nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện nâng cao chất lượng lưới điện

Bộ lọc tích cực có thể lọc các thành phần sóng hài bậc cao có trong dòng điện và điện áp, bù công suất phản kháng, điều chỉnh điện áp đầu cuối, khắc phục dao động điện áp và cải thiện câ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-o0o -

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO VIỆC GIẢM HÀI

DÕNG ĐIỆN NÂNG CAO CHÂT LƯỢNG LƯỚI ĐIỆN

NGUYỂN NHƯ NGHĨA

THÁI NGUYÊN 2011

Học viên : Nguyễn Như Nghĩa

Người HD Khoa Học: TS Nguyễn Duy Cương

THÁI NGUYÊN 2011

THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO VIỆC GIẢM HÀI

DONG ĐIỆN NÂNG CAO CHÂT LƯỢNG LƯỚI ĐIỆN

Học viên : Nguyễn Như Nghĩa

Chuyên ngành : Tự động hoá Người hướng dẫn : TS Nguyễn Duy Cương Ngày giao đề tài : 2/2011

Ngày hoàn thành đề tài : 8/2011

TS Nguyễn Duy Cương

Nguyễn Như Nghĩa

Mục Lục

Mục lục 1

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT………… 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

LỜI NÓI ĐẦU ……… ……… 8

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI 11

1.1 Đặt vấn đề……… 11

1.2 Tổng quan về sóng hài……… 11

1.2.1 Khái niệm và phân tích sóng hài……… 11

1.2.2 Tổng méo điều hòa THĐ……… 16

1.3 Các nguồn sinh ra sóng hài ……… 17

1.3.1 Máy biến áp……… 17

1.3.2 Động cơ điện……… 18

1.3.3 Thiết bị điện tử công suất……… 18

1.3.4 Đèn huỳnh quang ……… 20

1.3.5 Bộ điều chỉnh tốc độ truyền động……… 22

1.3.6 Lò điện ……… 23

1.4 Ảnh hưởng của sóng hài……… 24

1.5 Kết luận……… 28

CHƯƠNG II: CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI 29

2.1 Biện pháp ngăn ngừa tạo ra sóng hài……… 29

2.2 Tăng điện kháng phía nguồn xoay chiều đầu vào tải phi tuyến……… 30

2.3 Bộ lọc thụ động……… 32

2.3.1 Bộ lọc thụ động mắc song song……… 33

2.3.2 Bộ lọc thụ động mắc song song……… 34

2.4 Bộ lọc tích cực……… 41

2.4.1 Phân loại theo bộ biến đổi công suất……… 42

2.5 Kết luận……… 50

CHƯƠNG III: CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC

51 3.1 Đặt vấn đề……… 51

3.2 Bộ biến đổi điện áp xoay chiều ba pha……… 51

3.3 Lý thuyết công suất tức thời p – q……… 52

3.4 Xây dựng thuật toán điều khiển cho bộ lọc tích cực… 56

3.5 Xây dựng cấu trúc điều khiển cho bộ lọc tích cực…… 57

3.5.1 Đề xuất cấu trúc điều khiển bộ lọc tích cực ba pha ba dây……… 58

3.5.2 Điều khiển điện áp một chiều………… 59

3.6 Kết luận……… 60

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 61

4.1 Sơ đồ mô phỏng……… 61

4.2 Kết quả mô phỏng……… 68

4.3 Kết luận 72 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

5.1 Kết luận 73

5.2 Kiến nghị 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

TÓM TẮT 76

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Mẫu dạng sóng bao gồm các sóng điều hòa 11

Hình 1.2: Ví dụ méo sóng AC điển hình 14

Hình1.3: Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển 18

Hình 1.4: Dòng điện lưới của chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển 19

Hình 1.5: Sơ đồ chinh lưu điốt ba pha 19

Hình1.6: Dòng pha A của chỉnh lưu điốt ba pha 20

Hình 1.7: Phổ dòng điện chỉnh lưu điôt ba pha 20

Hình 1.8 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển 21

Hình 1.9 Dạng dòng điện một pha của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển 21

Hình1.10 Dạng phổ dòng điện của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển 21

Hình 1.11: Dòng đầu vào của bóng đèn huynh quang điển hình bóng đèn huỳnh

quang 22

Hình 1.12 Dòng đầu vào và phổ dòng điều hòa của ASD điển hình 23

Hình 1.13 Dòng đầu vào và phổ sóng hài của lò điện điển hình 23

Hình 2.1 Dòng đầu vào và phổ sóng điều hòa bộ biến đổi của (a)buck, (b) boots và (c) BIFRED 30

Hình 2.2 Dòng điều hòa sinh ra từ cầu chỉnh lưu ba pha có tụ lọc phía một chiều 31

Hình 2.3 Dòng điều hòa sinh ra từ cầu chỉnh lưu ba pha có kháng lọc 31

Hình 2.4 Độ giảm méo điều hòa của một ASD loại PWM có kháng lọc đầu vào 32

Hình 2.5 Biểu diễn một số sơ đồ bộ lọc thông thường 33

Hình 2.6 Bộ lọc sóng hài ―notch‖ bậc 5 và tác động của nó lên hệ thống 34 Hình 2.7 Biểu diễn sơ đồ bộ lọc thụ động mắc nối tiếp điển hình 34

