ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN VĂN TUẤN CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG NGUỒN ĐIỆN ÁP CUNG CẤP CHO MỘT SỐ KHU CÔNG NGHIỆP TẠI THÁI NGUYÊN BẰNG BỘ LỌC TÍCH CỰC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN XUÂN MINH THÁI NGUYÊN - 2016

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN VĂN TUẤN

CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG NGUỒN ĐIỆN ÁP CUNG CẤP CHO MỘT SỐ KHU CÔNG NGHIỆP TẠI THÁI NGUYÊN BẰNG BỘ LỌC TÍCH CỰC

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TRƢỞNG KHOA

TS. ĐỖ TRUNG HẢI PGS.TS. TRẦN XUÂN MINH

PHÕNG ĐÀO TẠO

TS. ĐẶNG DANH HOẰNG

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

THÁI NGUYÊN - 2016

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Trần Văn Tuấn

Sinh ngày: 29 tháng 8 năm 1978

Học viên lớp cao học khoá 16 - Kỹ thuật điện - Trƣờng Đại học Kỹ

Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại học Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại: Công ty điện lực Thái Nguyên.

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định

hƣớng của giáo viên hƣớng dẫn, không sao chép của ngƣời khác.

Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã đƣợc chỉ ra trong luận văn.

Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, tháng 01 năm 2016

Tác giả luận văn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Trần Văn Tuấn

iii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo

Khoa sau đại học, Khoa Điện trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp cùng các

thầy giáo, cô giáo, các anh chị tại Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ và đóng

góp nhiều ý kiến quan trọng cho tác giả để tác giả có thể hoàn thành bản luận

văn của mình.

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình

của các thầy, cô giáo trong khoa Điện của trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp

thuộc ĐH Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp. Đặc biệt là dƣới sự hƣớng

dẫn và góp ý của thầy PGS.TS. Trần Xuân Minh đã giúp cho đề tài hoàn

thành mang tính khoa học cao. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu

của các thầy, cô.

Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế

nên đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý

kiến của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tôi tiếp tục nghiên cứu,

hoàn thiện hơn nữa trong quá trình công tác sau này.

Thái Nguyên, tháng 01 năm 2016

Tác giả luận văn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Trần Văn Tuấn

iv

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. iii

MỤC LỤC ........................................................................................................ iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................. vii

DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................... ix

DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................. x

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

1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 1

3. Nội dung của luận văn ................................................................................... 1

Chƣơng 1: TỔNG QUAN LƢỚI ĐIỆN TỈNH THÁI NGUYÊN NÓI

CHUNG VÀ THÀNH PHỐ SÔNG CÔNG NÓI RIÊNG ........................... 3

1.1. Hiện trạng nguồn và lƣới điện tỉnh Thái Nguyên ...................................... 3

1.1.1 Nguồn điện ........................................................................................... 3

1.1.2. Lƣới điện ............................................................................................. 4

1.2. Hiện trạng nguồn và lƣới điện thành phố Sông Công. .............................. 5

1.2.1. Lƣới điện trung thế .............................................................................. 6

1.2.2. Tổn thất điện năng của khu vực thành phố Sông Công trong một

vài năm gần đây .......................................................................................... 14

1.2.3. Đánh giá hiện trạng theo kết quả tính toán ....................................... 15

Chƣơng 2: SÓNG ĐIỀU HÕA BẬC CAO VÀ BIỆN PHÁP KHẮC

PHỤC .............................................................................................................. 18

2.1. Đặt vấn đề................................................................................................. 18

2.2. Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao ....................................................... 18

2.2.1. Ảnh hƣởng của sóng điều hòa bậc cao và quy định giới hạn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lƣới điện ........................................ 23

v

2.2.2. Một số nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp .......... 25

2.4. Kết luận chƣơng 2 .................................................................................... 32

Chƣơng 3: THUẬT TOÁN LỌC SÓNG HÀI BẬC CAO ........................ 33

3.1 Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao .................................................................... 33

3.1.1 Bộ lọc thụ động .................................................................................. 33

3.1.2 Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực) ...................................................... 34

3.2. Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực ............................... 36

3.2.1. Phân loại theo sơ đồ .......................................................................... 36

3.2.2. Phân loại theo nguồn cấp .................................................................. 39

3.2.3. Phân loại theo bộ biến đổi công suất ................................................ 41

3.3. Bộ lọc hỗn hợp ......................................................................................... 41

3.4. Nguyên lý làm việc của thiết bị bù tích cực ............................................. 43

3.5. Lý thuyết về phƣơng pháp lọc tích cực .................................................... 45

3.5.1. Các phƣơng pháp lọc tích cực dựa trên miền tần số ......................... 46

3.5.2. Các phƣơng pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian .................... 48

3.6. Cấu trúc điều khiển .................................................................................. 54

3.7. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................... 56

Chƣơng 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ........................................................ 57

4.1. Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink ................... 57

4.1.1. Nguồn xoay chiều 3 pha .................................................................... 57

4.1.2 Bộ lọc tích cực.................................................................................... 57

4.1.3. Khâu tính toán độ méo dạng (THD) ................................................. 64

4.1.4. Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha .... 64

4.1.5. Khâu đo dòng điện, điện áp .............................................................. 65

4.2. Sơ đồ mô phỏng ....................................................................................... 65

4.3. Kết quả mô phỏng .................................................................................... 67

4.3.1. Kết quả mô phỏng trƣờng hợp chƣa có bộ lọc tích cực .................... 67

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

4.3.2. Kết quả mô phỏng trƣờng hợp có bộ lọc tích cực ............................. 68

vi

4.4. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................... 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 74

1. Kết luận ....................................................................................................... 74

2. Kiến nghị ..................................................................................................... 74

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 75

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu:

STT Ký hiệu f 1 f(t) 2 U1 3 Un 4 I1 5 In 6 PF 7 p 8 q 9 P 10 Q 11 R 12 L 13 C 14 iS 15 iL 16 iF 17 Us 18 Uh 19 UF 20 21 u0, u, u ua, ub, uc 22 ia, ib, ic 23 24 i0, i, i ud, uq 25 id, iq 26 27  Udc 28 S 29 30 ,

31

Diễn giải nội dung đầy đủ Tần số lƣới điện Hàm chu kỳ không sin Biên độ thành phần điện áp điều hoà cơ bản Biên độ thành phần điện áp điều hoà bậc n Biên độ thành phần dòng điện điều hoà cơ bản Biên độ thành phần dòng điện điều hoà bậc n Hệ số công suất Công suất tác dụng tức thời Công suất phản kháng tức thời Công suất tác dụng Công suất phản kháng Điện trở lọc Điện cảm lọc Điện dung lọc Dòng điện nguồn Dòng điện lƣới phía tải (dòng tải) Dòng điện chạy qua bộ lọc Điện áp nguồn Điện áp thành phần điều hoà bậc cao Điện áp thành phần cơ bản Điện áp biểu diễn trên hệ trục  Điện áp biểu diễn trên hệ trục abc Dòng điện biểu diễn trên hệ trục abc Dòng điện biểu diễn trên hệ trục  Điện áp biểu diễn trên hệ trục dq Dòng điện biểu diễn trên hệ trục dq Tần số góc nguồn điện Điện áp 1 chiều Công suất biểu kiến Công suất tác dụng, phản kháng tƣơng ứng với thành phần dòng 1 chiều Công suất tác dụng, phản kháng tƣơng ứng với thành phần dòng xoay chiều Chu kỳ dòng điện 32

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

T

viii

Các chữ viết tắt

STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ

CSPK Công suất phản kháng 33

CSTD Công suất tác dụng 34

THD Hệ số méo dạng 35

SVC Đóng ngắt bằng Thyristor 36

37 DC Một chiều

38 AC Xoay chiều

Bộ lọc tích cực song song 39 AFn

Bộ lọc tích cực nối tiếp 40 AFS

41 FACTS Hệ thống truyền tải điện linh hoạt - Flexible AC

Transmission

Static Synchronous Series Controllers 42 SSSC

Thyristor Controlled Series Compensation 43 TCSC

Thyristor Switched Capacitor): 44 TSC

Thyristor Switched Reactor 45 TSR

Thyristor controller Reactor 46 TCR

47 DFT Discrete Fourier Transform

Fast Fourier Transform 48 FFT

Phase locked loop 49 PLL

Space vector modulation method 50 SVM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

51 ĐCVTKG Điều chế véc tơ không gian

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Mang tải của đƣờng dây trung thế sau trạm 110kV Gò Đầm ........ 10

Bảng 2.2. Tổn thất điện năng qua các năm của thành phố Sông Công .......... 15

Bảng 2.3. Kết quả công suất các lộ trung thế .................................................. 16

Bảng 2.4. Tổn thất điện năng kỹ thuật qua các năm của TP. Sông Công ....... 16

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp ...................... 24

Bảng 2.2. Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu dòng điện .................. 25

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Bảng 2.3: IEC 1000-3-4 .................................................................................. 25

x

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Lƣới điện 220 - 110 KV khu vực Thái Nguyên ................................ 6

Hình 1.2: Sơ đồ trạm 110 KV Gò Đầm ............................................................ 9

Hình 1.3: Đƣờng dây 376 E6.3 Gò Đầm ........................................................ 11

Hình 1.4: Đƣờng dây 472+476 và 474+477+478 E6.3 Gò Đầm .................... 12

Hình 1.5: Đƣờng dây 471+473 và 475 E6.3 Gò Đầm .................................... 13

Hình 1.6: Đƣờng dây TG Phố Cò và ĐZ 110 KV .......................................... 14

Hình 1.7: Đƣờng dây phân nhánh phụ tải TG Phố Cò và ĐZ 110 KV ........... 14

Hình 2.1: a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ

không sin) ..................................................................................... 19

Hình 2.2: Các thành phần sóng điều hòa ........................................................ 20 thành an và bn .............................................................. 21 Hình 2.3: Phân tích Fn

Hình 2.4: Phổ của các thành phần điều hòa .................................................... 21

