(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu giảm sóng hài sử dụng bộ lọc tích cực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÐIỆN – ÐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU GIẢM SÓNG HÀI SỬ DỤNG BỘ LỌC TÍCH CỰC GVHD: TRẦN QUANG THỌ SVTH : VŨ MINH ÐỨC MSSV: 14142080 SKL005432 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2019 PHẦN A GIỚI THIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP HỒ CHÍ MINH NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I Tên đề tài: NGHIÊN CỨU GIẢM SĨNG HÀI SỬ DỤNG BỘ LỌC TÍCH CỰC II Nhiệm vụ: Tổng quan sóng hài Nghiên cứu phương pháp giảm sóng hài tìm hiểu lọc tích cực Xây dựng hệ thống nguồn pha dây có tải phi tuyến sử dụng phần mềm MATLAB/Simulink III Ngày giao nhiệm vụ: IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V Họ tên giáo viên hướng dẫn: GVHD TS TRẦN QUANG THỌ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP II TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Vũ Minh Đức MSSV: 14142080 Lớp 14142CL2 Tên đề tài: Nghiên cứu giảm sóng hài sử dụng lọc tích cực (28/9/2018) (1/10 - 14/10/2018 (15 - 29/10/2018 (11/11 - 24/11/201 (25/11 -3/12/2018 (4- 20/12/2018) (21/12- 31/12/201 10/01/2019 GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) TS Trần Quang Thọ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP III NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  TP Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm 2018 Giáo viên hướng dẫn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP IV NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  TP Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm 2018 Giáo viên phản biện ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP V LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, kinh tế phát triển dựa cơng nghiệp đại Khi đó, phụ tải nhà máy công nghiệp máy cán thép, lò hồ quang nhiều tải phi tuyến khác làm phát sinh sóng hài đáng kể Điều làm ảnh hưởng đến chất lượng điện toàn hệ thống gây tổn hại cho thiết bị điện Có biện pháp hiệu mà doanh nghiệp nhà quản lý hay nghĩ tới, lọc sóng điều hịa bậc cao, trả lại tín hiệu dịng điện điện áp hình sin cho lưới Tuy nhiên, việc ứng dụng thiết bị lọc chưa nhiều rào cản giá thành công nghệ vận hành thiết bị chủ yếu nhập từ nước ngồi Chúng ta biết rằng, có thành phần có tác dụng tích cực, cịn thành phần sóng điều hịa cịn lại có tác dụng ngược lại Nó khơng gây thất mà gây vấn đề như: nổ tụ lọc, tụ bù, cháy van bán dẫn biến đổi, tác động sai máy cắt gây thăng giáng điện áp lưới, gây tải cho hệ thống nguồn cung cấp, đưa nhiễu vào MBA, làm cho điện áp không ổn định gây tổn thất cho hệ thống truyền dẫn, giảm tuổi thọ thiết bị lân cận, gây nhiễu thiết bị điều khiển Việc nghiên cứu sâu thiết bị lọc sóng hài tích cực góp phần làm chủ công nghệ việc chế tạo nên làm giảm giá thành làm chủ trình vận hành, bảo trì bảo dưỡng thiết bị Xuất phát từ ý tưởng nên tác giả nghiên cứu thực đề tài “NGHIÊN CỨU GIẢM SÓNG HÀI SỬ DỤNG BỘ LỌC TÍCH CỰC” Tác giả cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt thời hạn quy định mong nhận ý kiến đóng góp q Thầy/Cơ bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Vũ Minh Đức ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VI LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình làm đồ án, nhóm thực nhận nhiều giúp đỡ động viên từ thầy cô bạn để đồ án hoàn thành tiến độ đạt yêu cầu đề Nhóm thực gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trần Quang Thọ – giảng viên nhận hướng dẫn đồ án tốt nghiệp trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để nhóm em hồn thành tốt đề tài Nhóm thực xin gửi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Chất lượng cao tạo điều kiện tốt cho nhóm hồn thành đề tài Nhóm thực gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 14142CL2 chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Nhóm thực đề tài Vũ Minh Đức ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VII MỤC LỤC PHẦN A GIỚI THIỆU I NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP II LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP III NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN IV NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN V LỜI MỞ ĐẦU VI LỜI CẢM ƠN VII MỤC LỤC VIII LIỆT KÊ HÌNH XI LIỆT KÊ BẢNG XII CÁC CHỮ VIẾT TẮT XIII PHẦN B NỘI DUNG CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.Tính cần thiết đề tài 2.Mục tiêu đề tài 3.Cách tiếp cận 4.Phương pháp nghiên cứu 5.Đối tượng phạm vi nghiên cứu 6.Nội dung 7.Kết 8.Ý nghĩa khoa học Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sóng hài 1.2 Ảnh hưởng sóng hài 1.3.Nguyên nhân gây sóng hài 1.3.1.Máy biến áp 10 1.3.2.Động 10 1.3.3.Các thiết bị hồ quang 11 1.3.4.Các thiết bị điện tử công suất 12 1.4.Các biện pháp lọc sóng hài 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VIII 1.4.1.Bộ lọc thụ động 12 1.4.2.Bộ lọc chủ động 13 1.4.3.Bộ lọc hỗn hợp 14 1.5.Một số tiêu chuẩn sóng hài 15 CHƯƠNG 2.CƠ SỞ LỌC SÓNG HÀI 18 2.1.Đặc điểm loại lọc tích cực 18 2.1.1.Phân loại theo biến đổi công suất 18 2.1.1.1 Bộ lọc VSI 18 2.1.1.2.Bộ lọc CSI 19 2.1.2.Phân loại theo sơ đồ 19 2.1.2.1.Bộ lọc tích cực song song(Shunt Active Fliter-AF) 19 2.1.2.2.Bộ lọc tích cực nối tiếp(Series Active Filter-AFs) 20 2.1.2.3.Bộ lọc tích cực thống nhất(Untified Power Quality Conditioner-UPQC) 20 2.1.3.Phân loại theo nguồn cấp 21 2.1.3.1.Bộ lọc tích cực ba dây 21 2.1.3.2.Bộ lọc tích cực bốn dây 22 2.2.Cấu trúc điều khiển 23 CHƯƠNG 3.BỘ LỌC TÍCH CỰC PWM 24 3.1.Cơ sở phương pháp điều khiển 24 3.1.1.Phương pháp P-Q 24 3.1.2.Phương pháp − 28 3.2.Phương pháp điều chế PWM 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 32 4.1.Cấu hình chung 32 4.2.Đánh giá kết mô 35 4.2.1.Phương pháp tức thời P-Q 35 4.2.1.1.Khi chưa đóng máy cắt 35 4.2.1.2.Khi đóng máy cắt 36 4.2.2.Phương phápI − I 37 4.2.2.1.Khi chưa đóng máy cắt 37 4.2.2.2.Khi đóng máy cắt 38 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP IX  Khối αβ currentt: khối tính tốn dịng điện αβ  Khối Compensaation current: khối chuyển đổi αβ hệ pha 3.1.2.Phương pháp − Phương pháp gọi khung tham chiếu đồng (Synchronous Reference Frame) [5], [6] Ở đây, khung tham chiếu d-q (d trục trực tiếp, q trục vng góc) xác định góc đối θvới khung anpha-beta đưược sử dụng lý thuyết p-q Sự chuyển đổi từ anpha-beta -0 đến d-q-0 cho (8) Nếu trục d nằm theo hướng vector khơng gian điện áp, thành phần thứ tự khơng bất biến, phépp biến đổi đưa Với ma trận chuyển đổi, thỏa mãn: ||S|| =1; = Mỗi thành phần (id, iq) có giá trị trung bình thành phần dc giá trị dao động với thành phần ac ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 28 Chiến lược bù (để giảm sóng hài phản ứng bù công suất) giả định nguồn phảicung cấp giá trị truung bình thành phần trục trực tiếp tải hành Dịng nguồn tham chiếu Từ (9), thành phần trục trực tiếp dòng tải Thành phần dc phưương trình (12) Trong số “dc” hiểu giá trị trung bình biiểu thức dấu ngoặc đơn Dòng nguồn tham chiếu phải pha với điện áp PCC nhhưng khơng có thành phần thứ tự Do thu khung anpha – beta –0 cách nhân (13) vector đơn vị theo hướng không gian điện áp PCC vectơ, trừ thành phần thứ tự không ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 29 Hình 3.3 Mơ Matlab theo phương pháp − Các khối chức năng:  Khối Discrete Virtual PLL: khối tạo tín hiệu sin_cos  Khối abc to dq00: khối chuyển từ tọa độ pha sang dq0  Khối dq0 to abcc: khối chuyển từ tọa đọ dq0 sang hệ phaa 3.2 Phương pháp điều chế PWM Tín hiệu sai lệch dịng sau qua lọc thông thấp điều khiển xử lý thành tín hiệu u, tínn hiệu u so sánh với sóng tam giác có tần số cao tạo thành chuỗi xung có chu kì T tam giác bề rộng xung thhay đổi phụ thuộc ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 30 vào tín hiệu u Chuỗi xung qua khâu relay tạo thành tín hiệu điều khiển van nghịch lưu Hình 3.4 Phương pháp điều chế Hình 3.5 Mô phương pháp điều chế tronng Matlab ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 31 CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 4.1.Cấu hình chung Hình 4.1 Thơng số nguồn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 32 Hình 4.2 Mơ hình tải phi tuyến Hình 4.3 Cài đặt thời gian đóng máy cắt đưa dịng bù lọc vào nguồn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 33 Hình 4.4 Dạng sóng dịng điện tải Hìình 4.5 Dạng sóng dịng điện nguồn Hai phương pháp mơ có nguồn tải khác ổ chỗ dùng phương pháp lọc sóng hài khác ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 34 4.2 Đánh giá kết mô 4.2.1.Phương pháp tức thời P-Q 4.2.1.1.Khi chưa đóngg máy cắt Hình 4.6 Dạng sóng nguồn thời điểm t0.5s Hình 4.9 Sóng hài thời điểm t=0.84s với THDD=4.35% Quan sát hình 4.8 kết hình 4.9 thấy dạng song nguồn dịng điện quay lại gần giống với hình sin, độ méo song hài giảm nhiều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 36 4.2.2.Phương pháp − 4.2.2.1.Khi chưa đóngg máy cắt Hình 4.10 Dạng sóng nguồn thởi điểm t0.5s ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 38 Hình 4.13 Sóng hài thời điểm t=0.84s với THD=1.03% Dựa vào kết hình 4.13 dạng sóng hình 4.12 thấy dạng sóng dịng điện nguồn theo phương pháp quay trở lại hình sin với độ méo sóng hài giảm nhiều Bảng 4.1: Kết khảo sát sóng hài dịng điện nguồn trước sau lọc tích cực Phương pháp PQ tức thời DQ Kết bảng 4.1 cho thấy phương pháp DQ đề xuất có THD dịng điện 1,03% thấp nhiều so với phương pháp PQ tức thời có THD 4,35% điều kiện nguồn tải Điều cho thấy hiệu lọc sóng hài phương pháp DQ so với phương pháp PQ tức thời việc tính tốn giảm nhiều ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 39 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Đề tài dã hoàn thành mục tiêu đề nghiên cứu:  Tìm hiểu lọc để áp dụng phương pháp hiệu vào việc giảm sóng hài tải phi tuyến gây  Mô phương pháp nêu việc giảm sóng hài đạt hiệu mong muốn  Phương pháp đề xuất làm giảm khối lượng tính tốn xuống  Mơ hình mơ dễ dàng đưa xuống phần cứng 5.2 Hướng phát triển  Cần kết hợp thêm lọc thụ động để giảm sóng hài triệt để  Cần nghiên cứu thêm phương pháp khác kết hợp với mơ hình hệ thống khác để tìm phương pháp phù hợp cho hệ thống cho giống với yêu cầu thực tế  Kết hợp thêm hệ thống UPS (Uninterruptible Power Supply) hệ thống nguồn cung cấp liên tụcvào hệ thống để đề phòng bị ngắt điện đột ngột  Đưa xuống thực nghiên cứu phần cứng kết mô xác ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]H Akagi, Y Kanazawa, and A Nabae, “Instantaneous Reactive Power Compensators Comprising Switching Devices without Energy Storage Components Ler p,” vol I, no 3, pp 625–630, 1984 [2]F Z Peng, S Member, G W Ott, and D J Adams, “Harmonic and Reactive Power Compensation Based on the Generalized Instantaneous Reactive Power Theory for ThreePhase Four-Wire Systems,” vol 13, no 6, pp 1174–1181, 1998 [3]H Kim, “The Theory of Instantaneous Power in Three-phase Four-Wire Systems:,” 1999 [4]J Afonso, C Couto, and J Martins, “Active Filters with Control Based on the p-q Theory,” vol 47, pp 5–10, 2000 [5]E H W M.Aredes, “New control algorithms for series and shunt three- phase fourwire active power filters,” vol 10, no 3, pp 1649–1656, 1995 [6]V Soares, P Verdelho, and G D Marques, “An Instantaneous Active and Reactive Current Component Method for Active Filters,” vol 15, no 4, pp 660–669, 2000 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 41 ... lọc RC Bộ lọc LC Bộ lọc hỗn hợp Bộ lọc VSI Bộ lọc CSI Bộ lọc tích cực song song Bộ lọc tích cực AFs Bộ lọc tích cực thống Bộ lọc tích cực ba dây Bộ lọc tích cực dây có Bộ lọc tích cực dây Nguồn... NGHIÊN CỨU GIẢM SĨNG HÀI SỬ DỤNG BỘ LỌC TÍCH CỰC II Nhiệm vụ: Tổng quan sóng hài Nghiên cứu phương pháp giảm sóng hài tìm hiểu lọc tích cực Xây dựng hệ thống nguồn pha dây có tải phi tuyến sử dụng. .. Phânloạitheosơđồtacó bộlọctíchcựcsongsongAF,bộlọctíchcựcnối tiếpAFsvàbộlọctíchcựcthốngnhấtUPQC 2.1.2.1 Bộ lọc tích cực song song (Shunt Active Fliter-AF)) Hình 2.3 Bộ lọc tích cực song song AF ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP