Ứng dụng thiết bị DVR nhằm nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện khu vực tỉnh hưng yên

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Lê Tuấn Khanh Đề tài luận văn: Ứng dụng thiết bị DVR nhằm nâng cao chất lượng điện năng

Trang 1

LÊ TUẤN KHANH

ỨNG DỤNG THIẾT BỊ DVR NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CHO LƯỚI ĐIỆN

KHU VỰC TỈNH HƯNG YÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – Năm 2019

Trang 2

LÊ TUẤN KHANH

ỨNG DỤNG THIẾT BỊ DVR NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CHO LƯỚI ĐIỆN

KHU VỰC TỈNH HƯNG YÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRƯƠNG NGỌC MINH

Hà Nội – Năm 2019

Trang 3

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn: Lê Tuấn Khanh

Đề tài luận văn: Ứng dụng thiết bị DVR nhằm nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện khu vực tỉnh Hưng Yên

Chuyên ngành:Kỹ thuật Điện

Mã số SV: CB170169

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày

25/4/2019 với các nội dung sau:

-Thay đổi tiêu đề chương 3 của luận văn

-Giải thich về công thức lựa tính toán thông số bộ lọc

-Bổ sung tên tên trực, đơn vị hĩnh vẽ chương 4

-Sửa lại phần tài liệu tham khảo

Ngày tháng năm

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong luận văn này là nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, các kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một tài liệu nào Có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác

Hà Nội, ngày 1 tháng 3 năm 2019

Tác giả luận văn

Lê Tuấn Khanh

Trang 5

Sau một thời gian nghiên cứu đến nay luận văn “Ứng dụng thiết bị DVR nhằm năng cao chất lượng điện năng cho lưới điện khu vực tỉnh Hưng Yên” đã được hoàn thành Trong quá trình làm đề tài này Tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các Thầy giáo, Cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình

và chu đáo của thầy giáo TS Trương Ngọc Minh

Tôi xin chân thành cảm ơn và xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy giáo TS Trương Ngọc Minh, các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ xây dựng và hoàn thành bản luận văn này

Do kiến thức còn hạn chế nên bản luận văn khó có thể tránh khỏi những sai sót, tác giả rất mong nhận được sự hướng dẫn, góp ý của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện và những ai quan tâm

Xin chân thành cám ơn!

Tác giả luận văn

Lê Tuấn Khanh

Trang 6

TƯỢNG SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN 3

I.Khái niệm cơ bản về chất lượng điện năng _ 3 1.1 Chất lượng điện năng _ 3 1.1.1 Tiêu chí tần số _ 3 1.1.2 Tiêu chí điện áp 3 1.1.3.Cân bằng pha _ 4 1.1.4.Sóng hài điện áp 4 1.1.5.Nhấp nháy điện áp _ 5 II.Hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn _ 6 2.1 Sụt giảm điện áp ngắn hạn _ 6 2.2 Ảnh hưởng của hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn _ 6 2.3 Nguyên nhân gây ra hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn _ 7 2.4 Các biện pháp hạn chế sụt giảm điện áp ngắn hạn _ 8 III.Kết luận 8

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN

HẠN LEAST ERROR SQUARES _ 9

2.1 Cơ sở toán học _ 9 2.1.1 Phương pháp biển đổi tọa độ quay vuông góc Clark-Park 9 2.1.2 Phương pháp bình phương cực tiểu 10 2.1.3 Phương pháp bình phương sai số cực tiểu - LES _ 13 2.2 Sơ đồ khối của phương pháp LES 16

Trang 7

2.3.2 Tần số lấy mẫu 20 2.3.3 Số lượng thành phần chuỗi Taylor 23 2.3.4 Nhận xét chung _ 24 2.4 Mô phỏng bộ lọc sử dụng phương pháp LES 25 2.5 Nhận xét chung _ 29

CHƯƠNG III: CẤU TRÚC BỘ DVR ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP LES

_ 30

3.1 Thiết bị khôi phục điện áp động DVR _ 30 3.1.1 Bộ phận cấp năng lượng 30 3.1.2 Bộ biến đổi 31 3.1.3 Bộ lọc tần số chuyển mạch và phương pháp lựa chọn _ 31 3.1.4 Máy biến áp ghép nối tiếp _ 32 3.1.5 Khối điều khiển _ 32 3.1.5.1 Phương pháp điều khiển tối ưu chất lượng điện áp _ 33 3.1.5.2 Phương pháp điều khiển tối ưu biên độ điện áp _ 33 3.1.5.3 Phương pháp điều khiển bù biên độ điện áp và góc pha _ 34 3.2 Nguyên lý làm việc thiết bị DVR _ 35 3.3 Nhận xét chung _ 36

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG BỘ DVR ỨNG DỤNG

CHO LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC HƯNG YÊN _ 37

I.Khái quát lưới điện khu vực Hưng Yên 37 4.1.1 Quy mô lưới điên phân phối tỉnh Hưng Yên _ 37 4.1.2 Tình hình vận hành _ 37 4.1.2.1.Các bảo vệ tại TBA 110kV _ 37 4.1.2.2 Các bảo vệ recloser và ngăn lộ trung thế tại trạm trung gian _ 37 II.Lựa chọn đường dây để mô phỏng 38 4.2.1 Sơ đồ mô phỏng _ 38

Trang 8

4.2.2.2.Lựa chọn bộ tích trữ năng lượng _ 40 4.2.2.3.Bộ phận nghịch lưu _ 40 4.2.2.3.Mạch lọc 42 4.2.3.Kết quả mô phỏng _ 43 4.2.3.1.Sự cố ba pha chạm đất _ 43 4.2.3.2.Sự cố hai pha chạm đất _ 45 4.2.3.3.Sự cố một pha chạm đất 46 4.2.3.4.Sự cố trên hệ thống ảnh hưởng đến điện áp nguồn _ 48 4.2.3.4.Xuất hiện xóng hài phía nguồn 49 4.2.3.5.Phụ tải gây sóng hài _ 50

KẾT LUẬN CHUNG 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO _ 54 Phụ lục thống kê khối lượng trạm và MBA PC Hưng Yên đang quản lý vận hành 56

Trang 9

Chữ viết tắt Viết tắt cho Nghĩa tiếng Việt

Upre-dip Giá trị điện áp nguồn trước khi xảy ra sụt áp

Udip Giá trị điện áp nguồn trong khi xảy ra sụt áp

Psupply Công suất nguồn

θSupply Góc pha của nguồn

Trang 10

Hình 1.2: Bảng quy định về mức nhấp nháy điện áp trong lưới điện phân phối 5

Hình 1.3:Hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn 6

Hình 1.4:Hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn một pha và ba pha 6

Hình 2.1 Phép biến đổi Clark 9

Hình 2.2 Phép biến đổi Park 10

Hình 2.3 Minh họa phương pháp bình phương cực tiểu 11

Hình 2.4 Sơ đồ khối phương pháp LES 17

Hình 2.5 Tín hiệu điện áp đo được khi số mẫu dữ liệu 19

a) N=100 , b) N=50, c) N=500 19

Hình 2.6 Tín hiệu điện áp đo được khi tần số lấy mẫu 22

f=5 kHz , b) f=15 kHZ, c) f=150 kHz 22

Hình 2.7 a) Lấy 3 phẩn tử đầu tiên Hình 2.7 b) Lấy 4 phần tử đầu tiên 23

Hình 2.8 Điện áp đầu vào v(t) (Hình a) và điện áp đầu ra bộ lọc LES (Hình b) 24

Hình 2.9 Mô hình mô phỏng lưới điện đơn giản 25

Hình 2.10 Mô hình mô phỏng bộ lọc LES 25

Hình 2.11: Điện áp trên hệ tọa độ ba pha ABC, phương pháp sử dụng LES và Phương pháp Clark và Park 26

Hình 2.12 a) Điện áp trên hệ tọa độ ba pha ABC; b), d) Phương pháp Clark và Park; 28

c), e) Phương pháp sử dụng LES 28

Hình 2.13 a) Điện áp trên hệ tọa độ ba pha ABC; b) Phương pháp Clark và Park; 29

c)Phương pháp sử dụng LES 29

Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc 1 pha của DVR kết nối lưới 30

