Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bộ lọc tích cực để cải thiện chất lượng điện năng cho lưới điện phân phối

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST

Báo xấu

36
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của đề tài là tổng quan về lưới điện phân phối (lưới điện trung áp). Phân tích sóng hài bậc cao. Thiết kế bộ lọc tích cực để khử sóng hài bậc cao cho lưới điện phân phối. Mô phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lượng hệ thống.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu bộ lọc tích cực để cải thiện chất lượng điện năng cho lưới điện phân phối

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 Chữ viết tắt Thuật ngữ đầy đủ 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 Hệ số PF Power factor công suất SSSC Static Synchronous Series Controllers Bù công suất SVC Static Var Compensation kiểu tĩnh STATCOM Static Synchronous Compensator TCR Thyristor controller Reactor TCSC Thyristor Controlled Series Compensation TSC Thyristor Switched Capacitor 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
ix Hình 2.17: Đáp ứng dòng, áp tại vị trí B1 và B2 khi chƣa có bộ lọc thụ động ............................................................................ 30 Hình 2.18: Phổ điện áp tại B1 và B2 ........................................................ 30 Hình 2.19: Sơ đồ mô phỏng hệ thống khi có bộ lọc thụ động .................. 31 Hình 2.20: Phổ điện áp tại B1 ................................................................... 31 Hình 2.21: Bộ lọc tích cực song song ....................................................... 34 Hình 2.22: Cấu trúc bộ lọc song song....................................................... 35 Hình 2.23: Bộ lọc tích cực nối tiếp .......................................................... 36 Hình 2.24: Sơ đồ nguyên lý AFS............................................................... 36 Hình 2.25: Bộ lọc tích cực 3 dây .............................................................. 37 Hình 2.26: Bộ lọc tích cực 4 dây có điểm giữa ........................................ 37 Hình 2.27: Bộ lọc tích cực 4 dây .............................................................. 38 Hình 2.28: Cấu trúc VSI ........................................................................... 38 Hình 2.30: Cấu trúc bộ lọc hỗn hợp với bộ lọc tích cực có 2 loại: a) song song và b) nối tiếp .......................................................... 39 Hình 2.31: Cấu trúc UPQC ....................................................................... 40 Hình 2.32: Cấu trúc SSSC ........................................................................ 42 Hình 2.33: Cấu trúc TCSC ........................................................................ 43 Hình 2.34: Cấu trúc SVC .......................................................................... 44 Hình 2.35: Cấu trúc Stacom ...................................................................... 45 Hình 2.36: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Statcom ................................ 46 Hình 2.37: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực ............................................ 46 Hình 2.38: Trạng thái hấp thụ công suất của bộ bù .................................. 47 Hình 2.39: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù ................... 48 Hình 3.1: Phƣơng pháp FFT ................................................................... 51 Hình 3.2: Thuật toán xác định dòng bù trong hệ dq ............................... 52 Hình 3.3: Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù trong hệ dq .......... 53 Hình 3.4: Mô hình bộ lọc tích cực theo lý thuyết pq. ............................. 54 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
x Hình 3.5: Sơ đồ hệ thống bể mạ ............................................................. 57 Hình 3.6: Giải pháp lọc sử dụng bộ bù tổng ........................................... 58 Hình 3.7: Giải pháp bù sát nút phụ tải .................................................... 59 Hình 3.8: Mô hình bể mạ ........................................................................ 60 Hình 3.9: Đặc tính biến thiên của sức điện động bể mạ ......................... 60 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mạch lực sử dụng bộ lọc tích cực ................ 61 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bộ lọc ................................... 61 Hình 3.12: Sơ đồ mạch lực của bộ lọc ...................................................... 62 Hình 3.13: Sơ đồ thay thế mạch lực của bộ lọc ........................................ 62 Hình 3.14: Lƣu đồ thuật toán tính dòng bù theo lý thuyết p-q ............... 66 Hình 3.15: Thực hiện véc tơ us bất kỳ bằng 2 vector điện áp chuẩn ........ 67 Hình 3.16: Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần tƣ thứ nhất S1.........68 Hình 3.17: Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần tƣ thứ nhất S2.........69 Hình 3.18: Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần tƣ thứ nhất S3.........69 Hình 3.19: Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần tƣ thứ nhất S4.........69 Hình 3.20: Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần tƣ thứ nhất S5.........70 Hình 3.21: Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần tƣ thứ nhất S6.........70 Hình 4.1: Khối nguồn ba pha .................................................................. 74 Hình 4.2: Khối mạch lực của bể mạ ....................................................... 74 Hình 4.3: Khối điều áp xoay chiều 3 pha ............................................... 75 Hình 4.4: Khối chỉnh lƣu cầu 3 pha dùng Đi ốt...................................... 75 Hình 4.5: Khối điều chỉnh dòng điện tải................................................. 76 Hình 4.6: Bộ biến đổi và tham số ........................................................... 76 Hình 4.7: Mạch điều khiển của bộ lọc .................................................... 77 Hình 4.8: Chuyển hệ toạ độ từ abc -> αβ ............................................... 78 Hình 4.9: Khâu tính công suất pq ........................................................... 78 Hình 4.10: Khối tính toán công suất ổn định điện áp trên tụ.................... 79 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
