Ứng dụng thiết bị bù dọc đa chức năng trong cải thiện chất lượng điện năng

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng việt APF Active Power Filter Thiết bị lọc sóng hài tích cực DVR Dynamic Voltage Restore Thiết bị điện áp chủ động HVDC H

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của TS Nguyễn Xuân Tùng, giảng viên Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện, Trường đại học Bách khoa Hà Nội - người hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô đã tham gia giảng dạy trong khóa học, các thầy cô tại Viện Điện, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành khóa học này

Lời cuối, tôi muốn cảm ơn sự động viên khích lệ của các anh/chị/em trong lớp Cao học kỹ thuật điện 2011B, những người bạn đã đồng hành cùng tôi trong suốt chặng đường học tập đã qua

Tác giả

Phạm Quý Thắng

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 11

1.1 Định nghĩa về chất lượng điện năng 11

1.2 Lý do cần nghiên cứu về chất lượng điện năng 12

1.3 Phân loại vấn đề chất lượng điện năng 13

1.4 Sóng hài 13

1.4.1 Khái niệm sóng hài 13

1.4.2 Chỉ số đánh giá sóng hài 14

1.4.3 Nguồn phát sinh sóng hài 15

1.4.4 Ảnh hưởng của sóng hài 17

1.5 Sụt áp ngắn hạn 20

1.5.1 Khái niệm sụt áp ngắn hạn 20

1.5.2 Tiêu chuẩn đánh giá 20

1.5.3 Nguyên nhân gây sụt áp ngắn hạn trong hệ thống điện 23

1.5.4 Ảnh hưởng của sụt áp ngắn hạn 25

CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP LOẠI TRỪ ẢNH HƯỞNG CỦA SỤT ÁP NGẮN HẠN VÀ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 26

2.1 Giải pháp chống lại sụt áp ngắn hạn – Thiết bị ọ 26

2.1.1 Cấu hình và nguyên lý vận hành của thiết bị ọc 26

2.1.2 Các phương thức điều khiển thiết bị ọc 28

2.2 Các giải pháp loại trừ ảnh hưởng của sóng hài trong hệ thống điện – Bộ lọc tích cực 30

2.2.1 Một số biện pháp loại trừ ảnh hưởn của sóng hài 30

2.2.2 Các bộ lọc sóng hài thụ động 30

2.2.3 Các bộ lọc sóng hài tích cực 32

2.2.4 Bộ lọc hỗn hợp 33

CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI VỚI THIẾT BỊ BÙ DỌC VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN 34

3.1 Các vấn đề còn tồn tại với thiết bị bù dọc 34

3.2 Giới thiệu về hệ trục tọa độ quay đồng bộ dq0 35

3.3 Thuật toán điều khiển đề xuất 39

3.3.1 Khâu phân tích lựa chọn chức năng hoạt động 40

3.3.2 Khâu phát hiện sụt áp 41

3.3.3 Chức năng lọc sóng hài tích cực 43

3.3.4 Chức năng điện áp 49

3.3.5 Sơ đồ điều khiển hoạt động của thiết bị 51

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG THUẬT TOÁN 52

4.1 Giới thiệu phần mềm PSCAD 52

4.2 Sơ đồ và thông số mô phỏng 53

4.2.1 Sơ đồ mạch 53

4.2.2 Các khối điều khiển 54

4.3 Tiến trình mô phỏng và kết quả 57

4.3.1 Từng chức năng hoạt động độc lập 57

4.3.2 Các chức năng hoạt động phối hợp liên động 68

KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Phân tích Fourier của sóng bị méo dạng 13