Hình 3.2 DVR với nguồn bổ sung là điện áp một chiều thay đổi 31

Hình 3.3: Mạch điện một pha tương đương của hệ thống 32

Hình 3.4 Mô hình của hệ thống điều khiển DVR cho từng pha 34

Hình 3.5 Sơ đồ tính toán vector điện áp bù của DVR 35

Hình 4.1:Sơ đồ mô phỏng DVR cho xuất tuyến 483 E28.5 38

Hình 4.2: BLK1 các phụ tải từ cột 01 đến cột 36 39

Hình 4.3: BLK2 các phụ tải từ cột 36 đến hết xuất tuyến 39

Trang 11

Hình 4.6: Bộ nghịch lưu 41

Hình 4.7: Thông số mạch điều chế xung 41

Hình 4.8: Sơ đồ mạch điều chế xung SPWM 42

Hình 4.9 Thông số mạch lọc thông thấp LC 43

Hình 4.10 Điện áp nguồn pha ABC trước và khi có sự cố 44

Hình 4.11 Điện áp trên tải pha ABC trước và khi có sự cố 44

Hình 4.12 Điện áp bù của DVR trên các pha ABC trước và khi có sự cố 45

Hình 4.13 Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp trên tải 45

Hình 4.28 Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp phía nguồn 50

Hình 4.29 Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp phía tải 50

Hình 4.30 Điện áp trên tải pha ABC trước và khi có sóng hài 51

Hình 4.31 Điện áp nguồn pha ABC trước và khi có sóng hài 51

Hình 4.32 Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp phía tải 51

Hình 4.33 Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp phía nguồn 51

Trang 12

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm qua nền kinh tế Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc, để đáp ứng được nhu cầu về điện năng để phát triển kinh tế và an sinh xã hội Ngành Điện lực Việt nam cũng có nhưng cố gắng không ngừng đáp ứng nhu cầu đó

Như đã biệt hệ thống điện là tập hợp các phần tử: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp và phụ tải điện có nhiệm vụ truyền tải điện từ nơi sản xuất đến phụ tải tiêu thụ điện Trong những năm trước đây khi nền kinh tế còn khó khăn việc cung cấp điện chỉ đáp ứng được nhu cầu tối thiểu, với chất lượng chưa cao Ngày nay, khi thế giới đang bước vào cuộc cách mạng 4.0 thì yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng lại càng cao Đứng trước các yêu cầu như vậy việc áp dụng các công nghệ mới của thế giới là một xu thế tất yếu của ngành Điện lực Việt Nam

Hiện nay hệ thống điện của Việt Nam (có quy mô tương đối lớn so với các nước trong khu vực) có vai trò to lớn trong việc phát triển nền kinh tế và an sinh xã hội Việc tăng cường khả năng mang tải, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đảm bảo chất lượng điện năng đối với hệ thống điện là vô cùng cần thiết DVR là một thiết bị trong nhóm các thiết bị điện xoay chiều linh hoạt có chức năng điều chỉnh nhanh và linh hoạt độ suy giảm điện áp

Với kiến thức đại cương và chuyên ngành đã được học, cùng với sự hướng

dẫn của Tiến sỹ Trương Ngọc Minh, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Ứng dụng thiết bị

DVR nhằm nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện khu vực tỉnh Hưng Yên” làm đồ án tốt nghiệp của mình Để làm được điều đó, tác giả đã không ngừng

cố gắng học hỏi từ thầy cô, bạn bè cũng như đọc thêm nhiều tài liệu trong và ngoài nước để tìm hiểu về phương pháp mới này Tuy nhiên, do trình độ còn hạn chế và thời gian thực hiện không dài nên đồ án có thể còn nhiều thiếu sót Vì vậy, kính mong các thầy cô góp ý cho tác giả những lời khuyên hữu ích Luận văn được bố cục như sau:

Trang 13

Chương I: Tổng quan về chất lượng điện năng và hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn

Chương II: Phương pháp phát hiện sụt giảm điện áp ngắn hạn least error

squares

Chương III: Cấu trúc bộ DVR ứng dụng phương pháp LES

Chương IV: Kết quả mô phỏng hoạt động của DVR ứng dụng cho lưới điện khu vực Hưng Yên

Trong quá trình làm đồ án, tác giả đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô, bạn bè Qua đây, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện và đặc biệt là thầy Trương Ngọc Minh, người

đã tận tình chỉ bảo và truyền thụ cho tác giả những kiến thức quý giá trong suốt thời gian qua Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè đã luôn bên cạnh ủng hộ, là nguồn động viên tinh thần vô giá

Hà Nội ngày 01/3/2019

Học viên thực hiện

Lê Tuấn Khanh

Trang 14

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ HIỆN TƯỢNG

SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN I.Khái niệm cơ bản về chất lượng điện năng

Điện năng có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh và phát triển kinh tế của mọi quốc gia Do mức độ phức tạp về cấu trúc, nguồn điện và phụ tải của các hệ thống điện, các vấn đề về chất lượng điện năng ngày càng được quan tâm rộng rãi Sụt giảm điện áp ngắn hạn là hiện tượng gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng điện năng trong lưới trung áp bởi tần suất xảy ra nhiều, có thể gây hư hỏng hoặc giảm tuổi thọ các thiết bị điện, làm tạm ngừng các động cơ gây thiệt hại nặng

nề

1.1 Chất lượng điện năng

Để đánh giá chất lượng điện năng, theo thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 của Bộ công thương đưa ra các tiêu chí:

