Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giảm thiểu sóng hài lưới điện Nhà máy thép trên địa bàn TP.HCM

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là tìm hiểu các vấn đề cơ bản về chất lượng điện năng. Tìm hiểu các vấn đề cơ bản về sóng hài. Tìm hiểu các tiêu chuẩn liên quan về sóng hài. Nghiên cứu các giải pháp chống sóng hài. Lựa chọn một trong các giải pháp để thực hiện chống sóng hài. Thực hiện chống sóng hài cho Nhà máy thép.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giảm thiểu sóng hài lưới điện Nhà máy thép trên địa bàn TP.HCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- PHAN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU GIẢM THIỂU SÓNG HÀI LƢỚI ĐIỆN NHÀ MÁY THÉP TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9 NĂM 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- PHAN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU GIẢM THIỂU SÓNG HÀI LƢỚI ĐIỆN NHÀ MÁY THÉP TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. VÕ VIẾT CƢỜNG TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 9 NĂM 2016
CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: Tiến sĩ Võ Viết Cƣờng Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 25 tháng 9 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS.TS. Ngô Cao Cƣờng Chủ tịch 2 PGS.TS. Lê Chí Kiên Phản biện 1 3 TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt Phản biện 2 4 GS. TS. Lê Kim Hùng Ủy viên 5 TS. Đoàn Thị Bằng Ủy viên, Thƣ ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV PGS.TS. Ngô Cao Cƣờng
TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 29 tháng 7 năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Tiến Dũng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 11/05/1980 Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830036 I- Tên đề tài: Nghiên cứu giảm thiểu sóng hài lƣới điện Nhà máy thép trên địa bàn TP.HCM. II- Nhiệm vụ và nội dung:  Tìm hiểu các vấn đề cơ bản về chất lƣợng điện năng.  Tìm hiểu các vấn đề cơ bản về sóng hài.  Tìm hiểu các tiêu chuẩn liên quan về sóng hài.  Nghiên cứu các giải pháp chống sóng hài.  Lựa chọn một trong các giải pháp để thực hiện chống sóng hài.  Thực hiện chống sóng hài cho Nhà máy thép.  Nhận xét và đánh giá kết quả.  Kết luận. III- Ngày giao nhiệm vụ: 01/2016 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 7/2016 V- Cán bộ hƣớng dẫn: Tiến sĩ Võ Viết Cường CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS. Võ Viết Cƣờng
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Phan Tiến Dũng
ii LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên con xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những ngƣời thân trong gia đình đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Quý thầy cô trƣờng Đại Học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, Quý thầy cô đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập tại trƣờng để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Đặc biệt em xin đƣợc cảm ơn thầy TS. Võ Viết Cƣờng đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và động viên em trong suốt quá trình thực hiện để em có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn các Ban Giám Đốc và các Anh Chị công tác tại Công ty Điện lực Gia Định, Công ty Thí Nghiệm Điện lực TP.HCM, Công ty TNHH MTV Thép Đăng Khoa, Công ty TNHH SX TM Thép Châu Á, Ban Kỹ thuật thuộc Tổng Công ty Điện Lực Tp.Hồ Chí Minh đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và công tác. Cuối cùng xin cám ơn tất cả những ngƣời bạn đã kề vai sát cánh cùng tôi trong suốt thời gian qua. TP. Hồ Chí Minh, tháng 9 - 2016 Học viên thực hiện Phan Tiến Dũng
