PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA SÓNG HÀI TRONG TRẠM BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG KIỂU SVC VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC

Transcript

1 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VŨ THỊ VÒNG PHÂN TÍCH ẢNH HƢỞNG CỦA SÓNG HÀI TRONG TRẠM BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG KIỂU SVC VÀ NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên

2 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, ngoài nỗ lực bản thân, tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các Thầy, các Cô trong suốt quá trình giảng dạy và khoa Đào tạo sau đại học trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của thầy TS. Ngô Đức Minh Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Ngày 28 tháng 12 năm Học viên Vũ Thị Vòng

3 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN... 1 LỜI CẢM ƠN... 2 MỤC LỤC... 3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT... 6 DANH MỤC CÁC BẢNG... 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ... 8 LỜI NÓI ĐẦU... Error! Bookmark not defined. Chƣơng I. TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Tổng quan về truyền tải công suất trong hệ thống điện Đặt vấn đề Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải Bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải Sự tiêu thụ công suất phản kháng của các thiết bị điện Tình hình bù công suất phản kháng ở Việt Nam Vấn đề bù công suất phản kháng ở một số nước trên thế gi ới Những tồn tại và hướng khắc phục Những tồn tại Giải pháp khắc phục Kết luận chương Chƣơng II. PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA TRẠM BÙ SVC... 29

4 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Trạm bù SVC Thái Nguyên Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cu a thiết bị bù tĩnh SVC Các phần tử chính Cuộn kháng điều chỉnh bằng Thyristor TCR ( Thyristor controlled Reactor) Các bộ tụ cố định FC (Fixed Capacitors) Tụ điện đo ng ngắt bằng Thyristor TSC (Thyristor Switch Capacitor) Nguyên lý hoạt động Hiệu quả bù Vấn đề so ng hài và bù so ng hài của trạm SVC Tổng quan về so ng hài, tiêu chuẩn IEEE std Các nguồn phát sinh so ng hài trên lưới Tác hại của so ng hài Tiêu chuẩn đánh giá so ng hài Kết luận chương Chƣơng III. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LỌC TÍCH CỰC TRONG TRẠM BÙ SVC Đặt vấn đề Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bộ lọc tích cực Cấu tạo bộ lọc tích cực Nguyên lý hoạt động của bộ lọc tích cực Cấu trúc điều khiển của bộ lọc tích cực... 61

5 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kết luận chương Chƣơng IV. MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB SIMULINK Mô phỏng hoạt động của trạm SVC Cấu trúc mô phỏng trạm SVC Khối TCR Khối TSC Cấu trúc mạch điều khiển Kết quả mô phỏng trạm SVC Mô hình mô phỏng bộ lọc tích cực Cấu trúc mô phỏng Mô hình sử dụng bộ lọc tích cực kết hợp SVC Kết quả mô phỏng lọc AF Kết quả mô phỏng bộ lọc tích cực kết hợp SVC Kết luận chương

6 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6 CSPK CSTD SVC TCR TSR TSC FC THD FFT PWM AHF AF FACTS IEEE THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Công suất phản kháng Công suất tác dụng Static Var Compensator (Thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh) Thyristor Controlled Reactor (Kháng điều chỉnh bằng thyristor) Thyristor Switched Reactor (Kháng đo ng mở bằng thyristor) Thyristor Switched Capacitor (Bộ tụ đo ng mở bằng thyristor) Fixed Capacitor (Tụ điện co điện dung cố định) Total Harmonic Distortion (Hệ số méo dạng) Fast Fourier Transform (Biến đổi nhanh Fourier) Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung) Active Harmonic Filter (Bộ lọc so ng hài tích cực) Active Filter (Bộ lọc tích cực) Flexible AC Transmission System (Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt) Institute of Electrical and Electronics Engineers (Viện kỹ thuật Điện điện tử Mỹ)

7 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. IEEE std Bảng 2.2. Tiêu chuẩn IEEE std 519 IEC cho thiết bị trên 75A ở dòng đầu vào mỗi pha Bảng 2.3. IEC Bảng 4.1 Các khối sử dụng trong mô hình Bảng 4.2. Các thiết bị chính của khối TCR và TSC Bảng 4.3. Các khối sử dụng trong mô hình mô phỏng... 82