Hình 2.5: Mô hình chỉnh lƣu cầu Đi ốt 1 pha ................................................. 26

Hình 2.6: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lƣu cầu Đi ốt 1 pha ................. 27

Hình 2.7: Chỉnh lƣu cầu Đi ốt 1 pha, dạng dòng điện và phổ ........................ 27

Hình 2.8: Mô hình chỉnh lƣu cầu Đi ốt 3 pha ................................................. 28

Hình 2.9: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lƣu cầu Đi ốt 3 pha ................. 29

Hình 2.10: Chỉnh lƣu cầu Đi ốt 3 pha, dạng dòng điện và phổ ...................... 29

Hình 2.11: Chỉnh lƣu Thyristor cầu 3 pha ...................................................... 30

Hình 2.12: Dòng điện pha A ........................................................................... 31

Hình 2.13: Dạng dòng điện iA và phổ .............................................................. 31

Hình 3.1: Bộ lọc RC ........................................................................................ 34

Hình 3.2: Bộ lọc LC ....................................................................................... 34

Hình 3.3: Bộ lọc tích cực song song .............................................................. 36

Hình 3.4: Cấu trúc bộ lọc song song ............................................................... 38

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 3.5: Bộ lọc tích cực nối tiếp ................................................................. 38

xi

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý AFS ....................................................................... 39

Hình 3.7: Bộ lọc tích cực 3 dây ....................................................................... 40

Hình 3.8: Bộ lọc tích cực 4 dây có điểm giữa ................................................ 40

Hình 3.9: Bộ lọc tích cực 4 dây ...................................................................... 41

Hình 3.10: Cấu trúc VSI .................................................................................. 41

Hình 3.11: Cấu trúc CSI .................................................................................. 41

Hình 3.12: a) song song và b) nối tiếp ............................................................ 42

Hình 3.13: Cấu trúc UPQC ............................................................................. 43

Hình 3.14: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực .................................................. 44

Hình 3.15: Trạng thái hấp thụ công suất của bộ bù ....................................... 45

Hình 3.16: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù .......................... 45

Hình 3.17: Phƣơng pháp FFT ......................................................................... 48

Hình 3.18: Thuật toán xác định dòng bù trong hệ dq .................................... 49

Hình 3.19: Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù trong hệ dq ................ 51

Hình 3.20: Mô hình bộ lọc tích cực theo lý thuyết pq. .................................. 51

Hình 3.21: Lƣu đồ thuật toán tính dòng bù theo lý thuyết p-q ....................... 55

Hình 4.1: Khối nguồn ba pha ......................................................................... 57

Hình 4.2: Bộ biến đổi của bộ lọc ................................................................... 58

Hình 4.3: Thông số của bộ biến đổi ................................................................ 58

Hình 4.4: Mạch điều khiển của bộ lọc ............................................................ 59

Hình 4.5: Chuyển hệ toạ độ từ abc -> αβ ........................................................ 59

Hình 4.6: Khâu tính công suất PQ .................................................................. 60

Hình 4.7: Khâu tính toán dòng bù pq .............................................................. 61

Hình 4.8: Khâu chuyển tọa độ αβ sang abc .................................................... 61

Hình 4.9: Khối SVM ....................................................................................... 62

Hình 4.10: Chọn các véc tơ ............................................................................. 63

Hình 4.11: Khâu tính toán TDH ...................................................................... 64

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 4.12: Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu dòng áp...................................... 64

xii

Hình 4.13: Khâu đo dòng điện, điện áp .......................................................... 65

Hình 4.14: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lƣới điện phân phối .............. 66

cho tải phi tuyến khi chƣa có bộ lọc tích cực .................................................. 66

Hình 4.15. Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lƣới điện phân phối cho

tải phi tuyến khi có bộ lọc tích cực ............................................... 66

Hình 4.16: Dạng dòng điện nguồn ................................................................. 67

Hình 4.17. Phân tích phổ và THD của dòng điện nguồn ................................ 67

Hình 4.18: Dạng dòng điện 3 pha trƣớc khi bộ lọc tác động .......................... 68

Hình 4.19: Dạng dòng điện 3 pha khi có bộ lọc tác động ............................... 69

Hình 4.20: Dạng dòng điện pha A trƣớc và sau khi có bộ lọc tác động ........ 69

Hình 4.21: Dạng dòng điện khi có bộ lọc tác động xét tại thời điểm từ

0,2 đến 0,3s ................................................................................... 70

Hình 4.22: Phân tích phổ của dòng điện pha A khi có bộ lọc tác động ......... 70

Hình 4.23. Công suất phản kháng của hệ thống ............................................. 71

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 4.24: Hệ số công suất cosφ ................................................................... 71

1

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".

2. 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.

3. Nội dung của luận văn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chƣơng sau:

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Kết luận và kiến nghị

3

Chƣơng 1

TỔNG QUAN LƢỚI ĐIỆN TỈNH THÁI NGUYÊN NÓI CHUNG VÀ

THÀNH PHỐ SÔNG CÔNG NÓI RIÊNG

1.1. Hiện trạng nguồn và lƣới điện tỉnh Thái Nguyên

1.1.1 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,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

đóng điện tháng 4/2007. Hiện tại phần lớn phụ tải của tỉnh Thái Nguyên đƣợc

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 .

1.1.2. Lưới điện

1.1.2.1. 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.

1.1.2.2 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.lrc.tnu.edu.vn

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(E6.4), Gia Sàng(E6.1), Lƣu Xá(E6.5), Gò Đầm(E6.3), Sông Công(E6.7).

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.

1.2. 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(E6.3). 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.lrc.tnu.edu.vn

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.

Hình 1.1: Lưới điện 220 - 110 KV khu vực Thái Nguyên

1.2.1. Lưới điện trung thế

- Tổng đƣờng dây trung thế: 108.2 km.

- Đƣờng dây 35kV: 31.932 km.

Trong đó:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ Tài sản của Điện lực: 26.918km.

7

+ Tài sản khách hàng: 5.014km.

- Đƣờng dây 22kV: 32.786km.

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 26.81km.

+ Tài sản khách hàng: 5.446 km.

- Đƣờng dây 10kV: 20.02km.

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 14.878 km.

+ Tài sản khách hàng: 5.144 km.

- Đƣờng dây 6kV: 2.95km.

Tong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 1.3 km.

+ Tài sản khách hàng: 1.65km.

- Cáp ngầm 35kV: 0.56km.

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 0 km.

+ Tài sản khách hàng: 0.56 km.

- Cáp ngầm 22kV: 16.16km.

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 13.21km.

+ Tài sản khách hàng: 2.95 km.

- Cáp ngầm 10kV: 0.07km.

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 0.07 km.

+ Tài sản khách hàng: 0km.

- Cáp ngầm 6kV: 5.18km.

Trong đó:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ Tài sản của Điện lực: 0.13km.

8

+ Tài sản khách hàng: 5.05km.

- Trạm biến áp: Tổng số: 164TBA/ 178Mỏy; S= 264.000kVA.

- 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. S= 7500kVA.

+ Tài sản khách hàng: 0 trạm/ 0 máy. S= 0 kVA.

- Trạm TG 22/6kV: 03 trạm/ 05 máy. S =29.600kVA. (Tài sản của KH).

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 0 trạm/ 00 máy. S= 0 kVA.

+ Tài sản khách hàng: 03 trạm/ 5 máy. S= 29.600kVA.

- Trạm 35/0.4kV: 21 trạm/ 25 máy. S =14.100kVA.

Trong đó

+ Tài sản của Điện lực: 14 trạm/ 14 máy. S= 2.570kVA.

+ Tài sản khách hàng: 12 trạm/ 12 máy. S= 11.310kVA.

- Trạm 22/0.4kV: 80 trạm/ 86 máy. S =113.450kVA.

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 20 trạm/ 20 máy. S= 3770kVA.

+ Tài sản khách hàng: 60 trạm/ 66 máy. S =109.680kVA .

- Trạm 10/0.4kV: 21 trạm/ 21 máy. S = 7.925 kVA.

Trong đó:

+ Tài sản của Điện lực: 14 trạm/ 14 máy. S= 3.180kVA.

+ Tài sản khách hàng: 17 trạm/ 17 máy. S= 4745 kVA.

- Trạm 6/0.4kV: 22 trạm/ 22 máy. S= 17.460kVA.

Trong đó:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ Tài sản của Điện lực: 0 trạm/ 0 máy. S= 0 kVA.

9

+ Tài sản khỏch hàng: 22 trạm/ 22 máy. S= 17.460kVA.

- Tổng chiều dài đƣờng dây 0.4kV: 203.77km.

- 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:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 1.2: Sơ đồ trạm 110 KV Gò Đầm

10

Bảng 2.1. Mang tải của đƣờng dây trung thế sau trạm 110kV Gò Đầm

TT Tên trạm 110kV Loại dây - tiết diện Chiều dài trục (km) Pmax (kW) Pmin (kW)

5 1.4 3.6 1.2 3.8 500 1.1 600 5.2 450 Trạm Gò Đầm(E6.3) Lộ 373 Lộ 375 Lộ 376 Lộ 473 Lộ 475 I 1 2 3 4 5

10 6 Lộ 472

550

12 7 Lộ 474

8 9

10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

AC-70 8,6 AC-120 5,1 AC95,70,50 22,1 XLPE-3x95+AC70 0,5+13 XLPE-3x95 0,5+2 XLPE-3x240+AC- 185 3,2+2 XLPE- 3x240+AC185 3,2+2 750 50 50 2 550 2000 500 2000 500 3000 300 3000 300 660 11 12 13 Lộ 677 Lộ 676 Lộ 672 Lộ 674 Lộ 675 Lộ 673

11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 1.3: Đường dây 376 E6.3 Gò Đầm

12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 1.4: Đường dây 472+476 và 474+477+478 E6.3 Gò Đầm

13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 1.5: Đường dây 471+473 và 475 E6.3 Gò Đầm

14

Hình 1.6: Đường dây TG Phố Cò và ĐZ 110 KV

Hình 1.7: Đường dây phân nhánh phụ tải TG Phố Cò và ĐZ 110 KV

1.2.2. Tổn thất điện năng của khu vực thành phố Sông Công trong một vài

năm gần đây

Theo thống kê, tổn thất điện năng của tỉnh từ năm 2010 đến nay thay

đổi khác nhau qua các năm tuỳ theo phƣơng thức vận hành và sự phát triển

của lƣới điện 35kV,22. Điện lực Thái Nguyên đã áp dụng nhiều biện pháp để

giảm tổn thất điện năng nhƣ:

- Tính toán lựa chọn phƣơng thức vận hành và điều độ tối ƣu để đạt

đƣợc mức tổn thất thấp nhất.

