Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai

i

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Ngô Đức Hiếu

Học viên: Lớp cao học K21 KTĐ, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

- Đại học Thái Nguyên.

Nơi công tác: Trường Cao đẳng Lào Cai, TP Lào Cai

Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu lọc sóng hài để cải thiện chất

lượng điện năng của mạng điện cấp cho Nhà máy Gang thép Lào Cai”.

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này

là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.

Trần Xuân Minh và sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ

thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Mọi thông tin trích dẫn trong luận

văn này đã được ghi rõ nguồn gốc.

Tôi xin hòan toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2020

Học viên thực hiện

Ngô Đức Hiếu

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhận

được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS. Trần Xuân Minh, người trực

tiếp hướng dẫn luận văn cho tôi. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu

sắc tới thầy.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường

Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện tốt nhất

để tôi có thể hòan thành đề tài nghiên cứu này. Tôi cũng xin chân thành cảm

ơn những đóng góp quý báu của các bạn cùng lớp động viên và giúp đỡ tôi

trong quá trình thực hiện đề tài. Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ quan

xí nghiệp, đặc biệt là Nhà máy Gang thép Lào Cai đã giúp tôi khảo sát tìm hiểu

thực tế và lấy số liệu phục vụ cho luận văn.

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng

nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùng tôi trong

suốt quá trình học tập và nghiên cứu hòan thiện luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2020

Học viên

Ngô Đức Hiếu

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................I

LỜI CẢM ƠN.................................................................................................II

MỤC LỤC..................................................................................................... III

DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT...................................................................... V

DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................VI

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ..........................................VII

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.................................................................. 1

3. Kết quả dự kiến ........................................................................................... 2

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................. 2

5. Công cụ, thiết bị nghiên cứu....................................................................... 2

6. Bố cục đề tài................................................................................................. 2

7. Kế hoạch thực hiện...................................................................................... 2

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN MẠNG ĐIỆN NHÀ MÁY GANG THÉP LÀO

CAI.................................................................................................................... 4

1.1. Tổng quan chung...................................................................................... 4

1.2. Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện của Nhà máy Gang thép Lào Cai....... 5

1.3. Các tải sử dụng của nhà máy gang thép Lào Cai gây ra sóng hài .... 12

1.3.1. Máy biến áp........................................................................................ 12

1.3.2. Động cơ.............................................................................................. 12

1.3.3. Đèn huỳnh quang, đèn LED............................................................... 12

1.3.4. Các thiết bị hồ quang ......................................................................... 12

1.3.5. Các thiết bị điện tử............................................................................. 13

1.4. Kết luận chương 1 .................................................................................. 13

CHƯƠNG 2:SÓNG HÀI BẬC CAO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC

SÓNG HÀI..................................................................................................... 14

2.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 14

iv

2.2. Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao .................................................... 15

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............................................................ 17

2.2.2. Một số nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp .......... 20

2.3. Phương pháp lọc sóng hài bậc cao........................................................ 26

2.3.1. Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao............................................................. 26

2.3.2. Các dạng cơ bản của bộ lọc tích cực.................................................. 33

2.4. Kết luận chương 2 .................................................................................. 36

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC ĐỂ LỌC SÓNG HÀI CHO

MẠNG ĐIỆN NHÀ MÁY GANG THÉP LÀO CAI. ................................ 38

3.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 38

3.2. Lý thuyết về phương pháp lọc tích cực ................................................ 38

3.2.1. Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền tần số.......................... 38

3.2.2. Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian..................... 40

3.3. Thiết kế điều khiển bộ lọc tích cực song song dự trên lý thuyết công

suất tức thời p-q............................................................................................. 52

3.3.1. Sơ đồ nguyên lý ................................................................................. 52

3.3.2. Cấu trúc điều khiển ............................................................................ 53

3.4. Kết luận chương 3 .................................................................................. 57

CHƯƠNG 4:MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG.

......................................................................................................................... 58

4.1. Chương trình mô phỏng bộ lọc bằng Matlab-Simulink..................... 58

4.2. Thông số các phần tử cơ bản và tham số các bộ điều khiển .............. 60

4.3. Kết quả mô phỏng .................................................................................. 60

4.4. Kết luận chương 4 .................................................................................. 64

Kết luận .......................................................................................................... 65

Kiến nghị ........................................................................................................ 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 66

v

DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Thuật ngữ đầy đủ Chú thích

CCĐ

Cung cấp

điện.

LED Light Emitting Diode

DFT Discrete Fourier Transform

FFT Fast Fourier Transform

APF Active Power Filter

PWM Pulse Width Modulation

LDF Low Pass Filter

UPS Uninterruptible Power Supply

MBA Máy biến áp

THD Total Harmonic Distortion

MW Mêgawatt

KV Kilovolt

IFFT Inverse Fast Fourier Transfrom

PID Proportional Integral Derivative

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn ieee std 519 về giới hạn nhiễu điện áp ........................ 18

Bảng 2.2. Tiêu chuẩn ieee std 519 về giới hạn nhiễu dòng điện .................... 19

Bảng 2.3: Iec 1000-3-4.................................................................................... 19

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1. Hình ảnh nhà máy gang thép lào cai................................................. 4

Hình 1.2. Sơ đồ đo lường và bảo vệ trạm biến áp 11 0kv nhà máy gang thép lào

cai ...................................................................................................................... 7

Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống cung cấp điện của nhà máy gang thép lào

cai ...................................................................................................................... 8

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 110 kv nhà máy gang thép lào cai .... 8

Hình 1.5. Sơ đồ trạm phân phối 10kv phân xưởng luyện thép nhà máy gang

thép lào cai ........................................................................................................ 9

Hình 1.6. Sơ đồ trạm phân phối 10kv phân xưởng thiêu kết - nhà máy gang thép

lào cai ................................................................................................................ 9

Hình 1.7. Sơ đồ trạm phân phối 10kv phân luyện gang nhà máy gang thép lào

cai .................................................................................................................... 10

Hình 1.8. Sơ đồ trạm 10kv hệ thống quạt gió lò cao ...................................... 10

Nhà máy gang thép lào cai.............................................................................. 10

Hình 1.9. Sơ đồ trạm phân phối 10kv phân xưởng ô xy - ni tơ nhà máy gang

thép lào cai ...................................................................................................... 11

Hình 1.10. Sơ đồ đấu dây trạm biến áp phân xưởng khí nén nhà máy gang thép

lào cai .............................................................................................................. 11

Hình 2.1. A) dạng sóng sin, b) dạng sóng sin bị méo(sóng chu kỳ không sin)

......................................................................................................................... 15

Hình 2.2. Các thành phần sóng điều hòa......................................................... 16

Hình 2.3. Mô hình mô phỏng bộ chỉnh lưu cầu 1 pha bằng diode ................. 21

Hình 2.4. Dạng dòng điện nguồn của bộ chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển

......................................................................................................................... 21

Hình 2.5. Phổ sóng hài dòng điện nguồn của bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển

......................................................................................................................... 22

Hình 2.6. Mô hình mô phỏng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha bằng diode ................. 22