Đề tài: Ứng dụng bộ lọc tích cực để giảm sóng hài cho lưới điện nhà máy xi măng Tây Ninh

Chia sẻ: Dung Nguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

122
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay các nhà máy luyện thép, cán thép và nhà máy xi măng sử dụng các động cơ công suất lớn có tốc độ thay đổi sinh ra sóng điều hòa bậc cao làm tổn thất công suất, dao động điện áp, gây tiếng ồn, hệ số công suất thấp, làm ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ điện khác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: 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 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng - Năm 2012
2 Công trình ñư c hoàn 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 HOÀNG MAI Lu n văn ñư 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 9 tháng 6 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.
3 M Đ U 1. Lý do ch n ñ tài Hi n nay các nhà máy luy n thép, cán thép và nhà máy xi măng s d ng các ñ ng cơ công su t l n có t c ñ thay ñ i sinh ra sóng ñi u hòa b c cao và làm t n th t công su t, dao ñ ng ñi n áp, gây ti ng n, h s công su t th p, làm nh hư ng ñ n các h tiêu th ñi n khác. Sóng ñi u hòa b c cao s làm méo d ng (THD) dòng ñi n và ñi n áp c a h th ng ñi n, c n ph i có ñ bi n pháp l c ñ tr l i tín hi u dòng ñi n và ñi n áp hình sin cho lư i nâng cao ch t lư ng ñi n c a h th ng. 2. Đ i tư ng nghiên c u Đ i Tư ng Nghiên C u là B l c tích c c 3. Phương pháp nghiên c u và k t qu th c hi n ñư c - Nghiên c u lý thuy t - Mô ph ng trên matlab/simulink 4. C u trúc c a lu n văn C u trúc lu n văn g m ph n m ñ u, 3 chương n i dung, ph n k t lu n và ki n ngh : M Đ U Chương 1 - TÌM HI U V SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP L C SÓNG HÀI Chương 2 - T NG QUAN V LÝ THUY T ĐI U KHI N M Chương 3 - 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
4 CHƯƠNG 1 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 ñ ng ch có tác d ng h n ch m t s hài b c cao cho các ph t i có ñ c tính phi tuy n tĩnh. Đ i v i các ph t i ñ ng có ñ c tuy n phi tuy n t c th i luôn bi n ñ ng như 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 ñ ñánh giá sóng ñi u hòa là h s méo d ng THD (Total Harmonic Distortion): - H s méo d ng dòng ñi n: ∞ ∑I n=2 2 n THD = (1.2) I1 Trong ñó : I1 : biên ñ thành ph n dòng cơ b n In : biên ñ thành ph n dòng ñi u hòa b c n
5 1.2.2. Các ngu n t o sóng ñi u hòa 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 công 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 và clinker khép kín b ng công ngh lò quay hi n ñ i c a Đ c s giúp h n ch gây ô nhi m môi trư ng, gi m thi u các ch t th i ñ c h i. Hình 1.17. Sơ ñ công ngh dây chuy n s n xu t xi măng
6 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 quá trình s n xu t xi măng ñ i tư ng chính là lò quay nung clinker. Hình 1.17. Lò quay nung clinker Đây là ñ i tư ng phi tuy n, làm nh hư ng ñ n h th ng truy n t i và phân ph i ñi n năng. Trong quá trình v n hành nó gây ra m t s v n ñ như bơm ngư c sóng ñi u hòa b c cao làm méo d ng sóng dòng ñi n, gây t n th t cho h th ng truy n d n, làm gi m tu i th c a các thi t b lân c n. Do ñó tác gi ch n ñ i tư ng này ñ nghiên c u s tác ñ ng c a nó ñ n lư i ñi n. H th ng cung c p ñi n cho lò quay là h th ng ch nh lưu không ñi u khi n, có nhi m v c p ngu n DC cho ñ ng cơ chính c a lò quay. Đ ng cơ chính có s li u như sau: - Type: 1HQ7453-5ZH40_2ZV1-Z - Power : 560 kW
7 - Speed: 100-1000r/min - Voltage: 660V DC 1.2.4. nh hư ng c a sóng ñi u hòa b c cao - Làm tăng phát nóng c a dây d n ñi n, thi t b ñi n. - Gây nh hư ng ñ n ho t ñ ng c a các thi t b b o v (tác ñ ng sai) - nh hư ng ñ n sai s c a các thi t b ño, làm cho k t qu ño b sai l ch. - Làm cho t b quá nhi t và có th d n t i phá h y ch t ñi n môi. - Làm các thi t b s d ng ñi n và ñèn chi u sáng b ch p ch n. - Gây nh hư ng t i các thi t b vi n thông Trên th gi i ñưa ra m t s tiêu chu n như IEEE std 519, IEC 1000-4-3 v gi i h n thành ph n sóng ñi u hòa b c cao trên lư i. T i Vi t Nam, ngày 30/7/2010 B Công thương cũng ñưa ra thông tư 32/2010/TT-BCT quy ñ nh v h th ng phân ph i ñi n trong ñó có yêu c u v sóng hài.