1.1.2 Tiêu chí điện áp

Trong chế độ vận hành bình thường điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau:

-Tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện là ± 05 %;

-Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 05 %;

Trang 15

-Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định sau sự cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với Khách hàng sử dụng điện bị ảnh hưởng trực tiếp do sự cố trong khoảng + 05 % và - 10 % so với điện áp danh định

-Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự

cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ± 10 % so với điện áp danh định

1.1.3.Cân bằng pha

Phụ tải không đối xứng dẫn đến điện áp các pha không đối xứng Sự không đối xứng này được đặc trưng bởi thành phần thứ tự nghịch U2 của điện áp Điện áp không đối xứng làm giảm hiệu quả hoạt động, giảm tuổi thọ của thiết bị điện và tăng tổn thất điện năng

Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không vượt quá 3 % điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV hoặc 5 % điện áp danh định đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp

1.1.4.Sóng hài điện áp

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp (THD) là tỷ lệ giữa giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp với giá trị hiệu dụng của điện áp bậc cơ bản (theo đơn vị %), được tính theo công thức sau:

𝑇𝐻𝐷 = √∑𝑁𝑖=2𝑉𝑖2

𝑉1 × 100% (1.1) Trong đó:

-THD: Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp;

- Vi: Giá trị hiệu dụng của sóng hài điện áp bậc i và N là bậc cao nhất của sóng hài cần đánh giá;

- V1: Giá trị hiệu dụng của của điện áp tại bậc cơ bản (tần số 50 Hz)

Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn quy định trong bảng:

Trang 16

Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

Trong đó:

a) Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) là giá trị đo được trong khoảng thời gian 10 phút bằng thiết bị đo tiêu chuẩn theo IEC868 Pst95% là ngưỡng giá trị của Pst

sao cho trong khoảng 95 % thời gian đo (ít nhất một tuần) và 95 % số vị trí đo Pst

không vượt quá giá trị này;

b) Mức nhấp nháy điện áp dài hạn (Plt) được tính từ 12 kết quả đo Pst liên tiếp (trong khoảng thời gian 02 giờ), theo công thức:

Trang 17

II.Hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn

2.1 Sụt giảm điện áp ngắn hạn

Theo tiêu chuẩn IEEE 1159-1995, sụt giảm điện áp ngắn hạn là “ hiện tượng suy giảm điện áp xuống 0,1 đến 0,9 điện áp định mức ở tần số công nghiệp trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kì đến 1 phút ”

Hình 1.3:Hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn

Hình 1.4:Hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn một pha và ba pha

2.2 Ảnh hưởng của hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn

Khi xảy ra hiện tượng suy giảm điện áp ngắn hạn trên lưới các thiết bị diện

sẽ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng như sau:

Trang 18

-Đối với các thiết bị điện tử thông thường sử dụng trong sinh hoạt có thể gây ra nguy cơ khởi động lại và nếu tần suất sụt giảm điện áp xảy ra nhiều thiết bị có thể giảm tuổi thọ hoạt động

Ví dụ :

+) Các thiết bị phát nhiệt : Các thiết bị sử dụng nguyên lý phát nóng của điện trở như : bóng đèn sợi đốt, máy nước nóng, bàn ủi, bếp điện, …sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều theo điện áp Nhiệt độ phát ra giảm 10% khi điện áp giảm 10% -Đối với các thiết bị điện tử trong công nghiệp, có thể gây ra lỗi sản phẩm trong dây chuyền sản xuất, gây hư hỏng hoặc làm giảm tuổi thọ thiết bị Nghiêm trọng hơn có thể gây ra việc tạm ngừng dây chuyền sản xuất dẫn đến thiệt hại nặng

nề

Ví dụ :

+) Các thiết bị điện tử như tivi, máy tính, đầu thu,… bị ảnh hưởng khi điện

áp thay đổi làm giảm chất lượng các thiết bị : màu sắc, âm thanh Ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ

+) Các động cơ điện : Điện áp giảm sẽ làm dòng động cơ tăng : quá tải, quá nhiệt Ảnh hưởng đến quá trình vận hành động cơ do các thiết bị bảo vệ điện áp hoạt động

2.3 Nguyên nhân gây ra hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn

Trong hệ thống điện hiện tượng sụt áp ngắn hạn xuất hiện là do các nguyên nhân sau:

-Nguyên nhân phổ biến nhất là do yếu tố thời tiết.Ví dụ: giông bão và sấm sét tác động trực tiếp lên hệ thống truyển tải điện sẽ gây ra hiện tượng sụt áp đột ngột trên diện rộng Mưa, độ ẩm không khí cao kết hợp với gió lớn cũng có thể xảy ra hiện tượng phóng điện giữa các pha trên đường dây truyền tải và dẫn tới hiện tượng sụt áp đột ngột (nháy điện) xảy ra

-Sự cố ngắn mạch, chạm đất… trong hệ thống điện

-Đóng điện không tải máy biến áp lực

Trang 19

-Phụ tải có công suất lớn tham gia vào lưới, hoặc nhiều phụ tải cùng hoạt động

vào một thời điểm (giờ cao điểm)

2.4 Các biện pháp hạn chế sụt giảm điện áp ngắn hạn

-Hạn chế sự cố xảy ra trên hệ thống : hạn chế sự cố xảy ra trên hệ thống

không những giảm tần suất sụt áp mà còn giảm tần suất mất điện Đây là cách hiệu quả và ít tốn kém để cải thiện chất lượng điện năng của nguồn cấp

-Giảm thời gian loại trừ sự cố: giảm thời gian loại trừ sự cố sẽ giảm mức độ

nghiêm trọng của sự cố

-Thay đổi kết cấu lưới: bằng cách thay đổi kết cấu lưới, mức độ nghiêm trọng

của sự cố được giảm bớt, điều này dẫn đến mức độ sụt giảm điện áp cũng giảm theo Nhược điểm của phương pháp này là giá thành thực hiện rất tốn kém

-Cải thiện khả năng chịu đựng sụt áp của các thiết bị: Cải thiện khả năng

chịu đựng sụt áp của thiết bị là phương pháp hiệu quả nhất chống lại hiện tượng sụt giảm điện áp Ngoài ra, cần xem xét kỹ về khả năng chịu đựng điện áp sụt với toàn

bộ contactor, rơle, cảm biến,

- Giảm thiểu sụt giảm điện áp bằng thiết bị khôi phục điện áp động (DVR)

III.Kết luận

Sụt giảm điện áp ngắn hạn là một trong những hiện tượng gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng điện năng trong hệ thống điện Hiện nay, việc sử dụng các thiết bị điện tử công suất, máy vi tính, các dây chuyền sản xuất tự động hóa ., đã đặt ra vấn đề hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn trên lưới phân phối càng trở nên quan trọng

Trong các giải pháp chống sụt giảm điện áp ngắn hạn, thiết bị khôi phục điện áp động DVR là biện pháp hiệu quả bởi thiết bị này có thể đảm bảo điện

áp phụ tải đạt giá trị cho phép với khả năng phản ứng nhanh trước các sự cố gây sụt giảm điện áp và thuật toán điều khiển DVR tương đối đơn giản

Mục tiêu của đề tài là đi sâu nghiên cứu, phân tích mô phỏng hiệu quả hoạt động của DVR ngăn ngừa sụt giảm điện áp ngắn hạn trong lưới điện phân phối

Trang 20

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN

LEAST ERROR SQUARES 2.1 Cơ sở toán học

2.1.1 Phương pháp biển đổi tọa độ quay vuông góc Clark-Park

Các đặc điểm chính của hiện tượng sụt giảm điện áp là mức độ sụt giảm điện áp và khoảng thời gian tồn tại sụt áp Bên cạnh đó hiện tượng này còn có thể gây ra:

Không cân bằng ba pha;

Nhảy góc pha

Mục tiêu của phương pháp này là biến đổi điện áp từ hệ tọa độ ABC sang hệ tọa độ dq để các bài toán tính toán và điều khiển đơn giản hơn Trong

hệ tọa độ ABC điện áp gồm 3 thành phần hình sin và biến đổi theo thời gian

Hệ tọa độ tĩnh αβ là hệ tọa độ đề-các vuông góc hai chiều, trục hoành là trục

α, trục tung là trục β, chọn trục α trùng với trục OA Sử dụng phép biến đổi Clark biến đổi từ hệ tọa độ ABC sang hệ tọa độ αβ[9]:

u u

Trang 21

Trong hệ tọa độ αβ điện áp vẫn là hình sin biến đổi theo thời gian, việc tính toán và điều khiển vẫn còn phức tạp Sử dụng phép biến đổi Park để chuyển tín hiệu điện áp sang hệ tọa độ quay dq Hệ tọa độ dq là hệ tọa độ đề-các vuông góc gốc tọa