Hình 2.8 Sơ đồ mặch chỉnh lưu không có bộ lọc 38

Hình 2.9 Kết quả mô phỏng thu được dòng và áp 38

Hình 2.10 Phổ của nguồn áp 39

Hình 2.11 Sơ đồ mạch chỉnh có bộ lọc thụ động 39

Hình 2.12 Kết quả mô phỏng thu được dòng và áp 40

Hình 2.13 Phổ của nguồn áp 40

Hình 2.14 Nguyên lý bù cơ bản của bộ lọc tích cực 41

Hình 2.15 Tải, APF và dạng sóng dòng nguồn 41

Hình 2.16 Bộ lọc tích cực ba pha ba dây nguồn dòng 42

Hình 2.17 Bộ lọc tích cực mắc song song nguồn áp 43 Hình 2.18 Mạch tương đương của bộ lọc tích cực song song, nguồn và tải, (a) bù 45

dòng điều hào của tải, (b) bù áp điều hòa của tải, (c) bù áp của nguồn

Hình 2.19 Sơ đồ bộ lọc tích cực một pha mắc song song 45

Hình 2.20 Dòng của tải, bộ lọc và nguồn của hệ thống 46

Hình 2.21 Bộ lọc công suất tích cực mắc nối tiếp tương đương với một pha 47

Hình 2.22 Bộ lọc hỗn hợp của bộ lọc thụ động mắc song song 49

Hình 2.23 Dòng của bộ lọc thụ động, bộ lọc tích cực, tải, và nguồn 49

Hình 2.24 Bộ lọc hỗn hợp của bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động mắc nối tiếp 49

Hình 2.25 Sơ đồ cấu trúc UPQC 50

Hình 3.1 Mạch điện phía lưới (a) và mô hình phía lưới (b) 51

Hình 3.2: Công suất tác dụng trên tải 54

Hình 3.3 Thuật toán điều khiển dựa trên lý thuyết p- q 56

Hình 3.4: Bộ lọc tích cực song song 58

Hình 3.5: Cấu trúc điều khiển bộ lọc tích cực 59

Hình 3.6 Bộ điều khiển điến áp một chiều sử dụng bộ điều chỉnh PI 60

Hình 4.1 Mạch lực của mạch lọc tích cực ba pha ba dây 61

Hình 4.2 Mô hình mạch lọc tích cự ba pha ba dây trên Simulink 62

Hình 4.3 Mô hình tải phi tuyến 63

Hình 4.4 Bộ điều khiển điện áp và tính toán công suất ổn định trên tụ 63

Hình 4.5 Mô hình khối tính toán dòng bù chuẩn 64

Hình 4.6 Khối chuyển điện áp trong hệ abc  α  64

Hình 4.7 Khối chuyển dòng điện abc  α  65

Hình 4.8 Khối tính toán công suất tức thời p,q 65

Hình 4.9 Khối tính công suất bù 65

Hình 4.10 Khối tính dòng bù 66

Hình 4.11 Khối tình dòng điện chuẩn 66

Hình 4.12 Khối điều khiển dòng và phát xúng 67

Hình 4.13 Biểu diễn áp của nguồn khi bộ lọc chưa tác động 68

Hình 4.14 Biểu diễn dòng điện cấp cho tải 68

Hình 4.15 THĐ của bậc sóng hài dòng điện pha A 69

Hình 4.16 Dòng nguồn sau khi bộ lọc tác động 70

Hình 4.17 Dòng của tải 70

Hình 4.18 Dòng của mạch lọc trước và sau khi tác động 70

Hình 4.19 THĐ của bậc sóng hài dòng điện một pha 71

Hình 4.20 Công suất tác dụng của nguồn trước và sau khi bộ lọc tác động 71

Hình 4.21 Công suất phản kháng của nguồn trước và sau khi bộ lọc tác động 72

Hình 4.22 Công suất phản kháng của nguồn trước và sau khi bộ lọc tác động 72

LPF Low Pass Filter - Bộ lọc thông thấp

PWM Pulse Width Modulation - Điều chế độ rộng xung

VSAF Voltage Source Active Filter – Bộ lọc tích cực nguồng áp

UPQC Unified Power Quality Conditioners

Bảng1.3: Giới hạn biến dạng dòng sóng hài (Ih) trong phần trăm của ( IL)

Bảng 1.4 Giới hạn méo điện áp

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, các hệ thống truyền động điện hiện đại trong công nghiệp và dân dụng thường sử dụng các bộ biến đổi điện tử công suất, chẳng hạn như các bộ biến đổi xoay chiều - một chiều, các loại lò điện hay các bộ biến tần Các bộ biến đổi này có thể cho phép áp dụng các thuật toán điều khiển từ đơn giản đến phức tạp để tạo ra một hệ thống điều khiển linh hoạt, đáp ứng được các yêu cầu khác nhau và thích ứng cho nhiều loại phụ tải

Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi các thiết bị điện tử công suất lớn cũng tạo ra những thách thức không nhỏ đối với chất lượng nguồn điện Các thiết bị công nghiệp và sinh hoạt sử dụng các linh kiện điện tử công suất có thể tạo nên những những phụ tải phi tuyến và gây ra các thành phần sóng hài trên lưới Những sóng hài này làm cho điện áp lưới bị méo dạng và gây ảnh hưởng không tốt cho những phụ tải được nối với nó

Ở Việt nam hiện nay, các hoạt động sản xuất công nghiệp đang phát triển một cách nhanh chóng và lượng điện năng tiêu thụ để phục vụ cho sản xuất công nghiệp cũng ngày một lớn Trong quá trình phát triển như vậy thì các phụ tải phi tuyến cũng tăng lên một cách đáng kể Tuy nhiên những tác hại của sóng hài gây ra cho hệ thống điện thì lại chưa được quan tâm một cách đúng mức

Trên thực tế đã có một số giải pháp nhằm khắc phục ảnh hưởng của sóng hài, trong đó người ta chú ý đến các bộ lọc Một giải pháp mang tính kinh điển là sử dụng các bộ lọc thụ động LC để loại trừ sóng hài hoặc ngăn dòng hài tác động trở lại nguồn Mặc dù khá đơn giản về nguyên lý nhưng các bộ lọc thụ động thường rất cồng kềnh và thiếu linh hoạt trong việc bố trí các dàn lọc và khó đáp ứng với các dạng sóng hài khác nhau Để thiết kế bộ lọc thụ động nhằm triệt tiêu một số sóng hài bậc cao ta phải xác định được trở kháng của tải Thực tế điều này là khó thực hiện được do tải luôn luôn biến động Trong trường hợp xác định trở kháng của tải không đúng thì bộ lọc thụ động có thể còn làm kích thích hệ thống dao động