iii TÓM TẮT Trƣớc sự lớn mạnh của nền kinh tế thì việc gia tăng nhanh chóng phụ tải điện đã gây sức ép rất lớn cho ngành điện, đặc biệt là sự gia tăng của các phụ tải phi tuyến trong các hệ thống điện nói chung và trong lĩnh vực công nghiệp nói riêng. Đây chính là nguồn gốc phát ra các sóng sin có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản mà đƣợc gọi là các sóng hài. Các sóng hài này lan truyền trong các hệ thống điện và gây ra các ảnh hƣởng bất lợi lên các phần tử của hệ thống điện. Vì thế, “Nghiên cứu giảm thiểu sóng hài lƣới điện Nhà máy thép trên địa bàn TP.HCM” là cần thiết. Với mục tiêu: đƣa ra giải pháp giảm thiểu sóng hài đến mức chấp nhận đƣợc cho lƣới điện của các nhà máy thép tại TP.HCM. Sau một thời gian nghiên cứu, luận văn đã thực hiện các vấn đề chính sau: - Tìm hiểu lý thuyết về: (1) nguồn gốc phát sinh sóng hài và các ảnh hƣởng của sóng hài lên hệ thống điện; (2) Tìm hiểu các tiêu chuẩn liên quan đến sóng hài. - Tiến hành đo đạc thực tế tại Nhà máy thép Đăng Khoa và nhà máy thép Châu Á trên địa bàn huyện Hóc Môn, TP.HCM. - Từ những lý thuyết có đƣợc cùng những thực tế đo đạc tại một số nhà máy thép trên địa bàn TP.HCM, luận văn thực hiện nghiên cứu các giải pháp giảm thiểu sóng hài và đƣa ra giải pháp giảm thiểu sóng hài có hiệu quả. Các giải pháp sau đó đƣợc kiểm chứng bằng các kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm Matlab và đƣa ra kết luận nhƣ sau: (1) Kết quả mô phỏng cho thấy bộ lọc tích cực đã thiết kế làm việc rất tốt, dòng điện nguồn sau khi lọc có tổng độ méo dạng THD< 5%, đạt yêu cầu cho phép của tiêu chuẩn IEEE std 159-1992 và IEC 1000-3-4. (2) Phƣơng pháp này khi kết hợp với cuộn kháng lọc sẽ cho kết quả lọc rất tốt và khắc phục đƣợc các gợn nhỏ và gai nhọn.
iv ABSTRACT Because of the growth of the economy, the rapid increase in electricity load caused huge pressure for the power sector, especially the rise of nonlinear loads in the power system and particularly in industry sector. This is reason why the frequency sine waves are integer multiples of the basic frequency called harmonics. The spread harmonics in the power system and cause adverse effects to the elements of the power system. Therefore, "Solution for reducing the harmonics in electricity system of Steel plant in HCM City – case study" is necessary. With the aim: to find solutions to reduce harmonics to an acceptable level for the power grid of the steel plant in Vietnam. After a period of research, the thesis had achived some following key issues: - Study the theory of: (1) the cause of harmonics and the effects of harmonics on power systems; (2) Learn the standards related to harmonics. - Measure some parametters from Dang Khoa and Chau A steel Plant in Hoc Mon district, HCM city. - From the theory and measuring in the reallity to undertake research and offer solutions effectively minimize harmonics. The solution is verified by simulation results using Matlab software and concluded as follows: (1) The simulation results showed positive filter designed to work very well, power lines source after the filter has a total distortion THD
