Các số liệu và hàm tối ưu được đưa vào môi trường Matlab để tính toán, chi tiết các dòng lệnh được thể hiện ở phần phụ lục.
53
Bậc sóng hài Thông số Phân bố đều Phân bố tối ưu
5
Q5 (MVar) 1.855 4.7634
C5 (µF) 4.6065 11.8288
L5 (mH) 97.4862 37.9641
Chi phí 2.9299e+009 2.9683e+009
7
Q7 (MVar) 1.855 1.4072
C7 (µF) 4.7111 3.5739
L7 (mH) 48.6332 64.1091
Chi phí 8.7200e+008 7.4550e+008
11
Q11 (MVar) 1.855 0.6831
C11 (µF) 4.7760 1.7588
L11 (mH) 19.4270 52.7546
Chi phí 6.6935e+008 3.1020e+008
13
Q13 (MVar) 1.855 0.5663
C13 (µF) 4.7885 1.4619
L13 (mH) 13.8728 45.4405
Chi phí 6.4050e+008 2.4639e+008 Chi phí tính toán của từng
phương án
5.1117e+009 4.2704e+009
Chênh lệch về chi phí tính toán giữa hai phương án
16.4586 %
Đồ thị biểu diễn chi phí tính toán cho từng loại bộ lọc theo các phương án phân bố đều và phân bố tối ưu
54
Nhận xét:
Kết quả tính toán cho thấy rằng phương pháp phân bố đều lượng công suất phản kháng cần phát cho các bộ lọc sẽ có chi phí tính toán lớn hơn rất nhiều so với phương án phân bố tối ưu. Giải pháp phân bố tối ưu có chi phí tính toán thấp hơn tới 16% so với phân bố đều đơn giản.
Các tham số tính toán được trên đây chỉ mang tính chất minh họa, các giá trị này sẽ thay đổi tùy theo từng tình huống với các giá trị cụ thể.
0.00E+00 5.00E+08 1.00E+09 1.50E+09 2.00E+09 2.50E+09 3.00E+09 3.50E+09 Bậc 5 Bậc 7 Bậc 11 Bậc 13
Chi phí tính toán cho từng loại bộ lọc
Phân bố đều Phân bố tối ưu
55
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 5.1 Kết luận
Luận văn đã nghiên cứu về các hiện tượng chất lượng điện năng, tập trung chủ yếu và sóng hài trong hệ thống điện. Các nguyên nhân, nguồn phát ra sóng hài, ảnh hưởng của sóng hài đến các thiết bị và hệ thống điện đã được phân tích chi tiết. Các giải pháp loại trừ sóng hài đã được trình bày một cách tổng hợp bao gồm nhiều phương thức như dùng bộ lọc thụ động, bộ lọc tích cực hoặc bộ lọc lại ghép cùng nhiều giải pháp khác liên quan đến hệ thống.
Giải pháp loại trừ sóng hài bằng các bộ lọc thụ động được đề xuất trong nội dung chính của luận văn. Đây là giải pháp có chi phí thấp, bộ lọc dễ dàng bảo trì lắp đặt do đó được sử dụng khá phổ biến. Tuy nhiên bộ lọc loại này cũng có một số nhược điểm như có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng song song với hệ thống, đặc tính lọc của bộ lọc thay đổi tùy theo hệ thống (tổng trở của hệ thống), các thiết bị bị già hóa theo thời gian có thể làm đặc tính lọc bị biến đổi. Trong công nghiệp thì bộ lọc công hưởng đơn (single tuned filter) được sử dụng phổ biến nhất, do đó luận văn cũng tập trung nghiên cứu về bộ lọc này.
Luận văn đã trình bày qui trình cần thiết để tính toán lựa chọn một bộ lọc cộng hưởng đơn làm tiền đề cho việc tính toán khi có nhiều bộ lọc cộng hưởng đơn cùng làm việc.
Với trường hợp cần lắp đặt nhiều bộ lọc cộng hưởng đơn với các tần số cộng hưởng khác nhau thì vấn đề nảy sinh là cực tiểu hóa chi phí cho hệ các bộ lọc này.
Luận văn đã xây dựng mối liên hệ giữa lượng công suất phản kháng các bộ lọc cần phát và tham số của các phần tử của bộ lọc, từ đó tìm ra các chi phí tính toán cần thiết cho từng bộ lọc riêng lẻ. Khi ghép nhiều bộ lọc đơn với nhau thì điều kiện ràng buộc sẽ là tổng công suất phản kháng của hệ bộ lọc phải bằng lượng CSPK yêu cầu của phụ tải để nâng cao hệ số công suất.
