intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu lọc tích cực trong mạng điện phân phối có xét đến điều kiện điện áp không đối xứng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST
Báo xấu
43
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn ứng dụng thuyết công suất tức thời để xây dựng thuật toán điều khiển cho mạch lọc tích cực song song 3 pha 3 dây; trên cơ sở xác định được cấu trúc điều khiển, đã tiến hành mô phỏng trong môi trường phần mềm Matlab/Simulink. Phân tích được tác dụng của mạch lọc đối với nguồn mạ nhôm trong trường hợp có sự biến thiên của các thành phần sóng hài bậc cao trong dòng điện nguồn.... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu lọc tích cực trong mạng điện phân phối có xét đến điều kiện điện áp không đối xứng

  1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ NGHIÊN CỨU LỌC TÍCH CỰC TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN ĐIỀU KIỆN ĐIỆN ÁP KHÔNG ĐỐI XỨNG Họ và tên học viên: Đỗ Văn Bảy Chuyên ngành: Kỹ Thuật điều khiển và Tự động hóa Người hướng dẫn khoa học:PGS- TS. Ngô Đức Minh THÁI NGUYÊN, NĂM 2017
  2. LUẬN VĂN THẠC SỸ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG ...............................................................................3 Chương 1 .........................................................................................................................8 TỔNG QUAN VỀ SÓNG ĐIỀU HÒA VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ................8 1.1 Tổng quan về sóng hài ............................................................................................... 8 1.1.1 Giới thiệu chung .................................................................................................8 1.1.2 Các nguồn phát sinh sóng hài trong mạng điện................................................12 1.1.3 Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao ..........................................................................18 1.2 Tổng quan về công suất phản kháng .......................................................................21 1.2.1 Giới thiệu chung ............................................................................................... 21 1.2.2 Hiệu quả của việc bù công suất phản kháng ....................................................22 1.3 Kết luận chương 1 ...................................................................................................23 Chương 2 .......................................................................................................................24 CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC SÓNG HÀI .....................................................................24 2.1 Khái niệm lọc sóng hài ............................................................................................ 24 2.2 Các phương pháp lọc sóng hài ................................................................................24 2.2.1 Bộ lọc thụ động ................................................................................................ 24 2.2.2 Bộ lọc chủ động ................................................................................................ 26 2.3 Kết luận....................................................................................................................31 Chương 3 .......................................................................................................................32 LỌC TÍCH CỰC TRONG MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP ...................32 3.1 Mô hình hệ thống .....................................................................................................32 3.2 Tải phi tuyến ............................................................................................................33 3.3 Lọc tích cực AF .......................................................................................................36 3.4 Các phương pháp điều khiển lọc AF .......................................................................39 3.4.1 Cấu trúc hệ điều khiển ......................................................................................39 3.4.2 Các phương pháp điều khiển bộ lọc tích cực ...................................................41 3.5 Kết luận....................................................................................................................50 Chương 4 .......................................................................................................................51 THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO TẢI PHI TUYẾN ...........................................51 4.1 Phân tích ảnh hưởng đến lưới điện của tải phi tuyến dạng bể mạ ........................... 51 4.1.1 Giới thiệu chung ............................................................................................... 51 4.1.2 Phân tích ảnh hưởng đến lưới của phụ tải bể mạ. ............................................54 2
  3. LUẬN VĂN THẠC SỸ 4.1.3 Kết quả mô phỏng.........................................................................................60 4.2 Xây dựng cấu trúc mạch lọc cho nguồn bể mạ .......................................................64 4.2.1 Xác định giá trị điện áp một chiều của nghịch lưu ...........................................65 4.2.2 Xác định giá trị tụ điện C .................................................................................65 4.2.3 Xác định giá trị điện cảm L .............................................................................66 4.2.4 Xác định và lựa chọn thông số van điều khiển .................................................68 4.2.5 Khâu tạo xung cho bộ nghịch lưu.....................................................................68 4.3 Mô phỏng hoạt động của bộ AF lọc với nguồn bể mạ ............................................72 4.3.1 Trường hợp điện áp lưới tại điểm kết nối là đối xứng..................................72 4.3.2 Trường hợp điện áp tại điểm nối giữa mạch lọc và lưới là không đối xứng ....79 4.3.3 Nhận xét ............................................................................................................83 4.4. Kết luận...................................................................................................................84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................84 3
  4. LUẬN VĂN THẠC SỸ DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG Hình 1. 1 Dạng sóng sin chuẩn và sin bị méo dạng ........................................................8 Hình 1. 2 Sóng cơ bản và các sóng hài h1, h2, h3 ..........................................................8 Hình 1. 3 Phân tích Fn thành an và bn ...........................................................................10 Hình 1. 4 Phân tích phổ của sóng hài dòng điện sau chỉnh lưu cầu 3 pha ...................11 Hình 1. 5 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu một pha ........................................................13 Hình 1. 6 Dòng điện lưới gây bởi bộ chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển ..........13 Hình 1. 7 Phổ dòng điện chỉnh lưu cầu một pha ........................................................... 14 Hình 1. 8 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển .............................. 14 Hình 1. 9 Dòng điện lưới gây bởi bộ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển ............14 Hình 1. 10 Phổ dòng điện chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển .............................. 15 Hình 1. 11 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển .................................15 Hình 1. 12 Dòng điện phía lưới và phân tích phổ khi  = 300 ....................................16 Hình 1. 13 Dòng điện phía lưới và phân tích phổ khi  = 500 ....................................16 Hình 1. 14 Dòng điện phía lưới và phân tích phổ khi  = 700 ....................................17 Hình 1. 15 Dòng điện phía lưới và phân tích phổ khi  = 900 ....................................18 Hình 1. 16 Quan hệ giưa các thành phần công suất trên đồ thị vectơ .......................... 21 Bảng 1. 1 Giới hạn nhiễu điện áp (Voltage Distortion Limit) ......................................20 Bảng 1. 2 Giới hạn nhiễu dòng điện cho hệ thống phân phối chung(Current Distortion Limits for General Distribution System) (120V tới 69KV)...........................................20 Bảng 1. 