Nghiên cứu đánh giá tổn thất điện năng do sóng hài gây ra trong hệ thống cung cấp điện các công trình dân dụng và các yếu tố ảnh hưởng

- BẠCH QUỐC KHÁNH Hà Nội – Năm 2017 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Hoàng Trần Thành Đề tài luận văn: Nghiên cứu đánh giá tổn thất điện năng do sóng hài gây ra trong hệ thống cung cấp điện các công trình dân dụng và các yếu tố ảnh hưởng .
- Chỉnh sửa mô hình tính toán sóng hài và tính toán lại dòng điện nhánh và tổn thất điện năng.
- 13 1.2.2 Định nghĩa về sóng hài.
- 16 1.2.3 Số lượng méo sóng hài.
- 21 1.2.4 Giới hạn méo sóng hài.
- 23 1.2.5 Ảnh hưởng của sóng hài bậc 3.
- Các nguồn gây ra sóng hài.
- Các ảnh hưởng của sóng hài.
- Khử sóng hài.
- 55 2.3.1 Xây dựng mô hình tính toán lưới điện ở tần số sóng hài.
- 55 2.3.2 Lựa chọn mô hình lưới điện ở tần số sóng hài.
- 75 3.3.1.Tính toán TTĐN do sóng hài thời gian từ 0h6h và 23h24h mùa hè .
- 75 3.3.2 Tính toán tổn thất điện năng ở sóng hài ở những khoảng thời gian khác nhau trong mùa hè.
- 3 IEEE 519-1992 và tổng giới hạn dòng điện sóng hài bậc lẻ đưa ra trong phần trăm dòng điện phụ tải.
- Các sóng hài bậc chẵn được giới hạn đến 25% của giới hạn sóng hài bậc lẻ.
- 4 Bảng dữ liệu phổ sóng hài các phụ tải điện có khả năng sinh ra sóng hài.
- 16 Dòng điện qua các phụ tải sinh sóng hài ( tại tần số 50Hz.
- 18 Thông số đường dây ở tần số sóng hài bậc 3.
- 19 Bảng thông số phụ tải ở tần số sóng hài bậc 3 tại các nút tải.
- 21 Dòng sóng hài bậc 3 bơm vào lưới tại các nút.
- 22 Dòng điện trên nhánh và dòng điện tải do sóng hài bậc 3 gây ra.
- 23 Điện áp tại các nút do sóng hài bậc 3 gây ra.
- 24 TTCS trên đường dây DPdd và gia tăng TTCS trên các phụ tải thụ động DPpt do sóng hài ở tất cả các bậc.
- 25 Bảng tổng hợp tổn thất công suất do sóng hài gây ra trong khoảng thời gian.
- 29 Bảng so sánh dòng điện qua các nhánh khi có hoặc không có tụ bù công suất phản kháng trong thời gian từ 19-23h (xét sóng hài bậc 5.
- 30 Bảng so sánh dòng điện tại nút tải khi có hoặc không có tụ bù công suất phản trong thời gian từ 19-23h (xét sóng hài bậc 5.
- 38 Bảng đánh giá dòng điện qua tụ sau khí bù bị ảnh hưởng tần số sóng hài.
- 1 Ảnh hưởng của sóng hài trên dạng sóng dòng điện và điện áp chế độ bình thường.
- 3 Suy giảm dạng sóng điện áp với ảnh hưởng sóng hài.
- 4 Minh họa các hình dạng sóng hài bậc 3 ở dây cáp trung tính.
- 2 Lưu đồ thuật toán tính toán TTĐN do sóng hài gây ra trong HTCCĐ.
- 8 Sơ đồ đánh số HTCCĐ khi phân tích tổn hao do sóng hài.
- Lý do chọn đề tài: Vì tác giả rất quan tâm đến chất lượng điện năng, mà sóng hài làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng điện năng.
- Sau khi nghiên cứu môn chất lượng điện năng, tác giả quyết định chọn đề tài về sóng hài để nghiên cứu.
- Do đó tác giả đến gặp Thầy hướng dẫn, được Thầy nhiệt tình giúp đỡ định hướng nghiên cứu và thống nhất tên đề tài:” Nghiên cứu đánh giá tổn thất điện năng do sóng hài gây ra trong hệ thống cung cấp điện các công trình dân dụng và các yếu tố ảnh hưởng”.
- -Mục đích nghiên cứu: Đi sâu tìm hiểu về sóng hài, đồng thời nghiên cứu các mô hính tính toán và mô phỏng để đánh giá tổn thất điện năng do sóng hài gây ra và các yếu tố ảnh hưởng khác.
