Cải thiện chất lượng nguồn điện áp cung cấp cho một số khu công nghiệp tại Thái NGuyên bằng bộ lọc tích cực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện trường đại họ

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

Trang 2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Trần Văn Tuấn

Sinh ngày: 29 tháng 8 năm 1978

Học viên lớp cao học khoá 16 - Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại: Công ty điện lực Thái Nguyên

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hướng của giáo viên hướng dẫn, không sao chép của người khác

Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

Thái Nguyên, tháng 01 năm 2016

Tác giả luận văn

Trần Văn Tuấn

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo Khoa sau đại học, Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp cùng các thầy giáo, cô giáo, các anh chị tại Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả có thể hoàn thành bản luận văn của mình

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong khoa Điện của trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp Đặc biệt là dưới sự hướng dẫn và góp ý của thầy PGS.TS Trần Xuân Minh đã giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các thầy, cô

Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tôi tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hơn nữa trong quá trình công tác sau này

Thái Nguyên, tháng 01 năm 2016

Tác giả luận văn

Trần Văn Tuấn

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG ix

DANH MỤC CÁC HÌNH x

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Nội dung của luận văn 1

Chương 1: TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN TỈNH THÁI NGUYÊN NÓI CHUNG VÀ THÀNH PHỐ SÔNG CÔNG NÓI RIÊNG 3

1.1 Hiện trạng nguồn và lưới điện tỉnh Thái Nguyên 3

1.1.1 Nguồn điện 3

1.1.2 Lưới điện 4

1.2 Hiện trạng nguồn và lưới điện thành phố Sông Công 5

1.2.1 Lưới điện trung thế 6

1.2.2 Tổn thất điện năng của khu vực thành phố Sông Công trong một vài năm gần đây 14

1.2.3 Đánh giá hiện trạng theo kết quả tính toán 15

Chương 2: SÓNG ĐIỀU HÕA BẬC CAO VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 18

2.1 Đặt vấn đề 18

2.2 Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao 18

2.2.1 Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao và quy định giới hạn thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lưới điện 23

Trang 6

2.2.2 Một số nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp 25

2.4 Kết luận chương 2 32

Chương 3: THUẬT TOÁN LỌC SÓNG HÀI BẬC CAO 33

3.1 Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao 33

3.1.1 Bộ lọc thụ động 33

3.1.2 Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực) 34

3.2 Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực 36

3.2.1 Phân loại theo sơ đồ 36

3.2.2 Phân loại theo nguồn cấp 39

3.2.3 Phân loại theo bộ biến đổi công suất 41

3.3 Bộ lọc hỗn hợp 41

3.4 Nguyên lý làm việc của thiết bị bù tích cực 43

3.5 Lý thuyết về phương pháp lọc tích cực 45

3.5.1 Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền tần số 46

3.5.2 Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian 48

3.6 Cấu trúc điều khiển 54

Chương 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 57

4.1 Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink 57

4.1.1 Nguồn xoay chiều 3 pha 57

4.1.2 Bộ lọc tích cực 57

4.1.3 Khâu tính toán độ méo dạng (THD) 64

4.1.4 Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha 64

4.1.5 Khâu đo dòng điện, điện áp 65

4.2 Sơ đồ mô phỏng 65

4.3 Kết quả mô phỏng 67

4.3.1 Kết quả mô phỏng trường hợp chưa có bộ lọc tích cực 67

4.3.2 Kết quả mô phỏng trường hợp có bộ lọc tích cực 68

Trang 7

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

1 Kết luận 74

2 Kiến nghị 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Trang 8

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu:

STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ

2 f (t) Hàm chu kỳ không sin

3 U1 Biên độ thành phần điện áp điều hoà cơ bản

4 Un Biên độ thành phần điện áp điều hoà bậc n

5 I1 Biên độ thành phần dòng điện điều hoà cơ bản

6 In Biên độ thành phần dòng điện điều hoà bậc n

8 p Công suất tác dụng tức thời

16 iL Dòng điện lưới phía tải (dòng tải)