3 IEC 1000-3-4 (quy phạm, có tính chất bắt buộc)……………………………..20 Hình 2. 1 Bộ lọc RC .......................................................................................................25 Hình 2. 2 Bộ lọc LC .......................................................................................................25 Hình 2. 3 Sơ đồ nguyên lý AF kết nối lưới kiểu song song ...........................................27 Hình 2. 4 Mô tả nguyên lý hoạt động của AF song song ..............................................28 Hình 2. 5 Sơ đồ nguyên lý AFs kết nối lưới kiểu nối tiếp ..............................................29 Hình 2. 6 Nguyên lý hoạt động của AFs ........................................................................29 Hình 2. 7 Bộ lọc kiểu lai ................................................................................................ 30 Hình 2. 8 Bộ lọc UPQC .................................................................................................30 Hình 3. 1 Sơ đồ thay thế mạng điện xí nghiệp có tải phi tuyến .....................................32 Hình 3. 2 Cầu chỉnh lưu 3 pha có điều khiển ................................................................ 33 Hình 3. 3 Cấu trúc mô phỏng tải chỉnh lưu cầu 3 pha ..................................................33 Hình 3. 4 Trị hiệu dụng điện áp lưới trước chỉnh lưu khi  = 150 ............................... 34 Hình 3. 5 Trị hiệu dụng dòng điện lưới trước chỉnh lưu khi  = 15độ .........................34 Hình 3. 6 Phân tích sóng hài dòng điện lưới trước chỉnh lưu khi  = 150 ...................35 Hình 3. 7 Trị hiệu dụng dòng điện lưới trước chỉnh lưu khi  = 50độ .........................35 Hình 3. 8 Phân tích sóng hài dòng điện lưới trước chỉnh lưu khi  = 50độ ................36 Hình 3. 9 Cấu trúc các khối chính của lọc tích cực ......................................................36 Hình 3. 10 Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu PWM ..................................................................37 Hình 3. 11 Sơ đồ thay thế một pha chỉnh lưu PWM ......................................................38 Hình 3. 12 Giản đồ vectơ chỉnh lưu PWM ...................................................................38 Hình 3. 13 Giản đồ vectơ chỉnh lưu PWM ...................................................................39 Hình 3. 14 Cấu trúc điêu khiển vòng hở chỉnh lưu PWM với chức năng mạch lọc tích cực..................................................................................................................................40 4
  5. LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 3. 15 Cấu trúc điêu khiển vòng kín chỉnh lưu PWM với chức năng mạch lọc tích cực..................................................................................................................................40 Hình 3. 16 Phương pháp FFT .......................................................................................42 Hình 3. 17 Thuật toán xác định dòng bù trong khung tọa độ dq ..................................43 Hình 3. 18 Thuật toán lựa chọn các sóng hài cần bù trong hệ dq ................................ 44 Hình 3. 19 Thuật toán điều khiển dựa trên thuyết p-q tức thời .....................................47 Hình 3. 20 Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM làm bộ lọc tích cực ........................... 49 Hình 4. 1 Sơ đồ hệ thống bể mạ ....................................................................................52 Hình 4. 2 Giải pháp lọc sử dụng bộ bù tổng .................................................................52 Hình 4. 3 Giải pháp bù sát cục bộ phụ tải.....................................................................53 Hình 4. 4 Hệ thống cấp nguồn cho bể mạ .....................................................................54 Hình 4. 5 Mô hình hệ thống điêu khiển bể mạ .............................................................. 55 Hình 4. 6 Nguồn xoay chiều 3 pha ................................................................................55 Hình 4. 