- Cải tạo nâng tiết diện các đƣờng dây trung thế đã cũ nát, tiết diện nhỏ,

xây dựng các đƣờng dây trung thế mới có tiết diện lớn nhằm san tải cho các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

tuyến dây quá tải.

15

- Cải tạo chuyển đổi dần lƣới điện 6kV lên 22kV.

- Tính toán và thực hiện việc bù công suất phản kháng bằng các bộ tụ

bù trong lƣới 0,4; 6; 10kV, yêu cầu tất cả các khách hàng có trạm chuyên

dùng thực hiện các biện pháp bù hạ thế để đảm bảo cos > 0,85.

- Kiểm tra tình hình sử dụng điện của khách hàng để tránh các hiện

tƣợng lấy cắp điện, kiểm định thay thế công tơ định kì, kiểm tra và cân pha

cho các đƣờng dây hạ thế (Điện lực quản lí).

- Lắp đặt trạm biến áp với công suất hợp lí, hoán chuyển vị trí lắp đặt

giữa các MBA quá tải với các MBA đang non tải.

- Đã hoàn thành bàn giao lƣới điện trung áp nông thôn cho ngành điện

theo kế hoạch của Bộ công thƣơng.

Bảng 2.2. Tổn thất điện năng qua các năm của thành phố Sông Công

Năm 2011 2012 2013 2014

Tổn thất Thành Phố 6,66% 6,05% 5,99% 4,94% Sông Công

1.2.3. Đánh giá hiện trạng theo kết quả tính toán

1.2.3.1. Tính toán phân bố công suất và tổn thất cho lưới điện trung thế

Mục đích của việc tính toán lƣới điện hiện trạng là xác định phân bố

công suất và tổn thất về kĩ thuật trong lƣới điện, kiểm tra khả năng mang tải

cũng nhƣ các chỉ tiêu kĩ thuật khác.

Để thực hiện công việc tính toán này cần phải tiến hành:

+ Cập nhật chi tiết sơ đồ lƣới điện hiện trạng, các thông số kỹ thuật của

lƣới điện và phƣơng thức vận hành của chúng.

+ Công suất cực đại cực tiểu của các lộ xuất tuyến trung thế.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ Công suất cực đại tại thanh cái cao thế các trạm trung tâm cấp nguồn.

16

+ Tính toán lƣới điện hiện trạng đƣợc thực hiện trong toàn hệ thống ở

chế độ phụ tải cực đại để kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật và khả năng mang tải

của lƣới.

Bảng 2.3. Kết quả công suất các lộ trung thế

TT Tên trạm / tên lộ Điện áp (kV) Pmax (kW) Tổn thất công suất (%) Tổn thất điện áp (%) Tổn thất điện năng (%)

Trạm 110 kV I Gò Đầm

1 Lộ 373 35 5.000

2 Lộ 375 35 3.600

3 Lộ 376 35 3.800

4 Lộ 473 22 1.100

5 Lộ 475 22 5.200

6 Lộ 472 22 10.000

7 Lộ 474 22 12.000

Bảng 2.4. Tổn thất điện năng kỹ thuật qua các năm

của thành phố Sông Công

Năm 2011 2012 2013 2014

Tổn thất Thành Phố 5,46% 5,05% 4,5% 3,8% Sông Công

Từ kết quả tính toán chế độ lƣới điện trung thế cho thấy các trị số tính

toán tổn thất kĩ thuật là tƣơng đối phù hợp với các trị số thống kê từ thực tế

vận hành và phản ánh tƣơng đối sát thực tình trạng vận hành hiện tại của lƣới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

điện tỉnh Thái Nguyên.

17

Qua theo dõi thực tế cho thấy phần tổn thất điện năng khu vực thành

phố Sông Công chủ yếu rơi vào khu công nghiệp Sông Công là chủ yếu. Nơi

này tập trung các nhà máy luyện gang, luyện thép vừa và nhỏ. Chất lƣợng phụ

tải ảnh hƣởng đến lƣới rất lớn, đòi hỏi phải có biện pháp tạo sự ổn định lƣới

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

điện, tránh tổn thất do chất lƣợng điện năng gây ra.

18

Chƣơng 2

SÓNG ĐIỀU HÕA BẬC CAO VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

2.1. Đặt vấn đề

Ngày nay, các thiết bị điện sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất công

nghiệp ngày càng đa dạng và phong phú về số lƣợng và chủng loại, kéo theo

đó là yêu cầu nâng cao khả năng đáp ứng về truyền tải và chất lƣợng của hệ

thống cung cấp điện.

Ta biết rằng, điện năng truyền tải trong hệ thống cung cấp điện thông

qua việc sử dụng một sóng điện từ có tần số 50 Hz hoặc 60 Hz, gọi là sóng cơ

bản. Tuy nhiên trong thực tế, do một số nguyên nhân: Sự cố đƣờng dây, các

phụ tải nhƣ: tải lò nung, tải bể điện phân, tải bể mạ… làm cho trong hệ thống

cung cấp điện tồn tại các sóng điện từ có tần số bằng bội số nguyên lần tần số

cơ bản. Các sóng này gọi chung là sóng điều hòa bậc cao.

Sự tồn tại của các sóng điều hòa bậc cao trong hệ thống điện gây ảnh

hƣởng không tốt tới các thiết bị điện và đƣờng dây truyền tải. Chúng gây ra

hiện tƣợng: quá áp, méo điện áp lƣới và dòng điện, tổn thất điện năng, quá

nhiệt cho các phụ tải, giảm chất lƣợng điện năng và gián đoạn cung cấp điện.

Vấn đề đặt ra là phải tìm cách loại bỏ các sóng điều hòa bậc cao ra khỏi

hệ thống điện. Các thiết bị đƣợc sử dụng để loại bỏ sóng điều hòa bậc cao gọi

là các bộ lọc.

Hiện nay, có nhiều nghiên cứu và ứng dụng các bộ lọc phục vụ trong

sản xuất công nghiệp. Đề tài này tập trung nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích

cực, đảm bảo các yêu cầu đặt ra về chất lƣợng điện năng cho lƣới cung cấp và

phân phối điện đến phụ tải.

2.2. Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao

Chúng ta biết rằng, các dạng sóng điện áp hình sin đƣợc tạo ra tại các

nhà máy điện, trạm điện lớn có chất lƣợng tốt. Tuy nhiên, càng di chuyển về

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

phía phụ tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng càng bị méo

19

dạng. Khi đó dạng sóng không còn dạng sin [9, 10].

a)

b)

Hình 2.1: a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ không sin)

Sóng chu kỳ không sin có thể coi nhƣ là tổng của các dạng sóng điều

hoà mà tần số của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản.

Với điều kiện vận hành cân bằng các sóng điều hòa bậc cao có thể chia

thành các thành phần thứ tự thuận, nghịch và không:

- Thành phần thứ tự thuận: các sóng điều hòa bậc 4, 7, 11…

- Thành phần thứ tự nghịch: các sóng điều hòa bậc 2, 5, 8…

- Thành phần thứ tự không: các sóng điều hòa 3, 6, 9…

Khi xảy ra trƣờng hợp không cân bằng trong các pha thì mỗi sóng điều

hòa có thể bao gồm một trong ba thành phần trên.

Sóng điều hòa bậc cao ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng lƣới điện nên

cần phải chú ý khi tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao lớn hơn mức độ cho

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

phép. Sóng điều hòa dòng điện bậc cao là dòng điện có tần số bằng bội số

20

nguyên lần tần số cơ bản.

Thí dụ: Ta có dòng điện với tần số 150(Hz) tồn tại trên lƣới làm việc

với tần số 50(Hz), suy ra đây là dòng điều hòa bậc 3 và dòng 150(Hz) này là

dòng không sử dụng đƣợc với các thiết bị làm việc trên lƣới 50(Hz). Vì vậy

f(t)

1.5

Thành phần cơ bản

1

Thành phần bậc 5

0.5

0

-0.5

Thành phần bậc 7

-1

-1.5

nó sẽ chuyển thành dạng nhiệt năng và gây tổn hao.

Hình 2.2: Các thành phần sóng điều hòa

Để phân tích sóng chu kỳ không sin thành các sóng điều hoà, ta sử

dụng chuỗi Fourier với chu kỳ T(s) và tần số cơ bản f = 1/T (Hz) hoặc ω = 2πf

(rad/s), có thể biểu diễn một sóng chu kỳ không sin f(t) theo Fourier nhƣ biểu

thức sau:

(2.1)

Trong đó :

: Giá trị trung bình

Fn: Biên độ của sóng điều hòa bậc n trong chuỗi Fourier

Thành phần sóng cơ bản

Thành phần sóng cơ bản

: Góc pha của sóng điều hòa bậc n

Ta có thể viết nhƣ sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(2.2)

21

Ta quy ƣớc:

Im

Re

Hình 2.3: Phân tích Fn

thành an và bn

Khi đó ta có thể viết nhƣ sau:

(2.3)

Ví dụ phổ của sóng điều hòa bậc cao đƣợc thể hiện nhƣ sau [4, 5]:

Hình 2.4: Phổ của các thành phần điều hòa

Hệ số méo dạng (THD - Total Harmonic Distortion): là tham số quan

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

trọng nhất dùng để đánh giá sóng điều hòa bậc cao.