- -Đối tượng nghiên cứu: Các phụ tải tiêu thụ phát sinh sóng hài như đền chiếu sáng, điều hòa không khí, tivi, tủ lạnh, máy tính PC trong gia đình.
- Các dây dẫn điện để đưa điện từ máy biến áp đến phụ tải điện -Phạm vi nghiên cứu: “Nghiên cứu đánh giá tổn thất điện năng do sóng hài gây ra trong hệ thống cung cấp điện trong phạm vi các công trình dân dụng và các yếu tố ảnh hưởng” c.
- Bạch Quốc Khánh -ĐHBKHN Học viên: Hoàng Trần Thành – lớp 16AKTĐ Trang 7 of 100 Tác giả xây dựng mô hình tính toán sóng hài, mô phỏng tính toán bằng chương trình Matlab về tổn thất điện năng do sóng hài gây ra theo phương pháp ma trận tổng dẫn nút và phướng pháp khử gauss.
- Phương pháp nghiên cứu: Tác giả xây dụng mô hình tính toán sóng hài, xây dựng lưu đồ thuật toán để tính toán tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối các tòa nhà do sóng hài gây ra.
- c) Chất lượng tần số - sóng hài bậc cao.
- Bạch Quốc Khánh -ĐHBKHN Học viên: Hoàng Trần Thành – lớp 16AKTĐ Trang 12 of 100 Trong trạng thái cơ bản tại tần số 50Hz, ngoài tần số cơ bản 50Hz ra thì hệ thống có tần số khác 50Hz được gọi chung là sóng hài.
- Điều này dẫn đến hiện tượng méo dạng sóng tín hiệu điện áp tại cực phụ tải, hay nói cách khác là phát sinh sóng hài.
- Sóng hài trong hệ thống điện được định nghĩa là dạng điện áp và dòng điện hình sin nhưng lại có tần số bằng bội của một số nguyên lần tần số cơ sở( 50Hz), sóng hài này sẽ làm méo dạng sóng điện áp nguồn và dòng điện tải.
- (1.1)Trong đó: Un: Giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc n và N là bậc cao nhất của sóng hài.
- 1 Tiêu chuẩn quy định Việt Nam (QCVN:2015)về giới hạn méo điện áp Cấp điện áp Tổng độ méo sóng hài.
- 2 Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 quy định giới hạn méo điện áp Cấp điện áp Tổng độ méo sóng hài.
- Các đặc tính của các phụ tải phi tuyến này thay đổi đặc tính tự nhiên hình sin dòng điện công suất xoay chiều, kết quả dẫn đến dòng sóng hài trong hệ thống điện xoay chiều.
- Nếu nghiên cứu các sóng hài được bỏ qua, nó có thể cộng hưởng trong một vài sóng hài phát ra giữa các tụ điện cải thiện hệ số công suất và độ tự cảm nguồn có thể đưa đến các dòng điện dao động lớn hơn và điện áp các bậc sóng hài cao.
- Các dòng điện và điện áp sóng hài bậc cao này có thể gây ra tổn thất hệ thống điện tăng, hư hỏng cách điện, nổ cầu chì tụ điện, lỗi trong đồng hồ đo đếm và rơ le bảo vệ và làm nhiễu đến các khách hàng khác.
- Sóng hài là thành phần của sóng chu kỳ có tần số là cấp số nhân theo số nguyên của tần số cơ bản 50Hz.
- Các dạng sóng được thể hiện hình 1.1, Tổng méo sóng hài là sự tập hợp của tất cả các dòng điện tần số sóng hài và tần số cơ bản.
- 1 Ảnh hưởng của sóng hài trên dạng sóng dòng điện và điện áp chế độ bình thường Dòng điện từ các phần tử sinh ra sóng hài giả định được biết.
- Do đó phần tử phi tuyến có thể được biểu diễn như là nguồn dòng điện sóng hài mà biên độ và góc pha của nó tại mỗi tần số là cố định theo tính chất của thiết bị.
- Với thông tin dòng điện đã biết, thì ma trận bơm dòng điện cho mỗi tần số sóng hài( ma trận In) dễ dàng được xây dựng.
- Sóng hài được sinh ra bởi các thiết bị điện tử hiện đại.
- Các phụ tải phi tuyến tạo ra các sóng hài bởi sự đưa ra dòng điện với các sung ngắn gián đoạn hơn so với đường hình sin tuyến tính phẳng ( Xem hình vẽ 1.2) Hình 1.