7 Mô hình mạch lực của tải phi tuyến .............................................................. 56 Hình 4. 8 Mô hình khâu điều áp xoay chiều 3 pha ........................................................56 Hình 4. 9 Mô hình tải bể mạ .......................................................................................... 57 Hình 4. 10 Đặc tính biến thiên của sức điện động bể mạ .............................................57 Hình 4. 11 Sơ đồ khâu điều khiển dòng điện tải .......................................................... 58 Hình 4. 12 Khối tính toán công suất..............................................................................58 Hình 4. 13 Mô hình khâu đo dòng điện xoay chiều 3 pha .............................................59 Hình 4. 14 Mô hình khâu đo điện áp xoay chiều 3 pha .................................................59 Hình 4. 15 Mô hình khối hiển thi tham số .....................................................................59 Hình 4. 16 Đồ thị điện áp nguồn cấp cho tải ................................................................ 60 Hình 4. 17 Dòng điện phía nguồn cấp cho tải .............................................................. 60 Hình 4. 18 Dòng điện nguồn pha A ...............................................................................60 Hình 4. 19 Phân tích sóng hài dòng điện nguồn pha A tại E=8 (V) ............................. 61 Hình 4. 20 Phân tích sóng hài dòng điện nguồn pha A tại E=16 (V) .......................... 61 Hình 4. 21 Phân tích sóng hài dòng điện nguồn pha A tại E=22 (V) .......................... 61 Hình 4. 22 Thành phần điều hòa bậc 5 của dòng điện nguồn pha A ............................ 63 Hình 4. 23 Thành phần điều hòa bậc 7 của dòng điện nguồn pha A ............................ 63 Hình 4. 24 Hệ số công suất khi chưa có mạch lọc ........................................................64 Hình 4. 25 Dòng điện và điện áp nguồn pha A ............................................................. 64 Hình 4. 26 Sơ đồ nguyên lý mạch lực có sử dụng bù ....................................................64 Hình 4. 27 Mô hình khối tính toán dòng bù chuẩn........................................................68 Hình 4. 28 Khối chuyển điện áp trong hệ abc sang αβ .................................................69 Hình 4. 29 Khối chuyển dòng trong hệ abc sang αβ .....................................................69 Hình 4. 30 Khối tính toán công suất p,q........................................................................69 Hình 4. 31 Khối tính toán công suất ổn định điện áp trên tụ ........................................70 Hình 4. 32 Khối tính toán công suất bù cung cáp bởi mạch lọc ...................................70 Hình 4. 33 Khối tính toán dòng bù trong hệ αβ ............................................................ 70 Hình 4. 34 Khối tính toán dòng bù trong hệ abc ........................................................... 71 Hình 4. 35 Khối phát xung cho bộ nghịch lưu .............................................................. 71 Hình 4. 36 Mô hình mô phỏng AF cho tải bể mạ .......................................................... 72 Hình 4. 37 Điện áp nguồn ............................................................................................. 73 Hình 4. 38 Dòng điện nguồn sau khi mạch lọc tác động ..............................................73 Hình 4. 39 Dòng điện nguồn pha A sau khi mạch lọc tác động ....................................73 5
  6. LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 4. 40 Phân tích sóng hài dòng điện pha A tại E=8 (V) khi mạch lọc tác động...74 Hình 4. 41 Phân tích sóng hài dòng điện pha A tại E=16 (V) khi mạch lọc tác động..74 Hình 4. 42 Phân tích sóng hài dòng điện pha A tại E=22 (V) khi mạch lọc tác động.74 Hình 4. 43 Thành phần sóng hài bậc 5 trước và sau khi mạch lọc tác động ................76 Hình 4. 44 Thành phần sóng hài bậc 7 trước và sau khi mạch lọc tác động ................76 Hình 4. 45 Công suất nguồn trước và sau khi mạch lọc tác động ................................ 76 Hình 4. 46 Công suất mạch lọc trước và sau khi tác động ...........................................77 Hình 4. 