8 1.3. CÁC B L C SÓNG ĐI U HÒA 1.3.1. B l c th ñ 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 công 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 ñ i công 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)
9 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 1 Ta th y sóng ñi u hòa 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 ra các t n th t…Như v y ñ c i thi n ch t lư ng ñi n năng thì c n ph i l c các thành ph n dòng ñi u hòa b c cao. Có nhi u thi t b khác nhau có th th c hi n l c dòng ñi 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 và phương pháp phù h p.
10 CHƯƠNG 2 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 khi n m Đ u vào Đ u ra x H p thành Gi i m y (Inference Mechanism) (Defuzzifiers) Kh i m hóa (Fuzzifiers) Lu t m (Rule-base) Hình 2.1. Sơ ñ kh i b ñi u khi 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 khi n m 2.2.3. C u trúc cơ b n c a b ñi u khi n m 2.3. ĐI U KHI N M NÂNG CAO 2.3.1. H ñi u khi n thích nghi m 2.3.2. H ñi u khi n m lai PID 2.4. K T LU N CHƯƠNG 2
11 Vi c áp d ng lô-gic m ñã cho t o ra các b ñi u khi n m , m lai, ... v i nh ng tính ch t khá t t nh m ñáp ng yêu c u trong ñi u khi n t ñ ng, ví d ñi u khi n các ñ i tư ng ph c t p. Ngoài ra, các b ñi u khi n m cho phép l p l i các tính ch t c a các b ñi u khi n kinh ñi n. Thi t k b ñi u khi n m cũng r t ña d ng, qua vi c t ch c các nguyên t c ñi u khi n và ch n t p m cho các bi n ngôn ng cho phép ngư i ta thi t k các b ñi u khi n m khác nhau.
12 CHƯƠNG 3 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 dòng ñi n ngu n DONG DIEN NGUON KHI CHUA MAC BO LOC AF (isa) 400 300 200 100 Dong dien i 0 -100 -200 -300 -400 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Thoi gian t Hình 3.7. Dòng ñi n ngu n Phân tích Fourier dòng ñi n Hình 3.8. Phân tích Fourier dòng ñi n
13 Ta th y dòng ñi n ngu n không còn d ng hình sin n a mà b méo d ng ñi r t nhi u so v i d ng chu n do nh hư ng c a thành ph n sóng hài b c cao. Các sóng hài b c cao ch y u là b c 5, 7, 11, 13, 17, 19 ... Các thành ph n này gây ra b ch nh lưu. Trong ñó các thành ph n b c 5 và b c 7 chi m t l l n hơn c . 3.2. NGUYÊN LÝ ĐI U KHI N M t trong các gi i pháp ñ kh hi n tư ng sóng hài là s d ng các b l c công su t tích c c m c song song v i t i. Ch c năng c a các b l c tích c c này là phát ra m t dòng ñi n g i là dòng bù hài ñ kh các thành ph n hài gây ra do t i. Hình 3.1 là c u trúc h th ng khi m c thêm b l c tích c c es is il Ngu n T i phi tuy n if il is B l c tích c c if Hình 3.9. C u trúc h th ng khi 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. Mô hình toán h c T sơ ñ nguyên lý như hình 3.10 ta có các công th c sau: i fa = ila − isa ; i fb = ilb − isb ; i fc = ilc − isc (3.1)
14 di f L = v f − vs (3.2) dt v i v f = γ .E (3.3) γ là h s chuy n ñ i nh n giá tr +1 ho c -1 tương ng v i hai m c ra c a b ngh ch lưu là +E ho c –E. i fa  1 / L 0 0  v fa − vsa  d      i fb  =  0 1 / L 0 .v fb − vsb  (3.4) dt    0 0 1 / L   v fc − vsc  i fc     isa  − Rs / Ls 0 0  isa  esa − vsa  d    .i  + 1 e − v  isb = 0 − Rs / Ls 0   sb  (3.5) dt    Ls  sb sb  isc   0    0 − Rs / Ls  isc     esc − vsc    3.3.2. C u trúc ñi u khi n AF Theo tài li u [9] ñ ñi u khi n AF phát ra dòng ñi n hài bám theo dòng ñi n hài trên t i ta th c hi n theo c u trúc như hình 3.3 is v il T i phi ~ tuy n if + - L LPF iref Khi n ngh ch vf LPF lưu B - PW A 6 M ñi + u Hình 3.11. C u trúc ñi u khi n AF 3.3.3. Xác ñ nh dòng ñi 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 ñ nh dòng ñi n bù hài 3.2.4. LPF (Low pass filter) Đ h n ch nh ng dòng ñi n hài có t n s quá cao nhưng biên ñ không nh hư ng ñáng k , ta dùng b x lý LPF là b l c thông th p (Low pass filter). Sơ ñ m ch ñi n như 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: K 1 H ( s) = = τs + 1 5,3.10 −5 s + 1 S d ng phương pháp ñi u ch PWM ñ di u khi n ñóng m các van IGBT c a b l c.
