ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN ĐÌNH GIẢNG NGHIÊN CỨU LỌC SÓNG HÀI NHẰM NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐẶNG DANH HOẰNG
Thái Nguyên - 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Đình Giảng
Sinh ngày: 26 tháng 3 năm 1976
Học viên lớp cao học khoá 20 – Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ Thuật
Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Công ty điện lực Bắc Kạn.
Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hướng
của giáo viên hướng dẫn, không sao chép của người khác.
Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn.
Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả luận văn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Nguyễn Đình Giảng
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 trường 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 được sự giúp đỡ nhiệt tình của
các thầy, cô giáo trong khoa Điện của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp thuộc
Đại học Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp. Đặc biệt là dưới sự hướng dẫn và
góp ý của thầy TS. Đặng Danh Hoằng 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 được 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.
Học viên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Nguyễn Đình Giảng
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................... viii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 1
3. Nội dung của luận văn ............................................................................................. 1
CChhưươơnngg 11: TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ BẮC KẠN VÀ PHỤ
TẢI PHÁT SINH SÓNG HÀI .................................................................................. 3
1.1. Tổng quan lưới điện thành phố Bắc Kạn ............................................................. 3
1.1.1. Lưới điện trung thế ............................................................................................ 4
1.1.2. Tổn thất điện năng của khu vực thành phố Bắc Kạn trong một vài năm
gần đây ........................................................................................................................ 7
1.2.3. Đánh giá hiện trạng theo kết quả tính toán ....................................................... 8
1.2. Sự phát sinh sóng điều hòa bậc cao (sóng hài) trong hệ thống cung cấp điện ..... 9
1.2.1. Những vẫn đề cơ bản về sóng điều hòa bậc cao ............................................... 9
1.2.2. Một số nguyên nhân cơ bản phát sinh sóng điều hòa bậc cao ....................... 16
1.3. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 23
Chương 2: XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG BỘ LỌC
TÍCH CỰC ĐỂ LỌC SÓNG HÀI VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ....... 25
2.1. Tổng quan bộ lọc sóng điều hòa bậc cao ........................................................... 25
2.1.1 Bộ lọc thụ động ................................................................................................ 25
2.1.2. Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực) ................................................................. 27
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2.2. Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực ........................................ 28
2.2.1. Phân loại theo sơ đồ nguyên lý ....................................................................... 28
2.2.2. Phân loại theo nguồn cung cấp điện ................................................................ 32
2.2.3. Phân loại theo bộ biến đổi công suất ............................................................... 34
2.3 Bộ lọc hỗn hợp .................................................................................................... 35
2.4. Nguyên lý làm việc của thiết bị bù tích cực ....................................................... 37
2.5. Các thuật toán lọc tích cực ................................................................................. 39
2.5.1 Các thuật toán lọc tích cực dựa trên miền tần số ............................................. 39
2.5.2. Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian .................................. 41
2.6. Xây dựng cấu trúc điều khiển ............................................................................ 47
2.7. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 50
Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG .......... 51
3.1. Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink.............................. 51
3.1.1. Khối nguồn xoay chiều 3 pha.......................................................................... 51
3.1.2. Khối tải phi tuyến ............................................................................................ 52
3.1.2. Khối bộ lọc tích cực ........................................................................................ 52
3.1.3. Khâu tính toán độ méo dạng (THD) ............................................................... 59
3.1.4. Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha ................... 60
3.1.5. Khâu đo dòng điện, điện áp............................................................................. 60
3.2. Sơ đồ mô phỏng ................................................................................................. 60
3.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống .......................................... 62
3.3.1. Kết quả mô phỏng trường hợp chưa có bộ lọc tích cực .................................. 62
3.3.2. Kết quả mô phỏng trường hợp có bộ lọc tích cực ........................................ 64
3.3.3. Đánh giá chất lượng điều khiển hệ thống ....................................................... 70
3.4. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 72
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 73
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Các ký hiệu:
STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ
Tần số lưới điện 1 f
Hàm chu kỳ không sin 2 f(t)
Biên độ thành phần điện áp điều hoà cơ bản 3 U1
Biên độ thành phần điện áp điều hoà bậc n 4 Un
Biên độ thành phần dòng điện điều hoà cơ bản 5 I1
Biên độ thành phần dòng điện điều hoà bậc n 6 In
Hệ số công suất 7 PF
Công suất tác dụng tức thời 8 p
Công suất phản kháng tức thời 9 q
Công suất tác dụng 10 P
Công suất phản kháng 11 Q
Điện trở lọc 12 R
Điện cảm lọc 13 L
Điện dung lọc 14 C
Dòng điện nguồn 15 iS
Dòng điện lưới phía tải (dòng tải) 16 iL
Dòng điện chạy qua bộ lọc 17 iF
Điện áp nguồn 18 Us
Điện áp thành phần điều hoà bậc cao 19 Uh
Điện áp thành phần cơ bản 20 UF
21 Điện áp biểu diễn trên hệ trục u0, u, u
22 Điện áp biểu diễn trên hệ trục abc ua, ub, uc
23 Dòng điện biểu diễn trên hệ trục abc ia, ib, ic
24 Dòng điện biểu diễn trên hệ trục i0, i, i
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
25 Điện áp biểu diễn trên hệ trục dq ud, uq
26 Dòng điện biểu diễn trên hệ trục dq id, iq
Tần số góc nguồn điện 27
Điện áp 1 chiều 28 Udc
Công suất biểu kiến 29 S
, 30 Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành phần dòng 1 chiều
31 Công suất tác dụng, phản kháng tương ứng với thành phần dòng xoay chiều
Chu kỳ dòng điện 32 T
Các chữ viết tắt
STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ
33 CSPK Công suất phản kháng
34 CSTD Công suất tác dụng
35 THD Hệ số méo dạng
36 SVC Đóng ngắt bằng Thyristor
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 TSR Thyristor Switched Reactor
42 TCR Thyristor controller Reactor
43 DFT Discrete Fourier Transform
44 FFT Fast Fourier Transform
45 PLL Phase locked loop
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
46 SVM Space vector modulation method
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Mang tải của đường dây trung thế sau trạm 110kV Bắc Kạn ................... 6
Bảng 1.2. Tổn thất điện năng qua các năm của thành phố Bắc Kạn ........................... 7
Bảng 1.3. Kết quả công suất các lộ trung thế .............................................................. 8
Bảng 1.4. Tổn thất điện năng kỹ thuật qua các năm của TP Bắc Kạn ........................ 9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Bảng 1.5. Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp ................................ 15
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ kết dây cơ bản lưới điện Thành phố Bắc Kạn .................................. 3
Hình 1.2: Trạm 110KV Bắc Kạn ................................................................................ 5
Hình 1.3: a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ không sin) ..... 10
Hình 1.4: Các thành phần sóng điều hòa .................................................................. 11
thành an và bn ........................................................................ 12
Hình 1.5: Phân tích Fn
Hình 1.6: Phổ của các thành phần điều hòa .............................................................. 13
Hình 1.7: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu diode 1 pha không điều khiển ........................ 17
Hình 1.8: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu diode 1
pha không điều khiển ............................................................................. 17
Hình 1.9: Dạng dòng điện phía nguồn và phổ tần .................................................... 18
Hình 1.10: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha không điều khiển ...................... 18
Hình 1.11: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu diode 3
pha không điều khiển ............................................................................. 19
Hình 1.12: Dạng dòng điện phía nguồn và phổ tần ................................................. 19
Hình 1.13: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha điều khiển trực tiếp qua
bộ điều khiển PI ..................................................................................... 20
Hình 1.14: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu
Thyristor 3 pha điều khiển trực tiếp ....................................................... 20
Hình 1.15: Dạng dòng điện phía nguồn và phổ tần ................................................. 21
Hình 1.16: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha điều khiển PWM ................ 21
Hình 1.17: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu
Thyristor 3 pha điều khiển PWM .......................................................... 22
Hình 1.18: Dạng dòng điện pha A phía nguồn và phổ tần ....................................... 22
Hình 2.1: Bộ lọc RC – các tụ mắc hình sao ............................................................. 26
Hình 2.2: Bộ lọc LC - các tụ mắc hình sao ............................................................... 26
Hình 2.3: Bộ lọc tích cực song song ......................................................................... 29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 2.4: Cấu trúc bộ lọc song song ......................................................................... 30
Hình 2.5: Bộ lọc tích cực nối tiếp ............................................................................ 31
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của AFS ............................................................ 32
Hình 2.7: Bộ lọc tích cực 3 dây ................................................................................. 33
Hình 2.8: Bộ lọc tích cực 4 dây có điểm giữa .......................................................... 34
Hình 2.9: Bộ lọc tích cực 4 dây ................................................................................ 34
Hình 2.10: Cấu trúc bộ lọc kiểu bộ biến đổi nguồn áp VSI ...................................... 35
Hình 2.11: Cấu trúc bộ lọc kiểu bộ biến đổi nguồn dòng CSI .................................. 35
Hình 2.12: Cấu trúc bộ lọc hỗn hợp với bộ lọc tích cực có 2 loại: a) song song
và b) nối tiếp .......................................................................................... 36
Hình 2.13: Nguyên lý bù công suất phản kháng của bộ bù tích cực ......................... 37
Hình 2.14: Trạng thái hấp thụ công suất của bộ lọc tích cực .................................... 38
Hình 2.15: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ lọc ................................... 39
Hình 2.16: Phương pháp FFT ................................................................................... 41
Hình 2.17: Thuật toán xác định dòng bù trong hệ dq ............................................... 42
Hình 2.18: Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù trong hệ dq ......................... 43
Hình 2.19: Mô hình bộ lọc tích cực theo lý thuyết p-q pq. ....................................... 45
Hình 2.20: Lưu đồ thuật toán tính dòng bù theo lý thuyết p-q................................ 48
Hình 2.21: Cấu trúc điều khiển hệ thống sử dụng bộ lọc tích cực .......................... 49
Hình 3.1: Khối nguồn ba pha ................................................................................... 51
Hình 3.2: Khối tải phi tuyến ...................................................................................... 52
Hình 3.3: Bộ biến đổi và thông số của bộ biến đổi ................................................... 53
Hình 3.4: Mạch điều khiển của bộ lọc ...................................................................... 54
Hình 3.5: Chuyển hệ toạ độ từ abc -> αβ .................................................................. 55
Hình 3.6: Khâu tính bù công suất PQ ...................................................................... 56
Hình 3.7: Khâu tính toán dòng bù pq ........................................................................ 57
Hình 3.8: Khâu chuyển tọa độ αβ sang abc .............................................................. 57
Hình 3.9: Khối SVM ................................................................................................. 58
Hình 3.10: Chọn các véc tơ ....................................................................................... 59
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.11: Khâu tính toán TDH và thông số của TDH ............................................ 59
Hình 3.12: Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu dòng áp ................................................ 60
Hình 3.13: Khâu đo dòng điện, điện áp .................................................................... 60
Hình 3.14: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối cho tải phi
tuyến khi chưa có bộ lọc tích cực .......................................................... 61
Hình 3.15. Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối cho tải phi
tuyến khi có bộ lọc tích cực ................................................................... 62
Hình 3.16: Dạng dòng điện nguồn ............................................................................ 63
Hình 3.17: Phân tích phổ và THD của dòng điện nguồn .......................................... 63
Hình 3.18: Dạng dòng điện 3 pha trước khi bộ lọc tác động ................................... 65
Hình 3.19: Dạng dòng điện 3 pha khi có bộ lọc tác động ........................................ 66
Hình 3.20: Dạng dòng điện pha A trước và sau khi có bộ lọc tác động .................. 67
Hình 3.21: Dạng dòng điện khi có bộ lọc tác động xét tại thời điểm từ 0,3 đến 0,4s .... 67
Hình 3.22: Phân tích phổ của dòng điện pha A khi có bộ lọc tác động ................... 68
Hình 3.23: Công suất phản kháng của hệ thống ....................................................... 68
Hình 3.24: Hệ số công suất cosφ.............................................................................. 69
Hình 3.25: Các đặc tính dòng điện, cosphi, công suất phản kháng, công suất
biểu kiến, điện áp Ud của hệ thống ........................................................ 69
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.26: Phân tích phần trăm phổ dòng điên nguồn pha A khi có bộ lọc ............. 70
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Với sự phát triển không ngừng của nền công nghiệp trong đất nước. Điện năng
cung cấp cho các phụ tải không chỉ phải đảm bảo yêu cầu về giá trị công suất mà
chất lượng điện năng cũng phải được 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 như làm tăng tổn hao, làm giảm hệ số công suất, ảnh
hưởng tới các thiết bị tiêu dùng điện, làm giảm chất lượng điện năng... Do đó, các
thành phần dòng điều hòa bậc cao trên lưới 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 lưới 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 như loại bỏ sóng hài và có
khả năng bù công suất phản kháng.
Từ những nhận định trên chúng ta cần phải tiến hành nghiên cứu phương pháp sử
dụng bộ lọc tích cực để cải thiện chất lượng lưới điện cung cấp cho các phụ tải. Vì vậy
tôi chọn đề tài: "Nghiên cứu lọc sóng hài nhằm nâng cao chất lượng điện năng".
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tìm hiểu về hệ thống lưới điện phân phối cung cấp điện cho thành phố Bắc
Kạn của tỉnh Bắc Kạn.
- Phân tích hiện tượng xuất hiện sóng hài bậc cao.
- Đề xuất thiết kế bộ lọc tích cực để khử sóng hài bậc cao và có khả năng bù
công suất phản kháng nhằm nâng cao chất lượng nguồn điện cung cấp.
3. Nội dung của luận văn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan lưới điện thành phố Bắc Kạn và phụ tải phát sinh sóng hài.
Chương 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển sử dụng bộ lọc tích cực để lọc sóng
hài và bù công suất phản kháng.
Chương 3: Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Kết luận và kiến nghị
CChhưươơnngg 11
TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ BẮC KẠN VÀ PHỤ TẢI
PHÁT SINH SÓNG HÀI
1.1. Tổng quan lưới điện thành phố Bắc Kạn
Trạm 110kV-E26.1 Bắc Kạn đặt tại phường Nguyễn Thị Minh Khai – thành
phố Bắc Kạn với qui mô công suất 1x25 MVA-115/38,5/23kV & 1x25 MVA-
115/38,5/11kV. Trạm được cấp điện từ 2 nguồn: từ trạm 220kV Cao Bằng qua
tuyến đường dây 110kV- lộ 171 và lộ 173 – E26.1 kết nối với lộ 172 – E6.6 từ trạm
110kV Phú Lương. Hiện tại trạm là nguồn chính cấp cho thành phố Bắc Kạn qua
các đường dây 35kV, 22kV. Phía 35kV của trạm gồm 6 lộ (371, 372, 373, 374, 376
và 378), trong đó lộ đường dây 372 cấp điện cho phụ tải một phần cho khu vực
thành phố Bắc Kạn và một phần cho huyện Bạch Thông. Lộ đường dây 373 cấp
điện cho phụ tải một phần khu vực thành phố Bắc Kạn và cho toàn huyện Chợ Mới,
huyện Na Rì. Lộ đường dây 374 cấp điện cho phụ tải một phần khu vực thành phố
Bắc Kạn và cho toàn huyện Chợ Mới.
Phía 22kV có 6 lộ (471, 472 và 474), các lộ đường dây 22kV cấp điện cho phụ
tải một phần cho khu vực thành phố Bắc Kạn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 1.1: Sơ đồ kết dây cơ bản lưới điện Thành phố Bắc Kạn
1.1.1. Lưới điện trung thế
- Tổng đường dây trung thế: 197,584 km.
- Đường dây 35kV: 142,355 km.
Trong đó:
+ Tài sản của Điện lực: 134,51 km.
+ Tài sản khách hàng: 7,845 km.
- Đường dây 22kV: 56,775 km.
Trong đó:
+ Tài sản của Điện lực: 48,488 km.
+ Tài sản khách hàng: 8,287 km.
- Cáp ngầm 35kV: 1,575 km.
Trong đó:
+ Tài sản của Điện lực: 1,575 km.
+ Tài sản khách hàng: 0 km.
- Cáp ngầm 22kV: 23,128 km.
Trong đó:
+ Tài sản của Điện lực: 21,585 km.
+ Tài sản khách hàng: 1,543 km.
- Trạm biến áp: Tổng số: 217 TBA/ 217 Máy; S = 49.871 kVA.
- Trạm 35/0.4kV: 80 trạm/ 80 máy. S =13.564,5 kVA.
Trong đó
+ Tài sản của Điện lực: 53 trạm/ 53 máy. S = 5.364,5 kVA.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
+ Tài sản khách hàng: 27 trạm/ 27 máy. S = 8.200 kVA.
- Trạm 22/0.4kV: 137 trạm/ 137 máy. S = 36.306,5 kVA.
Trong đó:
+ Tài sản của Điện lực: 87 trạm/ 87 máy. S = 19.945 kVA.
+ Tài sản khách hàng: 50 trạm/ 50 máy. S = 15.126,5 kVA .
- Tổng chiều dài đường dây 0.4kV: 220,8 km.
- Tổng số khách hàng: 18.593 Khách hàng.