8 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ lưới điện Hì nh 1.2. Các phương án đặt thiết bị bù công suất phản kháng Hình 2.1. Sơ đồ nhất thứ trạm 220kV Thái Nguyên Hình 2.2. Sơ đồ mạch lực trạm SVC Hình 2.3. Hệ thô ng bu ti nh SVC Hình 2.4. Giao diện chương tri nh giám sát, điều khiển hệ thô ng bu SVC Hình 2.5. Các cấu hình SVC Hình 2.6. Sơ đồ cấu tạo và hoạt động TCR Hình 2.7. Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR Hình 2.8. Dạng so ng điện áp và dòng điện của TCR một pha với các go c mở (a) α = 90 0 ; (b) α = ; (c) α = ; (d) α = Hình 2.9. Nhánh FC của hệ thống SVC Hình Sơ đô cấu tạo cu a TSC Hình Sơ đồ thay thế tương đương của SVC Hình Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi co và không co SVC Hình 2.13: Thiết bi bu ti nh SVC đặt giữa đường dây Hình So sánh khả năng truyền tải và độ dự trữ ổn định trên đường dây khi co bù và không co bù Hình Dạng so ng sin và dạng so ng điều hòa Hình Phân tích F n thành a n và b n Hình Phổ của so ng điều hòa

9 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9 Hình 3.1. Mô hi nh hệ thô ng điện với tải phi tuyến và bô lo c ti ch cực mắc song song.. 53 Hình 3.2. lọc tích cực kết nối với hệ thống điện Hình 3.3. Sơ đồ tương đương của bộ lọc tích cực khi nối vào lưới Hình 3.4. CLPWM làm việc ở chế độ chỉnh lưu bình thường Hình 3.5. CLPWM làm việc ở chê độ chỉnh lưu tích cực, cosυ = Hình 3.6. CLPWM làm việc ở chế độ nghịch lưu với cosφ = Hình 3.7. Các thành phần công suất theo thuyết p q trong hệ tọa độ abc Hình 3.8. Bù các thành phần công suất trong hệ tọa độ abc Hình 3.9. Mô hình các khối của bộ lọc tích cực Hình Cấu trúc bộ điều khiển lọc tích cực Hình Cấu trúc của bộ lọc tích cực và lưới Hình 4.1. Cấu trúc môpho ng trạm SVC Hình 4.2. Cấu trúc mô phỏng khối TCR Hình 4.3. Cấu trúc mô pho ng khô i TSC Hình 4.4. Cấu trúc mô phỏng khô i điều khiển SVC Hình 4.5. Khô i đo lường Hình 4.6. Khô i điều chi nh điện áp sử du ng bô điều khiển PI Hình 4.7. Khô i ti nh toán go c mở thyristor Hình 4.8. Khô i phát xung điều khiển các Thyristor cu a TCR Hình 4.9. Mô pho ng hệ thống khi không co SVC Hình Mô pho ng hệ thống khi co SVC Hình Sơ đồ mô phỏng khối đo thành phần so ng hài... 77

10 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10 Hình Dòng điện một pha sơ cấp biến áp Ia sau khi được lọc Hình So ng hài bậc 3 sau khi lo c Hình So ng hài bậc 5 sau khi lo c Hình So ng hài bậc 7 sau khi lo c Hình Đo THD dòng điện khi bỏ lọc bậc Hình Đo THD dòng điện khi bỏ lọc bậc Hình Đo THD dòng điện khi bỏ lọc bậc Hình Mô hình mô phỏng hệ thống điện với thiết bị lọc tích cực AHF (Active Harmonic Filter) Hình Mô hình khối lọc tích cực Hình Bộ lọc tích cực sử dụng cùng thiết bị SVC Hình Biên dạng điện áp và dòng điện của nguồn Hình Biên dạng điện áp và dòng điện của bộ lọc tích cực Hình Biên dạng điện áp và dòng điện của tải Hình Biên dạng điện áp và dòng điện của tụ Hình So ng hài ở tải a) và nguồn b) tại thời điểm chỉ co tải I được đấu vào lưới điện Hình Sóng hài ở tải (a) và nguồn (b) khi cả 2 tải được đấu vào lưới điện Hình 4.28.So ng hài ở tải a) và nguồn b) khi lưới đã hoạt động ổn định Hình Kết quả mô phỏng lưới điện khi chỉ co hệ thống bù SVC Hình Kết quả mô phỏng với lưới điện khi co bộ lọc tích cực tham gia lọc so ng hài cùng SVC... 90