Nội dung

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LƢƠNG TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU BỘ LỌC TÍCH CỰC ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LƢƠNG TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU BỘ LỌC TÍCH CỰC ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. TRẦN XUÂN MINH PHÒNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Lƣơng Trung Hiếu Học viên: Lớp cao học K20, Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Đại học Thái Nguyên. Nơi công tác: Công ty Điện lực Thái Nguyên Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu bộ lọc tích cực để cải thiện chất lượng điện năng cho luới điện phân phối”. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Tôi xin cam đoan những vấn đề đƣợc trình bày trong bản luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Trần Xuân Minh và sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Điện, Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Mọi thông tin trích dẫn trong luận văn này đã đƣợc ghi rõ nguồn gốc. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này. Thái Nguyên, ngày tháng 5 năm 2019 Học viên thực hiện Lƣơng Trung Hiếu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS. Trần Xuân Minh, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn luận văn cho tôi. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tốt nhất để tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn những đóng góp quý báu của các bạn cung lớp động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ quan xí nghiệp đã giúp tôi khảo sát tìm hiểu thực tế và lấy số liệu phục vụ cho luận văn. Cuối cùng, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thiện luận văn này. Thái Nguyên, ngày tháng 5 năm 2019 Học viên Lƣơng Trung Hiếu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. ii MỤC LỤC ...................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT ...................................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................ vii DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ ............................................ viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1 1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................... 1 2. Nội dung nghiên cứu của đề tài................................................................... 1 3. Kết quả dự kiến ........................................................................................... 1 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................... 2 5. Công cụ, thiết bị nghiên cứu ....................................................................... 2 6. Bố cục đề tài ................................................................................................ 2 7. Kế hoạch thực hiện...................................................................................... 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI - LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP .................................................................................................... 3 1.1. Tổng quan chung ...................................................................................... 3 1.1.1. Định nghĩa lƣới điện trung áp ............................................................... 3 1.1.2. Phân loại lƣới điện trung áp .................................................................. 3 1.1.3. Vai trò của lƣới điện trung áp ............................................................... 4 1.1.4. Các phần tử chính của lƣới điện trung áp ............................................. 4 1.1.5. Cấu trúc của lƣới điện trung áp ............................................................. 6 1.1.6. Đặc điểm của lƣới điện trung áp ......................................................... 10 1.2. Hiện trạng lƣới điện trung áp tại Việt Nam ........................................... 11 1.2.1. Tình hình phát triển lƣới điện trung áp ............................................... 11 1.2.2. Tình hình phát triển phụ tải điện ......................................................... 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv 1.3. Kết luận chƣơng 1 .................................................................................. 12 Chƣơng 2. SÓNG HÀI BẬC CAO VÀ PHƢƠNG PHÁP KHỬ SÓNG HÀI .... 15 2.1. Đặt vấn đề............................................................................................... 15 2.2. Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao ..................................................... 15 2.2.1. Ảnh hƣởng của sóng điều hòa bậc cao và quy định giới hạn thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lƣới điện .................................................... 20 2.2.2. Một số nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp .............. 22 2.3. Phƣơng pháp khử sóng hài bậc cao........................................................ 27 2.3.1. Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao .............................................................. 27 2.3.2. Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực .............................. 2.3.3. Bộ lọc hỗn hợp .................................................................................... 39 2.3.4. Các thiết bị bù công suất phản kháng ................................................. 40 2.4. Kết luận chƣơng 2 .................................................................................. 