n hình 3.6 i2 i3 i1 v− Hình 3.14 Sơ ñ m ch ñi n LPF V y hàm truy n ñ t c a b l c là: H ( s) = K = τs + 5,3.10 −5 s + S d ng phương pháp ñi u ch PWM ñ di u n ñóng m van IGBT c a b l c 16 3.4 TÍNH TỐN CÁC THƠNG S C AB L C AF [7] 3.4.1 Xác ñ nh giá tr ñi n áp ngu n m t chi u c p cho ngh ch lưu Giá tr c c ti u c a ñi n áp m t chi u ñư c xác ñ nh: U dc > U s = 2,45U s = U d Thông thư ng ch n ñi n áp m t chi u giá tr : Udc = (1,2 ÷ 1,3)Ud0 Ta tính đư c n áp ngu n m t chi u c p cho ngh ch lưu: Udc = 1,3Ud0 = 1,3.2,45.220 ≈ 700 (V) 3.4.2 Xác ñ nh giá tr n c m L L= Trong đó: V f − Vs E − Vs = 4ξf t 4ξf t + + Vs Vf ñi n áp ñ u c a ngh ch lưu ñi n áp ngu n + ξ biên ñ c a xung tam giác + ft t n s c a xung tam giác Ch n ξ = 10; ft =10kHz, ta ñươc: L= E − Vs 700 − 220 = = 1,2.10 − 4ξf t 4.10.10000 3.4.3 Tính ch n giá tr t n C V y giá tr ñi n dung C là: C= S 47605,8 = = 3,09.10 − ( F ) E.∆U 2πω1 700.35 2.2π 50 17 3.4.4 Xác đ nh l a ch n thơng s van ñi u n 3.5 THI T K B ĐI U KHI N PID Xây d ng hàm truy n ñ t ñ i tư ng D a vào c u trúc h th ng ñi u n hàm truy n ñ t kh i ñã phân tích ta xây d ng sơ ñ kh i c a h th ng ñi u n PID hình 3.15 Vs(s) - Iref(s) Gc(s) + Ks - K τs + + Ls If(s) Hình 3.15 H th ng u n PID Xem khâu ñi u n ngh ch lưu khâu gi vai trò c a m t khâu truy n ñ t 1/1, nghĩa ñ i lư ng ñ u ñ m b o trung thành v i ñ u vào c v module, t n s pha, Ks=1 L bé nên coi Vs=0, hàm truy n đ t đ i tư ng là: G (s) = K s K K = (τs + 1) Ls Ls (τs + 1) Đ i tư ng khâu tích phân –quán tính b c nh t Do b u n t i ưu ñ i x ng s b PI: Gc ( s ) = K P (1 + Trong : + TI = aτ ) TI s 18 + KP = L Kτ a Xác ñ nh 4>a>1 t ñ ñi u ch nh σmax c n có c a h kín, ho c ch n a>1 t yêu c u ch t lư ng ñ ra, a l n, ñ ñi u ch nh nh , a≥4: h khơng có dao đ ng, a ≤1: h kín khơng n đ nh Ch n vùng làm vi c t n s trung bình cao a=3 thơng s : K=1 ; L=1,2.10-3 (H); τ = 0.00077 (s) Hàm truy n ñ t ñ i tư ng : G (s) = K = −3 Ls (τs + 1) 1.210 s (5,3.10 −5 s + 1) Suy : TI = a.τ = 0.0023 KP = L Kτ a = 0.8998 V y b ñi u n PI là: Gc ( s ) = K P (1 + 3.6 THI T K B 1 ) = 0,8998(1 + ) TI s 0.0023.10 − s ĐI U KHI N M vs iref - e u + - τs + + de B ñi u n m Hình 3.16 H th ng u n m Ls if 19 iref, if, e t Hình 3.17 Xây d ng quan h iref if B ñi u n m c n input output Hai ngõ vào (input) sai l ch dịng (e) đ o hàm c a sai l ch (de) M t ngõ (output) tín hi u u n u 3.6.1.1 Bi n ngơn ng mi n giá tr c a Mi n giá tr c a bi n ñ u vào (sai l ch) ñư c ch n là: e = {-10 10}; (đơn v tính: A) e = { NB, NS, ZE, PS, PB} Mi n giá tr c a bi n ñ u vào ñ o hàm c a sai l ch de ñư c ch n là: de = {-50 50} de = { N, Z, P} (ñơn v tính: A/s) 20 Mi n giá tr c a bi n ñ u u u = {-50 , 50} u = { NB, NS, ZE, PS, PB } * Lưu ý : Mi n giá tr c a ba bi n ngơn ng có th thay đ i cho phù h p v i ñi u ki n th c t Các mi n giá tr c a ba bi n ngôn ng ch giá tr ph ng đốn, khơng ph i giá tr xác 3.6.1.2 Xác đ nh hàm liên thu c (membership function) 3.6.1.3 Xây d