v MỤC LỤC Trang Lời cam đoan ............................................................................................................... i Lời cảm ơn .................................................................................................................ii Tóm tắt ..................................................................................................................... iii Abstract ..................................................................................................................... iv Mục lục ....................................................................................................................... v Danh mục các từ viết tắt ............................................................................................ ix Danh mục các bảng .................................................................................................... x Danh mục các biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh ......................................................... xi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SÓNG HÀI 1 1.1 Tổng quan về chất lƣợng điện năng 1 1.1.1 Định nghĩa chất lƣợng điện năng 1 1.1.2 Chất lƣợng điện năng = chất lƣợng điện áp 2 1.2 Tổng quan về sóng hài 2 1.2.1 Khái niệm sóng hài 3 1.2.2 Hiệu ứng sóng hài 3 1.2.3 Dòng hài 4 1.2.4 Tác hại của sóng hài 4 1.2.5 Các đại lƣợng biểu thị cho sóng hài 5 1.2.5.1 Độ méo dạng hài toàn phần 5 1.2.5.2 Độ méo dạng nhu cầu tổng 6 1.2.6 Khái niệm điểm kết nối chung 7 1.3 Nguồn gốc phát sinh sóng hài 8 1.3.1 Các phụ tải phát sinh hài trong thƣơng mại 8 1.3.1.1 Đèn huỳnh quang 9 1.3.1.2 Các bộ điều chỉnh tốc độ 9 1.3.1.3 Các bộ nguồn một pha 10 1.3.2 Các phụ tải phát sinh hài trong công nghiệp 11 1.3.2.1 Các bộ biến đổi công suất ba pha dùng linh kiện điện tử công suất 11
vi 1.3.2.2 Các thiết bị hồ quang 13 1.3.2.3 Các thiết bị bão hòa 13 1.4 Ảnh hƣởng của sự méo dạng sóng hài lên các phần tử của hệ thống điện 14 1.4.1 Ảnh hƣởng lên tụ điện 14 1.4.2 Ảnh hƣởng lên các máy biến áp 15 1.4.3 Ảnh hƣởng lên các động cơ 18 1.4.4 Ảnh hƣởng lên các đƣờng dây truyền thông, dụng cụ đo đếm điện năng, thiết bị điều khiển và thiết bị điện tử nhạy cảm 19 1.5 Các tiêu chuẩn sóng hài 20 1.5.1 Tiêu chuẩn sóng hài trong nƣớc 20 1.5.2 Tiêu chuẩn sóng hài quốc tế 21 1.5.2.1 Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 21 1.5.2.2 Tiêu chuẩn IEC 23 CHƢƠNG 2: LÕ CẢM ỨNG VÀ SÓNG HÀI DO LÒ CẢM ỨNG GÂY RA 25 2.1 Tổng quan về lò nấu thép cảm ứng 25 2.1.1 Giới thiệu chung về lò cam ứng 25 2.1.2 Phạm vi ứng dụng của thiết bị gia nhiệt tần số 26 2.1.3 Phân loại các thiết bị gia nhiệt tần số 26 2.2 Mô hình hóa lò nấu thép cảm ứng sử dụng mạch nghịch lƣu cộng hƣởng nguồn dòng song song. 27 2.2.1 Giới thiệu về mạch lò cộng hƣởng song song 27 2.2.2 Mô hình hóa lò nấu thép cảm ứng sử dụng mạch nghịch lƣu cộng hƣởng nguồn dòng song song trên phần mềm matlab/Simulink. 29 2.2.2.1 Các thông số của mô hình: 29 2.2.2.2 Khối cấp nguồn 30 2.2.2.3 Khối chỉnh lƣu có điều khiển 30 2.2.2.4 Khối nghịch lƣu cộng hƣởng nguồn dòng 31 2.2.2.5 Khối lò nấu thép cảm ứng 32 2.2.2.6 Khối phát xung điều khiển 33 2.2.2.7 Khối đo lƣờng và hiển thị 34 2.3 Nhận xét 39 CHƢƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU SÓNG HÀI 40 3.1 Các giải pháp giảm thiểu sóng hài 40
vii 3.1.1 Vai trò của việc nghiên cứu sóng hài 40 3.1.2 Thủ tục nghiên cứu sóng hài 41 3.1.3 Giảm các dòng điện hài đƣợc sinh ra bởi phụ tải bằng cuộn cảm 42 3.1.4 Giảm các dòng điện hài đƣợc sinh ra bởi phụ tải bằng tổ đấu dây của máy biến áp 44 3.1.5 Lọc 47 3.1.5.1 Bộ lọc thụ động 47 3.1.5.2 Bộ lọc tích cực 59 3.1.6 Hiệu chỉnh đáp ứng tần số của hệ thống 60 3.2 Ứng dụng hệ mờ điều điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng 61 3.2.1 Tập mờ 61 3.2.1.1 Định nghĩa tập mờ 61 3.2.1.2 Bộ điều khiển mờ cơ bản 61 3.2.1.3 Các thuật ngữ trong logic mờ 62 3.2.1.4 Biến ngôn ngữ 63 3.2.2 Phép mờ trên tập mờ 64 3.2.2.1 Phép hợp hai tập mờ 64 3.2.2.2 Phép giao hai tập mờ 64 3.2.2.3 Mệnh đề hợp thành 65 3.2.3 Luật hợp thành 65 3.2.4 Giải mờ 67 3.2.5 Bộ điều khiển mờ 68 3.2.6 Nguyên lý điều khiển mờ 68 3.3 Giải pháp giảm thiểu sóng hài cho các công ty thép sử dụng lò cảm ứng 69 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG 70 4.1 Phân tích số liệu sóng hài đo đƣợc của phụ tải thực tế tại nhà máy thép 70 4.1.1 Số liệu sóng hài đo tại Công ty TNHH MTV Thép Đăng Khoa, Xã Đông Thạnh, Huyện Hốc Môn, TP.HCM. 70 4.1.2 Số liệu sóng hài đo tại Công ty TNHH Sản Xuất - Thƣơng Mại Thép Châu Á, Xã Xuân Thới Sơn, Huyện Hốc Môn, TP.HCM. 71 4.1.3 Thông số kỹ thuật Công ty thép Đăng Khoa 72 4.1.4 Nhận xét về số liệu sóng hài đo đƣợc 73
viii 4.2 Xây dựng mô hình cho giải pháp đã chọn để tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Matlab 74 4.2.1 Tính toán các thông số của bộ lọc AF 74 4.2.1.1 Tính chọn giá trị nguồn một chiều cấp cho nghịch lƣu 74 4.2.1.2 Tính chọn giá trị tụ điện C 75 4.2.1.3 Tính chọn giá trị điện cảm Lf 76 4.2.1.4 Xác định và lựa chọn thông số van điều khiển 76 4.2.1.5 Cấu trúc điều khiển AF 77 4.2.1.6 Xác định dòng điện bù hài (iref) 77 4.2.1.7 Bộ lọc thông thấp (LPF) 78 4.2.1.8 Phƣơng pháp điều chế PWM 79 4.2.2 Mô hình hóa bộ lọc AF bằng phần mềm Matlab/Simulink 80 4.2.2.1 Khâu tách dòng điện hài BPF 80 4.2.2.2 Bộ lọc thông thấp LPF 81 4.2.2.3 Bộ điều khiển AF 81 4.2.2.4 Khâu AF 81 4.2.3 Ứng dụng hệ mờ điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng. 82 4.2.3.1 Xây dựng bộ điều khiển mờ 82 4.2.3.2 Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulik khi sử dụng bộ điều khiển mờ 85 4.3 Đánh giá và so sánh kết quả 88 4.3.1 Đánh giá và so sánh kết quả khi thêm bộ lọc tích cực sử dụng hệ mờ 88 4.3.2 So sánh kết quả khi thêm bộ lọc tích cực sử dụng hệ mờ với điều khiển bộ lọc tích cực bằng phƣơng pháp điều khiển theo vecto không gian. 91 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬT VÀ KIẾN NGHỊ 92 5.1 Kết luận 92 5.2 Kiến nghị 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC
ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - ASD (Adjustabe Speed Drive): Bộ điều chỉnh tốc độ. - ANSI (American National Standards Institute): Tiêu chuẩn kỹ thuật, Mỹ. - Cap (Capacitor): Tụ điện. - CENLEC (European Committee for Electrotechnical Standardization): Ủy ban châu âu về tiêu chuẩn hóa kỹ thuật điện. - CSI (Current Source Inverter): Bộ nghịch lƣu kiểu nguồn dòng. - EMC (Electromagnetic Compatibility): Khả năng tƣơng thích điện từ. - ENs (European Standards) : Các tiêu chuẩn của Châu âu - Filt (Filter): Bộ lọc. - Fund (Fundamental): Cơ bản. - GTO (Gate Turn Off): Linh kiện bán dẫn công suất Thyristor có điều khiển đóng hoặc ngắt bằng dòng điện xung dƣơng hoặc âm kích cổng. - Harm (Hamornic): Sóng hài. - IEC (International Electrotechnical Commission): Hội đồng kỹ thuật điện quốc tế. - IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers): Viện kỹ sƣ điện - điện tử, Mỹ. - L-L (Line - Line): Pha-pha. - PCC (Point of Common Coupling): Điểm kết nối chung. - PWM (Pulse Width Modulation): Điều chế độ rộng xung. - RMS (Root Mean Square): Trị hiệu dụng. - SCR (Silicon Controlled Rectifier): Linh kiện bán dẫn công suất Thyristor có điều khiển đóng bằng dòng điện xung dƣơng kích cổng, không kích ngắt. - SMPS (Switch-Mode Power Supply): Bộ nguồn một chiều dạng xung. - TDD (Total Demand Distortion): Méo dạng nhu cầu tổng. - THD (Total Harmonic Distortion): Méo dạng sóng hài toàn phần. - VSI (Voltage Source Inverter): Bộ nghịch lƣu kiểu nguồn áp.
x DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Ví dụ việc đánh giá thông số của tụ ............................................................ 16 Bảng 1.2 Các giá trị PEC-R của các máy biến áp tiêu biểu ........................................... 18 Bảng 1.3 Độ biến dạng sóng hài điện áp .................................................................... 21 Bảng 1.4 Các mức méo dạng dòng điện đối với các hệ thống phân phối phổ biến (từ 120V đến 69.000V) .............................................................................................. 21 Bảng 1.5 Các mức méo dạng dòng điện đối với các hệ thống phân phối phổ biến (từ 69.001V đến 161.000V) ....................................................................................... 22 Bảng 1.6 Các mức méo dạng dòng điện đối với các hệ thống truyền tải (>161.000V) ............................................................................................................... 22 Bảng 1.7 Các mức giới hạn méo dạng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE519-1992 ........ 23 Bảng 1.8 Giới hạn phát sinh dòng hài cho thiết bị theo tiêu chuẩn IEC 61000-3-4 .. 24 Bảng 2.1 So sánh hiệu suất và việc cung cấp điện cho lò nấu thép cảm ứng ............ 28 Bảng 2.2 Tỷ lệ các thành phần sóng hài trong dòng điện nguồn ................................ 38 Bảng 3.1 Gía trị méo dạng tối đa theo % tổng trở của cuộn kháng ........................... 43 Bảng 4.1 Bảng luật hợp thành .................................................................................... 85 Bảng 4.2 Tỷ lệ thành phần sóng điều hòa của dòng điện nguồn pha A trƣớc và sau khi có bộ lọc AF tác động sử dụng điều khiển mờ ..................................................... 88 Bảng 4.3 Tỷ lệ thành phần sóng điều hòa của dòng điện nguồn pha A trƣớc và sau khi có bộ lọc AF tác động sử dụng điều khiển Fuzzy ................................................. 90
xi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các kết quả thăm dò về nguyên nhân làm xấu chất lƣợng điện năng ......... 2 Hình 1.2 Cách xác định điểm kết nối chung dựa vào số phụ tải ................................. 8 Hình 1.3 Dòng điện và phổ hài của đèn huỳnh quang dùng tăng phô từ .................. 10 Hình 1.4 Dòng điện và phổ hài của đèn huỳnh quang dùng tăng phô điện tử .......... 10 Hình 1.5 Cấu tạo bộ nguồn dạng xung ...................................................................... 10 Hình 1.6 Dòng điện và phổ hài của bộ nguồn dc dạng xung .................................... 11 Hình 1.7 Dòng điện và phổ hài của bộ ASD dạng CSI ............................................. 12 Hình 1.8 Dòng điện và phổ hài của bộ ASD dạng PWM ......................................... 12 Hình 1.9 Mạch tƣơng đƣơng của thiết bị hồ quang .................................................. 13 Hình 1.10 Đặc tính từ hóa của máy biến áp .............................................................. 13 Hình 1.11 Dòng điện từ hóa của máy biến áp và phổ hài tƣơng ứng ....................... 14 Hình 1.12 Dòng điện của tụ điện khi xảy ra cộng hƣởng với hài bậc 11 ................. 