Giải pháp lọc tích cực ra đời đã giải quyết được những khó khăn nêu trên Bộ lọc tích cực có thể lọc các thành phần sóng hài bậc cao có trong dòng điện và điện áp, bù công suất phản kháng, điều chỉnh điện áp đầu cuối, khắc phục dao động điện áp và cải thiện cân bằng điện áp trong mạch ba pha Ưu điểm cơ bản của bộ lọc tích cực là chúng thích ứng với sự thay đổi của lưới và tải Hơn nữa chúng có thể bù một số sóng hài quan trọng mà không làm ảnh hưởng đến đặc tính của lưới

Luận văn này chủ yếu tập trung vào nghiên cứu và so sánh các kỹ thuật khác nhau để áp dụng cho việc thiết kế các bộ lọc tích cực cho hệ thống ba pha ba dây Nội dung chính của luận văn thể hiện ở việc áp dụng lý thuyết công suất tức thời của Akagi để xây dựng cấu trúc thuật toán và cấu trúc điều khiển cho bộ lọc tích cực ba pha ba dây để lọc sóng hài và nâng cao chất lượng điện áp

Phương pháp nghiên cứu của đề tài được thể hiện như sau:

- Nghiên cứu lý thuyết và tham khảo các tài liệu kỹ thuật, các bài báo trong và ngoài nước để mô hình hóa và xây dựng thuật toán điều khiển

- Sử dụng phần mềm Matlab/ Simulink để thiết kế, mô phỏng và kiểm nghiệm các kết quả nghiên cứu lý thuyết

- Phương pháp thực tiễn: tham quan, điều tra, khảo sát… để củng cố thêm độ tin cậy và kiểm chứng mức độ chính xác của kết quả nghiên cứu lý thuyết

Nội dung nghiên cứu của luận văn về ―Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất lượng lưới điện‖ gồm năm chương với nội dung tóm tắt như sau:

Chương I : Giới thiệu tổng quan về sóng hài

Chương II : Các biện pháp hạn chế sóng hài

Chương III : Cấu trúc và thuật toán điều khiển bộ lọc tích cực

Chương IV : Mô phỏng hệ thống

Chương V : KÕt luËn vµ khuyÕn nghÞ

Trong quá trình thực hiện luận văn, được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Duy Cương cùng với sự cố gắng của bản thân, nay đã hoàn thành Tuy nhiên do trình độ bản thân có hạn nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi kính mong nhận được sự góp ý và nhận xét của các thầy cô giáo và các bạn để bản luận văn này được hoàn thiện hơn Tôi xin bày

tỏ sự biết ơn chân thành của mình tới thầy giáo TS Nguyễn Duy Cương đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện để tôi hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện,Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học

Tôi xin chân thành cám ơn !

Thái nguyên, ngày tháng năm 2011 Người thực hiện

Nguyễn Như Nghĩa

1.2 Tổng quan về sóng hài

1.2.1 Khái niệm và phân tích sóng hài

Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chấp lượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng dòng điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép Sóng hài có thể coi là tổng của các dạng sóng sin

mà tần số của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản Ví dụ, Hình 1.1 biểu diễn sóng hài với tần số cơ bản 50Hz và sóng hài bậc 5 (250 Hz), sóng hài bậc

7 (350 Hz), và bậc 11 (550 Hz)

Hình 1.1: Mẫu dạng sóng bao gồm các sóng hài Công cụ để phân tích mức độ méo của dạng sóng dòng điện có chu kỳ

là phân tích Furier Phương pháp này dựa trên nguyên lý là một dạng sóng

không sin và có thể được thay thế bởi tổng của các dạng sóng điều hòa hình

sin bao gồm:[1]

- Thành phần một chiều

- Một sóng hình sin với tần số cơ bản ( 50 Hz )

- Các sóng điều hòa bậc cao có tần số bằng bội số tần số cơ bản

Một sóng không hình sin thường được gọi là sóng phức tạp Biểu thức

toán học của nó có dạng: [1]

)sin(

)sin(

)2

sin(

)sin(

3 3

2 2

1 1

0

i

i i t N

t N

t N

t N

N n

N0 là trị số trung bình (hay thành phần một chiều)

N1 là biên độ của thành phần cơ bản

N2 là biên độ của thành phần sóng điều hòa bậc 2

N3 là biên độ của thành phần sóng điều hòa bậc 3

N,i1 là biên độ của thành phần sóng điều hòa bậc i

 là góc lệch pha tương đối

 2f là tần số góc, f là tần số của sóng cơ bản

1/f là thời gian ( chu kỳ) trong đó sóng phức tạp lặp lại

Về mặt toán học, để thuận tiện nên biểu diễn theo biến x hơn là theo t và

hàm y thuận tiện hơn là điện áp hay dòng điện

Như vậy:

)sin(

)3

sin(

)2

sin(

.)sin(

.)

(

3 3

2 2

1 1

0

n

R x

R

x R

x R

R x f y

x b

x b

nx a

x a

x a

A x f y

n

n

cos

2coscos

sin

2sin.sin

.)

(

2 1

2 1

Khai triển (1.3) gọi là chuỗi Fourier, khi ta có thể biểu diễn f(x) một cách

toán học, ta được các biểu thức tính các hệ số sau đây :



 

 (1.6) Các phương trình (1.2) và (1.3) là tương đương Khi đặt

) sin(

a

b g

aa tan



 (1.8)

Thành phần hằng số xác định theo (1.4) là trị số trung bình của hàm số,

ví dụ đó là điện áp một chiều (điện áp trung bình) ở đầu ra của bộ chỉnh lưu

Quan sát một dạng sóng có thể đi đến một số kết luận và đơn giản hóa

biểu thức giải tích của một sóng phức tạp:

 Nếu diện tích của các nửa chu kỳ dương và âm bằng nhau thì A=0

 Nếu f(x+) = -f(x) thì không có điều hòa bậc chẵn, nghĩa là không có

bậc 2,4…Tất cả nửa chu kỳ âm là đối xứng với nửa chu kỳ dương

 Nếu f(-x) = - f(x), bn  0, không có thành phần cosin hàm số lẻ Nếu

f(-x) = f(x), a n 0, không có các thành phần sin khi hàm số chẵn Biến dạng sóng hài của dạng sóng dòng tương đối dễ nhận ra như là dạng sóng không sin, chúng được lặp đi lặp lại tại tần số cơ bản 50 Hz Nhiễu ngẫu nhiên không có sự lặp lại Dấu hiệu để xác định một dạng sóng không sin có thành phần hài bậc chẵn hay bậc lẻ như sau: [5]

- Sóng hài bậc lẻ xuất hiện khi nửa chu kỳ âm của dạng sóng không sin lặp lại y hệt nửa chu kỳ dương, nhưng với chiều âm Nói cách khác, hài bậc lẻ xuất hiện khi phần tư chu kỳ thứ nhất và phần tư chu kỳ thứ ba là giống nhau, phần tư chu kỳ thứ hai và phần tư chu kỳ thứ tư là giống nhau Sóng hài bậc

lẻ xuất hiện với chỉnh lưu cầu vì nửa chu kỳ dương và nửa chu kỳ âm là đối xứng nhau (do đó các hài bậc chẵn bị triệt tiêu)

- Sóng hài bậc chẵn xuất hiện khi nửa chu kỳ âm không lặp lại nửa chu kỳ dương Một đặc điểm khác của hài bậc chẵn đó là phần tư thứ nhất và thứ tư

là giống nhau, phần tư thứ hai và thứ ba là giống nhau Thường ít khi thấy hài bậc chẵn trong các hệ thống điện công nghiệp

Hình 1.2: Ví dụ méo sóng AC điển hình (a) dạng sóng không sin chứa các sóng hài bậc lẻ

(b) dạng sóng không sin chứa các sóng hài bậc chẵn

Mức độ méo sóng hài sinh ra do bộ điều chỉnh tốc độ phụ thuộc vào rất nhiều biến số và nhiều biến số rất khó để định lượng, ví dụ:

 Biên độ của dòng điện chạy qua bộ biến đổi

 Cấu trúc của mạch điện tử công suất (6 xung, 12 xung)

 Đặc tính và trở kháng của hệ thống cung cấp điện nối đến tải

Nguyên nhân chính tại sao bộ biến đổi điện tử công suất sinh ra dòng điện hài là vì dòng điện không liên tục trong mỗi pha Xét về khía cạnh sinh

ra sóng hài thì việc cầu chỉnh lưu dùng diode hay thyristor đều không quan trọng vì chúng đều hoạt động tương tự nhau Trong một cầu chỉnh lưu, chỉ có hai thyristor ( hoặc diode ) được dẫn tại một thời điểm bất kỳ, và khoảng thời gian được dẫn này sẽ lần lượt đến phiên các thyristor ( diode ) kế tiếp Trong một chu kỳ của điện áp nguồn cấp, mỗi một pha trong ba pha đều dẫn một xung dương trong 120o

và một xung âm trong 120o Các dòng điện pha gián đoạn này kết hợp lại ở phía một chiều để tạo ra dòng điện một chiều DC nhấp nháy, dòng điện này được làm bằng phẳng bằng một cuộn kháng ở phía một chiều Như vậy, bộ chỉnh lưu có thể được xem như một nguồn phát sóng hài về phía lưới

Các bộ biến đổi điện tử công suất không sinh ra tất cả các bậc hài mà chỉ một số bậc hài nhất định Bậc và biên độ của một sóng hài dòng điện sinh

ra bởi bộ biến đổi điện tử công suất phụ thuộc vào 3 yếu tố chính sau:

* Số xung của một bộ biến đổi (p) Số xung của bộ biến đổi là số xung một chiều ở đầu ra của bộ chỉnh lưu trong một chu kỳ của điện áp nguồn cấp Bậc của sóng hài sinh ra được xác định theo công thức

n = kp ± 1 (1.9) Với n: bậc của sóng hài

k: số nguyên 1, 2, 3,

p: số xung của bộ biến đổi

* Biên độ của dòng tải, dòng điện I Dphía một chiều của bộ chỉnh lưu ảnh hưởng tới biên độ của dòng điện hài

* Biên độ của điện áp tải, điện áp một chiều V D của bộ chỉnh lưu ảnh hưởng tới dòng tải

1.2.2 Tổng méo điều hòa THD

THD là chỉ số đánh giá độ méo của các thành phần điều hòa của một sóng bị

méo so với thành phần cơ bản, đƣợc tính bởi công thức sau

1 2 2

Y : là giá trị hiệu dụng của tín hiệu thành phần điều hòa bậc n

Từ công thức (1.10) ta có thể đánh giá độ méo cho cả dòng điện và điện áp

qua hệ số méo dòng và hệ số méo điện áp

* Hệ số méo dòng điện:

1

2 2

U

U

n n

Chất lượng của nguồn điện cung cấp trên lưới càng kém nếu hệ số

THD càng cao

1.3 Các nguồn sinh ra sóng hài

Nguồn sinh ra sóng hài chủ yếu là các tải phi tuyến kết nối trên lưới Trong đó các thiết bị chứa các mạch điện tử công suất là các tải phi tuyến tiêu biểu Một tải được gọi là phi tuyến khi dòng điện chạy qua nó sẽ có dạng sóng khác với dạng sóng của điện áp nguồn cung cấp Sau đó, các dòng sóng hài được sinh ra từ tải này lại chạy khép vòng qua tổng trở hệ thống ( đường dây, máy biến áp…) và sinh ra các điện áp sóng điều hòa làm méo dạng điện áp nguồn cung cấp Mặt khác các phụ tải phi tuyến ngày càng được sử dụng phổ biến trong mọi lĩnh vực công nghiệp và đời sống…, cũng như điện năng tiêu thụ cho chúng cũng gia tăng một cách nhanh chóng Các phụ tải tiêu biểu như sau:

1.3.1 Máy biến áp

Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do mạch từ bão hòa sẽ làm xuất hiện những hiện tượng mà trong một số trường hợp ảnh hưởng đến trạng thái làm việc của máy biến áp

Ở đây xét những ảnh hưởng đáng kể đó khi máy biến áp làm việc không tải

Ta biết rằng khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin thì sẽ sinh ra dòng điện không tải i0 chạy trong nó, dòng điện không tải i0 này sinh ra từ thông chạy trong lõi thép Ở đây nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng điện không tải i0 thuần túy là dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép Khi đó quan hệ =f(i0) cũng chính là quan hệ từ hóa B=F(H) Trên cơ sở lý thuyết mạch, do hiện tượng bão hòa của lõi thép, nếu là hình sin thì i0 không hình sin và có dạng nhọn đầu, nghĩa là dòng điện i0 ngoài thành phần sóng cơ bản còn có các thành phần sóng hài bậc cao 3, 5, 7 , trong đó đáng chú ý là thành phần hài bậc 3 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác khá nhỏ

1.3.2 Động cơ điện

Động cơ điện xoay chiều khi hoạt động cũng sinh ra sóng điều hòa

dòng điện bậc cao Các sóng điều hòa dòng điện bậc cao được phát sinh bởi

máy điện quay liên quan chủ yếu tới các biến thiên của từ trường gây ra bởi

các khe hở giữa roto và stato Các máy điện đồng bộ có thể 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

1.3.3 Thiết bị điện tử công suất

Các bộ biến đổi điện tử công suất (chỉnh lửu, nghịch lưu …) đều được

cấu tạo từ các linh kiện bán dẫn như điốt, thyristor, tranzitor, mosfet, IGBT…,

đây đều là những phần tử phi tuyến là nguồn gốc gây ra sóng điều hòa bậc

cao Ta đi xét một số bộ biến đổi công suất gây ra sóng điều hòa bậc cao

* Các bộ biến đổi xoay chiều – một chiều

Ngày nay có rất nhiều thiết bị điện đòi hỏi phải có nguồn cấp một chiều

để hoạt động Cầu bộ biến đổi xoay chiều - một chiều được dùng phổ biến để

tạo nên những nguồn một chiều này bởi sơ đồ đơn giản, giá thành hạ và điện

áp cung cấp khá ổn định trong những điều kiện làm việc bình thường

- Chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển

Hình1.3: Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển

Hình 1.4: Dòng điện lưới của chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển

- Xét sơ đồ chỉnh lưu điốt cầu ba pha không có bộ lọc một chiều

CS

V = 220 2 sin(t + 

3

2) (V)

Hình 1.5: Sơ đồ chinh lưu điốt ba pha

Hình1.6: Dòng pha A của chỉnh lưu điốt ba pha

Dạng phổ dòng điện

Hình 1.7: Phổ dòng điện chỉnh lưu điôtba pha

Từ hình trên ta thấy dòng điện pha A bị méo rất lớn với hai đường lõm ở đỉnh Có THĐ là 30,12% và thành phần sóng điều hòa bậc 5 và bậc 7 là chủ yếu

- Xét bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển

Hình 1.8 Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển

Hình 1.9 Dạng dòng điện một pha của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển

Hình1.10 Dạng phổ dòng điện của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển

Xét tải phi tuyến là bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển Trường hợp này,THĐ là 29,29% và thành phần sóng điều hòa bậc 5 và bậc 7 là chủ yếu

1.3.4 Đèn huỳnh quang

Đây là loại tải có tính phi tuyến cao Hình 1.11 biểu diễn dòng đầu vào của đèn huỳnh quang điển hình Số lƣợng các sóng hài bậc 3, 5, 7,9 và 11 cao.Kết quả thử nghiệm của Liew [6] chỉ ra tối đa và tối thiểu thành phần sóng hài của đèn huỳnh quang, nhƣ đƣợc trình bày trong Bảng 1.1

Hình 1.11: Dòng đầu vào của bóng đèn huynh quang điển hình

Bảng 1.1: Thành phần sóng hài lớn nhất và nhỏ nhất của dòng điện bóng đèn

huỳnh quang

1.3.5 Bộ điều chỉnh tốc độ truyền động

Với sự gia tăng của các bộ điều chỉnh tốc độ truyền động trong các hệ thống năng lƣợng điện, chúng đã trở thành một vấn đề chính về chất lƣợng điện Hình 1.12 cho thấy:

Hình 1.12 Dòng đầu vào và phổ dòng sóng hài của bộ điều chỉnh tốc độ điển

hình Dòng đầu vào của một bộ điều chỉnh tốc độ điển hình và phổ sóng hài Sóng hài bậc 5 và bậc 7 là khá cao

1.3.6 Lò điện

Lò điện là một trong những thiết bị gây ra sóng điều hòa rất cao trong các hệ thống năng lƣợng điện Trong thực tế, khi lò đang tan chảy thép phế liệu, dòng điện không còn là chu kỳ và thậm chí sở hữu bậc sóng điều hòa cao Hình 1.13 biểu diễn dòng đầu vào của một lò điện điển hình và phổ sóng hài Sóng hài bậc 5 và bậc 7 cao, là nguyên nhân gây ra sự biến dạng dòng đầu vào Vì vậy, các thiết bị giảm thiểu sóng hài đƣợc sử dụng ở phía đầu vào của các hệ thống này

Hình 1.13 Dòng đầu vào và phổ sóng hài của lò điện điển hình

1.4 Ảnh hưởng của sóng hài

Trong những hệ thống có tải phi tuyến, tải phi tuyến sinh ra những sóng điều hòa bậc cao Sự tồn tại của những sóng điều hòa bậc cao này gây ra những ảnh hưởng không tốt cho nguồn cung cấp và tới tất cả các thiết bị Những ảnh hưởng quan trọng của sóng điều hòa bậc cao được mô tả dưới đây:

* Máy biến áp

Các sóng điều hòa bậc cao gây ra tổn thất trên cuộn dây, trên sắt từ và tổn thất từ thông làm nóng quá mức máy biến áp dẫn tới làm tăng tổn thất điện năng

* Động cơ và máy phát

Vấn đề quan tâm trước tiên về các dòng điện và điện áp hài là sự tăng nhiệt độ Các thành phần sóng hài gây cho máy điện nóng lên, gây ra tổn thất điện năng và làm giảm hiệu suất Khi sóng hài điện áp xuất hiện thì tồn tại dòng sóng hài động cơ ảnh hưởng tốc độ quay của động cơ gây nên hiện tượng rung trong máy điện do từ trường đập mạch phát sinh bởi dòng thứ tự không Nguy hiểm hơn là trong một số trường hợp khi tần số rung gây ra bởi sóng hài trùng với tần số dao động cơ học của máy điện dễ dẫn đến phá hủy máy Sự tác động khác nhau giữa các sóng hài, sinh ra từ thông hài trong máy điện Momen hài sinh bởi dòng sóng hài gây ra rung động và tiếng ồn lớn

* Dây dẫn điện Cùng một công suất tiêu thụ nhưng khi dây dẫn dòng hài

tổn hao nhiệt trên dây dẫn cao hơn

* Dòng điện dư dây trung tính

Sự hiện diện của dòng sóng hài trong các hệ thống năng lượng điện tăng dòng trung tính Trong trường hợp này, phần quan trọng nhất của dòng trung tính là sóng điều hòa bậc ba Theo kết quả thử nghiệm của Liew [6] cho thấy rằng trong mạch đèn huỳnh quang, dòng trung tính chiếm 30% của dòng đường dây Trong tải phi tuyến khác như bộ điều chỉnh tốc độ truyền động, tỷ

lệ này là cao hơn Các thành phần dòng điều hòa và dòng trung tính của

nguồn cung cấp năng lượng máy tính điển hình được thể hiện trong Bảng 1.2

Bảng 1.2 biểu diễn số lượng dòng trung tính là 1,61 lần lớn hơn số lượng của

dòng pha

Dòng trung tính cao hơn, trong hệ thống ba pha bốn dây, ngoài kích

thước ngày càng tăng của dây trung tính, có thể gây ra sự quá tải cấp điện,

quá tải biến áp, biến dạng điện áp, và tiếng ồn

Bậc sóng hài 1 3 5 7 9 11 13 tổng dây hệ số dòng trung

dòng pha trung tính tính với dòng pha Dòng sóng hài (A) 65 52 42 .29 .13 .12 098 1.00 1.61 1.61

Bẳng 1.2: dòng điều hòa và dòng trung tính của một nguồn cung cấp năng

lượng máy tính điển hình

* Làm nhiễu loạn đến các thiết bị điện và điện tử

Dòng sóng điều hòa di chuyển thông qua các đường dây truyền tải

nguyên nhân gây nhiễu với các mạch truyền thông gần đường dây tải điện và

có thể gây ra sự cố trong các mạch Mặt khác, sóng hài là nguyên nhân gây

nhiễu loạn trong tải nhạy cảm trong các hệ thống năng lượng như các thiết bị

y tế nhạy cảm, mạch điều khiển, và máy tính [9]

* Đối với tụ điện

Đối với các bộ tụ điện, dung kháng của các tụ giảm khi tần số tăng lên

Do đó các tụ thường rất nhạy với tần số của nguồn cung cấp Trong thực tế,

điều này có nghĩa là chỉ một giá trị nhỏ của sóng hài điện áp có thể tạo nên

dòng điện lớn đi qua mạch chứa tụ Ảnh hưởng của các thành phần điều hòa

trên bộ tụ điện đó là sự gia tăng nhiệt của điện môi cao hơn và trong nhiều

trường hợp có thể dẫn tới phá hủy chất điện môi

* Gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ

Làm tăng nhiệt máy cắt, ảnh hường khả năng cắt dòng của máy cắt do

dòng hài tồn tại làm tăng dòng hiệu dụng qua máy cắt dẫn đến máy cắt tác

động sai lệch Sóng hài trong hệ thống làm relay có thể tác động sai Do relay

hoạt động phụ thuộc vào trị đỉnh của điện áp và dòng điện Do đó chúng chịu

ảnh hưởng trực tiếp bởi sự méo dạng của sóng hài Các loại relay bảo vệ có

thể tác động sai do hiện tượng méo dạng dòng hay áp

* Gây ra méo điện áp nguồn Sóng hài dòng của tải qua trở kháng đầu ra

của nguồn sinh ra dòng sóng hài điện áp

* Gây ảnh hưởng tới các thiết bị viễn thông Các sóng hài bậc cao có thể

gây sóng điện từ lan truyền trong không gian làm ảnh hưởng đến thiết bị thu phát sóng

Với các tác hại từ sóng điều hòa gây ra cho hệ thống điện cũng như các thiết bị điện nhạy cảm như vậy việc quy định một tiêu chuẩn chung cho các thành phần sóng điều hòa trên lưới cần được đưa ra để đảm bảo chất lượng điên và các thiết bị điện Trên thế giới ngưới ta đã đưa ra các tiêu chuẩn như IEE 519 -1981, IEE STĐ 519 – 1992 để kiểm soát thành phấn sóng điều hòa Tuy nhiên ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa có một tiêu chuẩn quy định nào về vấn đề nay

Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 xây dựng các hướng dẫn khuyền nghị cho điện áp điều hòa trên các hệ thống phân phối cũng như các dòng điều hòa trong hệ thống phân phối công nghiệp Theo tiêu chuẩn, hệ thống công nghiệp có trách nhiệm kiểm soát các dòng điều hòa gây ra tại nơi làm việc trong công nghiệp Bảng 1.3 IEEE 519-1992 xác định mức độ của các dòng điều hòa mà nơi công nghiệp sử dụng có thể bơm vào các hệ thống phân phối [10]

Bảng 1.3 Giới hạn biến dạng dòng sóng hài (Ih) trong phần trăm của ( IL)

Trong đó : h là bậc của sóng hài

I h là đại lƣợng của các thành phần sóng hài riêng lẻ

I L là thành phần cơ bản của dòng tải nhu cầu lớn nhất tại điểm PCC

I SC là dòng điện ngắn mạch tại điểm PCC

Bảng 1.4 IEEE 519-1992 xác định các giới hạn méo điện áp có thể đƣợc

phản hồi trở lại vào các tiện ích hệ thống phân phối

Điện áp tại điểm nối

chung

Độ méo điện áp từng loại sóng điều hòa

Tổng nhiễu điện áp sóng điều hòa

69 kV và thấp hơn

69.0001 kV tới 161 kV

161.001 kV và trên

3.0 1.5 1.0

5.0 2.5 1.5

Bảng 1.4 Giới hạn méo điện áp

1.5 Kết luận

Trong chương này đã trình bày về sóng điều hòa, những nguyên nhân sinh ra và những tác hại lớn của sóng điều hòa bậc cao gây ra cho hệ thống điện, làm giảm chất lượng điện năng, ảnh hưởng tới hoạt động và hiệu suất của các thiết bị…Trong chương tiếp theo, sẽ trình bày một số phương pháp làm giảm sóng hài, cải thiện chất lượng điện năng

Chương 2 CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI

Sóng hài tồn tại và gây nên những tác hại không tốt đến hệ thống điện

và các thiết bị sử dụng điện Giảm thiểu hoặc hủy bỏ các sóng hài có thể được thực hiện bằng nhiều biện pháp khác nhau như dùng cuộn kháng, các bộ lọc… Tuy nhiên, sẽ là tốt hơn nếu ngăn chặn các sóng hài trong sản quá trình sản xuất Trong mục này sẽ giới thiệu một số biện pháp thực tiễn dùng để giảm ảnh hưởng của sóng hài

2.1 Biện pháp ngăn ngừa tạo ra sóng hài

Thay đổi và cải thiện đặc điểm của các thiết bị phi tuyến có thể làm giảm

số lượng sóng hài được sinh ra Việc cải tiến có thể được thực hiện hầu hết trong hai loại tải sinh ra sóng hài: hệ thống bộ chuyển đổi / bộ biến đổi và các nguồn cung cấp điện DC Giảm biên độ sóng điều hòa và triệt tiêu sóng điều hòa tần số thấp có thể được thực hiện bằng cách tăng xung điều khiển trong các hệ thống bộ chuyển đổi / bộ biến đổi Thay đổi bộ biến đổi 6-xung thành

12 xung, sóng hài bậc 5 và 7 được triệt tiêu Cải thiện cấu trúc bộ nguồn DC

và hoàn thiện chương trình điều khiển các dòng điện đầu vào của phổ sóng điều hòa Việc sử dụng bộ khuếch đại, Cuk, bộ chuyển đổi điện kháng đầu ra

sơ cấp (SEPIC), và bộ khuếch đại tích hợp flyback bộ chỉnh lưu/ lưu trữ năng lượng DC/DC (BIFRED) bộ tạo xung thay thế của Buck, buck-boost, flyback,

và bộ chuyển đổi thuận có thể cải thiện chất lượng của dòng đầu vào Hình 2.1 cho thấy các dòng đầu vào của buck, buck-boost, và bộ chuyển đổi BIFRED DC / DC và phổ sóng điều hòa của chúng.[9]

Hình 2.1 Dòng đầu vào và phổ sóng điều hòa bộ biến đổi của (a) buck, (b)

boots và (c) BIFRED

2.2 Tăng điện kháng phía nguồn xoay chiều đầu vào tải phi tuyến

Với bộ biến đổi 3 pha 6 xung thì biện pháp đầu tiên để cải thiện là thêm vào phía đầu vào xoay chiều một điện kháng Tác dụng của việc thêm điện kháng này có thể được đánh giá một cách định lượng theo Hình 2.2 và 2.3 dưới đây

Ta có thể giải thích một cách định tính như sau, cuộn kháng có tác dụng làm chậm tốc độ tăng của dòng khi dòng điện chuyển từ van này sang van khác (chuyển mạch) Với phương pháp này thì việc cải thiện được độ méo sóng hài bao nhiêu lại phụ thuộc vào lượng sụt áp cho phép với tải là bấy nhiêu

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10 111

10 100

Tæng ®iÖn kh¸ng phÝa xoay chiÒu tÝnh theo %

Hình 2.2 Dòng sóng hài sinh ra từ cầu chỉnh lưu ba pha có tụ lọc phía một

h3 0

5 10 15

35 30 25

Hình 2.3 Dòng sóng sinh ra từ cầu chỉnh lưu ba pha có kháng lọc [12] Một cuộn kháng có điện kháng phần trăm là 3% có thể giảm độ méo dòng điện sinh ra bởi bộ điều chỉnh tốc độ kiểu PWM từ khoảng 80% xuống còn khoảng 40% Tác dụng giảm méo hài của cuộn kháng được mô tả qua Hình

2.4, ta thấy tác dụng của cuộn kháng giảm dần đi khi độ lớn của cuộn kháng vượt quá 3% Độ lớn của cuộn kháng ở đây tính theo cơ sở là công suất của

hệ thống điện, và đó là điều quan trọng để có thể kiểm tra tất cả các tương tác

hệ thống khi chúng đã được thiết kế Thông thường các bộ lọc thụ động có kết cấu gồm nhiều loại đường dẫn song song có trở kháng thấp đối với nhiều bậc hài khác nhau Dòng hài sẽ chảy qua các đường dẫn có trở kháng thấp này và làm áp hài tại điểm xét giảm đi Hình 2.5 biểu diễn một số sơ đồ bộ lọc thông thường

Điều chỉnh Bộ lọc thông cao Bộ lọc thông cao Bộ lọc thông cao

đơn bậc một bậc hai bậc ba

Hình 2.5 Biểu diễn một số sơ đồ bộ lọc thông thường [10]

2.3.1 Bộ lọc thụ động mắc song song

Loại phổ biến nhất của bộ lọc thụ động là bộ lọc điều chỉnh đơn

"notch" Đây là loại mang lại tính kinh tế cao và thường khá hiệu quả trong phần lớn các trường hợp Bộ lọc notch được điều chỉnh để cộng hưởng nối tiếp tại một tần số hài nhất định qua đó tạo ra một đường dẫn trở kháng thấp cho dòng hài đó và được kết nối song song với hệ thống điện Như vậy, dòng hài được chuyển hướng từ đường dẫn dòng chảy chuẩn của chúng trên đường dây qua bộ lọc Ngoài tác dụng hạn chế sóng hài thiết bị này còn có thể cải thiện hệ số công suất Thực tế người ta thường tận dụng luôn các tụ bù hệ số công suất để tạo thành bộ lọc này

Một điểm cần chú ý với bộ lọc này đó là nó tạo ra một điểm cộng hưởng song song tại tần số dưới tần số chỉnh Ta phải tránh để tần số cộng hưởng này trùng với một tần số điều hòa nào đó Bộ lọc thường được chỉnh

để có tần số lọc nhỏ hơn một chút so với bậc hài cần lọc qua đó sẽ tạo ra một biên độ an toàn trong trường hợp một vài thông số thay đổi trong thông số hệ thống

Để tránh các vấn đề về cộng hưởng này, bộ lọc phải lọc được thiết kế lọc ngay được các sóng điều hòa bậc thấp Ví dụ, lắp đặt bộ lọc sóng điều hòa bậc 7 thường yêu cầu cũng phải lắp bộ lọc sóng điều hòa bậc 5

Hình 2.6 Bộ lọc sóng hài ―notch‖ bậc 5 và tác động của nó lên hệ thống [10]

2.3.2 bộ lọc thụ động mắc nối tiếp

Bộ lọc thụ động mắc nối tiếp Không giống nhƣ một bộ lọc notch đƣợc kết nối song song với hệ thống điện, bộ lọc thụ động này mắc nối với tải Các điện cảm và điện dung đƣợc kết nối song song và đƣợc điều chỉnh để cung cấp một trở kháng cao tại một tần số sóng hài có lựa chọn Trở kháng cao sau

đó ngăn chặn dòng chảy của dòng sóng hài tại chỉ tần số điều chỉnh Tại tần

số cơ bản, bộ lọc sẽ đƣợc thiết kế để mang lại một trở kháng thấp, do đó cho phép dòng cơ bản đi qua Hình 2.6 biểu diễn sơ đồ bộ lọc thụ động mắc nối tiếp điển hình

Hình 2.7 Biểu diễn sơ đồ bộ lọc thụ động mắc nối tiếp điển hình [10]

Bộ lọc thụ động mắc nối tiếp đƣợc sử dụng để ngăn chặn một dòng đều hòa duy nhất (chẳng hạn nhƣ sóng điều bậc ba) và đặc biệt hữu ích trong một mạch điện một pha, ở đây nó không đòi đặc tính thứ tự không Khi lọc nhiều bậc hài khác nhau thì bộ lọc kiểu này tỏ ra hạn chế Lý do là vì cấu trúc mạch

lọc khi đó gồm nhiều bộ lọc nối tiếp, mỗi bộ lọc được điều chỉnh để lọc một sóng hài nhất định, dẫn đến tổn hao quá lớn

Hơn nữa, giống như các thành phần mắc nối tiếp trong hệ thống năng lượng, bộ lọc mắc nối tiếp phải được thiết kế để mang một dòng tại định mức đầy đủ và phải có một chương trình bảo vệ quá dòng Vì vậy, các bộ lọc mắc nối tiếp được áp dụng phổ biến ít hơn nhiều hơn so với các bộ lọc mắc song song

Thiết kế bộ lọc thụ động

Bộ lọc điều chỉnh đơn "notch"được thiết kế cho một bộ phận và áp dụng tại đường dây 480V Tải tại bộ lọc được thiết lập là 1200kva với hệ số công suất cho 0,75 Tổng dòng sóng hài gây ra bởi tải chiếm 30% của dòng

cơ bản và có sóng hài bậc 5 lớn nhất chiếm 25% Bộ phận này có máy biến

áp 1500kva với trở kháng chiếm 6% Độ méo hài điện áp bậc 5 ở phía bên tiện ích của máy biến áp chiếm 1,0% số cơ bản khi không có tải

Bộ lọc sóng hài được thiết kế theo các bước sau:

Nó cũng làm giảm công suất trên các thành phần bộ lọc và giảm thiểu tới mức nhỏ nhất khả năng phá hủy sự cộng hưởng sóng hài nếu các thông số hệ thống thay đổi và gây ra các tần số cộng hưởng dịch chuyển Trong thiết kế này, bộ lọc cộng hưởng đển sóng hài bậc 4.7th

Bước 2 Tính toán dung lượng bộ tụ điện và tần số cộng hưởng

Nói chung, kích thước bộ lọc dựa trên nhu cầu công suất phản kháng tải cho hiệu chỉnh hệ số công suất Trong trường hợp này khi có sẵn hiệu chỉnh hệ số công suất bộ tu điện là điều chỉnh trong bộ lọc sóng hài, kích thước tụ điện được đưa ra Từ đó kích thước bộ điện kháng được chọn để hiệu chỉnh tần số, điện áp định mức của bộ tụ điện cần phải được cao hơn so với điện áp hệ thống để cho phép tăng điện áp trên bộ điện kháng Đó là lý do tại sao nó tốt hơn để thay thế các bộ tụ điện thường Trong thiết kế này, không có

bộ tụ điện được cài đặt và hệ số công suất mong muốn là 96% Đó là công suất phản kháng lưới điện từ các bộ lọc cần thiết để hiệu chỉnh 75-96 phần trăm hệ số công suất

Công suất phản kháng yêu cầu cho 75 phần trăm hệ số công suất sẽ là:

1200  sin[ arccos (0.75)] = 794,73 kvar (2.1) Công suất phản kháng yêu cầu cho 96 phần trăm hệ số công suất sẽ là

1200  sin[ arccos (0.96)] = 336,0 kvar (2.2) Yêu cầu bù từ bộ lọc:

794,73 - 336,0 = 457,73 kvar (2.3) Đối với một hệ thống 480V thường, dung kháng bộ lọc x filter mắc hình sao được xác định bởi:

73 , 457

) 1000 (

48 ,

0 2  (2.4) Xfilter là sự khác biệt giữa dung kháng và cảm kháng ở tần số cơ bản

7 , 4 5034 ,