56
Dựa trên ràng buộc này và hàm chi phí tính toán đã được xây dựng, luận văn đã sử dụng công cụ tính toán tối ưu trong Matlab để tìm cực tiểu chi phí. Hàm trong
Matlab được sử dụng là hàm “fmincon”.
Kết quả tính toán cho thấy rằng, với các số liệu như trong ví dụ được trình bày thì phương án phân bố tối ưu công suất phản kháng cho các bộ lọc sẽ đem lại chi phí tính toán nhỏ hơn tới 16% so với phương án tính toán phân bố đều đơn giản.
5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai
Luận văn mới dừng ở nghiên cứu đối với bộ lọc cộng hưởng đơn, tuy nhiên còn nhiều loại bộ lọc thụ động với cấu hình khác, các loại bộ lọc này sẽ là hướng nghiên cứu của luận văn trong tương lai.
Thêm vào đó, trong tương lai luận văn có thể đi sâu nghiên cứu trường hợp công suất của các bộ tụ không phải là liên tục mà là các biến rời rạc. Đây cũng chính là hiện trạng thực tế do các nhà sản xuất tụ thường chỉ sản xuất theo các gam công suất cố định và rất khó để có thể đặt hàng bộ tụ với tham số bất kỳ.
57
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Zubair Ahmed Memon, Mohamm Aslam Uquaili. Harmonics Mitigation of Industrial
Power System Using Passive Filters. Mehran University Research Journal of Engineering
& Technology. April, 2012, Vol. 31, 2.
2. An Investigation on the Selection of Filter Topologies for Passive Filter Applications.
Alexandre B. Nassif, Wilsun Xu, Walmir Freitas. 3, s.l. : IEEE Transactions on Power Delivery, 2009, Vol. 24.
3. Rosa, Francisco C. De La. Harmonics and Power Systems. s.l. : CRC Press, 2008. 4. Ewald Fuchs, Mohammad A. S. Masoum. Power Quality in Power Systems and
Electrical Machines. s.l. : Elsevier Academic Press , 2008. ISBN: 978-0123695369.
5. Lê Trọng Vinh, Trần Minh Toàn. Giáo trình phương pháp tính và Matlab. s.l. : Nhà
58
PHỤ LỤC
Phụ lục này trình bày các câu lệnh đã được sử dụng trong Matlab để tính toán cho ví dụ tại Chương 4 của luận văn.
clc
clear all close all format short
% Bac song hai can loai tru h5=4.75;
h7=6.65; h11=10.45; h13=12.35;
% Dien ap dinh muc cua mang dien v=35000;
% Bien do cac thanh phan song hai I5=60.3;
I7=17.3; I11=8; I13=6.5;
% Chi phi cho tu va khang KCcodinh=2E6;
KCphuthuoc=150; KLcodinh=2.5E6; KLphuthuoc=250;
% Gia thanh 1kWh dien nang ton that c=0.7;
% He so chat luong cua bo loc Q=40;
% he so ton hao cong suat trong bo tu kc=0.4E-3;
% Tong luong CSPK yeu cau Qyeucau=7.42E6;
% He so qui doi dong tien ve thoi gian hien tai Pv=10.38;
% Cac he so cua bo loc bac 5 m5=3*h5^2*v/(h5^2-1); A05=m5; A5=1/(3*v^2); B5=9*I5^4*v^2/(h5^2); C5=I5^2+3*I5^2/h5^2; n5=3; D05=n5; D5=1/(9*(h5^2-1)^2); E5=I5^4*v^4*h5^2/(h5^2-1)^2; F5=(h5^2*v^2*I5^2+v^2*I5^2)/(3*(h5^2-1)^2);