độ trùng với gốc tọa độ hệ trục tọa độ tĩnh αβ; các trục hoành d trục tung q cùng quay với vận tốc góc  = t Vì các trục d, q cùng quay với vận tốc góc bằng tốc độ quay của vector điện áp trong hệ tọa độ αβ nên điện áp trong hệ tọa độ dq là điện áp một chiều Điều này giúp đơn giản trong tính toán Phép biến đổi Park[9]:

A d

B q

Hình 2.2 Phép biến đổi Park

Công thức biến đổi từ hệ toạ độ dq sang hệ tọa độ ABC:

q C

c u

u

u u

2.1.2 Phương pháp bình phương cực tiểu

Phương pháp bình phương cực tiểu[7] là phương pháp tối ưu để lựa chọn một

Trang 22

giữa đường ước lượng và dữ liệu là nhỏ nhất Trong thực tế, ta mong muốn tìm thấy một mối quan hệ tuyến tính giữa các biến

Hình 2.3 Minh họa phương pháp bình phương cực tiểu

Giả sử như chúng ta có hàm: y = ax + b, thì y – (ax + b) sẽ bằng 0

Với các giới hạn của các biến a, b đã cho:

Phương trình (2.2) được triển khai như sau:

Trang 23

E

y ax b x a

E

y ax b b

n n n

N n n

=

Trang 24

2 2 2

1

N n n

.1

Từ đó ta có kết quả tham số a và b là các nghiệm cực trị

2.1.3 Phương pháp bình phương sai số cực tiểu - LES

Trên cơ sở phương pháp bình phương cực tiểu, phương pháp LES đã được

trình bày trong các nghiên cứu trước đây dùng để Ước lượng tần số và góc pha

[9],[10] phục vụ cho bảo vệ và ổn định hệ thống điện Trong đồ án này, phương

pháp LES sẽ được phát triển thêm cho mục đích Ước lượng điện áp và góc pha,

nhằm mục đích ứng dụng cho các bài toán vận hành lưới điện và nâng cao chất

lượng điện năng

Để xây dựng cách thức ước lượng các tham số điện áp và góc pha sử dụng phương pháp LES, điện áp đo được giả định là hàm sin theo thời gian của một tần

số như biểu thức sau:

n t

Trang 25

u a(t), ub(t), uc(t) : biểu diễn điện áp pha A, B và C

n : đại diện cho các thành phần bậc của sóng hài

Uan , Ubn , Ucn : là biên độ điện áp tương ứng với mỗi thành phần

0 : là tần số góc cơ bản

an , bn , cn : là góc pha tương ứng mỗi pha

ka , kb , kc : là biên độ của d.c khi t = 0

Thực hiện khai triển chuỗi Taylor, ta có:

và cao hơn đã được loại bỏ bằng các bộ lọc tương tự Lấy pha A làm ví dụ, điện áp

lấy mẫu tại thời điểm t 1 có thể biểu diễn phương trình (2.13) theo công thức rút gọn

Trang 26

Ở bước lấy mẫu tiếp theo của điện áp tại t t2( 2 = +  Ta cũng có thể biểu t1 t)

diễn bằng một phương trình tương tự như sau:

Các phần tử của ma trận [A] phụ thuộc vào thời gian trích mẫu và tỷ lệ lấy

mẫu sử dụng (có thể xác định trước) Trong cách này, phương trình (2.23) là một

tập hợp ma trận gồm m phương trình, trong đó có 7 biến chưa biết Những điều biến

này có thể xác định được nếu có ít nhất 7 mẫu giá trị điện áp đã biết Xét trường hợp

tổng quát, giả sử rằng m > 7 Ta thấy ma trận [A] là một ma trận chữ nhật có m hàng

Trang 27

Trong đó :

U 1: là biên độ điện áp

 : là góc pha của thành phần cơ bản 1

2.2 Sơ đồ khối của phương pháp LES

Từ những cơ sở lý thuyết ở mục 2.1.3, sơ đồ khối phương pháp LES được thể

hiện như hình 2.4

Trang 28

Hình 2.4 Sơ đồ khối phương pháp LES

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới phương pháp LES

Phương pháp LES bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, chẳng hạn như: số mẫu dữ liệu, tấn số lấy mẫu và Số lượng thành phần chuỗi Taylor

này sẽ khuếch đại hoặc loại bỏ nhiễu tùy thuộc vào hệ số của nó Tần số lấy mẫu và

số mẫu dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định ma trận giả nghịch đảo

Tín hiệu điện áp đầu vào

Lấy mẫu

Thành lập ma trận [A],[V],[X]

Tính ma trận [X]

Ước lượng biên độ điện áp, góc pha

Trang 29

2.3.1 Số mẫu dữ liệu

Hiệu quả của việc thay đổi số mẫu dữ liệu đã được nghiên cứu [12] Các hệ số của ma trận giả nghịch đảo được tính toán từ các phương trình khác nhau Độ lớn của hệ số lọc xác định hiệu quả của phương pháp, tức là bộ lọc sẽ ngăn chặn hoặc khuếch đại nhiễu Như vậy tổng của các bình phương hệ số lọc dùng để đo độ khuếch đại nhiễu Nếu tổng các bình phương nhỏ hơn một thì nhiễu đầu vào sẽ bị triệt tiêu; còn tổng lớn hơn một, các nhiễu sẽ được khuếch đại Vì vậy hiệu quả lọc của phương pháp phụ thuộc vào số mẫu dữ liệu Tuy nhiên nếu số mẫu càng lớn sẽ làm tăng thời gian tính toán và làm giảm tốc độ ước lượng, điều này sẽ làm chậm đáp ứng, tăng thời gian trễ của phương pháp

Như ở mô tả ở trên, mỗi mẫu thu được từ quá trình biến đổi sẽ mang lại 1 phương trình Vì có 7 biến chưa biết, nên ít nhất bảy mẫu được yêu cầu để tính giá trị của những biến chưa biết, do đó kích cỡ ma trận đề xuất trong đồ án là 7x7 Số lượng mẫu lớn hơn cũng có thể được sử dụng, nhưng mỗi mẫu bổ sung sẽ làm tăng

số mẫu dữ liệu bằng cách tăng thời gian hoạt động của khối relay

Từ những phân tích trên, ta có ví dụ mô phỏng nguồn điện gặp sự cố sụt giảm điện áp tại thời điểm 0,1s như sau:

Trang 30

Hình 2.5 Tín hiệu điện áp đo được khi số mẫu dữ liệu a) N=100 , b) N=50, c) N=500

Nhận xét:

Tốc độ và độ chính xác của phương pháp LES phụ thuộc vào số mẫu dữ liệu

Ta thấy khi tăng số lượng mẫu dữ liệu lên, độ chính xác của phương pháp tăng lên,

t(s) U(V)

U(V)

t(s) U(V)

t(s)

Trang 31

nhưng thời gian thực hiện tính toán ước lượng trong một bước tính sẽ tăng theo, dẫn đến thời gian trễ tăng Ví dụ, khi tần số lấy mẫu (fs) là không đổi và số mẫu dữ liệu (N) là 50, thì phải mất 2,2ms để phương pháp LES hoàn thành Nhưng khi N=100, thời gian hoàn thành trong 4,4ms, hơn thế nữa khi N=500 độ trễ đã tăng lên 12,38ms Ta thấy, số mẫu dữ liệu có số lượng mẫu lớn sẽ làm tăng sự chậm trễ ước lượng phasor

2.3.2 Tần số lấy mẫu

Trong xử lý tín hiệu, lấy mẫu là chuyển đổi một tín hiệu liên tục thành một tín hiệu rời rạc, thông tin mang theo tín hiệu tương tự có thể được biểu diễn dưới hình thức tín hiệu số bằng một chuỗi các tín hiệu tức thời được đo ở những khoảng thời gian Các tín hiệu đọc này thường được coi là các giá trị mẫu tín hiệu và quá trình lấy chúng được gọi là lấy mẫu Tần số lấy mẫu fs được định nghĩa là số lượng các mẫu thu được trong một giây, hoặc fs=1/T Tỷ lệ lấy mẫu được đo bằng hertz hoặc số mẫu/giây

Trong các lý thuyết cho thấy, tần số lấy mẫu cần phải gấp đôi tần số lớn nhất

có trong thông tin lấy mẫu để tránh hiệu ứng răng cưa[8] (hay hiện tượng chồng phổ

là một hiệu ứng làm cho các tín hiệu khác nhau trở nên không thể phân biệt được khi lấy mẫu) Bằng lập luận này ta có thể tìm thấy cận dưới của tần số lấy mẫu Tần

số này (hay một nửa tần số lấy mẫu) được gọi là tần số Nyquist, có thể quan sát thấy

các tần số lớn hơn tần số Nyquist f N trong tín hiệu lấy mẫu, nhưng tần số này không

rõ ràng Một phần tín hiệu có tấn số f không thể được phân biệt với các thành phần khác cso tần số Nf N+f và NfN-f (với N là số nguyên dương khác 0) sự không rõ ràng

này được gọi là hiện tượng chồng phổ hay răng cưa

Trong công thức thành phần sóng hài bậc cao nhất là 3 (150 Hz) nên tần số lấy mẫu nhỏ nhất phải là 300Hz Việc sử dụng tần số lấy mẫu cao hơn cũng làm giảm thời gian hoạt động bước tiếp theo Trong lý thuyết, việc cho phép lựa chọn thời gian trích mẫu là tùy ý, nhưng thời gian trích mẫu khác nhau sẽ dẫn đến sai số trong

ma trận giả nghịch đảo [A]LPI , có thể ảnh hưởng đến triển khai phương pháp Ứng dụng trong đồ án này, các yếu tố của ma trận [A] trong bước tính đầu tiên

Trang 32

được giả sử cần có tối thiếu bảy mẫu để giải bảy phương trình đồng thời, suy ra được các biến chưa biết Khoảng thời gian trích mẫu năm độ điện tại tần số cơ bản

và thời gian tham chiếu ( t = 0 ) tại thời điểm trích mẫu đầu tiên đã được sử dụng Các giá trị của ma trận nghịch đảo [A]LPI là rất lớn, bởi vì các phần tử của ma trận [A] là nhỏ Vì các phần tử lớn này được dùng để nhân với các số từ chuyển đổi A/D, bất kỳ nhiễu nào trong các mẫu được số hóa sẽ đều được khuếch đại Khoảng lấy mẫu được tăng lên 10, 15 thậm chí 30 độ điện

Đối với số mẫu dữ liệu, nếu thời gian trích mẫu được chọn bằng trung bình cộng số mẫu dữ liệu, các phần tử mỗi hàng ma trận giả nghịch đảo sẽ trở thành đối xứng Tính đối xứng sẽ làm giảm khối lượng tính toán của phương pháp và do đó yếu tố thời gian trích mẫu rất quan trọng, nên được xem xét khi thiết kế một phương pháp

Theo nghiên cứu cho thấy giá trị của các phần tử ma trận sẽ giảm khi lượng mẫu lấy được giảm Nói cách khác việc giảm tần số lấy mẫu sẽ làm kết quả đo chính xác hơn nhưng giá trị của các phần tử trong ma trận nghịch đảo lớn hơn, tăng khối lượng tính toán Phân tích trên sẽ được chứng minh bằng kết quả hình dưới đây:

Trang 33

Hình 2.6 Tín hiệu điện áp đo được khi tần số lấy mẫu f=5 kHz , b) f=15 kHZ, c) f=150 kHz

Qua kết quả mô phỏng trên ta thấy khi tăng tần số lấy mẫu lên, thời gian trễ của phương pháp sẽ giảm đi, nhưng độ chính xác ước lượng sẽ giảm theo Ví dụ như khi tần số lấy mẫu f = 5 kHz thời gian trễ của phương pháp là 9.8ms, khi tăng tần số lẫy mẫu lên f = 15 kHz thời gian trễ của phương pháp giảm còn 3.3ms, tiếp

Trang 34

tục tăng tần số lấy mẫu lên tới f = 150 kHz thời gian trễ phương pháp là 0.35ms, gần như tức thời nhưng độ chính xác ước lượng giảm đi, điện áp ước lượng được không chính xác

2.3.3 Số lượng thành phần chuỗi Taylor

Phương pháp được phát triển bằng cách lấy ba phần tử đầu tiên của chuỗi khai triển Taylor [13] của các hàm sin và cos được sử dụng ở trên Phương pháp cũng có thể mở rộng chuỗi Taylor nhiều hơn như 4 hoặc 5 phần tử

+ Việc mở rộng chuỗi Taylor sẽ cho độ chính xác hợp lý nếu số mẫu dữ liệu được sử dụng là nhỏ

+ Nếu muốn tăng số mẫu dữ liệu thì ta cần thêm số lượng phần tử lấy từ khai triển Taylor để có độ chính xác cao hơn

+ Nếu dùng nhiều số lượng thành phần chuỗi Taylor thì số mẫu dữ liệu có thể phải tăng để giảm độ nhạy cảm với nhiễu

Hình 2.7 a) Lấy 3 phẩn tử đầu tiên Hình 2.7 b) Lấy 4 phần tử đầu tiên

Ta thấy: Việc lấy số lượng thành phần chuỗi Taylor sẽ quyết định tới độ chính xác cũng như độ trễ của phương pháp Tùy thuộc vào mục đích sử dụng cũng như yêu cầu riêng trong từng trường hợp ta có thể chọn được số phần tử cần lấy Trong

đồ án này, tác giả sử dụng 3 phần tử đầu tiên từ chuỗi khai triển

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	3,72 MB