22

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(2.4)

23

Trong đó: X1: Biên độ thành phần cơ bản

Xn: Biên độ thành phần điều hòa bậc n.

Từ công thức trên ta có thể đánh giá độ méo dạng dòng điện và điện áp

qua hệ số méo dạng nhƣ sau:

 Hệ số méo dạng dòng điện:

(2.5)

Trong đó:

I1: Biên độ thành phần dòng cơ bản

In: Biên độ thành phần dòng điều hòa bậc n.

 Hệ số méo dạng điện áp:

(2.6)

Trong đó:

U1: Biên độ thành phần điện áp cơ bản

Un: Biên độ thành phần điện áp điều hòa bậc n.

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

*. Ảnh hƣởng quan trọng nhất của sóng điều hòa bậc cao đó là việc làm

tăng giá trị hiệu dụng cũng nhƣ giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp, có thể

thấy rõ qua công thức sau:

= (2.7)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

= (2.8)

24

Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng

điện tăng do sóng điều hòa bậc cao, sẽ dẫn đến tăng tổn hao nhiệt, làm hỏng

cách điện của các thiết bị, gây ra các hỏng hóc không mong muốn. Ảnh

hƣởng của sóng điều hòa bậc cao lênn một số thiết bị nhƣ sau:

 Các máy điện quay: Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép của động cơ

tăng; Làm méo mômen, giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn; Có thể gây ra dao

động cộng hƣởng cơ khí làm hỏng các bộ phận cơ khí…

 Các thiết bị đóng cắt: Làm tăng nhiệt độ và tổn hao trên thiết bị; Có

thể gây hiện tƣợng khó đóng cắt, kéo dài quá trình dập hồ quang dẫn đến tuổi

thọ của thiết bị giảm…

 Các rơ le bảo vệ: Có thể gây tác động sai, tác động ngƣợc, …

 Các tụ điện: Làm gia tăng tổn hao nhiệt, tăng ứng suất điện môi

(làm giảm dung lƣợng tụ), gây hiện tƣợng cộng hƣởng trên tụ…

 Các dụng cụ đo: Ảnh hƣởng đến sai số của các thiết bị sử dụng đĩa

cảm ứng, nhƣ: điện kế, rơ le quá dòng…

 Thiết bị điều khiển điện tử công suất: Việc điện áp bị méo có thể

gây ra trƣờng hợp xác định điểm không để tính góc mở cho các khóa điện tử

công suất bị sai, làm cho mạch hoạt động không chính xác…

* Giới hạn về thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lƣới điện.

Trên thế giới đƣa ra một số tiêu chuẩn:

- IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp:

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp

Nhiễu điện áp tổng Nhiễu điện áp từng loại Điện áp cộng các loại sóng sóng điều hòa(%)= tại điểm nối chung điều hòa THD (%)

≤ 69 KV 3,0 5,0

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Trên 69 KV đến 161KV 1,5 2,5

25

Trên 161 KV 1,0 1,5

- IEEE std 519 về giới hạn nhiễu dòng điện cho hệ thống phân phối

chung (từ 120V đến 69KV) (tính theo % của Itải)

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

Tỷ số ngắn h<11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h THD mạch(SCR=ISC/Itải)

<20 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5,0

Từ 20 đến 50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8,0

Từ 50 đến 100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0

Từ 100 đến 1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0

Trên 1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0

 Hài bậc chẵn đƣợc giới hạn tới 25% của giới hạn bậc lẻ ở bảng trên

 h: Bậc của sóng điều hòa

- IEC 1000-3-4 cho thiết bị có dòng đầu vào mỗi pha trên 75A

Bảng 2.3: IEC 1000-3-4

Bậc sóng điều Bậc sóng điều Giá trị (%) Giá trị (%)

hòa (n) hòa (n)

chấp nhận. 19 chấp nhận. 1,1 19 3

9,5 21 ≤0,6 5

6,5 23 0,9 7

3,8 25 0,8 9

3,1 27 ≤0,6 11

2,0 29 0,7 13

0,7 31 0,7 15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

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

26

Nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp đƣợc tạo ra bởi các

tải phi tuyến:

- Các thiết bị điện tử công suất

Các thiết bị điện tử công suất bản thân đƣợc cấu thành từ các thiết bị

bán dẫn nhƣ Đi ốtt, Thyristor, mosfet, IGBT, GTO…là các phần tử phi tuyến

gây nên các sóng điều hòa bậc cao. Tùy theo cấu trúc của các bộ biến đổi mà

có thể sinh ra các dạng sóng điều hòa khác nhau. Thông thƣờng, để hạn chế

sóng điều hòa bậc cao, ngƣời ta sử dụng các mạch chỉnh lƣu cầu ba ghép lại

với nhau thành bộ chỉnh lƣu 12 xung hoặc bộ chỉnh lƣu 24 xung; tức là tăng

số van trong mạch chỉnh lƣu lên. Tuy nhiên khi chọn giải pháp nhƣ vậy sẽ dẫn

tới thiết bị cồng kềnh, tổn thất điện áp lớn…

+ Ví dụ bộ chỉnh lƣu cầu Đi ốt 1 pha có mô hình:

Hình 2.5: Mô hình chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

27

Hình 2.6: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha

Hình 2.7: Chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha, dạng dòng điện và phổ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ Ví dụ bộ chỉnh lƣu cầu Đi ốt 3 pha có mô hình:

28

Hình 2.8: Mô hình chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

29

Hình 2.9: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha

Hình 2.10: Chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha, dạng dòng điện và phổ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

30

Ta thấy dòng điện đầu vào bộ chỉnh lƣu cầu ba pha có độ méo rất lớn

THD = 30,72 %. Các thành phần sóng điều hòa bậc cao này là do tính phi

tuyến của bộ chỉnh lƣu cầu gây ra. Trong đó các thành phần sóng điều hòa

bậc 3, 5, 7, 9 là chủ yếu.

+ Ví dụ bộ chỉnh lƣu Thyristor:

Hình 2.11: Chỉnh lưu Thyristor cầu 3 pha

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Khi đó, dòng điện iA và phổ dòng điện pha A có dạng:

31

Hình 2.12: Dòng điện pha A

Hình 2.13: Dạng dòng điện iA và phổ

- Máy biến áp

Trong quá trình hoạt động, nếu máy biến áp lực xảy ra hiện tƣợng bão

hòa mạch từ hoặc phải làm việc với điện áp cao hơn điện áp định mức có thể

sinh ra các sóng điều hòa bậc cao.

- Động cơ

Khi động cơ làm việc, biến thiên từ trở gây ra bởi khe hở giữa Stato và

Roto có thể gây nên sóng điều hòa bậc cao. Các máy điện đồng bộ có thể sản

sinh ra sóng điều hòa bậc cao bởi vì dạng từ trƣờng, sự bão hòa trong các

mạch chính và các đƣờng dò và do các dây quấn dùng để giảm dao động đặt

không đối xứng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Đèn huỳnh quang

32

Đèn huỳnh quang đƣợc sử dụng rộng rãi trong đời sống, tuy nhiên với

loại đèn có dùng chấn lƣu điện tử sẽ gây nhiễu ngƣợc trở lại hệ thống điện,

gây ảnh hƣởng tới các thiết bị điện khác trong sinh hoạt

- Các thiết bị hồ quang

Các thiết bị hồ quang thƣờng xét là các lò hồ quang công nghiệp,

máy hàn…Khi lò hồ quang làm việc thì biến thiên sóng điều hòa bậc cao

đầu ra rất lớn.

….

Hiện nay, các phƣơng pháp loại bỏ sóng điều hòa bậc cao ra khỏi hệ

thống điện đang đƣợc nghiên cứu sâu, rộng. Đã có nhiều giải pháp mới để cải

tiến các thiết bị lọc sóng hài bậc cao và đã thu đƣợc những kết quả nhất định.

Đây cũng chính là nội dung nghiên cứu của đề tài.

2.4. Kết luận chƣơng 2

Chƣơng 1 đã giải quyết đƣợc những vấn đề sau:

- Nghiên cứu tìm hiểu đƣợc nguyên nhân gây ra sóng điều hoà bậc cao

trên lƣới điện.

- Đánh giá đƣợc tác động của sóng điều hoà bậc cao đến chất lƣợng của

hệ thống điện.

- Để cải thiện chất lƣợng điện năng thì cần phải lọc các thành phần

dòng điều hòa bậc cao và bù công suất phản kháng.

Trong các phần tiếp theo của luận văn, cần tìm hiểu các bộ lọc sóng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

điều hòa bậc cao và bù công suất xuất phản kháng.

33

Chƣơng 3

THUẬT TOÁN LỌC SÓNG HÀI BẬC CAO

3.1 Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao

Bộ lọc là thiết bị tạo ra đặc tính tần số định trƣớc mà chức năng của nó

là cho phép một số tần số đi qua và đồng thời loại bỏ các tần số khác. Bộ lọc

sóng điều hòa bậc cao có thể chia thành các dạng:

- Bộ lọc thụ động (Passive filter).

- Bộ lọc chủ động (Active filter).

- Bộ lọc hỗn hợp.

3.1.1 Bộ lọc thụ động [9]

Bộ lọc thụ động có cấu trúc gồm các phần tử R, L, C đƣợc ghép nối với

nhau và lọc cho một tần số xác định. Nguyên lý hoạt động chung là tạo ra các

đƣờng dẫn trở kháng thấp để loại bỏ các sóng điều hòa bậc cao ra khỏi hệ

thống điện. Trong sơ đồ lọc ba pha có hai loại bộ lọc là RC và LC, và ở đây tụ

điện đƣợc mắc theo hình sao hoặc tam giác:

- Bộ tụ điện mắc hình sao: Dung lƣợng tụ tăng lên 3 lần, loại bỏ đƣợc

sóng điều hòa bậc cao điện áp dây và pha, đặc biệt khi tụ đấu sao có trung

tính thì có thể loại bỏ đƣợc điện áp thứ tự không sinh ra khi chuyển mạch van

bán dẫn.

- Bộ tụ điện mắc hình tam giác: Tiết kiệm dung lƣợng tụ nhƣng không

loại trừ đƣợc hết sóng điều hòa bậc cao điện áp dây.

Ta xét một số loại bộ lọc:

*. Bộ lọc RC

- Ƣu điểm: đơn giản, giá thành rẻ, làm việc ổn định.

- Nhƣợc điểm: Tổn hao trên điện trở lớn khi công suất lớn, khả năng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

chọn lọc tần số kém.

R

C

34

Đến phụ tải

Đầu nguồn

Hình 3.1: Bộ lọc RC

L

C

*. Bộ lọc LC

Đến phụ tải

Đầu nguồn

Hình 3.2: Bộ lọc LC

Ƣu điểm: Có khả năng lọc đƣợc nhiều tần số theo ý muốn.

Nhƣợc điểm: Giá thành cao, vận hành không ổn định nhƣ mạch RC,

gây nhiễu cho các thiết bị thông tin, có thể gây hiện tƣợng cộng hƣởng làm

tăng dòng, áp…

3.1.2 Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực) [6, 7, 8, 9, 11]

Dựa trên cấu trúc của các bộ biến đổi công suất, bộ lọc chủ động có

nguyên lý làm việc khác với bộ lọc thụ động cũng nhƣ có nhiều ƣu điểm và

tính năng vƣợt trội hơn.

3.1.2.1 Nhiệm vụ của bộ lọc tích cực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

a. Bù công suất:

35

Việc thực hiện bù công suất đồng thời với chức năng lọc thì các cấu

hình thiết kế có thể chỉ giới hạn ở mức độ công suất nhỏ. Trƣờng hợp làm

việc ở dải công suất lớn thƣờng dùng bù bằng SVC - đóng ngắt bằng thyristor

(loại này có đáp ứng chậm nhƣng giá thành rẻ).

b. Bù sóng điều hòa bậc cao điện áp:

Bù điện áp không đƣợc chú ý nhiều trong hệ thống điện vì nguồn

thƣờng có trở kháng thấp và điện áp tiêu thụ tại điểm đấu dây chung thƣờng

duy trì trong phạm vi giới hạn cơ bản đối với các sự cố tăng hoặc giảm áp.

Vấn đề bù điện áp chỉ đƣợc xem xét đến khi tải nhạy cảm với sự xuất hiện

sóng điều hòa bậc cao điện áp trong lƣới nguồn nhƣ các thiết bị bảo vệ hệ

thống điện.

c. Bù sóng điều hòa bậc cao dòng điện:

Bù các thành phần sóng điều hòa bậc cao dòng điện có ý nghĩa quan

trọng đối với các tải công suất vừa và nhỏ. Việc giảm thành phần sóng điều

hòa bậc cao dòng điện trong lƣới còn có tác dụng giảm độ méo dạng điện áp

lƣới tại điểm đấu dây chung.

3.1.2.2. Giới hạn công suất của bộ lọc tích cực

a. Các ứng dụng phạm vi công suất thấp

Các ứng dụng bộ lọc tích cực có công suất nhỏ hơn 100kVA, chủ yếu

phục vụ các khu dân cƣ, các tòa nhà kinh doanh, bệnh viện, các hệ truyền

động công suất vừa và nhỏ.

Tính chất của các hệ thống tải này đòi hỏi hệ thống mạch lọc tích cực

tƣơng đối phức tạp có đáp ứng động học cao, thời gian đáp ứng nhanh hơn

nhiều mạch lọc tích cực ở dãy công suất lớn. Thực tế đáp ứng có thể thay đổi

trong khoảng chục µs đến vài ms.

b. Các ứng dụng phạm vi công suất trung bình

Các ứng dụng bộ lọc tích cực cho các thiết bị có công suất hoạt động

nằm trong khoảng từ 100kVA đến 10MVA. Ví dụ các mạng cung cấp điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

36

trung và cao áp và các hệ thống truyền động điện công suất lớn mắc vào

nguồn áp lớn.

Mục đích chính của các bộ lọc tích cực là khử bỏ hoặc hạn chế các

sóng điều hòa bậc cao dòng điện. Tốc độ đáp ứng bù lọc trong hệ thống ở

khoảng hàng chục ms.

c. Các ứng dụng phạm vi công suất lớn và rất lớn

Dãy công suất rất lớn thƣờng gặp trong hệ thống truyền tải hoặc truyền

động động cơ DC công suất rất lớn hoặc hệ thống truyền tải điện.

Bộ lọc tích cực ứng dụng cho phạm vi công suất lớn và rất lớn thì rất

tốn kém về mặt kinh tế vì đòi hỏi phải sử dụng các thiết bị điện tử công suất

có khả năng đóng ngắt dòng điện ở công suất lớn và rất lớn.

3.2. Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực

3.2.1. Phân loại theo sơ đồ

3.2.1.1 Bộ lọc tích cực song song

Đặc điểm của bộ lọc tích cực (Active Filter) song song (AFn):

+ Bù sóng điều hòa bậc cao dòng điện;

+ Bù công suất phản kháng;

Nguồn cấp

+ Bù thành phần dòng điện không cân bằng.

Tải phi tuyến

IT IL

Bộ lọc tích cực

IF

Hình 3.3: Bộ lọc tích cực song song

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

37

Chức năng của bộ lọc tích cực là triệt tiêu các sóng điều hòa dòng điện

bậc cao sinh ra bởi tải phi tuyến trên đƣờng dây, trả lại trên đƣờng dây dòng

điện hình sin chuẩn. Ngoài ra bộ lọc tích cực còn có thể bù công suất phản

kháng tại điểm nối giữa bộ lọc tích cực và lƣới điện. Việc xác định vị trí đặt

bộ lọc cần phải đƣợc tính toán theo một số nguyên tắc sau:

- Giảm thiểu tối đa thời gian truyền, khoảng cách lan truyền của sóng

điều hòa trên đƣờng dây. Điều này thực hiện bằng việc đặt thiết bị lọc gần

nguồn sinh sóng điều hòa bậc cao.

- Đặt thiết bị lọc giữa nguồn với các thiết bị nhạy cảm với sóng điều

hòa để hạn chế ảnh hƣởng của sóng điều hòa tới thiết bị.

- Để thực hiện chức năng này bộ lọc tích cực hoạt động nhƣ một bộ

nguồn ba pha tạo dòng điện thích hợp bơm lên đƣờng dây. Dòng này sẽ bao

gồm hai thành phần:

+ Thành phần triệt tiêu các sóng điều hòa bậc cao sinh bởi tải phi

tuyến: Thành phần ngƣợc pha với tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao.

+ Thành phần bù công suất phản kháng (CSPK).

Ta có thể phân tích thành phần dòng tải thành hai thành phần:

Thành phần cơ bản iF và thành phần sóng điều hòa ih:

(3.1) iL= iF +ih

Do dòng AFn bơm lên dây:

(3.2) iC= ih

Khi đó dòng trên đƣờng dây sẽ là:

(3.3) iS= iL -ih = iF + ih -ih = iF

Nhƣ vậy, dòng điện trên đƣờng dây chỉ chứa thành phần cơ bản, các

thành phần điều hòa bậc cao đã đƣợc bộ lọc loại bỏ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Sơ đồ nguyên lý đƣợc thể hiện nhƣ sau:

38

Hình 3.4: Cấu trúc bộ lọc song song

3.2.1.2. Bộ lọc tích cực nối tiếp

Đặc điểm của mạch lọc tích cực nối tiếp (AFS):

+ Bù sóng điều hòa bậc cao điện áp;

+ Điều chỉnh và cân bằng điện áp tại điểm kết nối.

Chức năng của AFS là triệt tiêu thành phần sóng điều hòa bậc cao sinh

bởi tải phi tuyến để điện áp có dạng sin chuẩn. Ngoài ra, nó còn có chức năng

Nguồn cấp

Tải phi tuyến

Bộ lọc tích cực

điều chỉnh và cân bằng điện áp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 3.5: Bộ lọc tích cực nối tiếp

39

Để thực hiện chức năng này AFS tạo ra sự cách ly về sóng điều hòa bậc

cao giữa tải và lƣới thông qua việc tạo một điện áp tƣơng ứng dọc đƣờng dây

phía thứ cấp máy biến áp.

Ta có thể phân tích điện áp nguồn thành hai thành phần: Thành phần cơ

bản UF và thành phần sóng điều hòa Uh.

US = UF + Uh (3.4)

Điện áp dọc đƣờng dây do AFS tạo ra ngƣợc pha với tổng sóng điều

hòa điện áp bậc cao và triệt tiêu thành phần này, đảm bảo điện áp có dạng sin.

Sơ đồ nguyên lý đƣợc thể hiện nhƣ sau:

Uh

Us = Uh+UF

UF Us

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý AFS

3.2.2. Phân loại theo nguồn cấp

Căn cứ vào nguồn cung cấp cho tải, ngƣời ta chia mạch lọc tích cực

thành các loại:

- Bộ lọc tích cực 2 dây: Dùng cho tải phi tuyến 01 pha.

- Bộ lọc tích cực 3 dây: Dùng cho tải phi tuyến 3 pha không có dây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

trung tính.

40

Hình 3.7: Bộ lọc tích cực 3 dây

- Bộ lọc tích cực 4 dây: Có thể dùng cho tải phi tuyến 1 pha cấp nguồn

từ hệ thống nguồn 4 dây hoặc cho tải phi tuyến ba pha. Trong hệ thống này,

bộ lọc sẽ loại bỏ sự quá dòng ở dây trung tính.

Trong loại bộ lọc này có thể chia ra mạch lọc tích cực 4 dây có điểm giữa

(hình 3.8) và mạch lọc tích cực 4 dây (hình 3.9). Cấu trúc mạch lọc tích cực 4

dây có điểm giữa thƣờng đƣợc sử dụng nhiều hơn do số van bán dẫn ít hơn, tuy

nhiên cấu trúc điều khiển sẽ phức tạp hơn và yêu cầu dung lƣợng của tụ lớn hơn.

Tải phi tuyến

Hình 3.8: Bộ lọc tích cực 4 dây có điểm giữa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Tải phi tuyến

41

Hình 3.9: Bộ lọc tích cực 4 dây

3.2.3. Phân loại theo bộ biến đổi công suất

Căn cứ vào bộ biến đổi công suất trong mạch lọc ta có hai loại mạch lọc

tích cực: Cấu trúc VSI (Bộ biến đổi nguồn áp) và CSI (Bộ biến đổi nguồn dòng).

- Cấu trúc VSI: Có thể mở rộng cấu trúc đa bậc.

Hình 3.10: Cấu trúc VSI

- Cấu trúc CSI: có tần số đóng cắt hạn chế, tổn hao đóng cắt lớn, không

thể mở rộng cấu trúc đa bậc.

L

Hình 3.11: Cấu trúc CSI

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

3.3. Bộ lọc hỗn hợp

42

Thực chất là sự kết hợp của bộ lọc chủ động và bộ lọc thụ động. Mục

đích là giảm chi phí đầu tƣ ban đầu và cải thiện hiệu quả của bộ lọc động. Bộ

lọc thụ động sẽ lọc những sóng điều hòa mà bộ lọc chủ động không lọc đƣợc

hoặc lọc một cách khó khăn. Chính vì vậy, thông số chỉ tiêu của bộ lọc động

sẽ không quá cao, qua đó giảm đƣợc chi phí.

Nguồn điện

Tải phi tuyến

Lọc chủ động AFn

Lọc thụ động

Sơ đồ nguyên lý:

Nguồn điện

Tải phi tuyến

Lọc chủ động AFS

Lọc thụ động

a)

b)

Hình 3.12: a) song song và b) nối tiếp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

43

Ngoài ra, khi kết hợp AFn và AFS ta đƣợc bộ UPQC (Unified Power

Quality Conditioner). Trong UPQC, AFS có chức năng cách ly sóng điều hòa

giữa tải và nguồn, điều chỉnh điện áp, giảm dao động, giữ điện áp cân bằng.

AFn có chức năng lọc sóng điều hòa bậc cao, triệt tiêu thành phần thứ tự âm.

Nguồn điện

Tải phi tuyến

AFS

AFn

Lọc thụ động

Tuy nhiên giá thành đặt và chế tạo phức tạp.

Hình 3.13: Cấu trúc UPQC

3.4. Nguyên lý làm việc của thiết bị bù tích cực

Sơ đồ nguyên lý trao đổi CSPK và CSTD giữa bộ bù và lƣới thể hiện

trên hình 3.14:

US

jβ Q US P

XL

Ui I

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

δ

θi θS

0 α Ui

~

44

Hình 3.14: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực

Trong đó:

Us và s: Điện áp lƣới và góc lệch pha lƣới.

Ui và i: Điện áp và góc lệch pha phát ra từ bộ bù.

XL: Điện kháng kết nối giữa lƣới và bộ bù.

: Góc lệch pha giữa điện áp lƣới và điện áp bộ bù.

Ta có CSTD và CSPK trao đổi giữa lƣới và bộ bù đƣợc xác định theo

biểu thức:

(3.5)

Trong đó chế độ hoạt động chỉ bù CSPK thì  = 0, do đó ta có:

(3.6)

jβ

US

USi

I

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Ui

θ

0 α

45

Hình 3.15: Trạng thái hấp thụ công suất của bộ bù

Từ (3.6) ta thấy Qs tỉ lệ với hai điện áp ( US - Ui).

*. Khi US = Ui thì QS = 0 bộ bù không phát hay thu CSPK.

*. Khi US > Ui thì QS > 0 tồn tại thành phần điện áp USi tƣơng ứng dòng

cảm kháng Id chậm sau US, Ui một góc 900, lƣới sẽ truyền CSPK vào bộ bù.

*. Khi US < Ui thì QS <0 tồn tại thành phần điện áp USi tƣơng ứng dòng

điện Ic vƣợt trƣớc US , Ui một góc 900 bộ bù phát CSPK lên lƣới điện.

US

Ui

θ

I

0

jβ

USi

α

Hình 3.16: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù

Từ phân tích trên ta thấy rằng khi thay đổi biên độ điện áp đầu ra của

bộ bù trong khi giữ góc lệch  = 0 ta có thể điều khiển đóng CSPK trao đổi

giữa lƣới và bộ bù.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

3.5. Lý thuyết về phƣơng pháp lọc tích cực

46

Việc lựa chọn phƣơng pháp lọc tích phù hợp là rất quan trọng đối với

bài toán lọc và bù công suất phản kháng. Hiện nay, các hƣớng nghiên cứu

thƣờng dựa trên các phƣơng pháp sau đây:

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

Xây dựng bộ lọc tích cực dựa trên miền tần số chủ yếu dựa vào việc

phân tích chuỗi Fourier. Tách thành phần sóng cơ bản. Sau đó tính dòng bù

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

cho các thành phần sóng còn lại.

47

3.5.1.1. Phương pháp DFT (Discrete Fourier Transform)

Thuật toán của phƣơng pháp này là biến đổi cho các tín hiệu rời rạc, kết

quả của phép phân tích đƣa ra cả biên độ và pha của thành phần sóng điều hoà

mong muốn theo công thức sau:

(3.7)

Ta có thể viết dƣới dạng sau:

(3.8)

Trong đó:

N là số mẫu trong một chu kỳ tần số cơ bản.

x(n) là tín hiệu đầu vào (dòng hoặc áp) ở thời điểm n.

Xh là vectơ Fourier của sóng điều hoà bậc h của tín hiệu vào.

là biên độ của vectơ ; φh là góc pha của vectơ Xh.

Xhr là phần thực của Xh; Xhi là phần ảo của Xh.

3.5.1.2 Phương pháp FFT (Fast Fourier Transform)

Các bƣớc thực hiện phƣơng pháp FFT:

- Lấy mẫu dòng điện tải và tính toán biên độ và pha của từng thành

phần sóng điều hoà (ứng với mỗi tần số khác nhau) hình 3.17.

- Số lƣợng mấu trong một chu kỳ càng lớn thì giá trị fmax càng lớn.

- Tách thành phần dòng cơ bản từ dòng đầu vào. Dễ dàng thực hiện việc này bằng cách thiết lập tần số từ 0 đến 50Hz sau đó thực hiện FFT-1

(IFFT) để có tín hiệu trong miền thời gian bao gồm biên độ và pha của mỗi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

thành phần sóng điều hoà. Việc tính toán này thực hiện trong mỗi chu kỳ của

48

dòng chính để đảm bảo rằng FFT tính toán hoàn tất trong một chu kỳ để tránh

méo do phổ tần số.

Hình 3.17: Phương pháp FFT

- Tổng hợp dòng bù từ các thành phần sóng điều hoà.

Ƣu điểm của phƣơng pháp FFT là có thể tác động tới từng thành phần

sóng điều hoà theo ý muốn nhƣng có khối lƣợng tính toán lớn nhất.

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

Phƣơng pháp này có ƣu điểm hơn phƣơng pháp trên miền thời gian là

khối lƣợng tính toán ít hơn so với trên miền tần số. Theo lớp phƣơng pháp

này có một số phƣơng pháp nhƣ phƣơng pháp trên khung toạ độ dq, phƣơng

pháp dựa trên thuyết p-q…

3.5.2.1. Phương pháp xác định dòng bù trong hệ dq

Theo phƣơng pháp này có thể xác định toàn bộ dòng bù hoặc có thể lựa

chọn từng thành phần sóng điều hoà cần bù.

- Phƣơng pháp xác định toàn bộ dòng bù: Phƣơng pháp này dựa trên

khung toạ độ dq để tách thành phần sóng điều hoà bậc cao ra khỏi thành phần

sóng cơ bản. Thuật toán thể hiện phƣơng pháp:

- Phép quay khung toạ độ dq quay với góc quay của tần số cơ bản. Khi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

đó trong khung toạ độ dq thành phần dòng với tần số cơ bản coi nhƣ thành

49

phần dòng một chiều và thành phần sóng điều hoà nhƣ thành phần dòng xoay

chiều. Sau đó sử dụng bộ lọc thông cao tách ra thành phần xoay chiều, thành

phần này chính là thành phần của các sóng điều hoà bậc cao.

Hình 3.18: Thuật toán xác định dòng bù trong hệ dq

Sau khi tính đƣợc dòng bù cần thiết trong hệ dq ta cần chuyển sang hệ

toạ độ chuẩn abc. Biến đổi từ hệ dq sang hệ abc nhƣ sau:

(3.9)

Phƣơng pháp xác định từng thành phần sóng điều hoà cần bù: phƣơng

pháp này dựa trên cơ sở phép quay khung tạo độ.

Điểm khác biệt so với phƣơng pháp trên là từ dòng cần tách ra sóng

điều hoà sẽ chuyển sang khung toạ độ dq với góc quay bằng bội số lần của

góc quay thành phần cơ bản, khi đó trong khung tọa độ mới dq thành phần

một chiều tƣơng ứng với thành phần sóng điều hòa cần tách và bằng cách sử

dụng bộ lọc thông thấp ta có thể tách ra đƣợc thành phần một chiều này. Sau

đó chuyển sang khung tọa độ abc, sẽ xác định đƣợc thành phần sóng điều hòa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

tƣơng ứng.

50

Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có thể tác động tới từng thành phần

sóng điều hòa bậc cao muốn lọc. Hình 3.19 thể hiện thuật toán của phƣơng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

pháp này.

51

Hình 3.19: Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù trong hệ dq

3.5.2.2 Phương pháp xác định dòng bù dựa trên lý thuyết pq

Hình 3.20: Mô hình bộ lọc tích cực theo lý thuyết pq.

Theo [9, 12] các bƣớc để xác định dòng bù cần thiết theo phƣơng pháp

này đƣợc tiến hành nhƣ sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Tính toán dòng điện và điện áp trong hệ tọa độ αβ từ hệ tọa độ abc.

52

+ Với hệ thống 3 pha có dây trung tính.

Công thức quy đổi điện áp đƣợc xác định (3.9):

(3.10)

Mặt khác công thức quy đổi dòng điện, đƣợc xác định theo (3.10):

(3.11)

+ Với hệ thống 3 pha không có dây trung tính:

Công thức quy đổi điện áp:

(3.12)

Công thức quy đổi dòng điện:

(3.13)

- Công suất tải đƣợc tính theo công thức:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(3.14)

53

- Công suất p, q có thể tách đƣợc ra thành 2 thành phần:

+ Thành phần một chiều , tƣơng ứng với thành phần cơ bản của

dòng tải.

+ Thành phần điều hòa bậc cao :

(3.15)

Khi đó, tổng công suất tức thời xác định bởi tải:

(3.16)

Trong đó:

p: thành phần công suất tác dụng của

q: thành phần công suất phản kháng của

Nguồn chỉ cung cấp thành phần công suất một chiều của tải và công

suất tổn hao của bộ nghịch lƣu.

Mạch lọc tích cực có nhiệm vụ cung cấp thành phần công suất xoay

chiều của p và công suất phản kháng q.

Khi đó ta có công suất cung cấp bởi mạch lọc:

(3.17)

và dòng cần bù:

(3.18)

Tuy nhiên do điện áp trên tụ là không ổn định, do đó để đảm bảo điện

áp trên tụ không đổi thì nguồn cần cung cấp một công suất p0 để duy trì điện

áp trên tụ không đổi. Bởi vậy, công thức tính dòng bù cần thiết trong hệ αβ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

khi kết hợp cả chức năng lọc sóng điều hòa và bù công suất phản kháng:

54

(3.19)

Từ công thức này, ta tính đƣợc dòng bù trong hệ tọa độ abc:

(3.20)

Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có thể lọc triệt để sóng hài và bù

đƣợc công suất phản kháng, khối lƣợng tính toán ít do thuật toán đơn giản, số

lƣợng cảm biến đo ít, loại bỏ đƣợc sự dao động của điện áp tụ C.

Tuy nhiên, phƣơng pháp này có hạn chế là điện áp tính toán yêu cầu

phải sin và cân bằng. Giải pháp để khắc phục hiện tƣợng điện áp lƣới không

sin hoặc mất cân bằng có hai cách:

Cách thứ nhất: Sử dụng mạch khóa pha (PLL- Phase locked loop) để

xách định thành phần cơ bản tại điểm kết nối.

Cách thứ hai: Lọc bỏ thành phần sóng điều hòa trong điện lƣới trƣớc

khi đƣa vào tính toán.

3.6. Cấu trúc điều khiển

Các thông số cần đo trong mạch là điện áp nguồn (u ,u ,u ), dòng

,i ,i ) và điện áp trên tụ của bộ lọc. điện nguồn (isa, isb, isc), dòng điện tải (i

Các giá trị đo đƣợc sẽ đƣợc chuyển sang hệ tọa độ . Sau đó nó đƣợc

tính toán theo lý thuyết p-q để tạo ra dòng điện bù. Dòng điện bù ngƣợc với

dòng tải để khử các thành phần sóng hài và bù công suất phản kháng trong

dòng tải. Việc tính dòng bù theo lý thuyết p-q đƣợc thực hiện qua lƣu đồ hình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

3.21 nhƣ sau:

55

Đo dòng điện tải, điện áp nguồn, dòng điện nguồn, điện áp tụ

Chuyển đổi trục tạo độ abc

Tính công suất p và q

Lọc thành phần p cơ bản

Tính toán dòng bù

Chuyển đổi trục tọa độ  abc

Hình 3.21: Lưu đồ thuật toán tính dòng bù theo lý thuyết p-q

Công suất p, q có thể tách thành hai thành phần:

+ Công suất tác dụng: .

+ Công suất tác dụng: .

Trong đó:

- Thành phần DC , tƣơng ứng với thành phần cơ bản của dòng

điện tải.

- Thành phần dao động AC tƣơng ứng với thành phần điều hòa

bậc cao.

Mạch lọc tích cực có nhiệm vụ cung cấp thành phần công suất AC

của p và q. Tuy nhiên do điện áp trên tụ là không ổn định do đó để đảm bảo

điện áp trên tụ là không đổi thì nguồn cần cung cấp một công suất po để duy

trì điện áp trên tụ không đổi.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Từ đó ta có dòng bù cung cấp của mạch lọc sẽ là:

56

(3.21)

Từ dòng bù tính đƣợc trong hệ tọa độ  ta tính đƣợc dòng điện cần bù

trong hệ abc.

(3.22)

Đây chính là dòng bù cần thiết trong hệ αβ khi kết hợp cả chức năng

lọc sóng điều hòa và bù công suất phản kháng.

3.7. Kết luận chƣơng 3

Chƣơng 3 đã giải quyết đƣợc các vấn đề sau:

- Đã đƣa ra đƣợc thuật toán thiết kế bộ lọc tích cực.

- Đề xuất mô hình tải phi tuyến tiêu thụ điện trong hệ thống lƣới điện

phân phối.

- Đƣa ra đƣợc cấu trúc điều khiển với phƣơng pháp điều chế véc tơ

không gian trong hệ thống lƣới điện phân phối sử dụng bộ lọc tích cực có bù

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

công suất phản kháng .

57

Chƣơng 4

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

4.1. Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink [4]

Trong mục này, ta sẽ thiết lập mô hình mô phỏng hệ thống mạch lọc

tích cực song song sử dùng phần mềm Matlab, chức năng simulink. Ta thiết

lập mô hình mô phỏng gồm các phần chính sau:

4.1.1. Nguồn xoay chiều 3 pha

Nguồn xoay chiều 3 pha đối cứng có giá trị hiệu dụng pha Up =220V,

tần số 50Hz, giá trị góc pha của các pha a,b,c lệch nhau 1200.

Hình 4.1: Khối nguồn ba pha

4.1.2 Bộ lọc tích cực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Bộ biến đổi:

58

Hình 4.2: Bộ biến đổi của bộ lọc

Hình 4.3: Thông số của bộ biến đổi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Mạch điều khiển:

59

Hình 4.4: Mạch điều khiển của bộ lọc

Khâu chuyển toạ độ

Từ abc-> αβ đƣợc dựa trên các công thức (3.12) và (3.13).

Ngõ vào của khâu chuyển toạ độ là các tín hiệu trong hệ toạ độ abc:

- U[1]= ia hay ua

- U[2]= ib hay ub

- U[3]= ic hay uc

Ngõ ra của khâu chuyển toạ độ là các tín hiệu trong hệ toạ độ αβ:

- Y[1]=Xalpha = iα hay uα

- Y[1]=Xbeta = iβ hay uβ

Hình 4.5: Chuyển hệ toạ độ từ abc -> αβ

Khâu tính toán công suất pq:

Khâu tính toán công suất pq cho phép xác định công suất p, q của tải

trong hệ tọa độ αβ dựa trên công thức (3.8).

Ngõ vào của khâu tính toán công suất là các tín hiệu dòng điện và điện

áp đã đƣợc xác định trong hệ toạ độ αβ ở phần trên.

U[2]= Valpha = vα;

U[3]= Vbeta = vβ;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

U[5]= Ialpha = iα;

60

U[6]= Ibeta = iβ.

Hình 4.6: Khâu tính công suất PQ

Khâu lọc thành phần cơ bản:

Để lọc thành phần p cơ bản ta sử dụng bộ lọc thông thấp. Chức năng

của bộ lọc thông thấp là loại bỏ thành phần xoay chiều với các tần số khác

nhau, chỉ giữ lại thành phần một chiều.

Do sử dụng mạch lọc thông thấp, trong khi đại lƣợng cần thiết là thành

phần công suất xoay chiều . Nên ta sẽ lấy công suất p trừ cho thành phần DC

để xác định đƣợc thành phần xoay chiều .

pAC = p- pDC

Khâu tính toán dòng bù pq:

Các dòng điện yêu cầu icα , icβ đƣợc xác định từ công thức (3.13) với

các ngõ vào là các đại lƣợng điện áp trong hệ toạ độ αβ và các đại lƣợng

công suất.

Ngõ vào của khâu tính toán dòng yêu cầu là các đại lƣợng sau:

- u[1]= Valpha = vα

- u[2]= Vbeta = vβ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- u[3]= -pAC

61

- u[4]= -q

Ngõ ra của khâu tính toán dòng yêu cầu là các đại lƣợng :

- Y[1]= Ic alpha * ( tƣơng ứng icα)

- Y[2]= Ic beta* ( tƣơng ứng icβ)

Hình 4.7: Khâu tính toán dòng bù pq

Khâu tính chuyển toạ độ αβ sang abc:

Hình 4.8: Khâu chuyển tọa độ αβ sang abc

Dòng điện yêu cầu trong hệ toạ độ abc đƣợc xác định từ dòng điện yêu

cầu icα, icβ trong hệ toạ độ αβ. Từ công thức (3.21)

Ngõ vào của khâu tính toán dòng yêu cầu trong abc là các đại lƣợng sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- u[2]= Icα * ; u[3]= Icβ*

62

Ngõ ra của khâu tính toán dòng yêu cầu là các đại lƣợng:

- Y[1]= Ica * ; Y[2]= Icb * ; Y[3]= Icc *

Khâu tạo xung cho bộ biến đổi:

Để thực hiện chức năng của bộ tạo xung SVM, ta thực hiện:

Hình 4.9: Khối SVM

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Chọn vectơ điều chế:

63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 4.10: Chọn các véc tơ

64

4.1.3. Khâu tính toán độ méo dạng (THD)

Hình 4.11: Khâu tính toán TDH

4.1.4. Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 4.12: Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu dòng áp

65

4.1.5. Khâu đo dòng điện, điện áp

Hình 4.13: Khâu đo dòng điện, điện áp

4.2. Sơ đồ mô phỏng

Trong thiết kế các hệ điều khiển, phƣơng pháp mô phỏng có vai trò rất

quan trọng. Nhờ có phƣơng pháp này mà ngƣời thiết kế có thể mô phỏng và

quan sát đƣợc hoạt động của hệ thống nhƣ tính ổn định, bền vững ...

Mô phỏng cũng là công cụ giúp chúng ta có đƣợc những hình ảnh trực

quan về đối tƣợng đang nghiên cứu, từ đó có đánh giá tính đúng đắn của lý

thuyết và mô hình đang xây dựng. Đặc biệt đối với những vấn đề mới xây

dựng, cần kiểm tra hoạt động trƣớc khi đƣa vào ứng dụng hay những đối

tƣợng nghiên cứu mà ta không có điều kiện kiểm nghiệm trong thực tế.

Nhƣ vậy mô phỏng là bƣớc tiếp theo việc xây dựng luật điều khiển

trong quá trình thiết kế, chế tạo. Chỉ khi nào kết quả mô phỏng đạt chỉ tiêu

chất lƣợng đề ra thì mới tiến hành thử nghiệm trên các mô hình thực nghiệm

hay chế tạo thử. Do vậy việc mô phỏng có tác dụng hạn chế những tổn thất có

thể xảy trong thử nghiệm do các sai sót trong thiết kế.

Ở trên ta đã xây dựng đƣợc bộ lọc tích cực dựa trên lý thuyết p-q thực

hiện trên phầm mềm Matlab/Simulink.

Để đánh giá kết quả của bộ lọc ta tiến hành khảo sát trong các trƣờng

hợp hệ thống lƣới điện trƣớc và sau khi có bộ lọc với sơ đồ mô phỏng nhƣ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

hình 4.14 và hình 4.15.

66

Hình 4.14: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối

cho tải phi tuyến khi chưa có bộ lọc tích cực

Hình 4.15. Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối cho tải

phi tuyến khi có bộ lọc tích cực Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

67

4.3. Kết quả mô phỏng

4.3.1. Kết quả mô phỏng trường hợp chưa có bộ lọc tích cực

- Dạng dòng điện của tải phi tuyến:

Hình 4.16: Dạng dòng điện nguồn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 4.17. Phân tích phổ và THD của dòng điện nguồn

68

Kết quả thu đƣợc sau khi mô phỏng, ta thấy:

- Dạng dòng điện nguồn không còn dạng hình sin.

- Độ méo dạng dòng điện THD = 25.10%.

- Các sóng điều hòa bậc cao ảnh hƣởng chủ yếu là bậc: 5,7,11,13,17,19.

Tỉ lệ so với sóng điều hoà cơ bản (50Hz):

Bậc điều hòa 5 7 11 13 17 19 Tỉ lệ % 21,72% 9,49% 6.46% 4,13% 2,47% 1,81%

- Giá trị dòng điều hòa cơ bản Icb = 875 A.

- Công suất phản kháng trung bình Q = 500 kVAR.

- Hệ số công suất cosφ trung bình = 0.737

Nhận xét: Các thành phần sóng điều hòa bậc cao không đạt theo tiêu

chuẩn IEC- 1000-3-4, hệ số công suất thấp và độ méo dạng dòng điện lớn.

4.3.2. Kết quả mô phỏng trường hợp có bộ lọc tích cực

- Dòng điện nguồn 3 pha trƣớc và sau khi bộ lọc tích cực tác động:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 4.18: Dạng dòng điện 3 pha trước khi bộ lọc tác động

69

Hình 4.19: Dạng dòng điện 3 pha khi có bộ lọc tác động

- Dòng điện nguồn pha A trƣớc và sau khi bộ lọc tích cực tác động:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 4.20: Dạng dòng điện pha A trước và sau khi có bộ lọc tác động

70

- Dòng điện nguồn pha A phía nguồn khi có lọc tác động đã gần sin:

Hình 4.21: Dạng dòng điện khi có bộ lọc tác động xét

tại thời điểm từ 0,2 đến 0,3s

- Phân tích phổ dòng điện nguồn pha A khi đã có tác động của bộ lọc:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 4.22: Phân tích phổ của dòng điện pha A khi có bộ lọc tác động

71

- Công suất phản kháng trƣớc và sau khi có bộ lọc.

Hình 4.23. Công suất phản kháng của hệ thống

- Hệ số công suất trƣớc và sau khi có bộ lọc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 4.24: Hệ số công suất cosφ

72

Kết quả mô phỏng thu đƣợc, cho thấy:

- Dòng điện nguồn giảm biến dạng đáng kể về gần dạng hình sin.

- Độ méo dạng dòng điện giảm rất nhiều, chỉ còn THD = 0,98%.

- Các sóng điều hòa bậc cao ảnh hƣởng chủ yếu là bậc: 5,7,11,13,17,19.

Tỉ lệ so với sóng điều hoà cơ bản còn rất nhỏ:

Tỉ lệ % Bậc điều hòa

0,86% 5

0,28% 7

0,2% 11

0.08% 13

0,19% 17

0,14% 19

Các thành phần này đều đạt tiêu chuẩn IEC 1000-3-4.

- Công suất phản kháng trung bình trƣớc khi bù là 500kVAR, sau khi

bù công suất phản kháng dao động quanh điểm không.

- Hệ số cosφ trƣớc khi bù trung bình là 0.737. Sau khi bù, hệ số

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

cosφ 1.

73

4.4. Kết luận chƣơng 4

- Qua kết quả mô phỏng với hệ thống lƣới phân phối điện cho khu công

nghiệp với các phụ tải phi tuyến chƣa sử dụng bộ lọc cho thấy nguồn điện có

chất lƣợng kém thể hiện qua sự biến dạng dòng điện nguồn cung cấp (hình

4.16) và qua phân tích phổ (hình 4.17).

- Khi có sự tác động của bộ lọc tích cực chất lƣợng của hệ thống cung

cấp điện đã đƣợc cải thiện đáng kể đó là sự biến dạng của dòng điện nguồn đã

đƣợc giảm (hình 4.19, 4.20 và 4.21) và thể hiện qua phân tích phổ (hình 4.22).

Ngoài ra hệ thống đã bù đƣợc công suất phản kháng để nâng cos từ 0,737

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

lên 1 (hình 4.23 và hình 4.24).

74

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Nhiệm vụ chính của luận văn là nghiên cứu bộ lọc tích cực và bù công

suất phản kháng cho lƣới điện phân phối cung cấp nguồn cho khu công

nghiệp có các phụ tải phi tuyến.

Với những kết quả đã trình bày, luận văn đã đạt đƣợc những kết quả

nhất định, thể hiện ở những đặc điểm sau:

- Đã xây dựng phƣơng pháp điều khiển hệ thống bằng bộ lọc tích cực

để bù công suất phát kháng và nâng cao chất lƣợng nguồn điện.

- Xây dựng mô hình mô phỏng của hệ thống sử dụng bộ lọc tích cực

trong Matlab/Simulink.

- Kết quả mô phỏng cho thấy chất lƣợng của hệ thống khi có bộ lọc tích

cực đã đƣợc cải thiện một cách đáng kể thông qua các đại lƣợng đặc trƣng

cho nguồn điện: Dòng điện; công suất phản kháng Q; hệ số công suất cos

của nguồn dƣới tác động của bộ lọc.

2. Kiến nghị

Mặc dù luận văn có đƣợc những kết quả nhất định, song cần phải giải

quyết triệt để một số vấn đề còn tồn tại sau:

- Giả thiết nguồn cấp cho hệ thống là lý tƣởng, bỏ qua độ méo dạng của

nguồn điện áp.

- Tổn hao của bộ nghịch lƣu cũng chƣa đƣợc xem xét, đây là một tồn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

tại cần giải quyết nhằm nâng cao hiệu suất cũng nhƣ chất lƣợng bộ lọc.

75

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1]. Trần Bách (2000), Lưới và Hệ thống điện, NXB Khoa học Kỹ thuật,

Hà Nội.

[2]. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh(2000), Hệ phi tuyến, Nhà

xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

[3]. Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung(2003),

Lý thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ

thuật, Hà Nội.

[4]. Nguyễn Phùng Quang(2005), Matlab & Simulink, Nhà xuất bản Khoa

học và kỹ thuật, Hà Nội.

[5]. Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công

suất, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

Tiếng Anh

[6]. Park KI-WON, A Review of Active Power Filters, R&D Center -

POSCON.

[7]. H. Abaali, M. T. Lamchich, M. Raoufi, Shunt Power Active Filter

Control under Non Ideal Voltages Conditions, International Journal

[8].

of Information Technology Volume 2 Number 3 Edson H.Watanabe*, Maurício Aredes* - Hirofumi Akagi+, The P-Q Theory For Active Filter Control: Some Problems And Solutions, Federal University of Rio de Janeiro - Brasil*, Tokyo Institute of Technology - Japan+

[9]. H. AKAGI, Modern active filters and traditional passive filters,

Tokyo, Japan.

[10]. M.V. Aware, A.G. Kothari and S.S. Bhat, Power factor

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

improvement using active filter for unbalanced three-phase non-

76

linear loads, Visvesvaraya National Institute of Technology - India.

[11]. Mark McGranaghan, Active Filter Design and specification for

Harmonics in Industrial and Ommercial Facilities, Electrotek

Concepts, Inc. Knoxville TN, USA.

[12]. Emílio F. Couto, Júlio S. Martins, João L. Afonso, Similation, Results

of a shunt active with control base on p-q theory, University of

Minho- Portugal.

[13]. David M.E. Ingram and Simon D. Round, A Fully Digital Hysteresis

Current Controller for an Active Power Filter, University of

Canterbury - New Zealand.

[14]. Tan Perng Cheng, A Single - phase Hybrid Active Power Filter with

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Photovoltaic Application, University Tecknology - Malaysia.