59 % Cac he so cua bo loc bac 7
m7=3*h7^2*v/(h7^2-1); A7=1/(3*v^2); B7=9*I7^4*v^2/(h7^2); C7=I7^2+3*I7^2/h7^2; n7=3; D7=1/(9*(h7^2-1)^2); E7=I7^4*v^4*h7^2/(h7^2-1)^2; F7=(h7^2*v^2*I7^2+v^2*I7^2)/(3*(h7^2-1)^2); % Cac he so cua bo loc bac 11
m11=3*h11^2*v/(h11^2-1); A11=1/(3*v^2); B11=9*I11^4*v^2/(h11^2); C11=I11^2+3*I11^2/h11^2; n11=3; D11=1/(9*(h11^2-1)^2); E11=I11^4*v^4*h11^2/(h11^2-1)^2; F11=(h11^2*v^2*I11^2+v^2*I11^2)/(3*(h11^2-1)^2);
% Cac he so cua bo loc bac 13 m13=3*h13^2*v/(h13^2-1); A13=1/(3*v^2); B13=9*I13^4*v^2/(h13^2); C13=I13^2+3*I13^2/h13^2; n13=3; D13=1/(9*(h13^2-1)^2); E13=I13^4*v^4*h13^2/(h13^2-1)^2; F13=(h13^2*v^2*I13^2+v^2*I13^2)/(3*(h13^2-1)^2); %====================================================================% Thiet lap ham
fun = @(x) ((KCcodinh+KCphuthuoc*(m5*sqrt(A5*x(1)^2+B5*x(1)^- 2+C5))+(Pv*8760*kc*x(1)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n5*sqrt(D5*x(1)^2+E5*x(1)^-2+F5)))+... (Pv*8760*c*(x(1)^2/(3*v^2)+I5^2)*h5*v^2/((h5^2-1)*Q*x(1)))+... (KCcodinh+KCphuthuoc*(m7*sqrt(A7*x(2)^2+B7*x(2)^- 2+C7))+(Pv*8760*kc*x(2)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n7*sqrt(D7*x(2)^2+E7*x(2)^-2+F7)))+... (Pv*8760*c*(x(2)^2/(3*v^2)+I7^2)*h7*v^2/((h7^2-1)*Q*x(2)))+... (KCcodinh+KCphuthuoc*(m11*sqrt(A11*x(3)^2+B11*x(3)^- 2+C11))+(Pv*8760*kc*x(3)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n11*sqrt(D11*x(3)^2+E11*x(3)^-2+F11)))+... (Pv*8760*c*(x(3)^2/(3*v^2)+I11^2)*h11*v^2/((h11^2-1)*Q*x(3)))+... (KCcodinh+KCphuthuoc*(m13*sqrt(A13*x(4)^2+B13*x(4)^- 2+C13))+(Pv*8760*kc*x(4)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n13*sqrt(D13*x(4)^2+E13*x(4)^-2+F13)))+... (Pv*8760*c*(x(4)^2/(3*v^2)+I13^2)*h13*v^2/((h13^2-1)*Q*x(4)))); % Cac rang buoc
60 constr = @(x) sum(x);
Aeq = [1 1 1 1]; beq = Qyeucau; lb = zeros(1,4);
% Nghiem khoi dau va cac lua chon khi tinh x0 = [200;200;200;200];
options = optimset('Algorithm','interior-point'); % Lenh tinh toan tim cuc tieu
[x, fval] = fmincon(fun,x0,[],[],Aeq,beq,lb,[],[],options); % Hien thi ket qua
disp('Cong suat cua moi bo loc theo tinh toan phan bo toi uu (MVar)') disp(['x = ']);disp(x*10^-6)
disp('Ham chi phi tinh toan theo phan bo toi uu'); disp(fval) Q5=x(1); Q7=x(2); Q11=x(3); Q13=x(4);
disp('Chi phi tinh toan cho tung bo loc theo phan bo toi uu') K5TU=(KCcodinh+KCphuthuoc*(m5*sqrt(A5*x(1)^2+B5*x(1)^- 2+C5))+(Pv*8760*kc*x(1)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n5*sqrt(D5*x(1)^2+E5*x(1)^-2+F5)))+... (Pv*8760*c*(x(1)^2/(3*v^2)+I5^2)*h5*v^2/((h5^2-1)*Q*x(1))) K7TU=(KCcodinh+KCphuthuoc*(m7*sqrt(A7*x(2)^2+B7*x(2)^- 2+C7))+(Pv*8760*kc*x(2)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n7*sqrt(D7*x(2)^2+E7*x(2)^-2+F7)))+... (Pv*8760*c*(x(2)^2/(3*v^2)+I7^2)*h7*v^2/((h7^2-1)*Q*x(2))) K11TU=(KCcodinh+KCphuthuoc*(m11*sqrt(A11*x(3)^2+B11*x(3)^- 