47 Hệ số công suất sau khi mạch lọc tác động ................................................77 Hình 4. 48 Dòng điện, điện áp nguồn pha A sau khi mạch lọc tác động .....................77 Hình 4. 49 Phân tích FFT Dòng điện nguồn pha A sau khi mạch lọc tác động ..........78 Hình 4. 50 Dòng điện, điện áp nguồn pha A sau khi mạch lọc tác động .....................78 Hình 4. 51 Điện áp nguồn không đối xứng ..................................................................79 Hình 4. 52 Dòng điện nguồn trong trường hợp điện áp nguồn không đối xứng...........79 Hình 4. 53 Sóng điều hòa dòng điện nguồn pha A ........................................................79 Hình 4. 54 Cấu trúc mạch PLL .....................................................................................80 Hình 4. 55 Sơ đồ hệ thống điều khiển bể mạ có bù .......................................................80 Hình 4. 56 Dòng điện nguồn sau khi lọc dùng PLL ......................................................81 Hình 4. 57 Sóng điều hòa dòng điện nguồn pha A ........................................................81 Hình 4. 58 Nối ghép tụ của mạch lọc ............................................................................83 Bảng 4. 1 Tỷ lệ các thành phần dòng điều hòa trong dòng điện nguồn .......................62 Bảng 4. 2 Biến thiên dòng điện với các thành phần sóng hài .......................................67 Bảng 4. 3 Giá trị các thành phần sóng hài trong dòng điện nguồn……………………..75 6
  7. LUẬN VĂN THẠC SỸ LỜI NÓI ĐẦU Trong hệ thống điện, các nhà máy, xí nghiệp, liên doanh công nghiệp đã trở thành những khách hàng chính (gọi là phụ tải công nghiệp) tiêu thụ phần lớn lượng điện năng trong hệ thống điện. Các hoạt động sản xuất của phụ tải công nghiệp đòi hỏi chất lượng điện năng cung cấp cao và đạt các chuẩn quốc tế. Đặc biệt, trong đó một chỉ tiêu quan trọng là tiêu chuẩn về sóng hài – Được đề cập lần đầu tiên tại Việt Nam năm 2010 [1] Trước đó, các tài liệu giảngdạy ở Việt nam chưa đề cập tiêu chuẩn sóng hài trong các chỉ tiêu đánh giá điện năng. Có rất nhiều nguyên nhân phát sinh sóng hài trong hệ thống điện, trong khi đó sóng hài trên lưới điện phân phối lại phần lớn do các thiết bị sản xuất công nghiệp gây nên. Trong số đó phải kể đến các loại lò điện, các bể mạ điện, bể mạ…Mục tiêu đề ra nhằm đạt được hiệu quả cao nhất là lọc bỏ sóng hài ngay tại nơi phát sinh, để thực hiện điều này lại có nhiều giải pháp và phương thức thực hiện khác nhau [2-12]: Dùng các bộ lọc thụ động kiểu LC có ưu điểm là đơn giản rễ lắp đạt và vận hành nhưng kết quả không hoàn hảo: tần số lọc được là cố định phụ thuộc vào thông số thiết bị đã thiết kế lắp đặt, tổn hao mất mát năng lượng nội bộ lớn. Thông thường các bộ lọc LC được thiết kế cho lọc các hài bậc thấp 3, 5, 7 để lại trên lưới các các hài bậc cao mà trong nhiều trường hợp các hài bậc cao trên 7 lại chiếm tỷ lệ đáng kể và tác hại của hài bậc cao đó cũng ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của hệ thống điện gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng như gây sai số cho các thiết bị đo đếm trong các hệ thống bảo vệ, đo lường tự động hóa... Giải pháp khác được đề xuất đó là sử dụng bộ lọc tích cực. Bộ lọc tích cực (AF), thực chất là một máy phát bù sóng hài (thiết bị bù) có cấu trúc cơ bản như một nghịch lưu PWM (đôi khi cũng gọi là chỉnh lưu tích cực) [3]. Đối với các sóng hài bậc cao AF thực hiện bù không, nghĩa là phổ của các sóng hài có trên lưới và phổ của sóng hài do AF phát vào lưới có phép cộng bằng không. Theo nguyên tắc này AF có thể được thiết kế lọc cho một số hài cố định hoặc có thể lọc cho cả phổ sóng hài rất rộng và từ đây hình thành rất nhiều ý tưởng khoa học cho mỗi hướng nghiên cứu về AF. Một cách hiểu thứ hai về chức năng bù của AF là bù thiếu, bù thiếu được áp dụng cho việc bù công suất phản kháng thành phần sóng hài cơ bản. Nghĩa là AF sẽ thực hiện chức năng phát công suất phản kháng vào lưới nhằm mục đích nâng cao điện áp tại điểm kết nối. Tất nhiên, AF cũng có thể hấp thụ công suất phản kháng để tránh quá áp khi cần thiết nhưng việc phân tích vấn đề này sẽ vượt quá phạm vi nghiên cứu của đề tài. Trong khuôn khổ luận văn sẽ nghiên cứu bộ lọc tích cực với hai chức năng đó là lọc sóng hài bậc cao và bù công suất phản kháng. Nội dung được trình bày trong bốn chương: Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Ngô Đức Minh cùng với sự cố gắng của bản thân em đã hoàn thành luận văn này. Tuy nhiên, không tránh khỏi những thiếu sót, em kính mong nhận được sự góp ý và nhận xét của các thầy cô giáo và đồng nghiệp. 7
  8. LUẬN VĂN THẠC SỸ Chương 1 TỔNG QUAN VỀ SÓNG ĐIỀU HÒA VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1 Tổng quan về sóng hài 1.1.1 Giới thiệu chung Hoạt động của hệ thống điện đó là một quá trình cân bằng giữa tổng công suất phát và công suất thu. Trong đó, phát công suất thuộc về phía nguồn mà chủ đạo là các nhà máy điện phát ra công suất 3 pha xoay chiều hình sin tần số cơ bản 50Hz (hoặc (60) Hz đối với một số nước như Mỹ, Nhật...). Ngược lại, thu công suất thuộc về phía hộ tiêu thụ hay còn gọi là tải với nhiều loại hình khác nhau là nguyên nhân dẫn đến sự xuất hiện các thành phần không sin trong hệ thống điện. Nói một cách khác là các sóng hài bậc cao (bội số của tần số cơ bản) được sinh ra ngoài mong muốn. Theo phân tích Fourier, một sóng dòng điện hay điện áp hình sin khi bị méo dạng tương đương với một phổ sóng hài gồm một sóng tần số cơ bản, còn lại là các thành phần sóng hài bậc cao. Tỷ lệ các thành phần sóng hài này phụ thuộc vào độ méo dạng so với ban đầu. Hiện nay các sóng hài bậc cao được nhiều người đặt cho tên gọi là sóng hài. Hình 1. 1 Dạng sóng sin chuẩn và sin bị méo dạng 400 Song hai h1, h2,h3 200 0 -200 -400 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 Time (s) Hình 1. 2 Sóng cơ bản và các sóng hài h1, h2, h3 8
  9. LUẬN VĂN THẠC SỸ Trong hệ thống ba pha đối xứng, dòng điện hay điện áp các pha bị méo dạng và các sóng hài bậc lẻ có thể phân biệt thành các thành thành phần thứ tự thuận, nghịch, không:  Thành phần thứ tự thuận gồm: các sóng hài bậc h1, h7, h10… 400 Song dien ap h1, h7,h10 200 0 -200 -400 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 Time (s)  Thành phần thứ tự nghịch gồm: các sóng hài bậc h2, h8, h11 400 Song dien ap h2, h8, h11 200 0 -200 -400 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 Time (s)  Thành phần thứ tự không gồm: các sóng hài bậc h3, 9, 12 400 Song dien áp h3, h9,h12 200 0 -200 -400 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 Time (s) 9
  10. LUẬN VĂN THẠC SỸ Một sóng hài với chu kỳ T(s), tần số cơ bản f=1/T(Hz) hay ω=2πf (rad/s) có thể phân tích chuỗi Furier được như sau: a0  f  ωt  = + Fnsin  nωt+ψn  (1.1) 2 n=1 Trong đó: a0 : giá trị trung bình 2 Fn : biên độ của sóng hài bậc n trong chuỗi Fourier Fsin 1  ωt+ψ1  : thành phần sóng cơ bản Fn sin  nωt+ψ n  : thành phần sóng hài bậc n ψ n : góc pha của sóng hài bậc n Từ (1.1) có thể viết thành: Fn sin  nωt+ψn  =Fn (sinnωt.cosψn +sinψn .cosnωt) Nếu quy ước: Fnsinψn =bn Fn cosψn =a n Im Fn bn yn an Re Hình 1. 3 Phân tích Fn thành an và bn Từ đó có thể viết được như sau: a0   f  ωt  = + a n cosnωt+ b nsinnωt (1.2) 2 n=1 n=1 Hay có thể viết (1.2) dưới dạng sau: 10
  11. LUẬN VĂN THẠC SỸ a0    2πnt   2πnt   f  ωt  = +  a n cos   +b nsin   (1.3) 2 n=1   T   T  Ví dụ: Dòng điện sau chỉnh lưu cầu 3 pha có thể được phân tích thành phổ các thành phần sóng hài bằng FFT trong Matlab như hình 1.4 FFT window: 5 of 40 cycles of selected signal 50 0 -50 0.4 0.42 0.44 0.46 0.48 Time (s) Fundamental (50Hz) = 50.8 , THD= 15.22% 14 Mag (% of Fundamental) 12 10 8 6 4 2 0 0 50 100 150 200 Frequency (Hz) Hình 1. 4 Phân tích phổ của sóng hài dòng điện sau chỉnh lưu cầu 3 pha Theo thông tư 32 /2010/TT-BCT Của Bộ Công thương đã áp dụng tiêu chuẩn sóng hài 519 của IEEE cho tiêu chuẩn đánh giá chất lượng điện năng của Việt nam. Đó là hệ số méo dạng THD:  X n=2 2 n THD= (1.4) X1 Trong đó: X1 là biên độ thành phần cơ bản Xn là biên độ thành phần điều hòa bậc n Từ (1.4) được triển khai áp dụng để đánh giá độ méo dòng điện và điện áp:  Hệ số méo dạng dòng điện 11
  12. LUẬN VĂN THẠC SỸ  I n=2 2 n THD= 2 1I Trong đó : I1 là biên độ thành phần dòng cơ bản In là biên độ thành phần dòng điều hòa bậc n  Hệ số méo dạng điện áp  U n=2 2 n THD= U12 Trong đó : U1 là biên độ thành phần điện áp cơ bản Un là biên độ thành phần áp điều hòa bậc n 1.1.2 Các nguồn phát sinh sóng hài trong mạng điện Các sóng hài trong công nghiệp chủ yếu được tạo ra bởi tất cả các tải phi tuyến. Các phần tử phi tuyến điển hình là quộn dây của máy biến áp, động cơ làm việc ở chế độ bão hòa mạch từ, các dụng cụ bán dẫn công suất như thyristor, diode của các bộ biến đổi (chỉnh lưu, nghịch lưu, điều áp xoay chiều…), các đèn điện tử, máy hàn, các hệ truyền động điện… 1. Máy biến áp Hiện tượng bão hòa mạch từ của máy biến áp lực có thể sinh ra sóng hài bậc cao. Khi biên độ điện áp và từ thông đủ lớn để rơi vào vùng không tuyến tính trong đường cong B-H sẽ dẫn đến dòng điện từ bị méo và có chứa các sóng hài bậc cao. 2. Động cơ Các sóng hài bậc cao được phát sinh bởi máy điện quay liên quan chủ yếu tới các biến thiên của từ trở gây ra bởi các khe hở giữa roto và stato. Các máy điện đồng bộ có thể sản sinh ra sóng hài bậc cao bởi biến dạng từ trường, sự bão hòa trong các mạch chính và do các dây quấn dùng để giảm dao động đặt không đối xứng. 12
  13. LUẬN VĂN THẠC SỸ 3. Thiết bị điện tử công suất Bản thân các bộ biến đổi điện tử công suất (chỉnh lưu, nghịch lưu, điều áp xoay chiều…) đều được cấu thành từ các thiết bị bán dẫn như diode, thyristor, MOSFET, IGBT, GTO… là những phần tử phi tuyến gây sóng hài bậc cao. Tùy thuộc vào cấu trúc của các bộ biến đổi mà sóng hài sinh ra khác nhau. Các mạch chỉnh lưu trong biến tần thường là chỉnh lưu cầu ba pha có ưu điểm là đơn giản, rẻ, chắc chắn nhưng sản sinh nhiều sóng hài. Để giảm bớt sóng hài có thể dùng hai mạch chỉnh lưu cầu ba pha ghép lai với nhau tạo thành chỉnh lưu 12 xung hoặc ghép 4 bộ chỉnh lưu cầu ba pha vào tạo thành bộ chỉnh lưu 24 xung. Ví dụ sóng hài gây ra bởi một số bộ biến đổi công suất: - Chỉnh lưu cầu một pha: Giả sử xét với tải có tính cảm D1 D3 Ia Load D4 D6 Hình 1. 5 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu một pha Dòng điện trên đường dây cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu: 40 20 Current (A) 0 -20 -40 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Time (s) Hình 1. 6Dòng điện lưới gây bởi bộ chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển 13
  14. LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 1. 7 Phổ dòng điện chỉnh lưu cầu một pha - Chỉnh lưu cầu ba pha: các van bán dẫn có thể là GTO, diode, thyristor… Trường hợp chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển: Ia D1 D3 D5 Load D4 D6 D2 Hình 1. 8 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển Dạng sóng dòng điện trên pha A của nguồn cấp cho chỉnh lưu: 100 50 Current (A) 0 -50 -100 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Time (s) Hình 1. 9 Dòng điện lưới gây bởi bộ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 14
  15. LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 1. 10 Phổ dòng điện chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển Ta thấy dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu cầu ba pha có độ méo rất lớn THD=28,52 %. Các thành phần sóng hài này là do tính phi tuyến của bộ chỉnh lưu cầu gây ra. Trong đó các thành phần sóng hài bậc 5, 7, 11 là chủ yếu. Đối với bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển, Sơ đồ nguyên lý của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển như hình 1.11. Các kết quả mô phỏng cho ảnh hưởng đến dòng phía nguồn (đầu vào chỉnh lưu) như sau: Ia T1 T3 T5 Load T4 T6 T2 Hình 1. 11 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển Ứng ứng góc điều khiển là  = 300 dòng điện phía lưới được mô phỏng kèm theo phân tích FFT bằng Matlab như hình 1.12 15
  16. LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 1. 12 Dòng điện phía lưới và phân tích phổ khi  = 300 Ứng ứng góc điều khiển là  = 500 dòng điện phía lưới được mô phỏng kèm theo phân tích FFT bằng Matlab như hình 1.13 Hình 1. 13 Dòng điện phía lưới và phân tích phổ khi  = 500 Ứng ứng góc điều khiển là  = 700 dòng điện phía lưới được mô phỏng kèm theo phân tích FFT bằng Matlab như hình 1.14 16
  17. LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 1. 14 Dòng điện phía lưới và phân tích phổ khi  = 700 Ứng ứng góc điều khiển là  = 900 dòng điện phía lưới được mô phỏng kèm theo phân tích FFT bằng Matlab như hình 1.15 17
  18. LUẬN VĂN THẠC SỸ Hình 1. 15 Dòng điện phía lưới và phân tích phổ khi  = 900 Từ phân tích ở trên với chỉnh lưu cầu ba pha ta thấy khi thay đổi, góc góc điều khiển tăng thì các thành phần sóng hài bậc cao sinh ra càng lớn làm độ méo dòng điện càng tăng. - Các đèn huỳnh quang. Ngày nay các đèn huỳnh quang được sử dụng rộng rãi do có ưu điểm là tiết kiệm được chi phí. Tuy nhiên sóng hài bậc cao sinh ra bởi đèn huỳnh quang cũng rất lớn. - Các thiết bị hồ quang. Các thiết bị thường gặp trong hệ thống điện là các lò hồ quang công nghiệp. Theo thống kê thì điện áp lò hồ quang cho thấy sóng hài bậc cao đầu ra biến thiên rất lớn ví dụ như sóng hài bậc 5 là 8% khi bắt đầu nóng chảy, 6% ở cuối gian đoạn nóng chảy và 2% của giai đoạn cơ bản trong suốt thời gian tinh luyện. 1.1.3 Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao Sự tồn tại sóng hài bậc cao gây ảnh hưởng tới tất cả các thiết bị và đường dây truyền tải điện. Chúng gây ra quá áp, méo điện áp lưới làm giảm chất lượng điện năng. Nói chung chúng gây ra tăng nhiệt độ trong các thiết bị và ảnh hưởng tới cách điện, làm tăng 18
  19. LUẬN VĂN THẠC SỸ tổn hao điện năng, làm giảm tuổi thọ của thiết bị, trong nhiều trường hợp thậm chí còn gây hỏng thiết bị. Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng hài bậc cao đó là việc làm tăng giá trị hiệu dụng cũng như giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp. Có thể thấy rõ qua công thức sau: T  1 U RMS = T0 u(t)2dt = U n=0 2 n = U 02 +U12 +U 22 +... T  1 IRMS = T0 i(t)2dt = I n=0 2 n = I02 +I12 +I 22 +... Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu dòng điện hay điện áp tăng do sóng hài bậc cao sẽ gây ra một số vấn đề: - Tăng phát nóng của dây dẫn điện, thiết bị điện. Gây ảnh hưởng đến độ bền cách điện của vật liệu - Giảm khả năng mang tải của dây dẫn điện. - Các sóng hài bậc cao gây ra tổn thất đồng, tổn thất từ thông tản và tổn thất sắt làm tăng nhiệt độ máy biến áp và tăng tổn thất điện năng. - Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép động cơ tăng, làm méo momen, giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn, các sóng hài bậc cao còn có thể sinh ra momen xoắn trục động cơ hoặc gây ra dao động cộng hưởng cơ khí làm hỏng các bộ phận cơ khí trong động cơ. - Gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ ( tác động sai): các sóng hài bậc cao có thể làm momen tác động của rơle biến dạng gây ra hiện tượng nháy, tác động ngược, có thể làm méo dạng điện áp, dòng điện dẫn đến thời điểm tác động của rơle sai lệch. - Với các thiết bị đo: ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị đo, làm cho kết quả đo bị sai lệch. - Với tụ điện: làm cho tụ bị quá nhiệt và trong nhiều trường hợp có thể dẫn tới phá hủy chất điện môi. - Các sóng hài bậc cao còn làm các thiết bị sử dụng điện và đèn chiếu sáng bị chập chờn. 19
  20. LUẬN VĂN THẠC SỸ - Gây ảnh hưởng tới các thiết bị viễn thông : các sóng hài bậc cao có thể gây sóng điện từ lan truyền trong không gian làm ảnh hưởng đến thiết bị thu phát sóng. Với những tác hại như vậy việc quy định một tiêu chuẩn thống nhất về các thành phần sóng hài bậc cao trên lưới cần được đưa ra để hạn chế ảnh hưởng của chúng tới các thiết bị tiêu dùng điện khác và đảm bảo chất lượng điện năng. Vì vậy, Việt Nam đã áp dụng tiêu chuẩn 519 của IEEE và 1000-4-3 của IEC về giới hạn thành phần sóng hài bậc cao trên lưới. Cụ thể như sau: Bảng 1. 1 Giới hạn nhiễu điện áp (Voltage Distortion Limit) (IEEE std 519, Recommend Practices for Utilities) Điện áp tại điểm nối chung Nhiễu điện áp từng Nhiễu điện áp tổng cộng (Point Common Couping U các loại sóng hài THD PCC) loại sóng hài (%)= h (%) U1 69 KV và thấp hơn 3,0 5,0 Trên 69 KV tới 161 KV 1,5 2,5 Trên 161 KV 1,0 1,5 Bảng 1. 2 Giới hạn nhiễu dòng điện cho hệ thống phân phối chung(Current Distortion Limits for General Distribution System) (120V tới 69KV) (IEEE std 519, Recommend Practices for Individual Comsumer) Nhiễu dòng điện tối đa(% của Itải )(max.Harmonic Current Distortion) Tỷ số ngắn mạch (SCR=I SC / Itải ) h
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh
81 tài liệu
1643 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
37=>1