Hình 1.2: Tiêu chuẩn điện áp theo Thông tư 12 và 32 14

Hình 1.3: Điện áp sin qua tải phi tuyến tạo ra òng điện không sin 15

Hình 1.4: Dòng điện của đèn huỳnh quang dùng chấn lưu điện tử 16

Hình 1.5: Dạng sóng và phân tích hài òng điện của bộ chỉnh lưu cầu ba pha 16

Hình 1.6: Hiện tượng sụt áp ngắn hạn 20

Hình 1.7: Thời gian sụt áp của từng pha 21

Hình 1.8: Độ lớn sụt áp và thời gian sụt áp tương đương 21

Hình 1.9: Đường cong chịu đựng điện áp ITIC 23

Hình 1.10: Dạng điện áp khi lò luyện nhôm lớn hoạt động 24

Hình 1.11: Sụt giảm điện áp khi động cơ lớn khởi động 24

Hình 2.1: Cấu hình phổ biến của thiết ị ọc 27

Hình 2.2: B chính xác điện áp trước sự cố 28

Hình 2.3: Bù với điện áp bù nhỏ nhất 29

Hình 2.4: B điện áp tối ưu về năng lượng 29

Hình 2.5: Bộ lọc thụ động bù dọc 30

Hình 2.6: Bộ lọc thụ động bù ngang 31

Hình 2.7: Bộ lọc tích cực bù ngang 32

Hình 2.8: Bộ lọc tích cực bù dọc 33

Hình 3.1: Cấu hình thiết bị bù dọc 34

Hình 3.2: Mối quan hệ giữa hệ trục dq0 và abc 35

Hình 3.3: Cấu hình thiết bị nghiên cứu thuật toán điều khiển 39

Hình 3.4: Khâu lựa chọn chức năng hoạt động 40

Hình 3.5: Sơ đồ thuật toán phát hiện sụt áp 43

Hình 3.6: Sơ đồ mạch thay thế 44

Hình 3.7: Cấu trúc PLL 48

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý điều khiển thiết bị bù tích cực nối tiếp 49

Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý thuật toán điều khiển thiết bị điện áp chủ động 51

Hình 3.10: Sơ đồ thuật toán điều khiển thiết bị 51

Hình 4.1: Màn hình giao diện chính của phần mềm PSCAD 52

Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng 54

Hình 4.4: Sơ đồ mô phỏng điều khiển điện áp 55

Hình 4.5: Sơ đồ mô phỏng khối phát hiện sụt áp 56

Hình 4.6: Điện áp nguồn bị méo dạng 58

Hình 4.7: Điện áp tải trước và sau khi chức năng lọc sóng hài hoạt động 58

Hình 4.8: Tổng độ méo hài điện áp tải khi chức năng lọc sóng hài hoạt động 59

Hình 4.9: Phổ hài điện áp trước và sau khi chức năng lọc sóng hài hoạt động 59

Hình 4.10: Điện áp nguồn và tải khi chức năng lọc sóng hài hoạt động 60

Hình 4.11: Biến thiên THD điện áp điện áp không cân ng 61

Hình 4.12: Điện áp nguồn ị suy giảm tại thời điểm 0.3s 62

Hình 4.13: Điện áp tải khi xảy ra sụt áp áp hoạt động liên tục 62

Hình 4.14: Điện áp tải khi xảy ra sụt áp áp được kích hoạt tự động) 63

Hình 4.15: Điện áp nguồn tại thời điểm sự cố gây sụt áp được giải trừ 63

Hình 4.16: Điện áp tải tại thời điểm sự cố gây sụt áp được giải trừ 64

Hình 4.17: Điện áp nguồn và điện áp tải khi chức năng áp hoạt động 64

Hình 4.18: iá trị hiệu ụng điện áp nguồn và tải 65

Hình 4.19: Điện áp nguồn và tải khi xảy ra sự cố gây sụt áp hai pha 66

Hình 4.20: Điện áp nguồn và tải khi xảy ra sự cố gây sụt áp một pha 67

Hình 4.21: Điện áp nguồn tại thời điểm ắt đầu xảy ra sự cố gây sụt áp 68

Hình 4.22: Điện áp tải tại thời điểm ắt đầu xảy ra sự cố gây sụt áp 69

Hình 4.23: Điện áp nguồn tại thời điểm kết th c sự cố gây sụt áp 69

Hình 4.24: Điện tải tại thời điểm kết th c sự cố gây sụt áp 70

Hình 4.25: iá trị hiệu ụng điện áp nguồn và tải khi xảy ra sự cố gây sụt áp 70

Hình 4.26: Điện áp tải và nguồn khi xảy ra sự cố sụt áp hai pha 71

Hình 4.27: Điện áp tải và nguồn khi xảy ra sự cố sụt áp một pha 72

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng việt

APF Active Power Filter Thiết bị lọc sóng hài tích cực

DVR Dynamic Voltage Restore Thiết bị điện áp chủ động

HVDC Hight Voltage Direct Current Hệ thống truyền tải điện cao áp một

chiều ITIC Information-Technology-

Industry -Council

Hiệp hội công nghiệp và công nghệ thông tin

PF Passive Filter Thiết bị lọc sóng hài thụ động

PLL Phase-Locked Loop Mạch vòng khóa pha

PSCAD Power System Computer

Aided Design

Phần mềm mô phỏng quá trình quá độ điện từ

PWM Pulse Width Modulation Điều biến độ rộng xung

SAPF Series Active Power Filter Thiết bị lọc sóng hài tích cực nối tiếp THD Total Harmonic Distotion Tổng độ méo sóng hài

VSC Voltage Source Converter Bộ nghịch lưu nguồn áp

MỞ ĐẦU

Hiện nay, vấn đề chất lượng điện năng đang nhận được rất nhiều sự quan tâm của cả ngành điện và các hộ tiêu thụ Các thiết bị ng để cải thiện chất lượng điện năng sử dụng các bộ biến đổi công suất đã được nghiên cứu ởi nhiều nhà khoa học và đã được đưa vào vận hành hiệu quả tại một số nơi trên thế giới

Thiết bị bù dọc thường được sử dụng với chức năng chống lại các sụt áp

ngắn hạn hay còn gọi là thiết bị điện áp chủ động (Dynamic Voltage Restorer DVR) Thiết bị này thường được trang bị cho các phụ tải rất quan trọng, có yêu cầu

-cao về chất lượng điện năng Tuy nhiên nếu chỉ sử dụng với mục đích chống lại sụt

áp ngắn hạn thì hệ số sử dụng của thiết bị là rất thấp vì sụt áp có tần suất xảy ra không nhiều Xuất phát từ ý tưởng cải thiện chất lượng điện năng cho phụ tải quan trọng không chỉ về độ lớn điện áp mà còn cả về vấn đề dạng sóng điện áp, nội dung luận văn đề xuất đưa thêm chức năng lọc sóng hài vào trong thuật toán điều khiển của thiết bị ọc

Với thuật toán điều khiển mới, thiết bị ọc có thể vừa đảm nhiệm chức năng chính là lại điện áp ị sụt giảm và vừa có thể lọc các sóng hài có thể gây ảnh hưởng đến phụ tải Mục tiêu hướng tới là thiết bị hoạt động trong lưới phân phối, o đó các chức năng của thiết bị phải đảm bảo hoạt động chính xác trong cả điều kiện điện áp cân b ng và điện áp không cân b ng (vấn đề thường xuyên gặp phải của lưới phân phối) Với việc tích hợp thêm chức năng thì hiệu suất sử dụng hiệu quả của thiết bị ọc được tăng lên đáng kể

Để đạt được các mục tiêu nêu trên, luận văn sử dụng phương pháp phân tích

tín hiệu dựa trên cơ sở hệ trục tọa độ quay đồng bộ dq0 và phần mô phỏng được

thực hiện ng phần mềm PSCAD Các kết quả mô phỏng đã chứng minh tính đ ng đắn của thuật toán được đề xuất và tính khả thi để có thể áp dụng trong thực tế

Nội dung luận văn được trình bày theo các phần sau đây:

Chương 1: Giới thiệu một số vấn đề cơ ản về chất lượng điện năng và ảnh

hưởng của hai vấn đề quan tâm là sụt áp ngắn hạn và sóng hài tới các thiết bị trong

hệ thống điện

Chương 2: Giới thiệu các giải pháp để chống lại hiện tượng sụt áp ngắn hạn

cũng như các ộ lọc sóng hài Phần này sẽ với thiệu chi tiết về thiết bị bù ọc và bộ lọc tích cực

Chương 3: Đánh giá tổng quát các ưu điểm cũng như các vấn đề còn tồn tại

đối với thuật toán điều khiển thiết bị điện áp chủ động, từ đó đề xuất thuật toán điều khiển mới, tích hợp thêm chức năng lọc sóng hài Phần này cũng giới thiệu hệ

trục tọa độ dq0 và một số phân tích để làm nền tảng cho các khâu xử lý tín hiệu

Tiếp sau sẽ là chi tiết của thuật toán điều khiển được đề xuất, thuật toán này đã tích hợp thêm chức năng lọc sóng hài

Chương 4: Giới thiệu phần mềm PSCAD và chi tiết của mô hình mô phỏng,

đồng thời đưa ra các kịch bản và kết quả mô phỏng cùng nhận xét

Chương 5: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu mới

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

1.1 Định nghĩa về chất lượng điện năng

Từ thế kỷ XX người ta đã nghiên cứu và đưa ra các khái niệm về "chất lượng điện năng", nó đã trở thành một khái niệm gây tranh cãi và cho đến ngày nay thì còn nhiều bất đồng về việc sử dụng khái niệm này, về cách định nghĩa và áp ụng nó thế nào cho chính xác

Trong nhiều tài liệu, chất lượng điện năng được hiểu là chất lượng của sản phẩm điện năng được nhà cung cấp phân phối cho các hộ tiêu thụ Nhiều nhà chuyên môn đã đưa ra những nhận định của riêng mình:

 Theo Roger.C.Dugan: có rất nhiều định nghĩa khác nhau về chất lượng điện năng , điều này phụ thuộc vào vị trí người đưa ra định nghĩa này Ví ụ các nhà cung cấp điện thì định nghĩa "chất lượng điện năng" là độ tin cậy và khẳng định độ tin cậy đó; các nhà quản lý cũng đưa ra các tiêu chuẩn dựa trên quan điểm này; còn các hộ tiêu thụ thì định nghĩa "chất lượng điện năng" là những đặc tính của nguồn điện cho phép thiết bị làm việc ổn định Ngoài ra ông cũng đã viết "chất lượng điện năng" b ng "chất lượng điện áp" và phân tích r ng hệ thống cung cấp điện chỉ có thể điều chỉnh chất lượng của điện áp chứ không thể điều chỉnh được òng điện do

các tải đặc biệt sinh ra Từ đó Roger.C Dugan đưa ra định nghĩa: “chất lượng điện năng là bất kỳ một vấn đề điện năng nào thể hiện qua sai lệch của điện áp , dòng điện hay tần số dẫn đến các thiết bị của người sử dụng bị hỏng hay hoạt động sai”[13]

 Theo Barry W Kennedy, ông nhận định chất lượng điện năng theo hai quan điểm nó là một vấn đề hay một sản phẩm tuỳ thuộc theo quan điểm của từng người

Ông viết: “Nếu bạn là một kỹ sư điện, một nhà nghiên cứu về điện hay một thợ điện thì bạn có thể nhìn nhận chất lượng điện năng là một vấn đề và cần phải được giải quyết Còn nếu bạn là nhà kinh doanh, người mua bán điện hay một khách hàng tiêu thụ điện thì điện năng là một sản phẩm và chất lượng điện năng là một phần quan trọng của sản phẩm đó” Từ đó ông đưa ra định nghĩa của Gerry Heydt về

chất lượng điện năng “là biện pháp, sự phân tích, cải thiện cho điện áp, thông thường là điện áp trên tải , để duy trì điện áp này có dạng song hình sin theo điện

áp và tần số ở định mức”[6]

 Trong một số tài liệu khác, Maura.C.Ryan định nghĩa:“chất lượng điện năng

là mức độ trong đó việc sử dụng và phân phối năng lượng điện đều tác động đến sự hoạt động của thiết bị điện Bất kỳ một sai lệch nào so với iên độ, tần số hay dạng sóng của điện áp đều được xem như là các vấn đề chất lượng điện năng”[11]

 Kabelo Klifford Modipance cho r ng: “chất lượng điện năng là ất kỳ phản ứng nào không ình thường trên hệ thống điện xảy ra đối với dạng sóng của dòng điện hay /và điện áp, tác động có hại đối với sự hoạt động ình thường của thiết bị điện hay điện tử”[10]

1.2 Lý do cần nghiên cứu về chất lƣợng điện năng

Thực tế cho thấy, có nhiều lý do về kinh tế, kỹ thuật dẫn đến phải nghiên cứu

và phân tích, đưa ra giải pháp đối với vấn đề chất lượng điện năng không đảm bảo:

 Trong xã hội phát triển, các thiết bị hiện đại ngày càng sử dụng nhiều khâu nhạy cảm với các biến đổi không ình thường của điện áp (thiết bị điện tử công suất, thiết bị điện dân dụng, ) Trong nhiều nghành công nghiệp, đôi khi chỉ một thay đổi nhỏ của điện áp trong ngắn hạn có thể dẫn tới dừng dây chuyền hay gây thiệt hại lớn về sản xuất Luật Điện lực cũng đã cho phép khách hàng có quyền được bồi thường nếu chất lượng điện không như cam kết

 Nghiên cứu về chất lượng điện năng cũng gi p các công ty có chiến lược đầu

tư nâng cấp thiết bị phù hợp, tránh lãng phí

 Các nhà sản xuất thiết bị tiêu thụ điện cũng quan tâm đến chất lượng điện năng với mục đích để đưa ra các sản phẩm có khả năng chịu đựng tốt hơn trong điều kiện chất lượng điện năng không đảm bảo, nâng cao tính cạnh tranh, đặc biệt là sản phẩm ành cho thị trường ở các nước đang phát triển

1.3 Phân loại vấn đề chất lƣợng điện năng

Đứng trên quan điểm người sử dụng có thể phân loại các vấn đề của chất lượng điện năng một cách sơ ộ bao gồm:

 Mất cân b ng òng điện & điện áp;

 Sụt giảm điện áp, mất điện áp;

1.4.1 Khái niệm sóng hài

Sóng hài là các dạng nhiễu không mong muốn, xuất hiện ưới dạng các

òng điện hay điện áp có tần số b ng số nguyên lần tần số của nguồn cung cấp thường được gọi là tần số sóng cơ ản)

Như ta đã iết, một sóng tuần hoàn bất kì đều có thể phân tích thành tổng các sóng sin, trong đó có thành phần cơ ản (bậc 1) và các thành phần bậc cao:

( ) ( ) ( )

Hình 1.1: Phân tích Fourier của sóng bị méo dạng

Trong trường hợp lý tưởng, tất cả sóng điện áp và òng điện trong hệ thống điện có dạng hình sin với tần số là tần số cơ ản.Tuy nhiên, điện áp và òng điện thực tế trong hệ thống điện không thuần túy hình sin Ngay cả điện áp tại đầu cực máy phát cũng ị méo dạng, tuy nhiên độ méo này rất nhỏ nên có thể được bỏ qua khi xem xét Khi đó, có thể phân tích sóng điện áp và òng điện là tổng của sóng hình sin tần số cơ ản và các sóng hài có bậc là bội số của sóng cơ ản

Tuy nhiên, hiện nay việc kiểm soát sóng hài chưa được thực hiện chặt chẽ, dẫn tới một số vị trí có mức độ biến dạng sóng hài lớn hơn nhiều so với quy định

1.4.3 Nguồn phát sinh sóng hài

Với sự phát triển ngày càng nhanh của các loại tải phi tuyến, các bộ biến đổi điện tử công suất, một vấn đề nảy sinh đối với chất lượng điện năng đó là sự phát tán các thành phần sóng hài lên lưới điện

Khi tải phi tuyến hoạt động trong điều khiện điện áp đặt lên nó có dạng hình sin thì òng điện sinh ra bị méo dạng

Hình 1.3: Điện áp sin qua tải phi tuyến tạo ra dòng điện không sin

Thành phần dòng hài gây nên các thành phần sụt áp U hài làm cho sụt áp tổng U bị méo Do đó, mặc điện áp nguồn là sin nhưng điện áp tại điểm đấu nối chung của các thiết bị sẽ bị méo Nếu như có các thiệt bị khác đấu nối c ng thanh cái thì các thiết ị này sẽ phải chịu điện áp không sin đặt vào

( ) ( ) ( ) (1.3) Một số nguồn phát sinh sóng hài thường gặp trong hệ thống điện:

 Đèn huỳnh quang: Các loại đèn huỳnh quang chiếm tỉ trọng lớn trong phụ tải sinh hoạt, tuy nhiên, o đây là loại đèn phóng điện trong chất khí nên cần có một

chấn lưu nh m cung cấp điện áp đủ lớn nh m tạo ra dòng hồ quang khi khởi động,

do vậy sóng hài phát sinh ra rất lớn

Hình 1.4: Dòng điện của đèn huỳnh quang dùng chấn lưu điện tử

 Thiết bị điện tử công suất: Các van công suất khi hoạt động có thể gây ra sóng hài với tần số cao Thiết bị điện tử công suất sử dụng phổ biến trong các thiết

bị công nghiệp cũng như gia dụng: máy vi tính, bộ điều tốc động cơ, ộ lưu điện UPS, Các thiết bị này tạo ra òng điện méo dạng rất lớn tùy thuộc vào đặc trưng của từng thiết ị

Hình 1.5: Dạng sóng và phân tích hài dòng điện của bộ chỉnh lưu cầu ba pha

 Các thiết bị có khả năng ão hòa: Bao gồm máy biến áp, động cơ và các thiết

bị điện từ có lõi sắt Sóng hài sinh ra khi các thiết bị này rơi vào v ng bão hòa của

lõi sắt Mặc dù dòng kích thích của máy biến áp lực chứa nhiều thành phần sóng hài, trong thực tế nó vẫn nhỏ hơn 1% giá trị của òng điện khi đầy tải Tuy nhiên, ảnh hưởng của chúng có thể thấy rõ khi trong hệ thống truyền tải có nhiều máy biến

áp Ta có thể thấy độ lớn của sóng hài bậc a thường tăng lên đáng kể khi mà các máy biến áp làm việc non tải và điện áp tăng Khi đó, òng điện kích thích tăng lên,

o đó trị số sóng hài cũng tăng lên Hiện tượng điện áp méo do sự quá kích thích của biến áp chỉ xuất hiện khi trạng thái làm việc là non tải Các động cơ cũng sinh

ra các hài òng điện khi bị quá kích thích

 Các thiết bị hồ quang: Bao gồm các thiết bị như lò hồ quang, máy hàn hồ quang, Đặc tính Volt – Ampere của dòng hồ quang là phi tuyến, sau khi hồ quang được sinh ra, điện áp giảm, trong khi òng điện hồ quang lại tăng lên và ị giới hạn chỉ bởi trở kháng của nguồn

1.4.4 Ảnh hưởng của sóng hài

Ảnh hưởng của sóng hài trong hệ thống điện thể hiện trên nhiều nhiều thiết

bị, tuy nhiên việc xác định chính xác mức độ ảnh hưởng vẫn còn là vấn đề cần có các nghiên cứu chuyên sâu Những tác hại của sóng hài gây ra có thể gây ảnh hưởng trực tiếp, tuy nhiên cũng có thể gây ảnh hưởng gián tiếp qua một thời gian dài

 Làm méo hệ thống điện áp: điện áp nguồn phát ra là dạng sóng sin (mức độ méo sóng rất nhỏ, hoàn toàn có thê bỏ qua), tuy nhiên khi xuất hiện phụ tải phi tuyến kèm theo òng điện không sin sẽ gây ra sụt áp không sin trên đường dây Sụt

áp không sin gây ra điện áp tại thanh cái chung bị méo sóng và sẽ ảnh hưởng đến các thiết bị khác đang nhận điện từ thanh cái chung này

 Làm xấu hệ số công suất: càng nhiều thành phần sóng hài thêm vào cùng với thành phần cơ ản, thì giá trị òng điện hiệu dụng tổng sẽ tăng lên, vì vậy sẽ ảnh hưởng tới hệ số công suất của mạch Hệ số công suất cos, được tính như sau cho thành phần cơ ản của dòng và áp):

 Sự dịch pha giữa điện áp và òng điện gây ra sự thay đổi về giá trị hệ số công suất Vì òng điện chỉ có thể sớm hoặc trễ pha so với điện áp từ 0 tới 900, hệ

số công suât sẽ luôn ương và nhỏ hơn hoặc b ng 1 Trong trường hợp sóng dòng điện không phải hình sin và điện áp là sóng sin Công suất được tính b ng cách lấy tích phân của tích òng điện và điện áp theo thời gian.Vì điện áp chỉ gồm thành phần tần số bậc một, nên công suất sẽ bao gồm một dãy các số hạng là tích của điện

áp với từng thành phần dòng hài Số hạng đầu tiên của dãy là tích của điện áp và thành phần cơ ản của òng điện Hiển nhiên số hạng này luôn ương nó là công suất tác dụng được đưa tới tải Những số hạng còn lại bao gồm tích của điện áp tần

số cơ ản và một thành phần dòng hài bậc cao hơn Tích của sóng sin tần số cơ ản với tần số khác tạo ra một sóng hình sin mà có giá trị trung bình trong chu kỳ b ng không Vì thế, không một dòng hài bậc cao hơn nào tạo ra công suất tác dụng nếu điện áp chỉ bao gồm thành phần cơ ản Hệ số công suất tổng sẽ được tính b ng:

√ ( ) √ ( ) (1.5)

 Thành phần thứ hai trong tích trên là hệ số công suất méo gây bởi thành phần sóng hài Nhận thấy thành phần này luôn nhỏ hơn 1 nên hệ số công suất khi có sóng hài bị giảm đi so với khi không có sựa xuất hiện của sóng hài

 Gây thêm phát nóng: Do ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài, làm cho vật dẫn

bị làm nóng nhanh chóng khi tần số òng điện tăng Nếu trong điều kiện tồn tại sóng hài với trị số lớn, thiết bị vẫn có thể bị quá nhiệt ngay cả khi mang òng định mức và làm cho tổn hao công suất cũng tăng lên

 Tổn hao từ trễ tỉ lệ với tần số và dòng Fu-cô tỉ lệ với ình phương tần số nên dòng hài cũng gây tăng tổn thất trong cuộn dây và mạch từ của máy biến áp Cũng giống như máy iến áp sóng hài gây ra thêm tổn hao từ trường trong lõi thép của động cơ Dòng hài cũng gây nên tổn hao trong cuộn ây động cơ Một ảnh hưởng khác nghiêm trọng hơn là sự ao động mômen vì sóng hài Những sóng hài thường gặp trên lưới điện là hài bậc năm và ậc bảy Sóng hài bậc năm là sóng hài thứ tự

nghịch, dẫn tới từ trường quay ngược chiều với từ trường cơ ản với tốc độ b ng năm lần tốc độ cơ ản Hài bậc bẩy là hài thứ tự thuận, từ trường quay cùng hướng

từ trường cơ ản với tốc độ b ng bẩy lần cơ ản Từ đó ẫn tới sự tương tác từ trường và òng điện cảm ứng trên rotor tạo ra sự ao động của trục động cơ Nếu tần số ao động trùng với tần số tự nhiên của những thành phần cơ, những thiệt hại nghiêm trọng có thể xảy ra Sự rung và ồn quá mức trong hoạt dộng của động cơ trong môi trường sóng hài nên được kiểm tra để ngăn chặn những thiệt hại Những động cơ làm việc trong môi trường ô nhiễm sóng hài cần được thiết kế đặc biệt

 Ảnh hưởng tới thiết bị bảo vệ rơle và đo đếm: Sự xuất hiện thành phần sóng hài làm cho thiết bị bảo vệ tác động sai hoặc không tác động khi có sự cố Tùy từng điều kiện rơle có thể tác động trước hoặc chậm hơn so với yêu cầu hoặc định vị sai

vị trí điểm sự cố (ảnh hưởng nhiều nhất đến các rơle tĩnh và rơle cơ, rơle số thường được trang bị các bộ lọc rất tốt nên ít bị ảnh hưởng), điều này có thể gây ra những tác động xấu đến cả hệ thống Các thiết bị đo đếm cũng ị ảnh hưởng, tuy nhiên rất khó để xác định sai số gây ra là âm hay ương Sai số này phụ thuộc không những vào tần số sóng hài có trong đại lượng cần đo mà còn cả vào góc pha của sóng hài,

o đó rất khó tổ hợp hết các trường hợp có thể xảy ra để tiến hành thí nghiệm kiểm chứng

 Gây nhiễu: Đối với các thiết bị đo, hệ thống máy tính, các thiết ị truyền thông, y tế, … đòi hỏi chất lượng điện áp cao, sự xuất hiện của sóng hài có thể làm chúng hoạt động không chính xác Với đường dây tải điện có tồn tại sóng hài sẽ phát ra những sóng điện từ ra môi trường xung quanh Những thiết bị đặt gần sẽ bị những sóng điện từ gây nhiễu Các thiết bị điều khiển hoạt động dựa trên việc xác định thời điểm dòng, áp qua điểm không có thể làm việc sai do trong một chu kỳ có thể xuất hiện nhiều thời điểm tín hiệu qua điểm không này