- Theo kết quả thì mức độ méo do sóng hài trong hệ thống điện đang tăng lên.
- Với nhiều phụ tải điện tử được kết nối pha – trung tính, các tiện ích phân phối được tìm ra rằng trong nhiều trường hợp sóng hài có ảnh hưởng lớn là sóng hài bậc 3, loại này gây ra các dòng điện trung tính cao và ngoài ra các điện áp trung tính-đất tăng đáng kể trong méo điện áp.
- Bạch Quốc Khánh -ĐHBKHN Học viên: Hoàng Trần Thành – lớp 16AKTĐ Trang 16 of 100 sóng hài dòng điện có thể ảnh hưởng nghiêm trọng trên các hệ thống phân phối điện vì máy biến áp cần cung cấp các dòng điện cơ bản đến các phụ tải phi tuyến sẽ không thể cung cấp dòng điện cở bản định mức( các máy biến áp bị giới hạn bởi dòng điện RMS) kết quả dẫn đến là khả năng cấp điện hệ thống bị giảm đi.
- Méo sóng hài điện áp, loại có thể được tạo ra bởi méo sóng hài dòng điện có thể ảnh hưởng xấu trên phụ tải trong nhà máy.
- Ví dụ, trong hệ thống điện 3 pha, sóng hài bậc 5 có thể gây ra mô men âm tác động đến động cơ điện cảm ứng, loại mô men âm này cố gắng điều khiển động cơ có hướng ngược với hướng hoạt động bình thường của động cơ.
- Giá trị của phép nhân tương ứng với thứ tự sóng hài.
- Trong hệ thống 3 pha, sóng hài có thể là thứ tự thuận, nghịch hoặc thứ tự không, phụ thuộc vào dịch chuyến pha giữa 3 pha.
- Sóng hài bậc 3,6,9,12… luôn là thứ tự không, đó là dịch chuyến pha giữa pha A, pha B, pha C là zero.
- Chú ý rằng trong hệ thống không cân bằng mỗi sóng hài có thành phần thứ tự thuận, nghịch và thứ tự không.
- Méo sóng hài trong hệ thống cung cấp điện chủ yếu bắt nguồn từ phụ tải, trong đó dòng điện không liên quan một cách tuyến tính với điện áp.
- Sóng hài với bội Luận văn Thạc sỹ chuyên nghành Hệ thống điện GVHD: TS.
- Bạch Quốc Khánh -ĐHBKHN Học viên: Hoàng Trần Thành – lớp 16AKTĐ Trang 17 of 100 nhân bậc lẻ của tần số cơ bản luôn được xem xét tới vấn đề đặc biệt từ khi nhiều nguồn bơm dòng điện với tần số sóng hài bậc lẻ.
- Nếu có cộng hưởng hệ thống được hình thành bởi trở kháng hệ thống mà trùng với dòng điện phụ tải sóng hài, dòng điện sóng hài có thể được khuếch đại kết quả trong điện áp cao hơn và mức độ méo dòng điện.
- Cộng hưởng sóng hài bậc 3 sẽ có thể là cộng hưởng tồi tệ nhất.
- Cuộn dây máy biến áp đấu tam giác ngăn chặn được các dòng điện sóng hài thứ tự không.
- Chú ý rằng bộ chuyển đổi hoặc đi ốt 3 pha sẽ sinh ra sóng hài bậc 3 khi mất cân bằng điện áp cơ bản ( thứ tự nghịch).
- Sóng hài bậc 3 được sinh ra trong trường hợp này không phải là thứ tự không.
- Cộng hưởng sóng hài bậc 7 không là vấn đề đăc trưng như cộng hưởng sóng hài bậc 5 bởi vì biên độ của dòng điện sóng hài bậc 7 từ các nguồn phi tuyến luôn nhỏ hơn biên độ từ các nguồn sóng hài bậc 5 và làm giảm hệ thống.
- Đó là giảm biên độ của sóng hài bởi tổng trở trong hệ thống luôn luôn lớn hơn.
- Sóng hài khác ngoài sóng cơ bản, loại này không mong muốn trong hệ thống điện và gây ra các dòng điện và điện áp bị méo.
- 3 Suy giảm dạng sóng điện áp với ảnh hưởng sóng hài Bảng tổng hợp thứ tự chiều quay tương ứng bậc sóng hài ( bậc 1- tần số cơ bản.
- Bạch Quốc Khánh -ĐHBKHN Học viên: Hoàng Trần Thành – lớp 16AKTĐ Trang 19 of 100 các ổ cho các sóng hài sinh ra ở trong, và điều này có thể có kết quả trong méo chữ thập trong việc sản sinh sóng hài tăng lên bởi phụ tải bị tác động trong tần số khác( luôn luôn có 2 bậc trên và dưới).
- Mặt khác, méo sóng hài dòng điện có thể có tác động nghiêm trọng trên hệ thống phân phối bởi vì máy biến áp mà cần để cung cấp các dòng điện cơ bản đến phụ tải phi tuyến sẽ không thể cung cấp dòng điện cơ bản định mức( các máy biến áp bị giới hạn dòng điện RMS) dẫn đến kết quả là giảm khả năng hệ thống.
- Ngoài ra, các dòng điện sóng hài có thể tăng các tổn thất nhiệt hiệu ứng jun (I2R) một cách đáng kể do hiệu ứng bề mặt, loại có kết quả trong điện trở tăng khi tần số cao hơn.
- Méo sóng hài điện áp có thể tăng bởi méo sóng hài dòng điện, có thể tác động xấu trên phụ tải nhà máy.
- Ví dụ, hệ thống điện 3 pha, sóng hài bậc 5 có thể gây ra mô men âm cho động cơ điện cảm ứng để cố gắng điều khiển chiều quay động cơ quay ngược chiều với chiều hoạt động bình thường.
- Phương pháp phân tích sóng hài: Sử dụng chuỗi Fourier để biểu diễn dạng sóng hài.
- Trong đó: a0: Giá trị sóng điều hòa an, bn: Giá trị sóng hài n: Bậc sóng hài fn=tan-1(-bnan): Góc sóng hài bậc n Luận văn Thạc sỹ chuyên nghành Hệ thống điện GVHD: TS.
- Trong đó: h: Bậc sóng hài Ch: giá trị danh định của sóng hài bậc h fn: Giá trị góc của sóng hài bậc h.
- Từ dữ liệu , sử dụng nghịch đảo fourier cho N mẫu với bậc sóng hài bậc h: Ta có.
- (1.5) Trong đó : h:Bậc sóng hài n: số điểm lấy mẫu ( n=0 tại điểm đầu tiên) N: Tổng số điểm ( trong 1 chu ký).
- Đo méo dạng sóng hài.
- (1.8) Tổng méo sóng hài: THDv=∑Vrms2Nh=2V1rms .
- (1.14) Trong đó S: Công suất biểu kiến P,Q: Công suất tác dụng và phản kháng D: là công suất méo 1.2.3 Số lượng méo sóng hài.
- Việc đo mức độ nhiễm sóng hài của dạng sóng bởi tất cả các sóng hài là tổng mức độ méo sóng hài THD).
- THD là tỷ số của RMS của thành phần sóng hài riêng lẻ của tín hiệu với sóng hài cơ bản sau đó nhân với 100.
- Bạch Quốc Khánh -ĐHBKHN Học viên: Hoàng Trần Thành – lớp 16AKTĐ Trang 22 of 100 Trong đó: H1 là sóng hài cơ bản( Ví dụ điện áp hoặc dòng điện ở tần số 50Hz) và Hn là sóng hài cấp n.
- THD được đo cho ảnh hưởng nhiệt điện thế của thành phần sóng hài trong dạng sóng bị méo.
- Bạch Quốc Khánh -ĐHBKHN Học viên: Hoàng Trần Thành – lớp 16AKTĐ Trang 23 of 100 Trong đó IL là giá trị RMS của dòng điện phụ tải nhu cầu đỉnh hoặc lớn nhất tại thành phần tần số cơ bản đo được tại điểm kết nối chung (PCC), i là thứ tự sóng hài , và Ii là dòng điện phụ tải RMS tại bậc sóng hài i.
- Scơ bản=P2+Q Giới hạn méo sóng hài.
- Giới hạn dòng điện sóng hài và méo điện áp được xác định trong tiêu chuẩn quốc tế IEC 61000 phần 3-2 và 3-4 cho thiết bị với dòng điện định mức dưới 16A và trên 16A, một cách định sẵn.
- Các sóng hài bậc chẵn được giới hạn đến 25% của giới hạn sóng hài bậc lẻ Luận văn Thạc sỹ chuyên nghành Hệ thống điện GVHD: TS.
- Bạch Quốc Khánh -ĐHBKHN Học viên: Hoàng Trần Thành – lớp 16AKTĐ Trang 24 of 100 ISC/IL IHD cho các dòng điện sóng hài bậc lẻ THD cho các dòng điện sóng hài bậc lẻ H

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt