LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Đặng Ngọc Lâm vii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS. Trƣơng Việt Anh, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này. Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và ngƣời thân đã luôn ở bên tôi và động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Đặng Ngọc Lâm viii TÓM TẮT Sóng hài trong hệ thống điện là mối nguy hiểm đối với hệ thống điện khi nó phát sinh các tác hại rất lớn cho hệ thống.
Các dòng điện sóng hài làm tăng tổn thất, mất ổn định hệ thống điện và làm biến dạng điện áp nguồn. Với sự phổ biến của các bộ chuyển đổi điện tử công suất và tăng sử dụng thiết bị mang từ tính, các đƣờng dây điện đã trở nên ô nhiễm cao. Cả hai bộ lọc thụ động và chủ động đã đƣợc gắn gần tải phi tuyến công suất lớn hoặc tại điểm nối chung để chặn sóng hài dòng điện. Bộ lọc thụ động vẫn chiếm ƣu thế trong việc bù sóng hài ở mức điện áp trung bình và cao, trong khi các bộ lọc tích cực đã đƣợc công bố cho xếp hạng điện áp thấp và trung bình.
Với các ứng dụng đa dạng liên quan đến công suất phản kháng cùng với bù sóng hài, các bộ lọc thụ động đƣợc chứng minh là phù hợp hơn các thiết bị khác. Lọc thụ động đã đƣợc ƣa thích để bù sóng hài trong các hệ thống phân phối do chi phí thấp, đơn giản, độ tin cậy và ít phải điều khiển hoạt động. Nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của các bộ lọc thụ động trong lọc sóng hài các phụ tải phi tuyến, các thông số của các linh kiện đƣợc lựa chọn tối ƣu nhằm tiết giảm chi phí đầu tƣ trong khi vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề này đƣợc công bố trong những năm gần đây.
Tuy nhiên, nhằm nâng cao hiệu quả tối ƣu chi phí thiết bị thì cần nhiều hơn nữa các nghiên cứu với việc áp dụng các giải thuật tối ƣu trong lựa chọn các phƣơng áp phù hợp. Luận văn đề xuất phƣơng án xác định thông số các thành phần của bộ lọc thụ động dựa trên thuật toán tối ƣu bầy đàn. Kết quả của phƣơng pháp đƣợc đề xuất đƣợc chứng minh qua các kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả thu đƣợc chứng minh tính hiệu quả của phƣơng pháp đƣợc đề xuất và có tính ứng dụng cao trong thực tế.
ix ABSTRACT Power system harmonics are a menace to electric power systems with disastrous consequences. The line current harmonics cause increase in losses, instability, and voltage distortion. With the proliferation of the power electronics converters and increased use of magnetic, power lines have become highly polluted. Both passive and active filters have been used near harmonic producing loads or at the point of common coupling to block current harmonics.
Shunt filters still dominate the harmonic compensation at medium/high voltage level, whereas active filters have been proclaimed for low/medium voltage ratings. With diverse applications involving reactive power together with harmonic compensation, passive filters are found suitable. Passive filtering has been preferred for harmonic compensation in distribution systems due to low cost, simplicity, reliability, and control less operation. In order to improve the economic efficiency of passive filters in harmonic filtering of nonlinear loads, the parameters of the selected components are optimized to reduce investment costs while ensuring technical requirements.
There have been many proposed on this issue published in recent years. However, in order to improve the optimal efficiency of equipment costs, more research is needed with the application of optimal algorithms in the selection of suitable pressure. The thesis proposes an approach to determine the parameters of passive filter components based on Particle Swarm Optimization. The necessary modeling and simulations are carried out in MATLAB environment using SIMULINK and power system block set toolboxes.
The behavior of different configurations of passive tuned filters on power quality is studied. The obtained results demonstrate the effectiveness of the proposed method and high practical application. x MỤC LỤC BIÊN BẢN CHẤM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SỸ NĂM 2019 .i PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN .ii PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1. iii PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1 .iv PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2.
v PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2 .vi LỜI CAM ĐOAN .vii LỜI CẢM ƠN .xi MỤC LỤC CÁC HÌNH. xiii MỤC LỤC CÁC BẢNG. xv DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .xvi CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .2 Nhiệm vụ của luận văn.3 Phạm vi nghiên cứu.4 Phƣơng pháp nghiên cứu.5 Điểm mới của luận văn.6 Nội dung luận văn. 7 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN .1 Sóng hài trong hệ thống điện.1 Phụ tải phi tuyến.2 Sự gia tăng của các phụ tải phi tuyến.3 Ảnh hƣởng của sóng hài.4 Sóng hài và chất lƣợng điện năng.2 Nghiên cứu lọc sóng hài trong hệ thống điện hiện nay.3 Các bộ lọc sóng hài cơ bản.1 Mạch lọc thụ động.2 Mạch lọc tích cực.1 APF dạng song song Shunt Active Power Filter .2 APF dạng nối tiếp .4 Hƣớng nghiên cứu đƣợc đề xuất.
31 CHƢƠNG 3: TỐI ƢU THÔNG SỐ BỘ PPF .1 Các phƣơng pháp tối ƣu cơ bản.1 Phƣơng pháp tìm kiếm Tabu.2 Phƣơng pháp GA.3 Phƣơng pháp ACO.4 Phƣơng pháp Keruel- Oriented.5 Phƣơng pháp DE.6 Phƣơng pháp PSO.7 Phƣơng pháp SA.2 Thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn PSO .1 Giới thiệu về thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn: .2 Lịch sử phát triển của giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn .3 Khái quát hóa giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn .4 Một số khái niệm trong giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn .5 Các bƣớc trong việc xây dựng giải thuật PSO .6 Lƣu đồ giải thuật PSO .3 Bộ lọc PPF đƣợc đề xuất. 44 TÀI LIỆU TRÍCH DẪN. 67 xii MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Phân tích Fourier của một dạng sóng m o dạng.1 Dạng sóng dòng điện có chứa nhiễu sóng hài .2 Dạng sóng dòng điện tiêu biểu của HVDC, bộ điều khiển động cơ DC và bộ điều chỉnh vận tốc động cơ 6 xung.3 Các dạng chính của mạch lọc PPF .4 Mạch lọc cộng hƣởng đơn.5 Mạch lọc thông cao .6 Kết nối hệ thống PPF .7 Cộng hƣởng song song .8 Cộng hƣởng nối tiếp .9 Cộng hƣởng nối tiếp với các nguồn lân cận.10 Bộ nghịch lƣu nguồn dòng .11 Bộ nghịch lƣu nguồn áp .12 Mô hình của một APF song song .13 Dòng nguồn gần lý tƣởng khi APF song song đƣợc sử dụng .14 Sơ đồ nguyên lý của một APF dạng nối tiếp .15 Vị trí bộ lọc nhiễu trong sơ đồ cung cấp điện .1 Khái niệm về sự thay đổi điểm tìm kiếm của PSO .2 Lƣu đồ tổng quát cho giải thuật PSO .3 Cấu hình cơ bản của một bộ PPF.4 Cấu trúc bộ lọc đƣợc đề xuất .5 Công suất tổn thất trung bình theo nhiệt độ .1 Mô hình hóa mô phỏng bộ lọc thụ động trên lƣới điện trung thế.2 Giao diện xác định các thông số cho nguồn điện ba pha .3 Mô hình nhánh mạch lọc thụ động.4 Bảng thông số cần nhập cho bộ lọc đơn .5 Mô hình tải phi tuyến.6 Dạng sóng điện áp trên tải.7 Phân tích phổ tần số điện áp trên tải.8 Dạng sóng dòng điện trên tải.9 Phân tích phổ tần số dòng điện trên tải.10 Giá trị hàm fitness nhỏ nhất qua các vòng lặp của giải thuật .11 Dạng sóng điện áp trên tải.12 Phân tích phổ tần số điện áp trên tải.13 Dạng sóng dòng điện trên tải.14 Phân tích phổ tần số dòng điện trên tải. 64 xiv MỤC LỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các thành phần sóng hài trong dạng sóng dòng điện .2 Các giới hạn m o dạng hài cho hệ thống, 120 V–69 kV .3 Các giới hạn m o dạng hài cho hệ thống 69–161 kV .4 Các giới hạn m o dạng hài cho truyền tải có điện áp lớn hơn 161 kV.5 Các giới hạn m o dạng điện áp .1 Đơn giá các thành phần trong bộ lọc .1 Kết quả tính toán các thông số chi phí vận hành.2 Thông số thực thi trong chƣơng PSO .3 Thông số bộ lọc thu đƣợc sau khi thực thi giải thuật PSO .4 Kết quả tính toán các thông số chi phí vận hành.
64 xv DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt ACO Ant Colony Optimization Thuật toán tối ƣu đàn kiến APF Active Power Filter Bộ lọc công suất tích cực ASDs Adjustable Speed Drives Bộ điều khiển vận tốc có hiệu chỉnh. ATHPF Active Tuned Hybrid Power Filter Bộ lọc công suất lai hiệu chỉnh tích cực CSI Current Source Inverter Bộ nghịch lƣu nguồn dòng DE Differential Evolutions Thuật toán tiến hóa vi sai. FFSQP FORTRAN Feasible Sequential Lập trình bậc hai tuần tự khả thi Quadratic Programming GA Genetic Algorithms Thuật toán di truyền HAPF Hybrid Active Power Filter Bộ lọc công suất lai HHAPF High-capacity Hybrid Active Power Bộ lọc tích cực lai công suất lớn. Filter HPPF High-Pass Power Filter Bộ lọc công suất thông cao HVDC High Voltage Direct Current Nguồn một chiều điện áp cao.
IEC International Electrotechnical Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế Commission IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor Transistor có cực điều khiển cách ly PPF Passive Power Filter Bộ lọc công suất thụ động PSO Particle swarm optimization Tối ƣu hóa bầy đàn PWM Pulse-width modulation Điều chế độ rộng xung SVC Static VAR Compensator Bộ bù công suất phản kháng tĩnh. TCSC Thyristor controlled series capacitor Tụ điện tĩnh nối tiếp điều khiển bằng Thyristor THD Total Harmonic Distortion Độ m o dạng hài tổng UPFC Unified power flow controller Bộ điều khiển dòng điện hợp nhất VSI Voltage Source Inverter Bộ nghịch lƣu nguồn áp xvi CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1. Những năm gần đây, sự gia tăng ngày càng nhiều các tải có tích hợp điện tử công suất đƣợc kết nối với lƣới là một trong các nguyên nhân làm gia tăng các sóng hài trong hệ thống điện, ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng điện năng của lƣới điện.