17 iF Dòng điện chạy qua bộ lọc

19 Uh Điện áp thành phần điều hoà bậc cao

20 UF Điện áp thành phần cơ bản

21 u 0 , u, u Điện áp biểu diễn trên hệ trục 

22 u a , u b , u c Điện áp biểu diễn trên hệ trục abc

23 i a , i b , i c Dòng điện biểu diễn trên hệ trục abc

24 i 0 , i, i Dòng điện biểu diễn trên hệ trục 

25 u d , u q Điện áp biểu diễn trên hệ trục dq

26 i d , i q Dòng điện biểu diễn trên hệ trục dq

28 U dc Điện áp 1 chiều

30 , Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành

phần dòng 1 chiều

31 Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành

phần dòng xoay chiều

Trang 9

42 SSSC Static Synchronous Series Controllers

43 TCSC Thyristor Controlled Series Compensation

44 TSC Thyristor Switched Capacitor):

45 TSR Thyristor Switched Reactor

46 TCR Thyristor controller Reactor

47 DFT Discrete Fourier Transform

48 FFT Fast Fourier Transform

49 PLL Phase locked loop

50 SVM Space vector modulation method

51 ĐCVTKG Điều chế véc tơ không gian

Trang 10

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Mang tải của đường dây trung thế sau trạm 110kV Gò Đầm 10

Bảng 2.2 Tổn thất điện năng qua các năm của thành phố Sông Công 15

Bảng 2.3 Kết quả công suất các lộ trung thế 16

Bảng 2.4 Tổn thất điện năng kỹ thuật qua các nămcủa TP Sông Công 16

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp 24

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu dòng điện 25

Bảng 2.3: IEC 1000-3-4 25

Trang 11

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Lưới điện 220 - 110 KV khu vực Thái Nguyên 6

Hình 1.2: Sơ đồ trạm 110 KV Gò Đầm 9

Hình 1.3: Đường dây 376 E6.3 Gò Đầm 11

Hình 1.4: Đường dây 472+476 và 474+477+478 E6.3 Gò Đầm 12

Hình 1.5: Đường dây 471+473 và 475 E6.3 Gò Đầm 13

Hình 1.6: Đường dây TG Phố Cò và ĐZ 110 KV 14

Hình 1.7: Đường dây phân nhánh phụ tải TG Phố Cò và ĐZ 110 KV 14

Hình 2.1: a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ không sin) 19

Hình 2.2: Các thành phần sóng điều hòa 20

Hình 2.3: Phân tích Fnthành an và bn 21

Hình 2.4: Phổ của các thành phần điều hòa 21

Hình 2.5: Mô hình chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha 26

Hình 2.6: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha 27

Hình 2.7: Chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha, dạng dòng điện và phổ 27

Hình 2.8: Mô hình chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha 28

Hình 2.9: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha 29

Hình 2.10: Chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha, dạng dòng điện và phổ 29

Hình 2.11: Chỉnh lưu Thyristor cầu 3 pha 30

Hình 2.12: Dòng điện pha A 31

Hình 2.13: Dạng dòng điện iA và phổ 31

Hình 3.1: Bộ lọc RC 34

Hình 3.2: Bộ lọc LC 34

Hình 3.3: Bộ lọc tích cực song song 36

Hình 3.4: Cấu trúc bộ lọc song song 38

Hình 3.5: Bộ lọc tích cực nối tiếp 38

Trang 12

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý AFS 39

Hình 3.7: Bộ lọc tích cực 3 dây 40

Hình 3.8: Bộ lọc tích cực 4 dây có điểm giữa 40

Hình 3.9: Bộ lọc tích cực 4 dây 41

Hình 3.10: Cấu trúc VSI 41

Hình 3.11: Cấu trúc CSI 41

Hình 3.12: a) song song và b) nối tiếp 42

Hình 3.13: Cấu trúc UPQC 43

Hình 3.14: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 44

Hình 3.15: Trạng thái hấp thụ công suất của bộ bù 45

Hình 3.16: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 45

Hình 3.17: Phương pháp FFT 48

Hình 3.18: Thuật toán xác định dòng bù trong hệ dq 49

Hình 3.19: Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù trong hệ dq 51

Hình 3.20: Mô hình bộ lọc tích cực theo lý thuyết pq 51

Hình 3.21: Lưu đồ thuật toán tính dòng bù theo lý thuyết p-q 55

Hình 4.1: Khối nguồn ba pha 57

Hình 4.2: Bộ biến đổi của bộ lọc 58

Hình 4.3: Thông số của bộ biến đổi 58

Hình 4.4: Mạch điều khiển của bộ lọc 59

Hình 4.5: Chuyển hệ toạ độ từ abc -> αβ 59

Hình 4.6: Khâu tính công suất PQ 60

Hình 4.7: Khâu tính toán dòng bù pq 61

Hình 4.8: Khâu chuyển tọa độ αβ sang abc 61

Hình 4.9: Khối SVM 62

Hình 4.10: Chọn các véc tơ 63

Hình 4.11: Khâu tính toán TDH 64

Hình 4.12: Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu dòng áp 64

Trang 13

Hình 4.13: Khâu đo dòng điện, điện áp 65

Hình 4.14: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối 66

cho tải phi tuyến khi chưa có bộ lọc tích cực 66

Hình 4.15 Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối cho tải phi tuyến khi có bộ lọc tích cực 66

Hình 4.16: Dạng dòng điện nguồn 67

Hình 4.17 Phân tích phổ và THD của dòng điện nguồn 67

Hình 4.18: Dạng dòng điện 3 pha trước khi bộ lọc tác động 68

Hình 4.19: Dạng dòng điện 3 pha khi có bộ lọc tác động 69

Hình 4.20: Dạng dòng điện pha A trước và sau khi có bộ lọc tác động 69

Hình 4.21: Dạng dòng điện khi có bộ lọc tác động xéttại thời điểm từ 0,2 đến 0,3s 70

Hình 4.22: Phân tích phổ của dòng điện pha A khi có bộ lọc tác động 70

Hình 4.23 Công suất phản kháng của hệ thống 71

Hình 4.24: Hệ số công suất cosφ 71

Trang 14

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Với sự phát triển không ngừng của đất nước Điện năng cung cấp cho các phụ tải không chỉ phải đảm bảo yêu cầu về số lượng mà chất lượng điện năng cũng phải được 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 như làm tăng tổn hao, làm giảm hệ số công suất, ảnh hưởng tới các thiết bị tiêu dùng điện, làm giảm chất lượng điện năng Do đó, các thành phần dòng điều hòa bậc cao trên lưới 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 lưới 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 phương pháp sử dụng bộ lọc tích cực để cải thiện chất lượng lưới điện

cung cấp cho các phụ tải Vì vậy tôi chọn đề tài: "Cải thiện chất lượng

nguồn điện áp cung cấp cho một số khu công nghiệp tại Thái Nguyên bằng

bộ lọc tích cực"

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu về hệ thống cung cấp điện cho khu công nghiệp sông công của tỉnh Thái Nguyên

- Phân tích hiện tượng xuất hiện sóng hài bậc cao

- Đề xuất thiết kế bộ phương pháp khử sóng hài bậc cao nhằm nâng cao chất lượng nguồn điện cung cấp

3 Nội dung của luận văn

Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:

Trang 15

Chương 1: Tổng quan lưới điện tỉnh Thái Nguyên nói chung và thành phố sông công nói riêng

Chương 2: Sóng điều hòa bậc cao và biện pháp khắc phục

Chương 3: Thuật toán lọc sóng hài bậc cao

Chương 4: Mô phỏng hệ thống

Kết luận và kiến nghị

Trang 16

Chương 1 TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN TỈNH THÁI NGUYÊN NÓI CHUNG VÀ

THÀNH PHỐ SÔNG CÔNG NÓI RIÊNG 1.1 Hiện trạng nguồn và lưới điện tỉnh Thái Nguyên

1.1.1 Nguồn điện

Hiện tại, tỉnh Thái Nguyên được cấp điện từ 2 nguồn:

+ Nguồn điện mua từ Trung Quốc

+ Nguồn điện Việt Nam

* Nguồn điện Việt Nam:

Tỉnh Thái Nguyên hiện tại được cấp điện từ:

- Thuỷ điện Thác Bà (công suất 3x36MW) qua đường dây 110kV Thác Bà- Tuyên Quang-Thái Nguyên dài 90 km, dây dẫn AC185

- Nhà máy nhiệt điện Cao Ngạn (công suất 2x57,5MW) do Tập Đoàn than-khoáng sản Việt Nam (TKV) làm chủ đầu tư Nhà máy vào vận hành năm 2006, được đấu vào thanh cái 110kV -trạm 220kV Thái Nguyên, hoà vào lưới điện quốc gia

- Cấp điện từ trạm 220kV Sóc Sơn qua đường dây 110kV Sóc

Sơn-Gò Đầm

- Ngoài ra trên đại bàn tỉnh còn có nhà máy thuỷ điện Hồ Núi Cốc

có công suất thiết kế 3x630 KW, đã đưa vào vận hành năm 2008, công suất của nhà máy phát lên lưới 22kV cấp điện cho khu vực ngoại thị thành phố Thái Nguyên

* Nguồn điện mua Trung Quốc:

Qua đường dây 220kV Ma Guan-Tuyên Quang- Thái Nguyên chiều dài 205 km (đoạn nằm trên đất Thái Nguyên dài 40km), mạch kép, tiết diện dây phân pha 2x AC330 mm2 đấu nối về trạm biến áp 220kV Thái Nguyên, đóng điện tháng 4/2007 Hiện tại phần lớn phụ tải của tỉnh Thái Nguyên được

Trang 17

cấp điện từ nguồn điện mua từ Trung Quốc , phần phụ tải Thái Nguyên còn lại được cấp điện từ nguồn điện Việt Nam Điện năng mua từ Trung Quốc được cấp cho hầu hết các trạm 110kV Thái Nguyên (trừ trạm 110kV Gia Sàng) và cấp ngược lên phía bắc cho trạm Phú Lương và tỉnh Bắc Kạn

1.1.2 Lưới điện

1.1.2.1 Lưới điện 220kV

Tỉnh Thái Nguyên hiện liên kết với hệ thống điện quốc gia qua 4

hướng tuyến/7 đường dây 220kV xuát tuyến từ trạm 220kV Thái Nguyên:

- Thái Nguyên -Sóc Sơn

- Thái Nguyên- Bắc Giang

- Thái Nguyên- Tuyên Quang-TĐ Na Hang(tải công suất từ TĐ Tuyên Quang)

-Thái Nguyên- Bắc Kạn- TĐ Na Hang- Hà Giang (tải điện mua Trung Quốc)

Các đường dây 220kV này truyền tảỉ công suất mua điện của Trung Quốc và của các nhà máy thuỷ điện về luới điện Việt Nam

Trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên có 1 trạm biến áp 220/110/22kV Thái Nguyên gồm 2 máy biến áp 2x250MVA Hiện tại phần điện của trạm bị tách làm 2 phía: phía hoà vào HTĐ Việt Nam và phía nhận điện mua của Trung Quốc Một MBA mua điện Trung Quốc và một MBA hoà lưới điện Việt Nam Các nhà máy điện: Cao Ngạn, TĐ Thác Bà đấu vào thanh cái 110kV của MBA thuộc phía Việt Nam Trạm 220kV Thái Nguyên còn có 2 MBA 110/35/22kV- 2x63MVA

Trang 18

diện AC400, 1 mạch 220kV, đoạn 2 dài khoảng 20 km tách làm 2 mạch riêng

rẽ tiết diện AC400, một mạch đi chung cột với đường dây 220kV, mạch còn lại là đường dây 110kV cũ Hai lộ này cấp điện cho các trạm 110kV Đán(E6.4), Gia Sàng(E6.1), Lưu Xá(E6.5), Gò Đầm(E6.3), Sông Công(E6.7) Hiện tại chỉ có trạm Gia Sàng nhận điện Việt Nam, các trạm còn lại đều nhận điện Trung Quốc

+ Lộ 173: Thái Nguyên- Tuyên Quang, mạch đơn, dây dẫn AC185 dài

90 km, trong đó Điện lực Thái Nguyên quản lý 48,1 km

+ Lộ 174: Thái Nguyên- Bắc Cạn-Cao Bằng, dây dẫn AC185 dài 166,6

km, trong đó Điện lực Thái Nguyên quản lý 20,9km Lộ 174 cấp điện từ nguồn điện mua Trung Quốc cho các trạm 110kV Phú Lương(E6.6) và trạm 110kV Bắc Cạn(tỉnh Bắc Cạn)

+ Lộ 177 & 178: đường dây mạch kép Thái Nguyên- Quang Sơn, dây dẫn AC185 dài 17km Lộ 177 &178 cấp điện từ nguồn điện mua Trung Quốc cho trạm 110kV XM Thái Nguyên

Ngoài ra tỉnh Thái Nguyên còn được cấp điện từ trạm 220kV Sóc Sơn qua đường dây 110kV Sóc Sơn- Gò Đầm dài 24,7 km, dây dẫn AC-185

1.2 Hiện trạng nguồn và lưới điện thành phố Sông Công

Trạm 110kV Gò Đầm (E6.3) đặt tại thị xã Sông Công với qui mô công suất 1x25 MVA-110/22/6kV & 1x63 MVA- 110/35/22 kV & 10MVA-35/6kV(E6.3) Trạm được cấp điện từ 2 nguồn: từ trạm 220kV Thái Nguyên qua tuyến dây 110kV- lộ 171& 172 và từ trạm 220kV Sóc Sơn qua lộ 172 Hiện tại trạm là nguồn chính cấp cho thị xã Sông Công, KCN Sông Công, một phần huyện Phổ Yên và Phú Bình qua các đường dây 35, 22, 6kV Phía 35kV của trạm gồm 3 lộ 35kV (373,375 và 376), trong đó lộ 375 của trạm có liên kết với lộ 373 của trạm 110kV Lưu Xá Lộ 376 chủ yếu cấp điện cho dân

cư thị xã Sông Công và một phần huyện Phổ Yên Lộ 373 cấp điện cho TG Phố Cò (huyện Phổ Yên) và một phần thị xã Sông Công Lộ 375 cấp cho

Trang 19

huyện Phú Bình Phía 22kV có 6 lộ, mới sử dụng 4 lộ : 2 lộ 472 & 474 cấp điện cho KCN Sông Công và 2 lộ 473 & 475 cấp điện cho một số phụ tải mới của thị xã Sông Công, còn 2 lộ chƣa khai thác Phía 6kV có 7 lộ, trong đó 6 lộ

là cấp điện cho các phụ tải lớn của Sông Công: NM diesel Sông Công, NM phụ tùng số 1, còn lại 1 lộ là cấp cho khu vực thị xã Sông Công, dự kiến lộ này sẽ chuyển sang cấp điện áp 22 kV

Hình 1.1: Lưới điện 220 - 110 KV khu vực Thái Nguyên

1.2.1 Lưới điện trung thế

Trang 20

Trang 21

+ Tài sản khách hàng: 5.05km

- Trạm biến áp: Tổng số: 164TBA/ 178Mỏy; S= 264.000kVA

- Trạm TG 35/10kV: 01 trạm/ 01 máy S= 7500kVA (Tài sản của Điện lực)

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 01 trạm/ 01 máy S= 7500kVA

+ Tài sản khách hàng: 0 trạm/ 0 máy S= 0 kVA

- Trạm TG 22/6kV: 03 trạm/ 05 máy S =29.600kVA (Tài sản của KH) Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 0 trạm/ 00 máy S= 0 kVA

+ Tài sản khách hàng: 03 trạm/ 5 máy S= 29.600kVA

- Trạm 35/0.4kV: 21 trạm/ 25 máy S =14.100kVA

Trong đó

+ Tài sản của Điện lực: 14 trạm/ 14 máy S= 2.570kVA

+ Tài sản khách hàng: 12 trạm/ 12 máy S= 11.310kVA

- Trạm 22/0.4kV: 80 trạm/ 86 máy S =113.450kVA

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 20 trạm/ 20 máy S= 3770kVA

+ Tài sản khách hàng: 60 trạm/ 66 máy S =109.680kVA

- Trạm 10/0.4kV: 21 trạm/ 21 máy S = 7.925 kVA

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 14 trạm/ 14 máy S= 3.180kVA

+ Tài sản khách hàng: 17 trạm/ 17 máy S= 4745 kVA

- Trạm 6/0.4kV: 22 trạm/ 22 máy S= 17.460kVA

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 0 trạm/ 0 máy S= 0 kVA

Trang 22

+ Tài sản khỏch hàng: 22 trạm/ 22 máy S= 17.460kVA

- Tổng chiều dài đường dây 0.4kV: 203.77km

- Tổng số khách hàng: 15.423 Khách hàng

Thống kê tình trạng mang tải của các đường dây trung thế khu vực thành phố Sông Công như sau:

Hình 1.2: Sơ đồ trạm 110 KV Gò Đầm

Trang 23

Bảng 2.1 Mang tải của đường dây trung thế sau trạm 110kV Gò Đầm

TT Tên trạm 110kV Chiều dài trục (km) Loại dây - tiết diện Pmax (kW) Pmin (kW)

Trang 24

Hình 1.3: Đường dây 376 E6.3 Gò Đầm

Trang 25

Hình 1.4: Đường dây 472+476 và 474+477+478 E6.3 Gò Đầm

Trang 26

Hình 1.5: Đường dây 471+473 và 475 E6.3 Gò Đầm

Trang 27

Hình 1.6: Đường dây TG Phố Cò và ĐZ 110 KV

Hình 1.7: Đường dây phân nhánh phụ tải TG Phố Cò và ĐZ 110 KV

1.2.2 Tổn thất điện năng của khu vực thành phố Sông Công trong một vài năm gần đây

Theo thống kê, tổn thất điện năng của tỉnh từ năm 2010 đến nay thay đổi khác nhau qua các năm tuỳ theo phương thức vận hành và sự phát triển của lưới điện 35kV,22 Điện lực Thái Nguyên đã áp dụng nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện năng như:

- Tính toán lựa chọn phương thức vận hành và điều độ tối ưu để đạt được mức tổn thất thấp nhất

- Cải tạo nâng tiết diện các đường dây trung thế đã cũ nát, tiết diện nhỏ, xây dựng các đường dây trung thế mới có tiết diện lớn nhằm san tải cho các tuyến dây quá tải

Trang 28

- Cải tạo chuyển đổi dần lưới điện 6kV lên 22kV

- Tính toán và thực hiện việc bù công suất phản kháng bằng các bộ tụ

bù trong lưới 0,4; 6; 10kV, yêu cầu tất cả các khách hàng có trạm chuyên dùng thực hiện các biện pháp bù hạ thế để đảm bảo cos > 0,85

- Kiểm tra tình hình sử dụng điện của khách hàng để tránh các hiện tượng lấy cắp điện, kiểm định thay thế công tơ định kì, kiểm tra và cân pha cho các đường dây hạ thế (Điện lực quản lí)

- Lắp đặt trạm biến áp với công suất hợp lí, hoán chuyển vị trí lắp đặt giữa các MBA quá tải với các MBA đang non tải

- Đã hoàn thành bàn giao lưới điện trung áp nông thôn cho ngành điện theo kế hoạch của Bộ công thương

Bảng 2.2 Tổn thất điện năng qua các năm của thành phố Sông Công

Tổn thất Thành Phố

1.2.3 Đánh giá hiện trạng theo kết quả tính toán

1.2.3.1 Tính toán phân bố công suất và tổn thất cho lưới điện trung thế

Mục đích của việc tính toán lưới điện hiện trạng là xác định phân bố công suất và tổn thất về kĩ thuật trong lưới điện, kiểm tra khả năng mang tải cũng như các chỉ tiêu kĩ thuật khác

Để thực hiện công việc tính toán này cần phải tiến hành:

+ Cập nhật chi tiết sơ đồ lưới điện hiện trạng, các thông số kỹ thuật của lưới điện và phương thức vận hành của chúng

+ Công suất cực đại cực tiểu của các lộ xuất tuyến trung thế

+ Công suất cực đại tại thanh cái cao thế các trạm trung tâm cấp nguồn

Trang 29

+ Tính toán lưới điện hiện trạng được thực hiện trong toàn hệ thống ở chế độ phụ tải cực đại để kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật và khả năng mang tải của lưới

Bảng 2.3 Kết quả công suất các lộ trung thế

TT Tên trạm / tên lộ Điện áp

(kV)

Pmax (kW)

Tổn thất công suất (%)

Tổn thất điện năng (%)

Tổn thất điện áp (%)

Bảng 2.4 Tổn thất điện năng kỹ thuật qua các năm

của thành phố Sông Công

Trang 30

Qua theo dõi thực tế cho thấy phần tổn thất điện năng khu vực thành phố Sông Công chủ yếu rơi vào khu công nghiệp Sông Công là chủ yếu Nơi này tập trung các nhà máy luyện gang, luyện thép vừa và nhỏ Chất lượng phụ tải ảnh hưởng đến lưới rất lớn, đòi hỏi phải có biện pháp tạo sự ổn định lưới điện, tránh tổn thất do chất lượng điện năng gây ra

Trang 31

Chương 2 SÓNG ĐIỀU HÕA BẬC CAO VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

cơ bản Các sóng này gọi chung là sóng điều hòa bậc cao

Sự tồn tại của các sóng điều hòa bậc cao trong hệ thống điện gây ảnh hưởng không tốt tới các thiết bị điện và đường dây truyền tải Chúng gây ra hiện tượng: quá áp, méo điện áp lưới và dòng điện, tổn thất điện năng, quá nhiệt cho các phụ tải, giảm chất lượng điện năng và gián đoạn cung cấp điện

Vấn đề đặt ra là phải tìm cách loại bỏ các sóng điều hòa bậc cao ra khỏi

hệ thống điện Các thiết bị được sử dụng để loại bỏ sóng điều hòa bậc cao gọi

là các bộ lọc

Hiện nay, có nhiều nghiên cứu và ứng dụng các bộ lọc phục vụ trong sản xuất công nghiệp Đề tài này tập trung nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực, đảm bảo các yêu cầu đặt ra về chất lượng điện năng cho lưới cung cấp và phân phối điện đến phụ tải

2.2 Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao

Chúng ta biết rằng, các dạng sóng điện áp hình sin được tạo ra tại các nhà máy điện, trạm điện lớn có chất lượng tốt Tuy nhiên, càng di chuyển về phía phụ tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng càng bị méo

Trang 32

dạng Khi đó dạng sóng không còn dạng sin [9, 10]

Hình 2.1: a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ không sin)

Sóng chu kỳ không sin có thể coi như là tổng của các dạng sóng điều hoà mà tần số của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản

Với điều kiện vận hành cân bằng các sóng điều hòa bậc cao có thể chia thành các thành phần thứ tự thuận, nghịch và không:

- Thành phần thứ tự thuận: các sóng điều hòa bậc 4, 7, 11…

- Thành phần thứ tự nghịch: các sóng điều hòa bậc 2, 5, 8…

- Thành phần thứ tự không: các sóng điều hòa 3, 6, 9…

Khi xảy ra trường hợp không cân bằng trong các pha thì mỗi sóng điều hòa có thể bao gồm một trong ba thành phần trên

Sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện nên cần phải chú ý khi tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao lớn hơn mức độ cho phép Sóng điều hòa dòng điện bậc cao là dòng điện có tần số bằng bội số

a)

b)

Trang 33

nguyên lần tần số cơ bản

Thí dụ: Ta có dòng điện với tần số 150(Hz) tồn tại trên lưới làm việc với tần số 50(Hz), suy ra đây là dòng điều hòa bậc 3 và dòng 150(Hz) này là dòng không sử dụng được với các thiết bị làm việc trên lưới 50(Hz) Vì vậy

nó sẽ chuyển thành dạng nhiệt năng và gây tổn hao

: Giá trị trung bình

F n: Biên độ của sóng điều hòa bậc n trong chuỗi Fourier

Thành phần sóng cơ bản Thành phần sóng cơ bản : Góc pha của sóng điều hòa bậc n

Ta có thể viết như sau:

(2.2)

f(t) Thành phần cơ bản

Trang 34

-2000 -1000 0 1000 2000

Time (s) FFT window: 1 of 10.96 cycles of selected signal

0 2 4 6 8

Ví dụ phổ của sóng điều hòa bậc cao đƣợc thể hiện nhƣ sau [4, 5]:

Hình 2.4: Phổ của các thành phần điều hòa

Hệ số méo dạng (THD - Total Harmonic Distortion): là tham số quan

trọng nhất dùng để đánh giá sóng điều hòa bậc cao

Im

Re

Trang 35

2

1

n n

X THD

Trang 36

Trong đó: X 1: Biên độ thành phần cơ bản

X n: Biên độ thành phần điều hòa bậc n

Từ công thức trên ta có thể đánh giá độ méo dạng dòng điện và điện áp qua hệ số méo dạng như sau:

I THD

U THD

U 1: Biên độ thành phần điện áp cơ bản

U n: Biên độ thành phần điện áp điều hòa bậc n

2.2.1 Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao và quy định giới hạn thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lưới điện

* Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng điều hòa 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:

= (2.7)

= (2.8)

Trang 37

Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng điện tăng do sóng điều hòa bậc cao, sẽ dẫn đến tăng tổn hao nhiệt, làm hỏng cách điện của các thiết bị, gây ra các hỏng hóc không mong muốn Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao lênn một số thiết bị như sau:

 Các máy điện quay: Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép của động cơ tăng; Làm méo mômen, giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn; Có thể gây ra dao động cộng hưởng cơ khí làm hỏng các bộ phận cơ khí…

 Các thiết bị đóng cắt: Làm tăng nhiệt độ và tổn hao trên thiết bị; Có thể gây hiện tượng khó đóng cắt, kéo dài quá trình dập hồ quang dẫn đến tuổi thọ của thiết bị giảm…

 Các rơ le bảo vệ: Có thể gây tác động sai, tác động ngược, …

 Các tụ điện: Làm gia tăng tổn hao nhiệt, tăng ứng suất điện môi (làm giảm dung lượng tụ), gây hiện tượng cộng hưởng trên tụ…

 Các dụng cụ đo: Ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị sử dụng đĩa cảm ứng, như: điện kế, rơ le quá dòng…

 Thiết bị điều khiển điện tử công suất: Việc điện áp bị méo có thể gây ra trường hợp xác định điểm không để tính góc mở cho các khóa điện tử công suất bị sai, làm cho mạch hoạt động không chính xác…

* Giới hạn về thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lưới điện

Trên thế giới đưa ra một số tiêu chuẩn:

- IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp:

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp

Điện áp

tại điểm nối chung

Nhiễu điện áp từng loại sóng điều hòa(%)=

Nhiễu điện áp tổng cộng các loại sóng điều hòa THD (%)

Trang 38

 Hài bậc chẵn đƣợc giới hạn tới 25% của giới hạn bậc lẻ ở bảng trên

 h: Bậc của sóng điều hòa

- IEC 1000-3-4 cho thiết bị có dòng đầu vào mỗi pha trên 75A

Bảng 2.3: IEC 1000-3-4 Bậc sóng điều

hòa (n)

Giá trị (%) chấp nhận

Bậc sóng điều hòa (n)

Trang 39

Nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp được tạo ra bởi các tải phi tuyến:

- Các thiết bị điện tử công suất

Các thiết bị điện tử công suất bản thân được cấu thành từ các thiết bị bán dẫn như Đi ốtt, Thyristor, mosfet, IGBT, GTO…là các phần tử phi tuyến gây nên các sóng điều hòa bậc cao Tùy theo cấu trúc của các bộ biến đổi mà

có thể sinh ra các dạng sóng điều hòa khác nhau Thông thường, để hạn chế sóng điều hòa bậc cao, người ta sử dụng các mạch chỉnh lưu cầu ba ghép lại với nhau thành bộ chỉnh lưu 12 xung hoặc bộ chỉnh lưu 24 xung; tức là tăng

số van trong mạch chỉnh lưu lên Tuy nhiên khi chọn giải pháp như vậy sẽ dẫn tới thiết bị cồng kềnh, tổn thất điện áp lớn…

+ Ví dụ bộ chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha có mô hình:

Hình 2.5: Mô hình chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha

Trang 40

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 -200

Dac tinh dong dien cua nguon cung cap chinh luu Diot 1 pha

Hình 2.6: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha

Hình 2.7: Chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha, dạng dòng điện và phổ

+ Ví dụ bộ chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha có mô hình:

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	2,19 MB