Chương 1: Giảm thiểu ảnh hưởng của lõm điện áp bằng bộ khôi phục điện áp động. Trình bày tổng quan về lõm điện áp và các phương pháp giảm thiểu lõm điện áp, trong đó trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu quả nhất là sử dụng bộ khôi phục điện áp động (DVR). Các phương pháp điều khiển DVR đã được nghiên cứu đến nay trong các công trình sẽ được tóm tắt ngắn gọn, qua đó chỉ ra những hạn chế trong điều khiển bù lõm cần được khắc phục, đồng thời chỉ ra hướng nghiên cứu phát triển điều khiển DVR. Chương 2: Cấu trúc bộ khôi phục điện áp động Trình bày chức năng nhiệm vụ của các thành phần trong hệ thống, các kiểu kết nối, phương pháp bảo vệ cho DVR và cuối cùng là lựa chọn một cấu trúc phần cứng điển hình của DVR đủ để tiếp tục nghiên cứu phát triển thuật toán điều khiển của hệ thống.
Chương 3: Điều khiển bộ khôi phục điện áp động Tập trung nghiên cứu điều khiển DVR, bao gồm; điều khiển khôi phục điện áp tải, điều khiển đồng bộ điện áp lưới, điều khiển phát hiện lõm điện áp và điều khiển điện áp DC- link. Trong đó, trọng tâm nghiên cứu phát triển điều khiển khôi phục điện áp tải của DVR, bao gồm các chiến lược điều khiển, mô hình toán học, các cấu trúc và thuật toán điều khiển vector trên hệ tọa độ quay dq và hệ tọa độ tĩnh αβ, các bộ điều khiển và thiết kế bộ điều khiển được trình bày. Cuối cùng là các nghiên cứu ổn định hệ thống. Chương 4: Giải pháp áp dụng DVR cho xí nghiệp công nghiệp.
Trình bày các điều kiện áp dụng DVR cho các xí nghiệp công nghiệp, các bước thực hiện thiết kế cụ thể, thông qua một trường hợp áp dụng DVR bảo vệ một tải nhạy cảm quan trọng thực tế là tổ hợp Biến tần-Động cơ ID 142-FN1 trong ngành công nghiệp xi măng. Xây dựng mô hình mô phỏng DVR kết nối hệ thống lưới điện như đã được thiết kế, thuật toán điều khiển đề xuất ở chương 3 cũng được áp dụng cài đặt trong mô hình. Chương 5: Xây dựng mô hình thực nghiệm DVR Chương này trình bày cách thức xây dựng bàn thí nghiệm, cài đặt thuật toán điều khiển đề xuất, thực hiện thí nghiệm và lấy kết quả. Kết Luận và kiến nghị Cuối cùng là phần kết luận và kiến nghị của toàn bộ luận án, khẳng định lại những kết quả đã đạt được trong quá trình nghiên cứu, những tồn tại và hướng phát triển của đề tài.
Dự kiến các kết quả nghiên cứu mới: Đưa ra cấu trúc và thuật toán điều khiển cho bộ khôi phục điện áp động (DVR) trong bù lõm điện áp cân bằng và không cân bằng. Nó được dựa trên phương pháp điều khiển vector trên hệ tọa độ quay dq và hệ tọa độ tĩnh αβ với hai vòng điều khiển tương ứng cho mỗi thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch được điều khiển riêng biết. Khảo sát và phân tích được nguyên nhân sự cố lõm điện áp và ảnh hưởng của nó đến phụ tải nhạy cảm quan trọng trong ngành công nghiệp xi măng như tổ hợp Biến tần-Động cơ quạt ID. Kết quả khảo sát đã chỉ ra các điều kiện để có thể đưa vào ứng dụng thiết bị DVR một cách hiệu quả nhất thông qua một trường hợp thực tế điển hình Một mô hình mô phỏng kết hợp lưới điện, các phụ tải và DVR nối lưới ở cấp trung áp 6,3kV để bảo vệ tải nhạy cảm quan trọng là tổ hợp Biến tần-Động cơ quạt công nghệ 142-FN1.
Mô hình được phát triển và thực hiện trong phần mềm Matlap/Simulink. Thực hiện thành công mô hình thực nghiệm (trong phòng thí nghiệm) với các thuật toán điều khiển được cài đặt trên bộ xử lý tín hiệu dSPACE card DS11040 để đánh giá khả năng làm việc của DVR trong bù lõm điện áp và giảm thiểu nhiễu loạn điện áp. 4 Chương1: GIẢM THIỂU ẢNH HƯỞNG CỦA LÕM ĐIỆN ÁP BẰNG BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG (DVR) Trong chương này sẽ trình bày tổng quan về lõm điện áp và các phương pháp giảm thiểu lõm điện áp, trong đó trọng tâm nghiên cứu phương pháp giảm thiểu hiệu quả nhất là sử dụng bộ khôi phục điện áp động (DVR), được dựa trên việc điều khiển bộ biến đổi điện tử công suất. Các phương pháp điều khiển DVR đã được nghiên cứu đến nay trong các công trình sẽ được tóm tắt ngắn gọn, qua đó chỉ ra những hạn chế trong điều khiển bù lõm cần được khắc phục, đồng thời chỉ ra hướng nghiên cứu phát triển điều khiển DVR nhằm mục đích khôi phục điện áp tải khi gặp phải bất cứ nhiễu loạn lõm điện áp nào xuất hiện từ phía nguồn cấp.
Nội dung trong chương một được tham khảo trong các tài liệu [1,3,8,9,14,15,16,17,18,19,25,29,32,39,62].1 Chất lượng điện năng và vấn đề lõm điện áp 1.1 Chất lượng điện năng Vấn đề chất lượng điện bao gồm một loạt các rối loạn liên quan đến điện áp, dòng điện và độ lệch tần số. Các nhiễu loạn đó có thể là. Gián đoạn ngắn Lõm/dâng điện áp Quá độ dòng điện và điện áp Sự méo dạng của các sóng dòng điện và điện áp Nháy điện Mất cân bằng Thay đổi tần số nguồn Các vấn đề chất lượng điện năng đã được xác định trong một số tiêu chuẩn như; IEC 61000, IEEE 1159-1995 và EN 50160, hoặc được định nghĩa trong các tài liệu [14,15]. Tình trạng treo máy tính Nhấp nháy ánh sáng Sự cố thiết bị Thiết bị xử lý dữ liệu Quá tải PFC vấn đề đóng cắt tải nặng overloading Các Quá nhiệt dây trung tính Các vấn đề với đường dây dài Các bộ phận máy dừng hoạt động Sai lệch trong hệ thống đo lường 0% 5% 10% 15% 20% 25% Hình 30% 1.1 Các vấn đề thường xảy ra liên quan Hình 1.2 Tỷ lệ phần trăm các đến chất lượng điện kém được xác định tại 1400 biến cố điện áp[14] địa điểm ở 8 quốc gia [14].
Những tổn thất từ chất lượng điện năng kém đối với khách hàng dùng điện, đặc biệt là các xí nghiệp công nghiệp, từ lâu đã được biết đến, nhưng để giảm thiểu nó còn gặp nhiều khó khăn. Một nghiên cứu thực hiện bởi Hội đồng châu Âu [25], bao gồm 1400 vị trí trong 8 quốc gia về các biến cố điện áp tại các địa điểm khác nhau trong hệ thống điện. Kết quả thu được thể hiện ở đồ thị hình 1.1, chỉ ra những vấn đề gặp phải từ chất lượng điện áp 5 kém tại các địa điểm khác nhau trong hệ thống điện và đồ thị hình 1.2 cho biết tỷ lệ phần trăm của các nhiễu loạn trên lưới điện phân phối. Hiện nay cả công ty điện lực và khách hàng dùng điện đang ngày càng quan tâm đến vấn đề chất lượng điện năng vì những lý do: - Công nghiệp hiện đại phát triển, thiết bị thế hệ mới tạo ra quá trình tự động hóa cao trong hoạt động sản xuất như; bộ điều khiển vi xử lý, máy vi tính, robot công nghiệp, các hệ truyền động có điều khiển tốc độ, các thiết bị điều khiển trong hệ thống thông tin công nghiệp.
chúng nhạy cảm với các biến động của chất lượng điện năng hơn là thiết bị được sử dụng trong quá khứ. - Các chú trọng hơn về vận hành và khai thác hiệu quả hệ thống năng lượng điện đã dẫn đến sự gia tăng trong việc áp dụng các thiết bị hiệu suất cao như; bộ điều chỉnh tốc độ động cơ, tụ điện song song hiệu chỉnh hệ số công suất để giảm tổn thất hoặc phát triển các hệ thống nguồn phân tán nối lưới như; hệ thống điện mặt trời, hệ thống điện gió. Điều này có thể dẫn đến hậu quả tăng mức độ hài trên các hệ thống điện, tăng các biến cố như dao động điện áp hoặc thay đổi tần số. - Người dùng điện có một nhận thức tốt hơn về các vấn đề chất lượng điện năng.
Họ nhận thức tốt hơn về các vấn đề như gián đoạn, lõm điện áp, sóng hài, quá độ và đang yêu cầu cung cấp nguồn năng lượng có độ tin cậy và chất lượng cao từ nhà cung cấp. Ngược lại nhà cung cấp năng lượng luôn chịu một áp lực từ những đòi hỏi của khách hàng và những tổn thất do chất lượng điện kém gây nên trong truyền tải điện năng. Trong số các nhiễu loạn trên hệ thống điện thì lõm điện áp là loại nhiễu loạn nghiêm trọng nhất và có tần suất xuất hiện lớn nhất, theo kết quả khảo sát ở hình 1. Lõm điện áp xảy ra trong thời gian ngắn, liên quan đến suy giảm điện áp và nhảy góc pha.
Khi có một biến cố trên lưới điện (ví dụ ngắn mạch) có thể ở vị trí rất xa so với thiết bị đầu cuối, dẫn đến xuất hiện một lõm điện áp lan truyền đến nhiều vị trí khác nhau trên lưới điện và có thể đến các vị trí kết nối của tải nhạy cảm để gây ảnh hưởng, tài liệu [21,22,24]. Trong các xí nghiệp công nghiệp các tải nhạy cảm quan trọng thường có ảnh hưởng rất lớn đến toàn bộ hoạt động của các dây chuyền sản xuất. Trong khi đó chính những tải này lại rất nhạy cảm với tác động của lõm điện áp gây ra dừng máy, mất hoặc sai lệch thông tin, dẫn đến các bộ phận khác của dây chuyển cũng bị dừng theo, sự khởi động trở lại rất tốn kém và kéo dài. Vì vậy, lõm điện áp là nhiễu loạn được lựa chọn trong số các nhiễu loạn liên quan đến chất lượng điện năng để nghiên cứu giảm thiểu trong luận án này.
Để có thể đưa ra các phương pháp giảm thiểu, cần thiết phải phân tích rõ về nguyên nhân, đặc điểm của nó.2 Lõm điện áp a) Định nghĩa lõm điện áp Theo IEEE Std. 1159-1995, lõm điện áp là hiện tượng suy giảm điện áp tức thời đột ngột tại một thời điểm mà giá trị điện áp hiệu dụng (RMS) của nó giữa 10% đến 90% so với điện áp chuẩn, tiếp theo đó điện áp được phục hồi trong một thời gian rất ngắn, từ một nửa chu kỳ của điện áp lưới (10ms) đến một phút. Trong khi dâng điện áp là sự tăng đột ngột giá trị RMS lên quá một giá trị ngưỡng nhất định. Thông thường giá trị ngưỡng này bằng 110% giá trị định mức điện áp nguồn[14].3 lõm điện áp được định nghĩa theo tiêu chuẩn IEEE Std 1159-1995 và EN 50160, trong đó chỉ ra sự khác nhau giữa lõm điện áp và gián đoạn ngắn.
Tuy nhiên thuật ngữ được sử dụng trong các tiêu chuẩn đối với lõm điện áp có sự khác nhau. Ví dụ: cùng 6 một dạng nhiễu loạn thì trong EN 50.160 được gọi là ''voltage dips'' trong khi trong IEEE Std.