16 3.4. TÍNH TOÁN CÁC THÔNG 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 min > U s 3 2 = 2,45U s = U d 0 Thông thư ng ch n ñi n áp m t chi u giá tr : Udc = (1,2 ÷ 1,3)Ud0 Ta tính ñư c ñi 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 ñi n c m L V f − Vs E − Vs L= = 4ξf t 4ξf t Trong ñó: + Vf là ñi n áp ñ u ra c a ngh ch lưu + Vs là ñi n áp ngu n + ξ là biên ñ c a xung tam giác + ft là t n s c a xung tam giác E − Vs 700 − 220 Ch n ξ = 10; ft =10kHz, ta ñươc: L= = = 1,2.10 − 3 4ξf t 4.10.10000 3.4.3. Tính ch n giá tr t ñi n C V y giá tr ñi n dung C là: S 1 47605,8 1 C= . = . = 3,09.10 − 3 ( F ) E.∆U 2πω1 700.35 2.2π .50
17 3.4.4. Xác ñ nh và l a ch n thông s van ñi u khi 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 khi n và hàm truy n ñ t các kh i như ñã phân tích trên ta xây d ng sơ ñ kh i c a h th ng ñi u khi n PID như hình 3.15 Vs(s) - Iref(s) Gc(s) Ks K 1 If(s) + τs + 1 + Ls - Hình 3.15. H th ng ñi u khi n PID Xem khâu ñi u khi n ngh ch lưu là khâu gi vai trò c a m t khâu truy n ñ t 1/1, nghĩa là ñ i lư ng ñ u ra ñ m b o trung thành v i ñ u vào c v module, t n s và pha, do ñó Ks=1 và vì L bé nên coi Vs=0, khi ñó hàm truy n ñ t ñ i tư ng là: K s .K K G (s) = = (τs + 1) Ls Ls (τs + 1) Đ i tư ng là khâu tích phân –quán tính b c nh t. Do ñó b ñi u khi n t i ưu ñ i x ng s là b PI: 1 Gc ( s ) = K P (1 + ) TI s Trong ñó : + TI = aτ
18 L + KP = Kτ a Xác ñ nh 4>a>1 t ñ quá 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 càng l n, ñ quá ñi u ch nh càng nh , a≥4: h không có dao ñ ng, a ≤1: h kín không n ñ nh. Ch n vùng làm vi c t n s trung bình và cao a=3 và các thông s : K=1 ; L=1,2.10-3 (H); τ = 0.00077 (s). Hàm truy n ñ t ñ i tư ng : K 1 G (s) = = Ls (τs + 1) 1.210 s (5,3.10 −5 s + 1) −3 Suy ra : TI = a.τ = 0.0023 L KP = = 0.8998 Kτ a V y b ñi u khi n PI là: 1 1 Gc ( s ) = K P (1 + ) = 0,8998(1 + ) TI s 0.0023.10 − 4 s 3.6. THI T K B ĐI U KHI N M vs iref e - + u 1 + 1 if - τs + 1 Ls de B ñi u khi n m Hình 3.16. H th ng ñi u khi n m
19 iref, if, e t Hình 3.17. Xây d ng quan h iref và if B ñi u khi n m c n 2 input và 1 output. Hai ngõ vào (input) là sai l ch dòng (e) và ñ o hàm c a sai l ch (de) M t ngõ ra (output) là tín hi u ñi u khi n u 3.6.1.1. Bi n ngôn ng và mi n giá tr c a nó Mi n giá tr c a bi n ñ u vào (sai l ch) ñư c ch n là: e = {-10 10}; (ñơn 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} (ñơn v tính: A/s) de = { N, Z, P}.
20 Mi n giá tr c a bi n ñ u ra u u = {-50 , 50} u = { NB, NS, ZE, PS, PB }. * Lưu ý : Mi n giá tr c a ba bi n ngôn ng trên có th thay ñ 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 trên ch là giá tr ph ng ñoán, không ph i là giá tr chính xác. 3.6.1.2. Xác ñ nh hàm liên thu c (membership function). 3.6.1.3. Xây d ng các lu t ñi u khi n B ng lu t ñi u khi n e de NB NS ZE PS PB N NB NB ZE PS PS Z NB NS ZE PS PB P NS NS ZE PB PB