Thống kê tình trạng mang tải của các đường dây trung thế khu vực thành phố
Bắc Kạn như sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 1.2: Trạm 110KV Bắc Kạn
Bảng 1.1. Mang tải của đường dây trung thế sau trạm 110kV Bắc Kạn
Pmax (kW) Loại dây - tiết diện TT Tên trạm 110kV
Pmin (kW) Chiều dài trục (km)
Trạm Bắc Kạn (E26.1) Lộ 371 6.830 I 1
3.995 2.577 0 10.309 1.418 10.567 3.350 7.345 2 3 4 5 Lộ 372 Lộ 373 Lộ 374 Lộ 376
AC-120, 95, 70, 50 692,41 AC-120, 70, 50 50,87 AC-95, 70, 50 495,384+1,575 AC-120, 70, 50 48,582 AC-120, 95, 70, 50 18,87 3.608
0 0 6 Lộ 378
2.591 1.981 7 Lộ 471
6.859 3.506 8 Lộ 472
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
AC-120 3,58 ASXV 120; XLPE-3x120, 3x70, 3x50; AC- 70, 50 6,494+4,704 ASXV 120, 95; XLPE-3x120, 3x70, 3x50; AC- 120, 95, 70, 50 15,958+4,891 ASXV 120, 95; XLPE-3x120, 3x70, 3x50; AC- 120, 70, 50 11,194+13,532 5.640 4.725 9 Lộ 474
1.1.2. Tổn thất điện năng của khu vực thành phố Bắc Kạn trong một vài năm
gần đây
Theo thống kê, tổn thất điện năng của tỉnh từ năm 2015 đến nay thay đổi khác
nhau qua các năm tuỳ theo phương thức vận hành và sự phát triển của lưới điện
35kV,22kV. Công ty Điện lực Bắc Kạn đã áp dụng nhiều biện pháp để giảm tổn
thất điện năng như:
- Tính toán lựa chọn phương thức vận hành và điều độ tối ưu để đạt được mức
tổn thất thấp nhất.
- Cải tạo nâng tiết diện các đường dây trung thế đã cũ nát, tiết diện nhỏ, xây
dựng các đường dây trung thế mới có tiết diện lớn nhằm san tải cho các tuyến dây
quá tải.
- Cải tạo chuyển đổi dần lưới điện 10kV lên 22kV.
- Tính toán và thực hiện việc bù công suất phản kháng bằng các bộ tụ bù trên
lưới 0,4kV; 22kV; 35kV, yêu cầu tất cả các khách hàng có trạm chuyên dùng thực
hiện các biện pháp bù hạ thế để đảm bảo cos > 0,9.
- Kiểm tra tình hình sử dụng điện của khách hàng để tránh các hiện tượng lấy
cắp điện, kiểm định thay thế công tơ định kì, thay thế công tơ cơ khí bằng công tơ
điện tử, kiểm tra và cân pha cho các đường 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 lưới điện trung áp nông thôn cho ngành điện theo kế
hoạch của Bộ công thương.
Bảng 1.2. Tổn thất điện năng qua các năm của thành phố Bắc Kạn
Năm 2015 2016 2017 2018
Tổn thất Thành Phố 4,49% 4,15% 4,83% 4,31%
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Bắc Kạn
1.2.3. Đánh giá hiện trạng theo kết quả tính toán
Tính toán phân bố công suất và tổn thất cho lưới điện trung thế
Mục đích của việc tính toán lưới điện hiện trạng là xác định phân bố công suất
và tổn thất về kĩ thuật trong lưới điện, kiểm tra khả năng mang tải cũng như các chỉ
tiêu kĩ thuật khác.
Để thực hiện công việc tính toán này cần phải tiến hành:
- Cập nhật chi tiết sơ đồ lưới điện hiện trạng, các thông số kỹ thuật của lưới
điện và phương thức vận hành của chúng.
- Công suất cực đại cực tiểu của các lộ xuất tuyến trung thế.
- Công suất cực đại tại thanh cái cao thế các trạm trung tâm cấp nguồn.
- Tính toán lưới điện hiện trạng được thực hiện toàn hệ thống ở chế độ phụ tải
cực đại để kiểm tra các chỉ tiêu kỹ thuật và khả năng mang tải của lưới.
Bảng 1.3. Kết quả công suất các lộ trung thế
TT Tên trạm / tên lộ Điện áp Pmax Tổn thất Tổn thất Tổn thất
(kV) (kW) công suất điện năng điện áp
(%) (%) (%)
I Trạm 110 kV Bắc
Kạn
Lộ 371 1 35 6.830
Lộ 372 2 35 2.577
Lộ 373 3 35 10.309
Lộ 374 4 35 10.567
Lộ 376 5 35 7.345
Lộ 378 6 35 0
Lộ 471 7 22 2.591
Lộ 472 8 22 6.859
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Lộ 474 9 22 5.640
Bảng 1.4. Tổn thất điện năng kỹ thuật qua các năm của TP Bắc Kạn
Năm 2015 2016 2017 2018
Tổn thất Thành Phố 3,26% 3,4% 3,5% 3,6%
Bắc Kạn
Từ kết quả tính toán chế độ lưới điện phân phối trung thế và hạ thế cho thấy
các trị số tính toán tổn thất kĩ thuật là tương đối phù hợp với các trị số thống kê từ
thực tế vận hành và phản ánh tương đối sát thực tình trạng vận hành hiện tại của
lưới điện thành phố Bắc Kạn.
1.2. Sự phát sinh sóng điều hòa bậc cao (sóng hài) trong hệ thống cung cấp điện
1.2.1. Những vẫn đề cơ bản về sóng điều hòa bậc cao
Ngày nay, các thiết bị điện sử dụng trong đời sống dân sinh cũng như sản xuất
công nghiệp hết sức đa dạng và phong phú về số lượng và chủng loại, đồng nghĩa
kéo theo đó là yêu cầu nâng cao khả năng đáp ứng về truyền tải và chất lượng của hệ
thống cung cấp điện.
Như ta đã 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 (Việt Nam) hoặc 60 Hz (Mỹ,
Nhật), gọi là sóng cơ bản. Tuy nhiên trong thực tế, do một số nguyên nhân như: Sự
cố đường dây, các phụ tải phi tuyến như: tải lò nung, tải bể điện phân, tải bể mạ…
làm cho phát sinh phía nguồn hệ thống cung cấp điện 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
(hay còn gọi là sóng hài).
Sự tồn tại của các sóng điều hòa bậc cao trong hệ thống điện gây ảnh hưởng
không tốt tới các thiết bị điện và đường dây truyền tải. Chúng gây ra hiện tượng: quá
áp, méo điện áp lưới và dòng điện, tổn thất điện năng, quá nhiệt cho các phụ tải,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
giảm chất lượng 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 được 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 lượng điện năng cho lưới cung cấp và phân phối điện đến
phụ tải.
1.2.1.1. Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao
Chúng ta biết rằng, các dạng sóng điện áp hình sin được tạo ra tại các nhà máy
điện, trạm điện lớn có chất lượng tốt. Tuy nhiên, càng di chuyển về phía phụ tải, đặc
biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng càng bị méo dạng. Khi đó dạng sóng
a)
b)
không còn dạng sin [10, 11].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 1.3: a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ không sin)
Sóng chu kỳ không sin có thể coi như 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 trường 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 hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện nên cần
phải chú ý khi tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao lớn hơn mức độ cho phép.
Sóng điều hòa dòng điện bậc cao là dòng điện có tần số bằng bội số nguyên lần tần
số cơ bản.
Thí dụ: Ta có dòng điện với tần số 150(Hz) tồn tại trên lưới 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 được với các thiết bị làm việc trên lưới 50(Hz). Vì vậy nó sẽ chuyển thành
1.5
f(t)
Thành phần cơ bản
1
Thành phần bậc 5
0.5
0
-0.5
Thành phần bậc 7
-1
-1.5
dạng nhiệt năng và gây tổn hao.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 1.4: 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 như 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 như sau:
(2.2)
Ta quy ước:
Khi đó ta có thể viết như sau:
Im
Re
(2.3)
Hình 1.5: Phân tích Fn
thành an và bn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Ví dụ phổ của sóng điều hòa bậc cao được thể hiện như sau [2, 5]:
Hình 1.6: Phổ của các thành phần điều hòa
Hệ số méo dạng (THD - Total Harmonic Distortion): là tham số quan trọng
nhất dùng để đánh giá sóng điều hòa bậc cao.
(2.4)
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 như sau:
Hệ số méo dạng dòng điện:
(2.5)
Trong đó: I1: Biên độ thành phần dòng cơ bản
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
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.
1.2.1.2. Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao và quy định giới hạn thành
phần sóng điều hòa bậc cao trên lưới điện
*. Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng điều hòa bậc cao đó là việc làm tăng
giá trị hiệu dụng cũng như giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp, có thể thấy rõ qua
công thức sau:
= (2.7)
= (2.8)
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 hưởng của sóng điều hòa bậc
cao lênn một số thiết bị như 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
hưởng 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 tượng khó đóng cắt, kéo dài quá trình dập hồ quang dẫn đến tuổi thọ của
thiết bị giảm…
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Các rơ le bảo vệ: Có thể gây tác động sai, tác động ngược, …
Các tụ điện: Làm gia tăng tổn hao nhiệt, tăng ứng suất điện môi (làm
giảm dung lượng tụ), gây hiện tượng cộng hưởng trên tụ…
Các dụng cụ đo: Ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị sử dụng đĩa cảm
ứng, như: điện kế, rơ le quá dòng…
Thiết bị điều khiển điện tử công suất: Việc điện áp bị méo có thể gây ra
trường 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 lưới điện.
Trên thế giới đưa ra một số tiêu chuẩn:
- IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp:
Bảng 1.5. Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp
Điện áp tại điểm nối chung Nhiễu điện áp từng loại sóng điều hòa(%)= Nhiễu điện áp tổng cộng các loại sóng điều hòa THD (%)
≤ 69 KV 3,0 5,0
Trên 69 KV đến 161KV 1,5 2,5
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 1.6. Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu dòng điện
h<11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h THD
Tỷ số ngắn mạch(SCR=ISC/Itải) <20 Từ 20 đến 50 Từ 50 đến 100 Từ 100 đến 1000 Trên 1000 4,0 7,0 10,0 12,0 15,0 2,0 3,5 4,5 5,5 7,0 1,5 2,5 4,0 5,0 6,0 0,6 1,0 1,5 2,0 2,5 0,3 0,5 0,7 1,0 1,4 5,0 8,0 12,0 15,0 20,0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hài bậc chẵn được 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 1.3: 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 3 19
5 9,5 21 ≤0,6
7 6,5 23 0,9
9 3,8 25 0,8
11 3,1 27 ≤0,6
13 2,0 29 0,7
15 0,7 31 0,7
1.2.2. Một số nguyên nhân cơ bản phát sinh sóng điều hòa bậc cao
Nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong hệ thống cung cấp điện được tạo ra
bởi các tải phi tuyến.
Các thiết bị điện tử công suất
Các thiết bị điện tử công suất bản thân được cấu thành từ các thiết bị bán
dẫn như Diot, 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 thường, để hạn chế sóng điều hòa bậc
cao, người ta sử dụng các mạch chỉnh lưu cầu ba ghép lại với nhau thành bộ chỉnh
lưu 12 xung hoặc bộ chỉnh lưu 24 xung; tức là tăng số van trong mạch chỉnh lưu
lên. Tuy nhiên khi chọn giải pháp như vậy sẽ dẫn tới thiết bị cồng kềnh, tổn thất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
điện áp lớn…
*. Xét bộ chỉnh lưu cầu diode 1 pha không điều khiển cung cấp cho một phụ
tải R-L nối tiếp có mô hình như hình 1.3:
Hình 1.7: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu diode 1 pha không điều khiển
Hình 1.8: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu diode 1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
pha không điều khiển
Hình 1.9: Dạng dòng điện phía nguồn và phổ tần
*. Xét bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha không điều khiển cung cấp cho một phụ
tải R-L nối tiếp có mô hình như hình 1.6:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 1.10: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha không điều khiển
Hình 1.11: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu diode 3 pha không điều khiển
Hình 1.12: Dạng dòng điện phía nguồn và phổ tần
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
*. Để thấy được việc xuất hiện sóng hài không chỉ ở những thiết bị chỉnh
lưu không điều khiển mà còn có cả ở những thiết bị có điều khiển.
- Ta xét bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha có điều khiển cung cấp cho một
phụ tải R-L nối tiếp có mô hình như hình 1.8:
Hình 1.13: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha điều khiển trực tiếp qua
bộ điều khiển PI
Dòng điện pha A của nguồn cung cấp điện cho phụ tải:
Hình 1.14: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Thyristor 3 pha điều khiển trực tiếp
Dạng dòng điện pha A và phổ tần:
Hình 1.15: Dạng dòng điện phía nguồn và phổ tần
- Ta xét bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha điều khiển PWM cung cấp cho
một phụ tải R-L-C nối tiếp có mô hình như hình 1.8:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 1.16: Mô hình bộ chỉnh lưu cầu Thyristor 3 pha điều khiển PWM
Khi đó, dòng điện iA và phổ dòng điện pha A có dạng:
Hình 1.17: Dòng điện phía nguồn cung cấp sinh ra bởi bộ chỉnh lưu cầu
Thyristor 3 pha điều khiển PWM
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 1.18: Dạng dòng điện pha A phía nguồn và phổ tần
Ngoài ra còn có một số thiết khác gây ra sóng điều hòa bậc cao có thể kể đến:
Máy biến áp: Trong quá trình hoạt động, nếu máy biến áp lực xảy ra hiện
tượng 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 trường, sự bão hòa trong các
mạch chính và các đường dò và do các dây quấn dùng để giảm dao động đặt không
đối xứng.
Đèn huỳnh quang: Đèn huỳnh quang được sử dụng rộng rãi trong đời sống,
tuy nhiên với loại đèn có dùng chấn lưu điện tử sẽ gây nhiễu ngược trở lại hệ thống
điện, gây ảnh hưởng tới các thiết bị điện khác trong sinh hoạt
Các thiết bị hồ quang: Thường 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.
Cho đến hiện nay, các phương pháp loại bỏ (lọc) sóng điều hòa bậc cao ra
khỏi hệ thống cung cấp điện vẫn đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu.
Đã có nhiều giải pháp mới để cải tiến các thiết bị lọc sóng hài bậc cao và đã thu được
những kết quả nhất định. Trong đề tài này tác giả sẽ đi thực hiện nghiên cứu giải pháp
sử dụng bộ lọc tích cực để lọc sóng hài và bù công suất phản kháng nhằm nâng cao
chất lượng điện năng cung cấp cho phụ tải trong công nghiệp và dân sinh.
1.3. Kết luận chương 1
Chương 1 đã giải quyết được những vấn đề sau:
- Tổng quan về hệ thống cung cấp điện của thành phố Bắc Kạn.
- Nghiên cứu tìm hiểu được nguyên nhân gây ra sóng điều hoà bậc cao trên
lưới điện.
- Đánh giá được tác động của sóng điều hoà bậc cao đến chất lượng của hệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
thống điện.
- Để cải thiện chất lượng 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 xây dựng được cấu trúc điều
khiển sử dụng bộ lọc tích cực để lọc sóng điều hòa bậc cao và bù công suất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
xuất phản kháng.
Chương 2
XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG BỘ LỌC TÍCH CỰC ĐỂ
LỌC SÓNG HÀI VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.1. Tổng quan bộ lọc sóng điều hòa bậc cao
Bộ lọc sóng hài (sóng điều hòa bậc cao) là thiết bị mà chức năng của nó là tạo
ra đặc tính tần số định trước từ đó cho phép một số tần số đi qua và đồng thời loại
bỏ các tần số khác không mong muốn. Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao có thể chia
thành các dạng:
- Bộ lọc thụ động (Passive filter).
- Bộ lọc chủ động – bộ lọc tích cực (Active filter).
- Bộ lọc hỗn hợp.
2.1.1 Bộ lọc thụ động [10]
Bộ lọc thụ động có cấu trúc gồm các phần tử R, L, C được ghép nối với nhau
dưới dạng song song, nối tiếp, hình sao, hình tam giác hoặc hỗn hợp để tạo ra khả
năng lọc được một tần số xác định nào đó. Nguyên lý hoạt động chung là tạo ra các
đường 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 được
mắc theo hình sao hoặc tam giác:
- Bộ tụ điện mắc hình sao: Dung lượng tụ tăng lên 3 lần, loại bỏ được sóng
điều hòa bậc cao điện áp dây và pha, đặc biệt khi tụ đấu sao có trung tính thì có thể
loại bỏ được điện áp thứ tự không sinh ra khi chuyển mạch van bán dẫn.
- Bộ tụ điện mắc hình tam giác: Tiết kiệm dung lượng tụ nhưng không loại trừ
được hết sóng điều hòa bậc cao điện áp dây.
Ta xét một số loại bộ lọc:
*. Bộ lọc RC
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
- Ưu điểm: đơn giản, giá thành rẻ, làm việc ổn định.
- Nhược điểm: Tổn hao trên điện trở lớn khi công suất lớn, khả năng chọn lọc
tần số kém.
Bộ lọc RC với tụ điện được mắc hình sao như hình 2.1:
R
Đến phụ tải
Nguồn điện
C
Hình 2.1: Bộ lọc RC – các tụ mắc hình sao
*. Bộ lọc LC
Bộ lọc LC với tụ điện được mắc hình sao như hình 2.2:
L
Đến phụ tải
C
Nguồn điện
Hình 2.2: Bộ lọc LC - các tụ mắc hình sao
Ưu điểm: Có khả năng lọc được nhiều tần số theo ý muốn.
Nhược điểm: Giá thành cao, vận hành không ổn định như mạch RC do có tác
động qua lại giữa phần tử L và C trong bộ lọc, dễ gây nhiễu cho các thiết bị thông
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
tin, có thể gây hiện tượng cộng hưởng làm tăng dòng, áp…
2.1.2. Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực) [8, 9, 10, 11, 12, 13]
Bộ lọc tích cực là bộ lọc có sử dụng các thiết bị điện tử để xây dựng nguyên lý
lọc sóng hài. Trên cơ sở 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 như có nhiều ưu điểm và tính
năng vượt trội hơn.
2.1.2.1. Nhiệm vụ của bộ lọc tích cực
a. Bù công suất:
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. Trường hợp làm việc ở dải công suất
lớn thường dùng bù bằng SVC - đóng ngắt bằng thyristor (loại này có đáp ứng
chậm nhưng giá thành rẻ).
b. Bù sóng điều hòa bậc cao điện áp:
Bù điện áp không được chú ý nhiều trong hệ thống điện vì nguồn thường có
trở kháng thấp và điện áp tiêu thụ tại điểm đấu dây chung thường duy trì trong
phạm vi giới hạn cơ bản đối với các sự cố tăng hoặc giảm áp. Vấn đề bù điện áp chỉ
được xem xét đến khi tải nhạy cảm với sự xuất hiện sóng điều hòa bậc cao điện áp
trong lưới nguồn như 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 lưới còn có tác dụng giảm độ méo dạng điện áp lưới tại điểm đấu dây chung.
2.1.2.2. 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 cư, các tòa nhà kinh doanh, bệnh viện, các hệ truyền động công suất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
vừa và nhỏ.
Tính chất của các hệ thống tải này đòi hỏi hệ thống mạch lọc tích cực tương
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 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 thường 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.
2.2. Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực
2.2.1. Phân loại theo sơ đồ nguyên lý
2.2.1.1 Bộ lọc tích cực song song
Đặc điểm của bộ lọc tích cực (Active Filter) song song (AFn), có thể thực hiện
đồng thời một số chức năng sau:
+ Bù sóng điều hòa bậc cao dòng điện;
+ Bù công suất phản kháng;
+ Bù thành phần dòng điện không cân bằng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Bộ lọc tích cực song song có cấu trúc nguyên lý làm việc như hình 2.3:
Nguồn cấp
IT
IL
Tải
phi
tuyến
IF
Bộ lọc tích cực
Hình 2.3: Bộ lọc tích cực song song
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 đường dây truyền tải nguồn điện, trả lại trên đường
dây truyền tải 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 lưới điện. Việc xác định
vị trí đặt bộ lọc cần phải được tính toán theo một số nguyên tắc sau:
- Giảm thiểu tối đa thời gian truyền, khoảng cách lan truyền của sóng điều hòa
trên đường 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 hưởng của sóng điều hòa tới thiết bị.
- Để thực hiện chức năng này bộ lọc tích cực hoạt động như một bộ nguồn ba pha
tạo dòng điện thích hợp bơm lên đường 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 ngược pha với tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao.
+ Thành phần bù công suất phản kháng (CSPK).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Ta có thể phân tích thành phần dòng tải thành hai thành phần:
Thành phần sóng điều hòa cơ bản iF và thành phần gồm các sóng điều hòa bậc
cao ih:
(2.1) iL= iF +ih
Do dòng của bộ lọc tích cực song song AFn bơm lên đường dây, nên ta có
quan hệ:
(2.2) iC= ih
Khi đó dòng điện trên đường dây sẽ là:
(2.3) iS= iL – iC = iL - ih = iF + ih -ih = iF
Như vậy, dòng điện trên đường dây chỉ chứa thành phần sóng điều hòa cơ bản,
các thành phần điều hòa bậc cao đã được bộ lọc loại bỏ (triệt tiêu).
Từ các biểu thức (2.1), (2.2) và (2.3) ta đưa ra được sơ đồ nguyên lý của bộ
lọc tích cực song song thể hiện như hình 2.4:
Hình 2.4: Cấu trúc bộ lọc song song
2.2.1.2 Bộ lọc tích cực nối tiếp
Bộ lọc tích cực nối tiếp (Active Filter - AFS), có thể thực hiện đồng thời một
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
số chức năng sau:
+ Bù sóng điều hòa bậc cao điện áp;
+ Điều chỉnh và cân bằng điện áp tại điểm kết nối.
Chức năng của bộ lọc tích cực nối tiếp AFS là triệt tiêu thành phần sóng điều hòa
bậc cao sinh bởi tải phi tuyến để điện áp trên đường dây truyền tải của nguồn điện có
dạng sin chuẩn. Ngoài ra, nó còn có chức năng điều chỉnh và cân bằng điện áp.
Ta có sơ đồ khối cấu trúc nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực nối tiếp như
Nguồn cấp
Tải phi
tuyến
Bộ lọc tích cực
hình 2.5:
Hình 2.5: Bộ lọc tích cực nối tiếp
Để thực hiện các chức năng trên, bộ lọc tích cực nối tiếp AFS tạo ra sự cách ly
về sóng điều hòa bậc cao giữa tải và lưới thông qua việc tạo một điện áp tương ứng
dọc đường dây phía thứ cấp máy biến áp.
Ta có thể phân tích điện áp nguồn phía thứ cấp máy biến áp thành hai thành
phần: Thành phần sóng điều hòa điện áp cơ bản UF và thành phần các sóng điều hòa
điện áp bậc cao Uh như biểu thức (2.4):
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
US = UF + Uh (2.4)
Điện áp dọc đường dây do bộ lọc tích cực nối tiếp AFS tạo ra ngược pha với
tổng sóng điều hòa điện áp bậc cao và triệt tiêu thành phần này, đảm bảo điện áp
nguồn cung cấp cho các phụ tải có dạng sin chuẩn (sóng điều hòa cơ bản).
Uh
=
Us
UF
Us
Uh+UF
Ta có sơ đồ nguyên lý làm việc được thể hiện như hình 2.6:
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý làm việc của AFS
2.2.2. Phân loại theo nguồn cung cấp điện
Căn cứ vào nguồn cung cấp điện cho phụ tải, người ta chia bộ lọc tích cực
thành các loại:
- Bộ lọc tích cực 2 dây: Dùng cho loại phụ tải phi tuyến 01 pha.
- Bộ lọc tích cực 3 dây: Dùng cho loại phụ tải phi tuyến 3 pha không có dây
trung tính. Ta có sơ đồ nguyên lý sử dụng bộ lọc tích cực 3 dây cung với tải phi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
tyến không có dây trung tính như hình 2.7:
Hình 2.7: Bộ lọc tích cực 3 dây
- Bộ lọc tích cực 4 dây: Có thể dùng cho tải phi tuyến 1 pha được cấp nguồn
từ hệ thống nguồn điện 4 dây hoặc cho tải phi tuyến ba pha. Trong hệ thống này,
bộ lọc tích cực sẽ loại bỏ sự quá dòng ở dây trung tính.
Bộ lọc tích cực 4 dây được chia làm 2 loại: Bộ lọc tích cực 4 dây có điểm
giữa (hình 2.8) và bộ lọc tích cực 4 dây (hình 2.9). Cấu trúc bô lọc tích cực 4 dây
có điểm giữa thường được 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 lượng của tụ lớn hơn so với
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
bộ lọc tích cực 4 dây.
Tải phi tuyến
Hình 2.8: Bộ lọc tích cực 4 dây có điểm giữa
Tải phi tuyến
Hình 2.9: Bộ lọc tích cực 4 dây
2.2.3. Phân loại theo bộ biến đổi công suất
Căn cứ vào bộ biến đổi công suất trong bộ lọc ta có thể chia thành hai loại bộ
lọc tích cực: Cấu trúc kiểu VSI (Bộ biến đổi nguồn áp) và cấu trúc kiểu CSI (Bộ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
biến đổi nguồn dòng).
- Cấu trúc bộ biến đổi nguồn áp VSI: Có thể mở rộng cấu trúc đa bậc. Ta có
sơ đồ cấu trúc như hình 2.10:
Hình 2.10: Cấu trúc bộ lọc kiểu bộ biến đổi nguồn áp VSI
- Cấu trúc bộ lọc kiểu bộ biến đổi nguồn dòng CSI: Có tần số đóng cắt hạn
chế, tổn hao đóng cắt lớn, không thể mở rộng cấu trúc đa bậc. Ta có sơ đồ cấu trúc
như hình 2.11:
L
Hình 2.11: Cấu trúc bộ lọc kiểu bộ biến đổi nguồn dòng CSI
2.3 Bộ lọc hỗn hợp
Bộ lọc này thực chất là sự kết hợp của bộ lọc chủ động (tích cực) và bộ lọc
thụ động. Mục đích là giảm chi phí đầu tư ban đầu và cải thiện hiệu quả của bộ lọc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
động. Bộ lọc thụ động sẽ lọc những sóng điều hòa mà bộ lọc chủ động không lọc
được hoặc lọc một cách khó khăn. Chính vì vậy, thông số chỉ tiêu của bộ lọc động
sẽ không quá cao, qua đó giảm được chi phí.
Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc hỗn hợp với bộ lọc tích cực theo 2 loại song song
Nguồn điện
Tải phi
tuyến
Lọc chủ động AFn
Lọc
thụ
động
a)
Nguồn điện
Tải phi
tuyến
Lọc chủ động AFS
Lọc
thụ
động
b)
và nối tiếp được thể hiện trên hình 2.12ab:
Hình 2.12: Cấu trúc bộ lọc hỗn hợp với bộ lọc tích cực có 2 loại: a) song song và b) nối tiếp
Ngoài ra, khi kết hợp bộ lọc chủ động song song AFn và bộ lọc chủ động nối
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
tiếp AFS ta được bộ lọc dung hòa chất lượng nguồn điện (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. Tuy nhiên giá thành
đặt và chế tạo phức tạp.
2.4. Nguyên lý làm việc của thiết bị bù tích cực
Sơ đồ nguyên lý trao đổi công suất tác dung và công suất phản kháng giữa bộ
lọc tích cực làm việc ở trạng thái bù công suất và lưới thể hiện trên hình 2.14:
Trong đó:
Us và s: Điện áp lưới và góc lệch pha lưới.
Ui và i: Điện áp và góc lệch pha phát ra từ bộ lọc.
XL: Điện kháng kết nối giữa lưới và bộ lọc.
US
jβ
P
Q
US
XL
Ui
I
θi
θS
0
Ui
α
: Góc lệch pha giữa điện áp lưới và điện áp bộ lọc.
~
Hình 2.13: Nguyên lý bù công suất phản kháng của bộ bù tích cực
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Ta có công suất tác dụng và công suất phản kháng trao đổi giữa lưới (nguồn
điện cung cấp) và bộ bù được xác định theo biểu thức:
(2.5)
Nếu xét trong đó chế độ hoạt động chỉ bù công suất phản kháng thì = 0, do
đó ta có:
jβ
US
USi
I
Ui
θ
0
α
(2.6)
Hình 2.14: Trạng thái hấp thụ công suất của bộ lọc tích cực
Từ (2.6) ta thấy Qs tỉ lệ với hai điện áp ( US – Ui).
*. Khi US = Ui thì QS = 0 bộ lọc tích cực không phát hay thu công suất phản kháng.
*. Khi US > Ui thì QS > 0 tồn tại thành phần điện áp USi tương ứng dòng cảm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
kháng Id chậm sau US, Ui một góc 900, lưới sẽ truyền công suất phản kháng vào bộ lọc.
*. Khi US < Ui thì QS <0 tồn tại thành phần điện áp USi tương ứng dòng điện Ic
jβ
US
Ui
θ
I
0
α
USi
vượt trước US , Ui một góc 900 bộ lọc phát công suất phản kháng lên lưới điện.
Hình 2.15: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ lọc
Từ phân tích trên ta thấy rằng khi thay đổi biên độ điện áp đầu ra của bộ lọc
tích cực ở chế độ bù trong khi giữ góc lệch = 0 ta có thể điều khiển công suất
phản kháng trao đổi giữa lưới điện và bộ lọc.
2.5. Các thuật toán lọc tích cực
Việc lựa chọn thuật toán lọc tích cực phù hợp với yêu cầu đặt ra của hệ thống
cung cấp điện trong việc lọc sóng hài và bù công suất phản kháng là rất quan trọng.
Hiện nay, phần lớn các hướng nghiên cứu thường dựa trên các phương pháp cơ bản
sau đây:
2.5.1 Các thuật toán 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 cho các thành
phần sóng còn lại.
2.5.1.1 Phương pháp DFT (Discrete Fourier Transform)
Thuật toán của phương pháp này là biến đổi cho các tín hiệu rời rạc, kết quả
của phép phân tích đưa ra cả biên độ và pha của thành phần sóng điều hoà mong
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
muốn theo công thức sau:
(2.7)
Ta có thể viết dưới dạng sau:
(2.8)
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.
2.5.1.2 Phương pháp FFT (Fast Fourier Transform)
Các bước thực hiện phương 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 2.17.
- Số lượng 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 thành phần sóng điều
hoà. Việc tính toán này thực hiện trong mỗi chu kỳ của dòng chính để đảm bảo rằng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
FFT tính toán hoàn tất trong một chu kỳ để tránh méo do phổ tần số.
Hình 2.16: Phương pháp FFT
- Tổng hợp dòng bù từ các thành phần sóng điều hoà.
Ưu điểm của phương pháp FFT là có thể tác động tới từng thành phần sóng
điều hoà theo ý muốn nhưng có khối lượng tính toán lớn nhất.
2.5.2. Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian
Phương pháp này dựa trên miền thời gian có ưu điểm hơn phương pháp dựa
trên miền tần số là khối lượng tính toán ít hơn. Theo lớp phương pháp này có một
số phương pháp như phương pháp trên khung toạ độ dq, phương pháp dựa trên
thuyết pq…
3.5.2.1. Phương pháp xác định dòng bù trong hệ dq
Theo phương pháp này có thể xác định toàn bộ dòng bù hoặc có thể lựa chọn
từng thành phần sóng điều hoà cần bù.
- Phương pháp xác định toàn bộ dòng bù: Phương 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 phương pháp:
- Phép quay khung toạ độ dq quay với góc quay của tần số cơ bản. Khi đó
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
trong khung toạ độ dq thành phần dòng với tần số cơ bản coi như thành phần dòng
một chiều và thành phần sóng điều hoà như 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 2.17: Thuật toán xác định dòng bù trong hệ dq
Sau khi tính được dòng bù cần thiết trong hệ dq ta cần chuyển sang hệ toạ độ
chuẩn abc. Biến đổi từ hệ dq sang hệ abc như sau:
(2.9)
Phương pháp xác định từng thành phần sóng điều hoà cần bù: phương pháp
này dựa trên cơ sở phép quay khung tạo độ.
Điểm khác biệt so với phương 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 tương ứng với
thành phần sóng điều hòa cần tách và bằng cách sử dụng bộ lọc thông thấp ta có thể
tách ra được thành phần một chiều này. Sau đó chuyển sang khung tọa độ abc, sẽ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
xác định được thành phần sóng điều hòa tương ứng.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể tác động tới từng thành phần sóng
điều hòa bậc cao muốn lọc. Hình 2.19 thể hiện thuật toán của phương pháp này.
Hình 2.18: 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 p-q
Theo [7, 10] các bước để xác định dòng bù cần thiết theo phương pháp này
được tiến hành như sau:
- Tính toán dòng điện và điện áp trong hệ tọa độ vuông góc αβ từ hệ tọa độ abc:
+ Với hệ thống 3 pha có dây trung tính.
Công thức quy đổi điện áp được xác định theo biểu thức (2.10):
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
(2.10)
Mặt khác ta có công thức quy đổi dòng điện được xác định theo biểu thức (2.11):
(2.11)
+ Với hệ thống 3 pha không có dây trung tính:
Công thức quy đổi điện áp:
(2.12)
Công thức quy đổi dòng điện:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
(2.13)
Nguồn
`
Phụ tải
điện
0
0
`
Bộ lọc
tích cực
_ C
+
Hình 2.19: Mô hình bộ lọc tích cực theo lý thuyết p-q
pq.
- Công suất tải được tính theo công thức:
(2.14)
- Công suất p, q có thể tách được ra thành 2 thành phần:
+ Thành phần một chiều , tương ứng với thành phần cơ bản của dòng tải.
+ Thành phần điều hòa bậc cao :
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
(2.15)
Khi đó, tổng công suất tức thời xác định bởi tải:
(2.16)
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 lưu.
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:
(2.17)
và dòng cần bù:
(2.18)
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 khi kết hợp cả
chức năng lọc sóng điều hòa và bù công suất phản kháng:
(2.19)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Từ công thức này, ta tính được dòng điện bù do bộ lọc sinh ra trong hệ tọa độ abc:
(2.20)
Ưu điểm của phương pháp này là có thể lọc triệt để sóng hài và bù được công
suất phản kháng, khối lượng tính toán ít do thuật toán đơn giản, số lượng cảm biến
đo ít, loại bỏ được sự dao động của điện áp tụ C.
Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế là điện áp tính toán yêu cầu phải sin
và cân bằng. Giải pháp để khắc phục hiện tượng điện áp lưới 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 lưới trước khi đưa
vào tính toán.
2.6. Xây dựng cấu trúc điều khiển
Các thông số cần đo trong mạch là điện áp nguồn (u ,u ,u ), dòng điện
,i ,i ) và điện áp trên tụ của bộ lọc tich cực. nguồn (isa, isb, isc), dòng điện tải (i
Với các giá trị đo được ở trên sẽ được chuyển sang hệ tọa độ . Sau đó được
tính toán theo lý thuyết pq để tạo ra dòng điện bù từ bộ lọc tích cực. Dòng điện bù
này ngược với dòng tải để khử các thành phần sóng hài và bù công suất phản kháng.
Việc tính dòng điện bù theo lý thuyết p-q được thực hiện qua lưu đồ thuật toán
hình 2.21.
Công suất p, q có thể tách thành hai thành phần:
+ Công suất tác dụng: .
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
+ Công suất tác dụng: .
Trong đó:
- Thành phần DC , tương ứng với thành phần cơ bản của dòng điện tải.
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
- Thành phần dao động AC tương ứng với thành phần điều hòa bậc cao.
Hình 2.20: Lưu đồ thuật toán tính dòng bù theo lý thuyết p-q
Bộ lọc tích cực có nhiệm vụ cung cấp thành phần công suất xoay chiều 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 cho phía tải và bộ lọc một công suất p0
để duy trì điện áp trên tụ không đổi.
Từ đó ta có dòng bù cung cấp của mạch lọc sẽ là:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
(2.21)
Từ dòng bù tính được trong hệ tọa độ ta tính được dòng điện cần bù trong
hệ abc.
(2.22)
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.
Nguồn
Tải phi
Chuyển
điện
tuyến (Có
đổi tọa
(Lưới
bộ biến
độ
điện phân
đổi)
phối)
Thuật
Bộ lọc
toán
tích cực
điều
khiển
Vậy ta có cấu trúc điều khiển như hình 2.22:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 2.21: Cấu trúc điều khiển hệ thống sử dụng bộ lọc tích cực
2.7. Kết luận chương 2
Chương 2 đã giải quyết được các vấn đề sau:
- Nghiên cứu về các vấn đề cơ bản của bộ lọc tích cực.
- Nghiên cứu và đưa ra được thuật toán thiết kế bộ lọc tích cực.
- Đưa ra được cấu trúc điều khiển cho hệ thống lưới điện phân phối sử dụng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
bộ lọc tích cực có bù công suất phản kháng .
Chương 3
MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
3.1. Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink [5]
Trong chương này, tác giả sẽ thực hiện việc thiết lập mô hình mô phỏng hệ
thống cung cấp điện cho phụ tải phi tuyến phát sinh sóng hài với bộ lọc tích cực
song song sử dụng phần mềm mô phỏng Matlab với chức năng Simulink. Để thiết
lập mô hình mô phỏng cần phải tạo ra các khối cơ bản sau:
- Khối nguồn xoay chiều 3 pha nối hình sao có dây trung tính nối đất.
- Khối bộ lọc tích cực (Chuyển đổi tọa độ, điều khiển,v.v…).
- Khâu tính toán độ méo dạng (THD).
- Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha.
- Khâu đo dòng điện, điện áp.
- Khối tải phi tuyến.
3.1.1. Khối nguồn xoay chiều 3 pha
Nguồn xoay chiều 3 pha đối xứng có giá trị hiệu dụng pha Up =220V, tần số
50Hz, giá trị góc pha của các pha a,b,c lệch nhau 1200 được mắc hình sao có dây
trung tính như hình 3.1.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.1: Khối nguồn ba pha
3.1.2. Khối tải phi tuyến
Khối tải phi tuyến gồm 3 phần chính:
- Bộ biến đổi Thyristor với điều khiển trực tiếp qua bộ điều khiển PI.
- Bộ điều khiển dòng PI.
- Tải.
Khối tải được thể hiện trên hình 3.2:
Hình 3.2: Khối tải phi tuyến
3.1.2. Khối bộ lọc tích cực
Khối bộ lọc tích cực bào gồm những khâu chính sau:
- Bộ biến đổi.
- Mạch điều khiển.
- Khâu chuyển tọa độ.
- Khâu tính công suất pq.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
- Khâu lọc thành phần cơ bản.
- Khâu tính toán bù pq.
- Khâu tính chuyển toạ độ αβ sang abc.
a) Bộ biến đổi:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.3: Bộ biến đổi và thông số của bộ biến đổi
Mạch điều khiển:
Hình 3.4: Mạch điều khiển của bộ lọc
Khâu chuyển toạ độ
Như ta đã trình bày thuật toán chuyển đổi hệ tọa độ ở chương 2 và ta cần
chuyển đổi từ hệ tọa độ abc -> hệ tọa độ vuông góc αβ. Từ các biểu thức (2.12)
và (2.13), ta thực hiện chuyển đổi như sau:
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
Từ trên ta xây dựng được khâu chuyển đổi hệ tọa độ trong Matlab/Simulink
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
như hình 3.5:
Hình 3.5: Chuyển hệ toạ độ từ abc -> αβ
Khâu tính toán bù 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 (2.8).
Ngõ vào của khâu tính toán công suất là các tín hiệu dòng điện và điện áp
được chuyển đổi và xác định trong hệ toạ độ αβ từ hệ tọa độ abc như ở phần trên.
U[2]= Valpha = vα;
U[3]= Vbeta = vβ;
U[5]= Ialpha = iα;
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
U[6]= Ibeta = iβ.
Hình 3.6: Khâu tính bù 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 lượng cần thiết là thành phần
công suất xoay chiều . Nên ta sẽ lấy công suất p trừ cho thành phần DC để xác định
được thành phần xoay chiều .
pAC = p- pDC
Khâu tính toán dòng bù pq:
Các dòng điện yêu cầu icα , icβ được xác định từ công thức (3.13) với các ngõ
vào là các đại lượng điện áp trong hệ toạ độ αβ và các đại lượng công suất.
Ngõ vào của khâu tính toán dòng yêu cầu là các đại lượng sau:
- u[1]= Valpha = vα
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
- u[2]= Vbeta = vβ
- u[3]= -pAC
- u[4]= -q
Ngõ ra của khâu tính toán dòng yêu cầu là các đại lượng :
- Y[1]= Ic alpha * ( tương ứng icα)
- Y[2]= Ic beta* ( tương ứng icβ)
Hình 3.7: Khâu tính toán dòng bù pq
Khâu tính chuyển toạ độ αβ sang abc:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.8: Khâu chuyển tọa độ αβ sang abc
Dòng điện yêu cầu trong hệ toạ độ abc được xác định từ dòng điện yêu cầu
icα, icβ trong hệ toạ độ αβ. Từ công thức (2.21)
Ngõ vào của khâu tính toán dòng yêu cầu trong abc là các đại lượng sau:
- u[2]= Icα * ; u[3]= Icβ*
Ngõ ra của khâu tính toán dòng yêu cầu là các đại lượng:
- 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:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.9: Khối SVM
Chọn vectơ điều chế:
Hình 3.10: Chọn các véc tơ
3.1.3. Khâu tính toán độ méo dạng (THD)
Hình 3.11: Khâu tính toán TDH và thông số của TDH
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3.1.4. Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha
Hình 3.12: Khâu chuyển đổi để lấy tín hiệu dòng áp
3.1.5. Khâu đo dòng điện, điện áp
Hình 3.13: Khâu đo dòng điện, điện áp
3.2. Sơ đồ mô phỏng
Việc mô phỏng nhằm đánh giá thuật toán thiết kế các hệ điều khiển có vai trò
rất quan trọng. Nhờ có phương pháp này mà người thiết kế có thể mô phỏng và
quan sát được hoạt động của hệ thống như tính ổn định, bền vững ...
Mô phỏng cũng là công cụ giúp chúng ta có được những hình ảnh trực quan
về đối tượng 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 trước khi đưa vào ứng dụng hay những đối tượng nghiên cứu mà ta
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
không có điều kiện kiểm nghiệm trong thực tế.
Như vậy mô phỏng là bước 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 lượng 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.
Như ở trên ta đã xây dựng được các khối cơ bản của hệ thống mô phỏng từ
nguồn điện, tải phi tuyến cho đến bộ lọc tích cực dựa trên lý thuyết p-q đã được
thực hiện trên phầm mềm Matlab/Simulink. Để đánh giá chất lượng của bộ lọc tích
cực ta thực hiện ghép nối các khối mô phỏng lại để có được sơ đồ mô phỏng trong
02 trường hợp là hệ thống lưới điện trước và sau khi có bộ lọc tích cực như hình
3.14 và hình 3.15.
Hình 3.14: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối cho tải phi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
tuyến khi chưa có bộ lọc tích cực
Hình 3.15. Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện phân phối cho tải phi
tuyến khi có bộ lọc tích cực
3.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống
3.3.1. Kết quả mô phỏng trường hợp chưa có bộ lọc tích cực
- Dạng dòng điện của tải phi tuyến:
Thực hiện mô phỏng theo sơ đồ mô phỏng hình 3.14 ta được kết quả mô
phỏng của đặc tính dòng điện phía nguồn cung cấp lưới điện phân phối cho phụ tải
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
phi tuyến như hình 3.16 và phân tích phổ các sóng hài như hình 3.17.
Hình 3.16: Dạng dòng điện nguồn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.17: Phân tích phổ và THD của dòng điện nguồn
Từ kết quả thu được sau khi mô phỏng, ta thấy:
- Dạng dòng điện phía nguồn cung cấp cho phụ tải phi tuyến không còn dạng
hình sin.
- Độ méo dạng dòng điện THD = 23.56%.
- Các sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng chủ yếu là bậc: 5,7,11,13,17,19. Tỉ lệ
so với sóng điều hoà cơ bản (50Hz):
Bậc điều hòa Tỉ lệ %
5 20,56%
7 9,3%
11 5.28%
13 3,49%
17 1,66%
19 1,25%
- Biên độ của dòng điều hòa cơ bản Icb = 1287 A.
- Công suất phản kháng trung bình Q = 760 kVAR.
- Hệ số công suất cosφ trung bình = 0,7
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.
3.3.2. Kết quả mô phỏng trường hợp có bộ lọc tích cực
- Dòng điện nguồn 3 pha trước và sau khi bộ lọc tích cực tác động:
Thực hiện mô phỏng theo sơ đồ mô phỏng hình 3.15 ta được kết quả mô
phỏng của đặc tính dòng điện 3 pha phía nguồn cung cấp lưới điện phân phối cho
phụ tải phi tuyến khi chưa có bộ lọc tích cực như hình 3.18 và sau khi có bộ lọc tích
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
cực như hình 3.19.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.18: Dạng dòng điện 3 pha trước khi bộ lọc tác động
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.19: Dạng dòng điện 3 pha khi có bộ lọc tác động
- Dòng điện nguồn pha A trước và sau khi bộ lọc tích cực tác động:
Hình 3.20: Dạng dòng điện pha A trước và sau khi có bộ lọc tác động
- Dòng điện nguồn pha A phía nguồn khi có lọc tác động đã gần sin:
Hình 3.21: Dạng dòng điện khi có bộ lọc tác động xét tại thời điểm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
từ 0,3 đến 0,4s
- Phân tích phổ dòng điện nguồn pha A khi đã có tác động của bộ lọc:
Hình 3.22: Phân tích phổ của dòng điện pha A khi có bộ lọc tác động
- Công suất phản kháng trước và sau khi có bộ lọc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Hình 3.23: Công suất phản kháng của hệ thống
- Hệ số công suất trước và sau khi có bộ lọc
Hình 3.24: Hệ số công suất cosφ
Hình 3.25: Các đặc tính dòng điện, cosphi, công suất phản kháng, công suất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
biểu kiến, điện áp Ud của hệ thống
3.3.3. Đánh giá chất lượng điều khiển hệ thống
Từ kết quả mô phỏng thu được, ta phân tích phổ dòng điện nguồn cung cấp
pha A khi có bộ lọc 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 = 1,15%.
- Các sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng chủ yếu là bậc: 5,7,11,13,17. Tỷ lệ so
với sóng điều hoà cơ bản còn rất nhỏ như trong dữ liệu hình :
Hình 3.26: Phân tích phần trăm phổ dòng điên nguồn pha A khi có bộ lọc
Từ hình 3.26 ở trên ta có tỷ lệ cụ thể như sau:
Bậc điều hòa Tỉ lệ %
5 1,03%
7 0,23%
11 0,14 %
13 0.26%
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
17 0,1%
Các thành phần này đều đạt tiêu chuẩn IEC 1000-3-4.
- Công suất phản kháng trung bình trước khi bù là 760kVAR, sau khi bù công
suất phản kháng giảm đi nhiều, chỉ còn dao động quanh 200KVAR.
- Hệ số cosφ trước khi có bộ lọc tích cực trung bình là 0.7. Sau khi có bộ lọc
tích cực thực hiện chức năng bù, hệ số cosφ 0.99.
3.4. Kết luận chương 3
- Qua kết quả mô phỏng với hệ thống lưới phân phối điện cho các phụ tải phi
tuyến chưa sử dụng bộ lọc cho thấy nguồn điện có chất lượng kém thể hiện qua sự
biến dạng dòng điện nguồn cung cấp (hình 3.16) và qua phân tích phổ (hình 3.17).
- Khi có sự tác động của bộ lọc tích cực chất lượng của hệ thống cung cấp điện
đã được cải thiện đáng kể đó là sự biến dạng của dòng điện nguồn đã được giảm
(hình 3.19, 3.20 và 3.21) và thể hiện qua phân tích phổ (hình 3.22). Ngoài ra hệ
thống đã bù được công suất phản kháng để nâng cos từ 0,7 lên 0,99 (hình 3.23
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
và hình 3.24).
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Nhiệm vụ chính của luận văn là nghiên cứu bộ lọc tích cực và bù công suất
phản kháng cho lưới điện phân phối cung cấp nguồn cho các phụ tải phi tuyến trong
công nghiệp và dân dụng.
Với những nội dung đã trình bày qua 3 chương, luận văn đã đạt được những
kết quả nhất định, thể hiện ở những đặc điểm sau:
- Đã xây dựng được phương pháp điều khiển hệ thống sử dụng bộ lọc tích
cực song song để loại bỏ sóng hài và bù công suất phát kháng nhằm nâng cao chất
lượng nguồn điện cung cấp trong lưới điện phân phối.
- Xây dựng mô hình mô phỏng của hệ thống sử dụng bộ lọc tích cực trong
Matlab/Simulink.
- Qua kết quả mô phỏng cho thấy chất lượng hệ thống khi có bộ lọc tích cực
đã được cải thiện một cách đáng kể thể hiện qua các đại lượng đặc trưng cho nguồn
điện: Dòng điện (loại bỏ được sóng hài); công suất phản kháng Q; hệ số công suất
cos của nguồn dưới tác động của bộ lọc.
Kiến nghị
Mặc dù luận văn có được những kết quả nhất định, song cần phải giải quyết
triệt để một số vấn đề còn tồn tại sau:
- Tổn hao của bộ nghịch lưu cũng chưa được xem xét, đây là một tồn tại cần
giải quyết nhằm nâng cao hiệu suất cũng như chất lượng bộ lọc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
- Chưa nghiên cứu ứng dụng bộ lọc tích cực cho các hệ thống lưới điện cao áp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trần Bách (2000), Lưới và Hệ thống điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.
[2]. Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất, Nhà
Tiếng Việt
[3]. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh(2000), Hệ phi tuyến, Nhà xuất bản
xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[4]. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung(2003), Lý thuyết
Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[5]. Nguyễn Phùng Quang(2005), Matlab & Simulink, Nhà xuất bản Khoa học và
điều khiển phi tuyến, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
kỹ thuật, Hà Nội.
[6]. David M.E. Ingram and Simon D. Round, A Fully Digital Hysteresis
Tiếng Anh
Current Controller for an Active Power Filter, University of Canterbury -
[7]. Emílio F. Couto, Júlio S. Martins, João L. Afonso, Similation, Results of a shunt
New Zealand.
active with control base on p-q theory, University of Minho- Portugal. [8]. Edson H.Watanabe*, Maurício Aredes* - Hirofumi Akagi+, The P-Q Theory For Active Filter Control: Some Problems And Solutions, Federal University of Rio
[9]. H. Abaali, M. T. Lamchich, M. Raoufi, Shunt Power Active Filter Control
* , Tokyo Institute of Technology – Japan de Janeiro – Brasil +
under Non Ideal Voltages Conditions, International Journal of Information
Technology Volume 2 Number 3
[10].
H. AKAGI, Modern active filters and traditional passive filters, Tokyo, Japan.
[11].
M.V. Aware, A.G. Kothari and S.S. Bhat, Power factor improvement using
active filter for unbalanced three-phase non-linear loads,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Visvesvaraya National Institute of Technology – India.
[12].
Mark McGranaghan, Active Filter Design and specification for
Harmonics in Industrial and Ommercial Facilities , Electrotek
Concepts, Inc. Knoxville TN, USA.
[13].
Park KI-WON, A Review of Active Power Filters, R&D Center –POSCON.
[14].
Tan Perng Cheng, A Single - phase Hybrid Active Power Filter with
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
Photovoltaic Application, University Tecknology - Malaysia.