15 Hình 1.13 Sự liên kết cảm ứng của dòng điện dƣ của hệ thống điện đối với mạng điện thoại .................................................................................................. 19 Hình 1.14 Hƣớng đi của các dòng hài ...................................................................... 20 Hình 2.1 Cấu tạo chung của lò nấu thép cảm ứng .................................................... 26 Hình 2.2 Mạch lò cảm ứng song song....................................................................... 27 Hình 2.3 Mạch cấp điện cho tải lò nấu thép cảm ứng ............................................... 29 Hình 2.4 Mô hình hệ thống cung cấp điện lò nấu thép cảm ứng trên phần mềm Matlab/Simulink ......................................................................................................... 30 Hình 2.5 Nguồn cung cấp ba pha ba dây .................................................................. 30 Hình 2.6 Khối chỉnh lƣu có điều khiển ..................................................................... 31 Hình 2.7 Khối nghịch lƣu cộng hƣởng nguồn dòng .................................................. 31 Hình 2.8 Khối lò nấu thép cảm ứng ........................................................................... 32 Hình 2.9 Khối phát xung điều khiển .......................................................................... 33
xii Hình 2.10 Giản đồ xung kích điều khiển bộ nghịch lƣu cộng hƣởng ....................... 34 Hình 2.11 Khối đo lƣờng và hiển thị ......................................................................... 34 Hình 2.12 Dạng sóng điện áp và dòng điện tại các điểm đo trên sơ đồ mô phỏng lò cảm ứng .............................................................................................................................. 37 Hình 2.13 Phổ tín hiệu dòng điện pha A ứng với Lt=108,4 µH ................................. 38 Hình 3.1 Mức độ méo dạng dòng điện theo điện kháng Z của cuộn kháng ............. 43 Hình 3.2 So sánh độ méo dạng của hai trƣờng hợp có và không có cuộn kháng 3% đối với nhiều dung lƣợng khác nhau của bộ ASD ..................................... 44 Hình 3.3 Kết hợp 2 bộ ASD 6-xung với 2 máy biến áp có tổ đấu dây khác nhau để tạo ra hiệu ứng 12-xung để loại bỏ các hài bậc 5 và bậc 7 ........................ 45 Hình 3.4 Máy biến áp đấu dây kiểu ZigZag để dẫn các hài thứ tự không ra khỏi hệ thống ........................................................................................................... 45 Hình 3.5 Cấu tạo các bộ lọc thụ động phổ biến ....................................................... 47 Hình 3.6 Một pha của bộ lọc ba pha điển hình đƣợc bao kín bằng kim loại ........... 48 Hình 3.7 Bộ lọc tiêu biểu cho các ứng dụng trong công nghiệp ............................... 48 Hình 3.8 Tạo một bộ lọc hài bậc 5 và ảnh hƣởng của chúng lên đáp ứng của hệ thống .................................................................................................... 49 Hình 3.9 Cấu tạo của bộ lọc thụ động nối tiếp điển hình ......................................... 51 Hình 3.10 Cấu tạo của bộ lọc thông thấp dải rộng điển hình.................................... 51 Hình 3.11 Ứng dụng bộ lọc thông thấp dải rộng trong hệ thống điện công nghiệp 52 Hình 3.12 Cấu tạo của bộ lọc thông thấp dải rộng ba pha điển hình ....................... 53 Hình 3.13 Bộ lọc thông thấp dải rộng thƣơng mại 600 V điển hình ........................ 54 Hình 3.14 Cấu tạo của bộ lọc C điển hình và đáp ứng tần số của chúng ................ 55 Hình 3.15 Mạch tƣơng đƣơng của bộ lọc C ............................................................. 56 Hình 3.16 Đáp ứng tần số của bộ lọc C với các mức dòng hài tối đa (10%, 30% và 50%) đƣợc phép chạy vào hệ thống tại tần số hT=5,5 ............................. 57
xiii Hình 3.17 Đáp ứng tần số của bộ lọc C ứng với hai trƣờng hợp có và không có sự kết hợp với bộ lọc notch .................................................................................................. 59 Hình 3.18 Ứng dụng điển hình của bộ lọc tích cực ................................................ 59 Hình 3.19 Các dạnh hàm liên thuộc thông dụng ........................................................ 61 Hình 3.20 Bộ điều khiển mờ cơ bản .......................................................................... 62 Hình 3.21 Ví dụ về một bộ đồ điều khiển mở động ................................................... 62 Hình 3.22 Miền giá trị ................................................................................................ 62 Hình 3.23 Hàm liên thuộc biến nhiệt sai .................................................................... 63 Hình 3.24 Phép hợp hai tập mờ .................................................................................. 64 Hình 3.25 Phép giao hai tập mờ ................................................................................. 65 Hình 3.26 Tổng hợp theo động cơ suy diễn ............................................................... 67 Hình 3.27 Giải mờ theo phƣơng pháp trọng tâm ...................................................... 68 Hình 3.28 Bộ điều khiển mờ MIS .............................................................................. 68 Hình 3.29 Nguyên lý điều khiển mờ .......................................................................... 68 Hình 4. 1 Phổ hài điện áp và hài dòng điện đo đƣợc tại công ty thép Duy anh ....... 71 Hình 4.2 Phổ hài điện áp và hài dòng điện đo đƣợc tại công ty thép Tiến bộ ......... 72 Hình 4.3 Cấu trúc tổng quát của toàn bộ lò nấu thép cảm ứng có bộ lọc AF ............ 74 Hình 4.4 Cấu trúc điều khiển bộ lọc tích cực AF....................................................... 77 Hình 4.5 Sơ đồ mạch điện và đặc tính pass filter....................................................... 78 Hình 4.6 Sơ đồ mạch điện LPF .................................................................................. 78 Hình 4.7 Phƣơng pháp điều chế PWM ...................................................................... 80 Hình 4.8 Mô hình khâu tách dòng điện dài BPF ........................................................ 80 Hình 4.9 Mô hình khâu lọc thông thấp LPF .............................................................. 81 Hình 4.10 Mô hình khâu điều khiển .......................................................................... 81 Hình 4.11 Mô hình khâu nghịch lƣu AF .................................................................... 82 Hình 4.12 Mờ hóa biến ngôn ngữ e ........................................................................... 83 Hình 4.13 Mờ hóa biến ngôn ngữ de ......................................................................... 83