2+C11))+(Pv*8760*kc*x(3)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n11*sqrt(D11*x(3)^2+E11*x(3)^-2+F11)))+... (Pv*8760*c*(x(3)^2/(3*v^2)+I11^2)*h11*v^2/((h11^2-1)*Q*x(3))) K13TU=(KCcodinh+KCphuthuoc*(m13*sqrt(A13*x(4)^2+B13*x(4)^- 2+C13))+(Pv*8760*kc*x(4)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n13*sqrt(D13*x(4)^2+E13*x(4)^-2+F13)))+... (Pv*8760*c*(x(4)^2/(3*v^2)+I13^2)*h13*v^2/((h13^2-1)*Q*x(4)))
% Tinh toan voi truong hop luong CSPK duoc chia deu cho cac bo loc x(1)=Qyeucau/4; x(2)=x(1); x(3)=x(1); x(4)=x(1);
disp('Chi phi tinh toan cho tung bo loc theo phan bo deu') K5PBD=(KCcodinh+KCphuthuoc*(m5*sqrt(A5*x(1)^2+B5*x(1)^- 2+C5))+(Pv*8760*kc*x(1)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n5*sqrt(D5*x(1)^2+E5*x(1)^-2+F5)))+... (Pv*8760*c*(x(1)^2/(3*v^2)+I5^2)*h5*v^2/((h5^2-1)*Q*x(1))) K7PBD=(KCcodinh+KCphuthuoc*(m7*sqrt(A7*x(2)^2+B7*x(2)^- 2+C7))+(Pv*8760*kc*x(2)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n7*sqrt(D7*x(2)^2+E7*x(2)^-2+F7)))+... (Pv*8760*c*(x(2)^2/(3*v^2)+I7^2)*h7*v^2/((h7^2-1)*Q*x(2)))
61 K11PBD=(KCcodinh+KCphuthuoc*(m11*sqrt(A11*x(3)^2+B11*x(3)^- 2+C11))+(Pv*8760*kc*x(3)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n11*sqrt(D11*x(3)^2+E11*x(3)^-2+F11)))+... (Pv*8760*c*(x(3)^2/(3*v^2)+I11^2)*h11*v^2/((h11^2-1)*Q*x(3))) K13PBD=(KCcodinh+KCphuthuoc*(m13*sqrt(A13*x(4)^2+B13*x(4)^- 2+C13))+(Pv*8760*kc*x(4)*c))+... (KLcodinh+KLphuthuoc*(n13*sqrt(D13*x(4)^2+E13*x(4)^-2+F13)))+... (Pv*8760*c*(x(4)^2/(3*v^2)+I13^2)*h13*v^2/((h13^2-1)*Q*x(4))) KQ_phan_bo_deu =(K5PBD+K7PBD+K11PBD+K13PBD);
disp('Ham chi phi tinh toan theo phan bo deu'); disp(KQ_phan_bo_deu) Hieu_qua=100*(KQ_phan_bo_deu-fval)/KQ_phan_bo_deu
% Tham so cua cac phan tu cua cac bo loc (C: mF; L; mH) disp('Tham so cua cac phan tu voi phan bo toi uu') Xc5=(h5^2*v^2/(h5^2-1))/Q5; C5=1E6/(2*pi*50*Xc5) XL5=Xc5/h5^2; L5=XL5*1000/(2*pi*50) Xc7=(h7^2*v^2/(h7^2-1))/Q7; C7=1E6/(2*pi*50*Xc7) XL7=Xc7/h7^2; L7=XL7*1000/(2*pi*50) Xc11=(h11^2*v^2/(h11^2-1))/Q11; C11=1E6/(2*pi*50*Xc11) XL11=Xc11/h11^2; L11=XL11*1000/(2*pi*50) Xc13=(h13^2*v^2/(h13^2-1))/Q13; C13=1E6/(2*pi*50*Xc13) XL13=Xc13/h13^2; L13=XL13*1000/(2*pi*50)
disp('Tham so cua cac phan tu voi phan bo deu') Xc5=(h5^2*v^2/(h5^2-1))/x(1); C5=1E6/(2*pi*50*Xc5) XL5=Xc5/h5^2; L5=XL5*1000/(2*pi*50) Xc7=(h7^2*v^2/(h7^2-1))/x(2); C7=1E6/(2*pi*50*Xc7) XL7=Xc7/h7^2; L7=XL7*1000/(2*pi*50) Xc11=(h11^2*v^2/(h11^2-1))/x(3); C11=1E6/(2*pi*50*Xc11) XL11=Xc11/h11^2; L11=XL11*1000/(2*pi*50) Xc13=(h13^2*v^2/(h13^2-1))/x(4); C13=1E6/(2*pi*50*Xc13) XL13=Xc13/h13^2; L13=XL13*1000/(2*pi*50)