ng lu t ñi u n B ng lu t ñi u n e NB NS ZE PS PB N NB NB ZE PS PS Z NB NS ZE PS PB P NS NS ZE PB PB de 21 Các lu t ñi u n ñư c thi t l p d a m nh ñ h p thành v i hai ñi u ki n m t k t lu n Hình 3.19 Lu t u n xây d ng b ng MATLAB 3.6.1.4 Lu t h p thành Dùng lu t h p thành Max-Min, gi i m theo phương pháp tr ng tâm 3.6.2 K t qu mô ph ng matlab – simulink Sơ đ mơ hình h th ng có b l c tích c c AF Hình 3.20 Mơ hình h th ng có b l c AF 22 3.6.2.1 K t qu mô ph ng ng v i b ñi u n PID Khi R=0.5( Ω ), L= 0.1.10 −3 ( H ) , E=100(V) DONG DIEN NGUON KHI MAC BO LOC AF (isa) 400 300 200 Dong dien i 100 -100 -200 -300 -400 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian t 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.23 Dịng n c a ngu n sau m c b l c AF Hình 3.24 Ph dịng n c a ngu n sau m c b l c AF 23 Khi R=0.5( Ω ), L= 0.001( H ) , E=100(V) DONG DIEN NGUON KHI MAC BO LOC AF (isa) 400 300 200 Dong dien i 100 -100 -200 -300 -400 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian t 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.27 Dịng n c a ngu n sau m c b l c AF Hình 3.28 Ph dịng n c a ngu n sau m c b l c AF 3.6.2.2 K t qu mô ph ng ng v i b ñi u n m Khi R=0.5( Ω ), L= 0.1.10 −3 ( H ) , E=100(V) 24 DONG DIEN NGUON KHI MAC BO LOC AF (isa) 400 300 200 Dong dien i 100 -100 -200 -300 -400 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian t 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.31 Dịng n c a ngu n sau m c b l c AF Hình 3.32 Ph dịng n c a ngu n sau m c b l c AF 25 Khi R=0.5( Ω ), L= 0.001( H ) , E=100(V) DONG DIEN NGUON KHI MAC BO LOC AF (isa) 400 300 200 Dong dien i 100 -100 -200 -300 -400 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Thoi gian t 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.35 Dịng n c a ngu n sau m c b l c AF Hình 3.36 Ph dịng n c a ngu n sau m c b l c 26 K T LU N VÀ KI N NGH K t lu n Trong b n lu n văn ñã nghiên c u kh o sát ñ t ñư c k t qu sau: - Kh o sát t ng quan v sóng hài, phương pháp l c sóng hài, lý thuy t u n m ñi u n PID - Xây d ng đư c mơ hình mơ ph ng h th ng m ch l c tích c c Matlab Simulink - Mơ ph ng đư c đáp ng c a m ch l c, gi m thi u ñư c sóng hài b c cao c a dịng n ngu n Ki n ngh hư ng nghiên c u ti p theo Nghiên c u gi i quy t toán trư ng h p ngu n khơng lý tư ng t i khơng đ i x ng ... máy xi măng Tây Ninh 1.2.3.1 Gi i thi u chung v nhà máy xi măng Nhà máy Xi măng Tây Ninh có cơng su t 4.000 t n clinker/ngày tương ñương v i 1,5 tri u t n ximăng/năm V i quy trình s n xu t xi măng. .. nguyên t c ñi u n ch n t p m cho bi n ngôn ng cho phép ngư i ta thi t k b ñi u n m khác 12 CHƯƠNG NG D NG B L C TÍCH C C Đ GI M SĨNG HÀI CHO NHÀ MÁY XI MĂNG TÂY NINH 3.1 NH HƯ NG C A T I LÊN... Hình 1.17 Sơ đ cơng ngh dây chuy n s n xu t xi măng 1.2.3.2 Quá trình s n xu t xi măng 1.2.3.3 Gi i thi u v lò quay nung clinker Trong q trình s n xu t xi măng đ i tư ng lị quay nung clinker Hình