xiv Hình 4.14 Mờ hóa biến ngôn ngữ u ........................................................................... 84 Hình 4.15 Quan hệ giữa u theo e và de ...................................................................... 85 Hình 4.16 Sơ đồ tổng quát của hệ thống sử dụng bộ điều khiển mờ ......................... 86 Hình 4.17 Phổ tín hiệu điện áp pha A (thanh cái B1) ................................................ 87 Hình 4.18 Phổ tín hiệu dòng điện pha A (thanh cái B1) ............................................ 87 Hình 4.19 Dòng điện tải ilA và dòng điện nguồn isA................................................ 89 Hình 4.20 Phổ tín hiệu của dòng điện sau điểm nối chung thanh cái B1 và B2 ........ 89 Hình 4.21 Điều khiển bộ lọc theo phƣơng pháp vectơ không gian ........................... 91 Hình 4.22 Điều khiển bộ lọc mờ ................................................................................ 91
1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SÓNG HÀI 1.1 Tổng quan về chất lƣợng điện năng 1.1.1 Định nghĩa chất lƣợng điện năng Có thể có nhiều định nghĩa khác nhau về chất lƣợng điện năng tùy thuộc vào quan điểm của mỗi ngƣời. Ví dụ, các Công ty điện lực có thể định nghĩa chất lƣợng điện năng là độ tin cậy cung cấp điện và thể hiện bằng phần trăm độ tin cậy, chẳng hạn nhƣ 99,98%. Các nhà sản xuất thiết bị dùng điện có thể định nghĩa chất lƣợng điện năng là những đặc tính của nguồn cung cấp mà cho phép thiết bị làm việc một cách đúng đắn. Những đặc tính này có thể là rất khác nhau đối với các tiêu chí khác nhau. Tuy nhiên, sau cùng thì định nghĩa về chất lƣợng điện năng đƣợc đƣa ra bởi chính ý kiến của khách hàng dùng điện. Định nghĩa này nhƣ sau: “Bất kỳ sự cố nào xảy ra trên hệ thống điện mà làm cho điện áp, dòng điện hoặc tần số bị sai lệch dẫn đến tải của khách hàng bị hỏng hoặc không vận hành” Có nhiều nguyên nhân gây ra các vấn đề chất lƣợng điện năng. Biểu đồ trên hình 1.1 cho thấy các nguyên nhân làm xấu chất lƣợng điện năng qua thăm dò của Công ty điện lực Georgia ở Hoa kỳ, biểu đồ cho thấy cả Công ty điện lực và khách hàng tiêu thụ điện đều tham gia vào việc gây ra các vấn đề chất lƣợng điện năng. Ý kiến của khách hàng Tự nhiên: 60% Khác 3% Láng giềng: 8% a Khách hàng: 12% Công ty điện lực: 17% Ý kiến của công ty điện lực
2 Tự nhiên: 66% Khác 0% Láng giềng: 8% Khách hàng: 25% Công ty điện lực: 1% Hình 1.1 Các kết quả thăm dò về các nguyên nhân làm xấu chất lƣợng điện năng Nếu năng lƣợng điện là không thỏa đáng đối với những yêu cầu của tải, thì có nghĩa là “chất lƣợng” xấu. 1.1.2 Chất lƣợng điện năng = chất lƣợng điện áp Thuật ngữ phổ biến để mô tả các vấn đề xấu của hệ thống điện là chất lƣợng điện năng; Tuy nhiên, thực ra chất lƣợng điện áp đƣợc chú tâm trong hầu hết các tình huống. Về mặt kỹ thuật, trong các thuật ngữ chuyên ngành, công suất là tốc độ phân phối năng lƣợng và tỷ lệ với tích của điện áp và dòng điện. Thật khó định nghĩa “chất lƣợng” cho đại lƣợng này với đầy đủ ý nghĩa. Hệ thống cung cấp điện năng có thể chỉ điều khiển chất lƣợng của điện áp; không điều khiển trên dòng điện. Vì vậy, các tiêu chuẩn trong lĩnh vực chất lƣợng điện năng đƣợc dành hết cho việc duy trì điện áp cung cấp nằm trong các giới hạn cho phép. 1.2 Tổng quan về sóng hài Khi các bộ biến đổi công suất dùng linh kiện điện tử công suất trở nên phổ biến đầu tiên vào cuối thập niên 70 của thế kỷ 20, rất nhiều kỹ sƣ của các công ty điện lực trở nên khá quan tâm về khã năng của hệ thống điện để thích ứng với sự méo dạng sóng hài. Nhiều sự tiên đoán kinh khủng đã đƣợc đƣa ra cho số phận của hệ thống điện nếu những thiết bị này đƣợc chấp nhận để tồn tại. Trong khi một vài mối quan tâm trong những quan tâm này có thể đã đƣợc phóng đại, tuy nhiên lĩnh vực phân tích chất