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: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2013
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 2012. Học viên Vũ Thị Vòng
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... 13 1.1. Tổng quan về truyền tải công suất trong hệ thống điện... 13 1.1.1. Đặt vấn đề... 13 1.1.2. Công suất phản kháng trên đường dây truyền tải... 14 1.1.3. Bù công suất phản kháng trên đường dây truyền tải... 15 1.1.4. Sự tiêu thụ công suất phản kháng của các thiết bị điện... 17 1.1.5. Tình hình bù công suất phản kháng ở Việt Nam... 20 1.1.6. Vấn đề bù công suất phản kháng ở một số nước trên thế gi ới... 23 1.2. Những tồn tại và hướng khắc phục... 27 1.2.1. Những tồn tại... 27 1.2.2. Giải pháp khắc phục... 28 1.3. Kết luận chương 1... 28 Chƣơng II. PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA TRẠM BÙ SVC... 29
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4 2.1. Trạm bù SVC Thái Nguyên... 29 2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cu a thiết bị bù tĩnh SVC... 34 2.2.1. Các phần tử chính... 34 2.2.1.1. Cuộn kháng điều chỉnh bằng Thyristor TCR ( Thyristor controlled Reactor).... 35 2.2.1.2. Các bộ tụ cố định FC (Fixed Capacitors)... 38 2.2.1.3. Tụ điện đo ng ngắt bằng Thyristor TSC (Thyristor Switch Capacitor). 39 2.2.2. Nguyên lý hoạt động... 40 2.3. Hiệu quả bù... 41 2.4. Vấn đề so ng hài và bù so ng hài của trạm SVC... 43 2.4.1. Tổng quan về so ng hài, tiêu chuẩn IEEE std 519... 43 2.4.2. Các nguồn phát sinh so ng hài trên lưới... 46 2.4.3. Tác hại của so ng hài... 47 2.4.4. Tiêu chuẩn đánh giá so ng hài... 49 2.5. Kết luận chương 2... 51 Chƣơng III. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LỌC TÍCH CỰC TRONG TRẠM BÙ SVC... 52 3.1. Đặt vấn đề... 52 3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bộ lọc tích cực... 52 3.2.1. Cấu tạo bộ lọc tích cực... 54 3.2.2. Nguyên lý hoạt động của bộ lọc tích cực... 54 3.3. Cấu trúc điều khiển của bộ lọc tích cực... 61
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5 3.4. Kết luận chương 3... 64 Chƣơng IV. MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB SIMULINK... 65 4.1. Mô phỏng hoạt động của trạm SVC... 65 4.1.1. Cấu trúc mô phỏng trạm SVC... 65 4.1.1.1. Khối TCR... 67 4.1.1.2. Khối TSC... 67 4.1.1.3. Cấu trúc mạch điều khiển... 69 4.1.2 Kết quả mô phỏng trạm SVC... 74 4.2. Mô hình mô phỏng bộ lọc tích cực... 81 4.2.1 Cấu trúc mô phỏng... 82 4.2.2 Mô hình sử dụng bộ lọc tích cực kết hợp SVC... 85 4.2.3 Kết quả mô phỏng lọc AF... 86 4.2.4. Kết quả mô phỏng bộ lọc tích cực kết hợp SVC... 89 4.3. Kết luận chương 4... 92
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)
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. IEEE std 519... 49 Bảng 2.2. Tiêu chuẩn IEEE std 519 IEC 1000-3-4 cho thiết bị trên 75A ở dòng đầu vào mỗi pha.... 50 Bảng 2.3. IEC 1000-3-4... 50 Bảng 4.1 Các khối sử dụng trong mô hình... 66 Bảng 4.2. Các thiết bị chính của khối TCR và TSC... 68 Bảng 4.3. Các khối sử dụng trong mô hình mô phỏng... 82
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ lưới điện.... 21 Hì nh 1.2. Các phương án đặt thiết bị bù công suất phản kháng... 24 Hình 2.1. Sơ đồ nhất thứ trạm 220kV Thái Nguyên.... 30 Hình 2.2. Sơ đồ mạch lực trạm SVC.... 31 Hình 2.3. Hệ thô ng bu ti nh SVC.... 32 Hình 2.4. Giao diện chương tri nh giám sát, điều khiển hệ thô ng bu SVC.... 33 Hình 2.5. Các cấu hình SVC... 34 Hình 2.6. Sơ đồ cấu tạo và hoạt động TCR... 35 Hình 2.7. Đặc tính điều chỉnh liên tục của TCR.... 36 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 = 100 0 ; (c) α = 130 0 ; (d) α = 150 0.... 37 Hình 2.9. Nhánh FC của hệ thống SVC... 39 Hình 2.10. Sơ đô cấu tạo cu a TSC... 39 Hình 2.11. Sơ đồ thay thế tương đương của SVC... 41 Hình 2.12. Đặc tính công suất truyền tải của hệ thống khi co và không co SVC.... 42 Hình 2.13: Thiết bi bu ti nh SVC đặt giữa đường dây... 42 Hình 2.14. So sánh khả năng truyền tải và độ dự trữ ổn định trên đường dây khi co bù và không co bù... 43 Hình 2.15. Dạng so ng sin và dạng so ng điều hòa.... 43 Hình 2.16. Phân tích F n thành a n và b n... 45 Hình 2.17. Phổ của so ng điều hòa.... 45
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... 54 Hình 3.3. Sơ đồ tương đương của bộ lọc tích cực khi nối vào lưới.... 55 Hình 3.4. CLPWM làm việc ở chế độ chỉnh lưu bình thường.... 56 Hình 3.5. CLPWM làm việc ở chê độ chỉnh lưu tích cực, cosυ = 1.... 56 Hình 3.6. CLPWM làm việc ở chế độ nghịch lưu với cosφ = -1... 56 Hình 3.7. Các thành phần công suất theo thuyết p q trong hệ tọa độ abc.... 57 Hình 3.8. Bù các thành phần công suất trong hệ tọa độ abc.... 60 Hình 3.9. Mô hình các khối của bộ lọc tích cực.... 61 Hình 3.10. Cấu trúc bộ điều khiển lọc tích cực... 62 Hình 3.11. Cấu trúc của bộ lọc tích cực và lưới.... 63 Hình 4.1. Cấu trúc môpho ng trạm SVC... 65 Hình 4.2. Cấu trúc mô phỏng khối TCR... 67 Hình 4.3. Cấu trúc mô pho ng khô i TSC... 68 Hình 4.4. Cấu trúc mô phỏng khô i điều khiển SVC... 70 Hình 4.5. Khô i đo lường... 71 Hình 4.6. Khô i điều chi nh điện áp sử du ng bô điều khiển PI... 71 Hình 4.7. Khô i ti nh toán go c mở thyristor... 73 Hình 4.8. Khô i phát xung điều khiển các Thyristor cu a TCR... 74 Hình 4.9. Mô pho ng hệ thống khi không co SVC... 75 Hình 4.10. Mô pho ng hệ thống khi co SVC... 75 Hình 4.11. Sơ đồ mô phỏng khối đo thành phần so ng hài... 77
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10 Hình 4.12. Dòng điện một pha sơ cấp biến áp Ia sau khi được lọc... 77 Hình 4.13. So ng hài bậc 3 sau khi lo c... 78 Hình 4.14. So ng hài bậc 5 sau khi lo c... 78 Hình 4.15. So ng hài bậc 7 sau khi lo c... 79 Hình 4.16. Đo THD dòng điện khi bỏ lọc bậc 7... 80 Hình 4.17. Đo THD dòng điện khi bỏ lọc bậc 5... 80 Hình 4.18. Đo THD dòng điện khi bỏ lọc bậc 3... 81 Hình 4.19. Mô hình mô phỏng hệ thống điện với thiết bị lọc tích cực AHF (Active Harmonic Filter)... 82 Hình 4.20. Mô hình khối lọc tích cực... 84 Hình 4.21. Bộ lọc tích cực sử dụng cùng thiết bị SVC... 86 Hình 4.22. Biên dạng điện áp và dòng điện của nguồn.... 87 Hình 4.23. Biên dạng điện áp và dòng điện của bộ lọc tích cực.... 87 Hình 4.24. Biên dạng điện áp và dòng điện của tải.... 87 Hình 4.25. Biên dạng điện áp và dòng điện của tụ.... 88 Hình 4.26. So ng hài ở tải a) và nguồn b) tại thời điểm chỉ co tải I được đấu vào lưới điện... 88 Hình 4.27. Sóng hài ở tải (a) và nguồn (b) khi cả 2 tải được đấu vào lưới điện... 89 Hình 4.28.So ng hài ở tải a) và nguồn b) khi lưới đã hoạt động ổn định... 89 Hình 4.29. Kết quả mô phỏng lưới điện khi chỉ co hệ thống bù SVC... 90 Hình 4.30. Kết quả mô phỏng với lưới điện khi co bộ lọc tích cực tham gia lọc so ng hài cùng SVC... 90