48 Chƣơng 3. THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CHO PHỤ TẢI PHI TUYẾN ............................................. 49 3.1. Đặt vấn đề............................................................................................... 49 3.2. Lý thuyết về phƣơng pháp lọc tích cực .................................................. 49 3.2.1. Các phƣơng pháp lọc tích cực dựa trên miền tần số ........................... 49 3.2.2. Các phƣơng pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian ...................... 50 3.3. Mô hình bể điện phân ............................................................................. 56 3.4. Cấu trúc của bộ lọc tích cực ................................................................... 60 3.5. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................. 72 Chƣơng 4. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ... 74 4.1. Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink [4] ............ 74 4.1.1. Nguồn xoay chiều 3 pha...................................................................... 74 4.1.2. Khối mạch lực ..................................................................................... 74 4.1.3. Khối điều khiển dòng .......................................................................... 76 4.1.6. Khâu lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha .............................. 81 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn v 4.1.7. Khâu đo dòng điện, điện áp ................................................................ 82 4.2. Sơ đồ và kết quả mô phỏng .................................................................... 82 4.2.1. Mô phỏng trƣờng hợp chƣa có bộ lọc tích cực ................................... 83 4.2.2. Mô phỏng trƣờng hợp có bộ lọc tích cực ............................................ 87 4.4. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................. 93 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 95 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT Thuật ngữ đầy đủ Chữ viết tắt Chú thích CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng DSVC Dynamic - Static Var Compensation FACTS Flexible alternating current transmission systems FC Fixed Capacitor FC-TCR Fixed Capacitor - Thyristor controller Reactor PF Power factor SSSC Static Synchronous Series Controllers SVC Static Var Compensation STATCOM Static Synchronous Compensator TCR Thyristor controller Reactor TCSC Thyristor Controlled Series Compensation TSC Thyristor Switched Capacitor Hệ số công suất Bù công suất kiểu tĩnh Đơn vị Var Volt-ampere reactive công suất phản kháng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp ................. 21 Bảng 2.2. Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu dòng điện ............. 21 Bảng 2.3: IEC 1000-3-4 ............................................................................ 22 Bảng 3.1: Modul vector biên trái, biên phải bằng các thành phần điện áp us, us ............................................................................ 70 Bảng 3.2: Thuật toán điều chế vector không gian ..................................... 71 Bảng 4.1. Tỷ lệ các thành phần dòng điều hòa trong dòng điện nguồn .......... 85 Bảng 4.2: Giá trị các thành phần sóng điều hòa trong dòng điện nguồn......... 90 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia ................................................... 8 Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn ............................. 8 Hình 1.3: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp ................ 8 Hình 1.4: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập ....... 9 Hình 1.5. Sơ đồ lƣới điện kiểu đƣờng trục ............................................... 9 Hình 1.6: Sơ đồ lƣới điện có đƣờng dây dự phòng chung........................ 9 Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện ............................................... 10 Hình 2.1: a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ không sin) ............................................................................... 16 Hình 2.2: Các thành phần sóng điều hòa ................................................ 17 Hình 2.3: Phân tích Fn thành an và bn ...................................................... 18 Hình 2.4: Phổ của các thành phần điều hòa ............................................ 19 Hình 2.5: Mô hình chỉnh lƣu cầu Đi ốt 1 pha ......................................... 23 Hình 2.6: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lƣu cầu Đi ốt 1 pha......... 23 Hình 2.7: Chỉnh lƣu cầu Đi ốt 1 pha, dạng dòng điện và phổ ................ 23 Hình 2.8: Mô hình chỉnh lƣu cầu Đi ốt 3 pha ......................................... 24 Hình 2.9: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lƣu cầu Đi ốt 3 pha......... 24 Hình 2.10: Chỉnh lƣu cầu Đi ốt 3 pha, dạng dòng điện và phổ ................ 25 Hình 2.11: Chỉnh lƣu Thyristor cầu 3 pha ................................................ 25 Hình 2.12: Dòng điện pha A ..................................................................... 26 Hình 2.13: Dạng dòng điện iA và phổ ....................................................... 26 Hình 2.14: Bộ lọc RC ............................................................................... 28 Hình 2.15: Bộ lọc LC ................................................................................ 29 Hình 2.16: Sơ đồ mô phỏng hệ thống khi chƣa có bộ lọc thụ động ......... 29 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn