Luận văn thạc sĩ hay cải thiện chất lượng nguồn điện áp cung cấp cho một số khu công nghiệp tại thái nguyên bằng bộ lọc tích cực

Nghiên cứu cải thiện chất lượng nguồn điện áp cho khu công nghiệp tại Thái Nguyên bằng bộ lọc tích cực, nâng cao hiệu suất và ổn định.

• Tác giả: Trần Văn Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Xuân Minh
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• 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
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. 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
• 1.2. Hiện trạng nguồn và lưới điện thành phố Sông Công
• 1.3. Lưới điện trung thế
• 2. CHƯƠNG 2: SÓNG ĐIỀU HÒA BẬC CAO VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
• 2.1. Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao
• 2.2. Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao và quy định giới hạn thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lưới điện
• 2.3. Một số nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN LỌC SÓNG HÀI BẬC CAO
• 3.1. Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao
• 3.1.1. Bộ lọc thụ động
• 3.1.2. Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực)
• 3.2. Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực
• 3.2.1. Phân loại theo sơ đồ
• 3.2.2. Phân loại theo nguồn cấp
• 3.2.3. Phân loại theo bộ biến đổi công suất
• 3.3. Bộ lọc hỗn hợp
• 3.4. Nguyên lý làm việc của thiết bị bù tích cực
• 3.5. Lý thuyết về phương pháp lọc tích cực
• 3.6. Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền tần số
• 3.7. Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian
• 3.8. Cấu trúc điều khiển
• 3.9. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
• 4.1. Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink
• 4.2. Nguồn xoay chiều 3 pha
• 4.3. Bộ lọc tích cực
• 4.4. Khâu tính toán độ méo dạng (THD)
• 4.5. Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha
• 4.6. Khâu đo dòng điện, điện áp
• 4.7. Kết quả mô phỏng
• 4.7.1. Kết quả mô phỏng trường hợp chưa có bộ lọc tích cực
• 4.7.2. Kết quả mô phỏng trường hợp có bộ lọc tích cực
• 4.8. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về cải thiện chất lượng điện áp cho khu công nghiệp Thái Nguyên

Chất lượng điện áp là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động hiệu quả của các thiết bị điện trong khu công nghiệp. Việc cải thiện chất lượng điện áp không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của các thiết bị. Đặc biệt, khu công nghiệp Thái Nguyên đang đối mặt với nhiều thách thức về chất lượng điện năng, do sự gia tăng phụ tải và sự xuất hiện của các sóng hài.

1.1. Tầm quan trọng của chất lượng điện năng trong khu công nghiệp

Chất lượng điện năng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sản xuất và độ bền của thiết bị. Việc duy trì điện áp ổn định giúp giảm thiểu hư hỏng và tăng tuổi thọ thiết bị.

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện áp

Nhiều yếu tố như tải phi tuyến, sóng hài và sự không đồng bộ trong lưới điện có thể làm giảm chất lượng điện áp. Việc nhận diện và khắc phục các yếu tố này là cần thiết.

II. Vấn đề chất lượng điện áp tại khu công nghiệp Thái Nguyên

Khu công nghiệp Thái Nguyên đang gặp phải nhiều vấn đề về chất lượng điện áp, bao gồm sự xuất hiện của sóng hài và điện áp không ổn định. Những vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất mà còn gây tổn thất lớn cho doanh nghiệp.

2.1. Tác động của sóng hài đến hệ thống điện

Sóng hài gây ra hiện tượng méo dạng điện áp, làm giảm hiệu suất và tăng tổn thất điện năng. Điều này có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị và giảm tuổi thọ của chúng.

2.2. Hệ quả của điện áp không ổn định

Điện áp không ổn định có thể gây ra sự cố trong quá trình sản xuất, làm gián đoạn hoạt động và tăng chi phí vận hành cho doanh nghiệp.

III. Phương pháp cải thiện chất lượng điện áp bằng bộ lọc tích cực

Bộ lọc tích cực là giải pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng điện áp trong khu công nghiệp. Thiết bị này giúp loại bỏ sóng hài và ổn định điện áp, từ đó nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.

3.1. Nguyên lý hoạt động của bộ lọc tích cực

Bộ lọc tích cực hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển điện tử, cho phép bù đắp các thành phần sóng hài trong lưới điện, từ đó cải thiện chất lượng điện năng.

3.2. Lợi ích của việc sử dụng bộ lọc tích cực

Việc sử dụng bộ lọc tích cực không chỉ giúp cải thiện chất lượng điện áp mà còn giảm thiểu tổn thất điện năng và tăng cường hiệu suất cho các thiết bị điện.

IV. Ứng dụng thực tiễn bộ lọc tích cực tại khu công nghiệp Thái Nguyên

Nghiên cứu cho thấy việc áp dụng bộ lọc tích cực tại khu công nghiệp Thái Nguyên đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Các chỉ số về chất lượng điện năng đã được cải thiện rõ rệt, giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất.

4.1. Kết quả nghiên cứu và mô phỏng

Các mô phỏng cho thấy bộ lọc tích cực có khả năng giảm thiểu sóng hài và ổn định điện áp, từ đó cải thiện chất lượng điện năng cho khu công nghiệp.

4.2. Thực trạng áp dụng bộ lọc tích cực

Hiện tại, một số doanh nghiệp trong khu công nghiệp đã áp dụng bộ lọc tích cực và ghi nhận sự cải thiện đáng kể về chất lượng điện năng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai cho chất lượng điện năng

Cải thiện chất lượng điện năng là một nhiệm vụ quan trọng đối với khu công nghiệp Thái Nguyên. Việc áp dụng bộ lọc tích cực không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng.

5.1. Tương lai của công nghệ bộ lọc tích cực

Công nghệ bộ lọc tích cực đang ngày càng được cải tiến, hứa hẹn mang lại nhiều giải pháp hiệu quả hơn cho việc cải thiện chất lượng điện năng trong tương lai.

5.2. Khuyến nghị cho các doanh nghiệp

Các doanh nghiệp nên xem xét đầu tư vào bộ lọc tích cực để cải thiện chất lượng điện năng, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu tổn thất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Với sự phát triển không ngừng của đất nƣớc. Điện năng cung cấp cho các phụ tải không chỉ phải đảm bảo yêu cầu về số lƣợng mà chất lƣợng điện năng cũng phải đƣợc 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 nhƣ làm tăng tổn hao, làm giảm hệ số công suất, ảnh hƣởng tới các thiết bị tiêu dùng điện, làm giảm chất lƣợng điện năng. Do đó, các thành phần dòng điều hòa bậc cao trên lƣới 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 lƣới 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 phƣơng pháp sử dụng bộ lọc tích cực để cải thiện chất lƣợng lƣới 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". 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 tƣợng xuất hiện sóng hài bậc cao. - Đề xuất thiết kế bộ phƣơng pháp khử sóng hài bậc cao nhằm nâng cao chất lƣợng nguồn điện cung cấp.

Nội dung của luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chƣơng sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 2 Chƣơng 1: Tổng quan lƣới điện tỉnh Thái Nguyên nói chung và thành phố sông công nói riêng Chƣơng 2: Sóng điều hòa bậc cao và biện pháp khắc phục Chƣơng 3: Thuật toán lọc sóng hài bậc cao Chƣơng 4: Mô phỏng hệ thống Kết luận và kiến nghị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN LƢỚI ĐIỆN TỈNH THÁI NGUYÊN NÓI CHUNG VÀ THÀNH PHỐ SÔNG CÔNG NÓI RIÊNG 1. Hiện trạng nguồn và lƣới điện tỉnh Thái Nguyên 1.1 Nguồn điện Hiện tại, tỉnh Thái Nguyên đƣợc 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 đƣờng 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 tƣ.

Nhà máy vào vận hành năm 2006, đƣợc đấu vào thanh cái 110kV -trạm 220kV Thái Nguyên, hoà vào lƣới điện quốc gia. - Cấp điện từ trạm 220kV Sóc Sơn qua đƣờng 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 đƣa vào vận hành năm 2008, công suất của nhà máy phát lên lƣới 22kV cấp điện cho khu vực ngoại thị thành phố Thái Nguyên. Nguồn điện mua Trung Quốc: Qua đƣờng 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 đƣợc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 cấp điện từ nguồn điện mua từ Trung Quốc , phần phụ tải Thái Nguyên còn lại đƣợc cấp điện từ nguồn điện Việt Nam.

Điện năng mua từ Trung Quốc đƣợc cấp cho hầu hết các trạm 110kV Thái Nguyên (trừ trạm 110kV Gia Sàng) và cấp ngƣợc lên phía bắc cho trạm Phú Lƣơng và tỉnh Bắc Kạn. Lưới điện 220kV Tỉnh Thái Nguyên hiện liên kết với hệ thống điện quốc gia qua 4 hƣớng tuyến/7 đƣờng 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 đƣờng 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 lƣới 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.2 Lưới điện 110kV Từ thanh cái 110kV của trạm 220kV Thái Nguyên có 6 xuất tuyến 110kV: + Lộ 171 &172: Thái Nguyên -Sóc Sơn, dây dẫn AC400 dài 39,2 km, chia làm 2 đoạn:đoạn đầu dài 17 km là đƣờng dây 3 mạch: 2 mạch 110kV tiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 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 đƣờng dây 220kV, mạch còn lại là đƣờng dây 110kV cũ. Hai lộ này cấp điện cho các trạm 110kV Đán(E6.

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 Lƣơng(E6.6) và trạm 110kV Bắc Cạn(tỉnh Bắc Cạn).

+ Lộ 177 & 178: đƣờng 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 đƣợc cấp điện từ trạm 220kV Sóc Sơn qua đƣờng dây 110kV Sóc Sơn- Gò Đầm dài 24,7 km, dây dẫn AC-185. Hiện trạng nguồn và lƣới 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. Trạm đƣợc 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 đƣờng 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 Lƣu Xá.

Lộ 376 chủ yếu cấp điện cho dân cƣ 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 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.1: Lưới điện 220 - 110 KV khu vực Thái Nguyên 1. Lưới điện trung thế - Tổng đƣờng dây trung thế: 108. - Đƣờng dây 35kV: 31. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 26.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 + Tài sản khách hàng: 5. - Đƣờng dây 22kV: 32. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 26. + Tài sản khách hàng: 5.

- Đƣờng dây 10kV: 20. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 14. + Tài sản khách hàng: 5. - Đƣờng dây 6kV: 2.

Tong đó: + Tài sản của Điện lực: 1. + Tài sản khách hàng: 1. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 0 km. + Tài sản khách hàng: 0.

Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 13. + Tài sản khách hàng: 2. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 0. + Tài sản khách hàng: 0km.

Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 0. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 + Tài sản khách hàng: 5. - Trạm biến áp: Tổng số: 164TBA/ 178Mỏy; S= 264. - 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. + Tài sản khách hàng: 0 trạm/ 0 máy. - Trạm TG 22/6kV: 03 trạm/ 05 máy. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 0 trạm/ 00 máy.

+ Tài sản khách hàng: 03 trạm/ 5 máy. Trong đó + Tài sản của Điện lực: 14 trạm/ 14 máy. + Tài sản khách hàng: 12 trạm/ 12 máy. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 20 trạm/ 20 máy.

+ Tài sản khách hàng: 60 trạm/ 66 máy. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 14 trạm/ 14 máy. + Tài sản khách hàng: 17 trạm/ 17 máy. Trong đó: + Tài sản của Điện lực: 0 trạm/ 0 máy.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9 + Tài sản khỏch hàng: 22 trạm/ 22 máy. - Tổng chiều dài đƣờng dây 0. - Tổng số khách hàng: 15.423 Khách hàng. Thống kê tình trạng mang tải của các đƣờng dây trung thế khu vực thành phố Sông Công nhƣ sau: Hình 1.2: Sơ đồ trạm 110 KV Gò Đầm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Mang tải của đƣờng dây trung thế sau trạm 110kV Gò Đầm Loại dây - tiết diện Pmax (kW) TT Tên trạm 110kV Chiều dài trục (km) Pmin (kW) I Trạm Gò Đầm(E6.8 22,1 500 4 Lộ 473 XLPE-3x95+AC70 1.