xi Hình 4.11: Khối tính toán công suất bù .................................................... 79 Hình 4.12: Khâu tính toán dòng bù pq .................................................... 80 Hình 4.13: Khâu chuyển tọa độ αβ sang abc ............................................ 80 Hình 4.14: Khâu tính toán độ méo dạng .................................................. 81 Hình 4.15: Khâu lấy tín hiệu..................................................................... 82 Hình 4.16: Khâu đo dòng điện, điện áp .................................................... 82 Hình 4.17: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống cho tải bể điện phân chƣa có bộ lọc tích cực ........................................................... 83 Hình 4.18: Dạng dòng điện nguồn ............................................................ 84 Hình 4.19: Dạng dòng điện nguồn pha A ................................................. 84 Hình 4.20. Phân tích sóng điều hòa dòng điện nguồn pha A tại E = 8 (V) ........ 84 Hình 4.21. Phân tích sóng điều hòa dòng điện nguồn pha A tại E = 16 (V) ..... 85 Hình 4.22. Phân tích sóng điều hòa dòng điện nguồn pha A tại E = 22 (V) ...... 85 Hình 4.23. Hệ số công suất khi chƣa có bộ lọc ........................................ 86 Hình 4.24: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống cho tải bể mạ có sự tham gia của bộ lọc tích cực ................................................... 87 Hình 4.25: Điện áp nguồn cấp cho bể mạ ................................................. 88 Hình 4.26: Dòng điện nguồn sau khi bộ lọc tác động .............................. 88 Hình 4.27: Dòng điện nguồn pha A sau khi bộ lọc tác động.................... 88 Hình 4.28: Phổ sóng điều hòa dòng điện pha A tại E=8 (V) khi bộ lọc tác động ............................................................................. 89 Hình 4.29: Phổ sóng điều hòa dòng điện pha A tại E=16 (V) khi bộ lọc tác động ............................................................................. 89 Hình 4.30: Phổ sóng điều hòa dòng điện pha A tại E=22 (V) khi bộ lọc tác động ............................................................................. 90 Hình 4.31: Công suất Q của nguồn và tải sau khi có bộ lọc tác động ...... 92 Hình 4.32: Hệ số công suất sau khi bộ lọc tác động ................................. 93 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Với sự phát triển không ngừng của đất nƣớc. Điện năng cung cấp cho các phụ tải không chỉ phải đảm bảo yêu cầu về số lƣợng mà chất lƣợng điện năng cũng phải đƣợc đảm bảo. Trong điều kiện vận hành, truyền tải điện năng, do trên các phụ tải có nhiều phần tử phi tuyến dẫn tới làm xuất hiện các thành phần sóng điều hòa bậc cao. Các thành phần sóng điều hòa bậc cao này gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng nhƣ làm tăng tổn hao, làm giảm hệ số công suất, ảnh hƣởng tới các thiết bị tiêu dùng điện, làm giảm chất lƣợng điện năng... Do đó, các thành phần dòng điều hòa bậc cao trên lƣới phải đảm bảo một số tiêu chuẩn giới hạn các thành phần điều hòa bậc cao. Giải pháp để hạn chế sóng điều hòa bậc cao trên lƣới có nhiều giải pháp khác nhau, một trong số đó là sử dụng bộ lọc tích cực dựa trên thiết bị điện tử công suất và điều khiển để thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Từ những đánh giá quan trọng trên chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu phƣơng pháp sử dụng bộ lọc tích cực để cải thiện chất lƣợng lƣới điện cung cấp cho các phụ tải. Vì vậy tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu bộ lọc tích cực để cải thiện chất lượng điện năng cho luới điện phân phối”. 2. Nội dung nghiên cứu của đề tài - Tổng quan về lƣới điện phân phối (lƣới điện trung áp). - Phân tích sóng hài bậc cao. - Thiết kế bộ lọc tích cực để khử sóng hài bậc cao cho lƣới điện phân phối. - Mô phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lƣợng hệ thống. 3. Kết quả dự kiến - Bộ lọc tích cực. - Mô phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lƣợng hệ thống. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Lƣới điện phân phối (lƣới điện trung áp); - Bộ lọc tích cực; - Mô phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lƣợng hệ thống trên nền Matlab/Simulink. 5. Công cụ, thiết bị nghiên cứu Xây dựng mô phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lƣợng hệ thống trên nền Matlab/Simulink. 6. Bố cục đề tài Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và hƣớng phát triển, Tài liệu tham khảo, Phụ lục, luận văn bao gồm 4 chƣơng sau: Chƣơng 1: Tổng quan về lƣới điện phân phối Chƣơng 2: Sóng hài bậc cao và phƣơng pháp lọc sóng hài bậc cao. Chƣơng 3: Thiết kế bộ lọc tích cực cho lƣới điện phân phối cung cấp cho phụ tải phi tuyến. Chƣơng 4: Mô phỏng và đánh giá chất lƣợng hệ thống. 7. Kế hoạch thực hiện Toàn bộ nội dung của luận văn đƣợc thực hiện trong 6 tháng kể từ ngày có quyết định. Kế hoạch thực hiện đƣợc cụ thể nhƣ sau: Thời gian Ghi STT Nội dung nghiêncứu thực hiện chú 1 Nghiên cứu tổng quan về lƣới điện phân phối 1 tháng 2 Nghiên cứu về sóng hài bậc cao 1 tháng 3 Phƣơng pháp khử sóng hài bậc cao 1 tháng 4 Xây dựng mô hình toán của đối tƣợng điều khiển; 1 tháng Thiết kế điều khiển bằng bộ lọc tích cực, mô phỏng, 5 1 tháng hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lƣợng hệ thống; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3 6 Hoàn thiện luận văn 1 tháng Chƣơng 1 TỔNG QUAN LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI - LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 1.1. Tổng quan chung 1.1.1. Định nghĩa lưới điện trung áp Lƣới điện trung áp (LĐTA) là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. LĐTA là khâu cuối cùng của hệ thống điện đƣa điện năng trực tiếp đến ngƣời tiêu dùng [1]. Tính đến nay lƣới điện trung áp đã trải khắp các xã trên đất nƣớc, tuy nhiên còn một số thôn, bản vẫn chƣa đƣợc dùng điện lƣới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel. 1.1.2. Phân loại lưới điện trung áp Lƣới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp trung áp [1] [[11]]. Phân loại LĐTA trung áp theo 3 dạng: - Theo đối tƣợng và địa bàn phục vụ, có 3 loại: + Lƣới phân phối thành phố; + Lƣới phân phối nông thôn; + Lƣới phân phối xí nghiệp. - Theo thiết bị dẫn điện: + Lƣới phân phối trên không; + Lƣới phân phối cáp ngầm. - Theo cấu trúc hình dáng: + Lƣới hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn. + Lƣới kín vận hành hở; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
4 + Sơ đồ hình lƣới; 1.1.3. Vai trò của lưới điện trung áp Lƣới điện trung áp làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện. Lƣới điện trung áp đƣợc xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện. Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải. Đảm bảo chất lƣợng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép. Lƣới điện trung áp trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện: - Trực tiếp đảm bảo chất lƣợng điện áp cho phụ tải. - Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải. Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lƣới phân phối. Mỗi sự cố trên lƣới điện trung áp đều có ảnh hƣởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội. - Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lƣới hệ thống và lƣới truyền tải). - Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng xảy ra trên lƣới điện trung áp. Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này. - Lƣới điện trung áp gần với ngƣời dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng là rất quan trọng. 1.1.4. Các phần tử chính của lưới điện trung áp Các phần tử chủ yếu trong LĐTA bao gồm [11], - Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối. - Thiết bị dẫn điện: Đƣờng dây tải điện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
5 - Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch. - Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dƣới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao. - Thiết bị đo lƣờng: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lƣờng... - Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù. - Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đƣờng dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,... - Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện,... Mỗi phần tử trên lƣới điện đều có các thông số đặc trƣng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt...) đƣợc chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật. Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù...) thì thông số của chúng ảnh hƣởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên đƣợc dùng để tính toán chế độ làm việc của lƣới điện trung áp. Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc. Một số ít phần tử có nhiều trạng thái nhƣ: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc. Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dƣới tải) nhƣ: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dƣới tải. Một số khác có thể Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
6 thay đổi khi cắt điện nhƣ: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến áp và đƣờng dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dƣới tải. Nhờ các thiết bị phân đoạn, đƣờng dây tải điện đƣợc chia thành nhiều phần tử của hệ thống điện. Không phải lúc nào các phần tử của lƣới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác. Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử của lƣới không làm việc để lƣới điện trung áp vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất. 1.1.5. Cấu trúc của lưới điện trung áp Cấu trúc của LĐTA bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành [11], - Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lƣới đầy đủ. Muốn lƣới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa. Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần đó là cấu trúc vận hành. - Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một hay một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lƣới điện. Cấu trúc vận hành bình thƣờng gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành do ngƣời vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, ngƣời ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ƣu theo điều kiện kinh tế nhất (tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, ngƣời ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có chất lƣợng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thƣờng. Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
7 điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi. Ngoài ra, cấu trúc LĐTA còn có thể có các dạng nhƣ: - Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐTA không thể thay đổi sơ đồ vận hành. Khi cần bảo dƣỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần LĐTA phải ngừng cung cấp điện. Cấu trúc dạng này chính là LĐTA hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt. - Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này, LĐTA có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là khi đó LĐTA đƣợc cắt điện để thao tác. Đó là lƣới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở. - Cấu trúc động hoàn toàn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐTA có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lƣới đang trong trạng thái làm việc. Cấu trúc động đƣợc áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế LĐTA, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lƣới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lƣới điện trong thời gian thực. LĐTA trong cấu trúc này phải đƣợc thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn để thao tác sơ đồ. Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐTA: - Lưới hình tia (Hình 1.1): Lƣới này có ƣu điểm là rẻ tiền nhƣng độ tin cậy rất thấp. MC ĐD Nguồn P1 P2 P3 P4 P… Pn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn