Chiến lược kết nối bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động để loại bỏ dòng điện bậc cao và cải thiện hệ số công suất trong hệ thống điện 3 pha

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày một giải pháp mới trong việc xây dựng cấu trúc và kỹ thuật điều khiển cho bộ lọc sóng hài lai kiểu song song (HPAPF: hybrid parallel active power filter). Giải pháp này kết hợp giữa bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động truyền thống được sử dụng cho việc loại bỏ dòng điện hài cũng như bù công suất phản kháng cho những phụ tải công nghiệp có tính chất phi tuyến mạnh.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chiến lược kết nối bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động để loại bỏ dòng điện bậc cao và cải thiện hệ số công suất trong hệ thống điện 3 pha

PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 597 CHIẾN LƯỢC KẾT NỐI BỘ LỌC TÍCH CỰC VÀ BỘ LỌC THỤ ĐỘNG ĐỂ LOẠI BỎ DÒNG ĐIỆN BẬC CAO VÀ CẢI THIỆN HỆ SỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 3 PHA Ngô Việt Hưng Tổng công ty Phát điện 2 Tóm tắt: Báo cáo trình bày một giải pháp mới trong việc xây dựng cấu trúc và kỹ thuật điều khiển cho bộ lọc sóng hài lai kiểu song song (HPAPF: hybrid parallel active power filter). Giải pháp này kết hợp giữa bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động truyền thống được sử dụng cho việc loại bỏ dòng điện hài cũng như bù công suất phản kháng cho những phụ tải công nghiệp có tính chất phi tuyến mạnh. Thuật toán điều khiển hệ thống lọc được xây dựng trong miền tần số trên cơ sở phân tích chuỗi Fourier để tìm ra từng bộ số gồm biên độ và góc pha cho từng bậc hài. Ưu điểm của phương pháp này là cho phép bộ lọc có thể lựa chọn chính xác những bậc hài cần loại bỏ, điều này không thể thực hiện được nếu thuật toán được xem xét trong miền thời gian. Trong giải pháp đề xuất này, bộ lọc thụ động có chức năng loại bỏ vài dòng điện hài có biên độ lớn ở tần số thấp (như bậc 3, 5, 7 tùy theo tính chất của phụ tải) và bù nền một phần công suất phản kháng (CSPK) cho lưới (phần CSPK cố định); bộ lọc tích cực có chức năng loại bỏ hầu hết các thành phần sóng hài còn lại và bù thêm một phần CSPK liên tục dao động theo quá trình làm việc của phụ tải. Sự kết hợp giữa bộ lọc thụ động và bộ lọc tích cực cho phép giảm đáng kể công suất doanh định của bộ lọc tích cực cái mà có chi phí đầu tư lớn. Chính vì thế, giải pháp này hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả kinh tế nhiều hơn so với các phương pháp chỉ dựa hoàn toàn vào bộ lọc tích cực kiểu truyền thống. 1. HIỆN TRẠNG Phụ tải công nghiệp rất đa dạng, trong số đó có rất nhiều thành phần có công suất lớn và tính chất phi tuyến mạnh. Có thể kể ra ở đây như là: lò điện hồ quang, lò cảm ứng trung tần, chỉnh lưu điện cho nạp ắc quy và cho động cơ một chiều, biến tần. Ngoài ra, trong lĩnh vực dân dụng cũng tồn tại khá phổ biến những phụ tải có tính chất trên, như: điều hòa, tủ lạnh, đèn huỳnh quang, trung tâm điện toán, hệ thống tàu điện,... Chúng ta biết rằng, trong một dây chuyền sản xuất, động cơ điện AC và/hoặc DC chiếm từ 90% đến 95% trong số các thiết bị sinh ra các chuyển động. Để điều chỉnh tốc độ, hệ phụ tải động cơ điện AC  biến tần hoặc động cơ điện DC  chỉnh lưu thường được sử dụng. Khi những thiết bị này vận hành, nó sẽ làm méo dạng dòng điện (và dẫn đến méo dạng điện áp) nguồn khoảng từ 20% đến gần 140% tùy thuộc vào cấu trúc của bộ biến đổi. Ngoài ra, động cơ điện là đối tượng có nhu cầu tiêu thụ CSPK rất lớn, chính vì thế nó làm cho hệ số công suất (HSCS) khá thấp, đặc biệt những động cơ có công suất lớn. Bộ ba tham số độ méo dạng tổng của dòng điện, điện áp và hệ số công suất (HSCS) tại điểm kết nối giữa tải và nguồn liên tục biến đổi theo sự thay đổi công suất của phụ tải.
598 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Hệ thống vận hành ở HSCS thấp dẫn đến tổn gây thất thoát điện năng và làm thăng giáng điện áp trên thanh cái. Trong khi hậu quả của sóng hài thường mang lại rất nhiều vấn đề phức tạp cho nguồn điện cục bộ, cho lưới và cho các phụ tải lân cận, như: gây nóng trên cáp điện; gây rung, ồn và nóng máy biến áp (MBA), bão hòa mạch từ làm giảm hiệu quả của việc truyền tải; làm cháy  nổ tụ bù tại chỗ, thiết bị đo và đóng tụ bù làm việc kém chính xác khi có sóng hài lớn; gây cộng hưởng mạch LC giữa MBA và các tủ tụ bù; làm mất ổn định và giảm tuổi thọ cho các thiết bị điện tử (máy tính, PLC, thiết bị điều khiển động cơ, điều khiển van thông minh, cảm biến,...) ngay bản thân bên trong nhà máy và một số nhà máy lân cận; gây nhiễu điện từ trường đối với các thiết bị đo lường, điều khiển và truyền số liệu. Hậu quả này gây thiệt hại trực tiếp không những đến hoạt động sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp mà còn cho ngành điện. Với tính chất phức tạp như đã liệt kê ở trên, trong những năm gần đây, nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến chất lượng điện năng  chất lượng hệ thống điện tập trung giải quyết vấn đề này và đã đưa ra nhiều phương án xử lý. Trong phạm vi của sáng kiến này, tôi sẽ đề xuất một cấu trúc liên kết các bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động để loại bỏ sóng hài dòng điện, điện áp và cải thiện hệ số công suất trong mạng điện phân phối nơi có những phụ tải phi tuyến mạnh và công suất lớn. 2. NỘI DUNG THỰC HIỆN Khảo sát chi tiết thông số, đặc tính của phụ tải gồm hệ hai động cơ điện DC  chỉnh lưu (công suất 1.15 MW) trong tất cả các chế độ vận hành cũng như tỉ số ngắn mạch của nguồn cung cấp để đưa ra cấu trúc và tính chọn cấu hình của hệ thống HPAPF. Thuật toán bộ lọc trong miền tần số được xây dựng trên cơ sở phân tích Fourier cho phép bộ lọc có thể lựa chọn chính xác những sóng hài cần loại bỏ. Việc kết hợp giữa thành phần bộ lọc thụ động và bộ lọc tích cực cho phép giảm đáng kể công suất trên thành phần lọc tích cực; mang lại lợi ích kinh tế cao so với các phương pháp sử dụng bộ lọc tích cực truyền thống. Hình 1: Hệ thống chỉ có thành phần lọc thụ động
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 599 Việc thiết kế và kiểm tra tính khả thi của bộ lọc trong những tình huống vận hành khác nhau của hệ thống được kiểm chứng trên phần mềm Matlab/Simulink. Những kết quả đạt được cho thấy tỉ lệ dòng bù của bộ lọc này chỉ bằng 32% so với phương pháp chỉ dùng bộ lọc tích cực truyền thống, kết quả là công suất của thành phần lọc tích cực giảm hon 2/3 so với giải pháp cũ. Hình 2: Hệ thống chỉ có thành phần lọc tích cực Hình 3: Thuật toán điều khiển thành phần lọc tích cực 3. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG HPAPF có khả năng ứng dụng hiệu quả để triệt sóng hài và bù CSPK nhanh cho các phụ tải phi tuyến trong mạng điện nhà máy, tòa nhà lớn, khách sạn cao cấp, trung tâm dữ liệu, trung tâm viễn thông, khu vui chơi giải trí,… Ngoài ra, HPAPF còn có khả năng cân bằng dòng điện trong các pha và khử dòng điện trên dây trung tính cho các toàn nhà như: công viên phần mềm, tòa nhà hành chính Đà Nẵng, khách sạn cao cấp.
600 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 4. HIỆU QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Giảm đáng kể chi phí đầu tư. Kết quả nghiên cứu cho thấy dòng điện hiệu dụng (RMS) trong hệ thống HPAPF chỉ bằng có 32% so với phương pháp chỉ dùng hoàn toàn giải pháp sử dụng bộ lọc tích cực truyền thống. Công trình về vấn đề này đã được công bố tại Tạp chí Jurnal Teknologi: “Hybrid active power filter method in frequency domain for quality improvement in variable frequency drive applications” vào ngày 16/01/2016 (thông tin chi tiết vui lòng xem tại địa chỉ: http://www.jurnalteknologi.utm.my/index.php/jurnalteknologi/article/download/8721/5184). Một số công trình điển hình có liên quan đến vấn đề lọc tích cực và lọc thụ động đã được triển khai áp dụng hiệu quả tại một số dự án như:  Năm 2014:  Công ty Cổ phần Xi măng Vicem Hải Vân – Đà Nẵng: Hệ thống bù ứng động trung thế MVC – 1 MVAr.  Công ty TNHH Thép Việt – Pháp: Hệ thống bù và lọc sóng hài 22 kV cho nhà máy thép.  Năm 2015:  Tổng công ty Điện lực EVNCPC và EVNNPC: Hệ thống lọc sóng hài trạm 110 kV cho 3 tỉnh miền Trung và 14 tỉnh miền Nam.  Năm 2016:  Bà Nà Hills: 2 hệ thống lọc sóng hài và bù công suất phản kháng động ADF cho 3 hệ thống cáp treo. Ngoài ra, HPAPF có tiềm năng đáng kể trong việc lắp đặt ở vị trí hạn chế, cách ly về không gian như: tàu du lịch, giàn khoan dầu,… TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Akagi, H. 2006. Modern Active Filters And Traditional Passive Filters. Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences. 54(3): 255269. [2] Nguyen, K.A. and Bui, Q.K. 2009. An Active Filters Design For The Reduction Of Current Harmonic And The Compensation Of Reactive Power For Induction Melting Furnace Power. Journal Of Science & Technology, the University of Danang. 4(33): 3542. [3] Yasir, M., Kazemi, S., Lehtonen, M. and FotuhiFiruzabad, M. 2012. Optimal Selection Of Voltage Sag Mitigation Solution Based On Event Tree Method. Proc. on Electric Power Quality and Supply Reliability Conference (PQ).16. [4] Grady, W. M., Samotyj, M. J. and Noyola, A. H. 1992. The Application Of Network Objective Functions For Actively Minimizing The Impact Of Voltage Harmonics In Power Systems. IEEE Transactions on Power Delivery. 7(3): 13791386.
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 601 [5] Godbole, P. 2014. Effect Of Harmonics On Active Power Flow And Apparent Power In The Power System. IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering (IOSRJECE): 3943. [6] Singh, B., AlHaddad, K. and Chandra, A. 1999. A Review of Active Filters for Power Quality Improvement. IEEE Transactions On Industrial Electronics. 46(5). [7] Tupsaard, J., Chamchoy, C. and Tayjasanant, T. 2011. High voltage passive harmonic filter design. Proc. on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTICON) International Conference. 804807. [8] Das, J. C. 2003. Passive FiltersPotentialities And Limitations. Proc. on Pulp and Paper Industry Technical Conference, Conference Record of the 2003 Annual, IEEE.187197. [9] Tang, Y., et al. 2012. Generalized Design of High Performance Shunt Active Power Filter with Output LCL filter. IEEE Transactions on Industrial Electronics 59(3): 14431452. [10] Akagi, H., Akira N. and Satoshi A. 1986. Control Strategy Of Active Power Filters Using Multiple VoltageSource PWM converters. IEEE Transactions on Industry Applications. 3: 460465. [11] Bhavaraju, V. B. and Prasad, N. E. 1993. Analysis And Design Of An Active Power Filter For Balancing Unbalanced Loads. IEEE Transactions on Power Electronics. 8(4): 640647. [12] Demirdelen, T., et al. 2013. Review of hybrid active power filter topologies and controllers. Proc. of Fourth International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), IEEE. [13] Kim, S. and Prasad N. E. 2002. A new hybrid active power filter (APF) topology. IEEE Transactions on Power Electronics 17(1): 4854. [14] Luo, A. et al. 2009. Development of hybrid active power filter based on the adaptive fuzzy dividing frequencycontrol method. IEEE Transactions on Power Delivery. 24(1): 424432. [15] TzungLin, L., YenChing, W., JianCheng, L. and Guerrero, J.M. 2015. Hybrid Active Filter With Variable Conductance for Harmonic Resonance Suppression in Industrial Power Systems. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 62(2): 746756. [16] Susila, D.J. and Rajathy, R. 2013. Power Quality Enhancement Using Hybrid Active Filter. International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT). 2(3):8189. [17] Asadi, M. and Jalilian, A.R. 2012. A Hybrid Active Power Filter Comprising an Active Electromagnetic Filter. Przeglad Elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 00332097. R. 88 NR 10a. [18] Peeran, S. M., and Creg, W. P. C 1995. Application, Design, And Specification Of Harmonic Filters For Variable Frequency Drives. IEEE Transactions on Industry Applications. 31(4): 841847. GIỚI THIỆU TÁC GIẢ Họ và tên: Ngô Việt Hưng. Năm sinh: 1981. Chức vụ: Trưởng ban KTSX. Nơi công tác: Tổng công ty Phát điện 2. Email: hungnv@evngenco2.vn và ngoviethung81@yahoo.com Điện thoại liên hệ: 0966.446.666