 Quá tải các bộ tụ bù: tổng trở của các bộ tụ phụ thuộc vào tần số vận hành, tần số càng cao thì tổng trở càng giảm thấp Do vậy, với các sóng hài thì bộ tụ có thể trở thành nơi h t sóng hài và có thể bị quá tải, quá nhiệt (nhất là với các bộ tụ khô) Bên cạnh đó, tại các tần số của sóng hài, có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng

giữa bộ tụ và trở kháng của hệ thống, có thể gây lên các ao động mạnh của điện áp

và òng điện

1.5 Sụt áp ngắn hạn

1.5.1 Khái niệm sụt áp ngắn hạn

Sụt áp ngắn hạn là hiện tượng mà tại một điểm nào đó điện áp trong hệ

thống giảm thấp ưới ngưỡng cho phép (n m trong khoảng từ 10% ÷ 90% điện áp định mức) trong khoảng thời gian lớn hơn 0,5 chu kỳ hay 10ms

Hình 1.6 mô tả hiện tượng sụt áp ngắn hạn

Hình 1.6: Hiện tượng sụt áp ngắn hạn

Thuật ngữ này được sử dụng khi đề cập tới sụt áp ngắn hạn thì giá trị được

đề cập là giá trị điện áp ư còn lại Do dó, sụt áp ngắn hạn 30% nghĩa là sụt áp xảy

ra với điện áp ư còn lại là 30% của điện áp định mức

Mất điện áp là trường hợp riêng của sụt áp ngắn hạn khi tại một thời điểm nào đó điện áp cả ba pha sụt giảm xuống ưới 10% điện áp định mức

1.5.2 Tiêu chuẩn đánh giá

Sụt áp ngắn hạn được đánh giá qua hai thông số:

 Độ lớn sụt giảm: sai khác giữa điện áp tiêu chuẩn và điện áp ư còn lại khi sụt giảm

Độ lớn sụt giảm điện áp phụ thuộc nhiều yếu tố:

o Phụ thuộc vào vị trí điểm đo đến điểm sự cố

o Phụ thuộc vào tổ đấu dây máy biến áp

o Tùy thuộc dạng sự cố xảy ra trong hệ thống

 Thời gian sụt giảm: được tính từ khi điện áp xuống ưới ngưỡng đến khi phục hồi trở lại

Thời gian sụt giảm phụ thuộc vào:

o Phụ thuộc vào thời gian loại trừ sự cố của bảo vệ

o Phụ thuộc vào nguyên nhân gây sụt áp

Hình 1.7: Thời gian sụt áp của từng pha

Hình 1.8: Độ lớn sụt áp và thời gian sụt áp tương đương

Thời gian sụt áp Pha B

t(s)

t(s)

U đ

0.9*U đ 0.1*U đ

Trong lưới phân phối thường sử dụng 2 chỉ số sau để đánh giá về sụt áp:

 Chỉ số SARFI x: được đáng giá theo công thức sau

(1.6) Trong đó:

x: Giá trị điện áp ngưỡng (10%-90%) i: Sự kiện thứ i gây ra sụt giảm điện áp

N i: Số lượng phụ tải chịu sụt áp ưới x%

N T: Số lượng phụ tải tại khu vực khảo sát Công thức này có thể diễn giải sơ ộ như sau: khi điện áp sụt giảm tới

ngưỡng x% thì sẽ có bao nhiêu phần trăm phụ tải bị ảnh hưởng trong tổng số phụ

tải Do có thể có nhiều mức độ sụt áp khác nhau nên chỉ số này có thể được đánh giá với nhiều mức độ tương ứng Tuy nhiên trong công thức này chưa xét đến ảnh hưởng của thời gian sụt giảm điện áp Cách thức đánh giá sụt áp tiếp theo sẽ đề cập

cả tới khía cạnh này

 Chỉ số SARFIx-curve

∑

(1.7) Trong đó:

x: Giá trị điện áp ngưỡng (10%-90%) i: Sự kiện thứ i gây ra sụt giảm điện áp

N i ’: Số lượng phụ tải chịu sụt áp trong miền nguy hiểm của các đường cong tiêu chuẩn SEMI, ITIC, CBEMA

N T: Số lượng phụ tải tại khu vực khảo sát

curve: Đường cong chịu đựng điện áp

Công thức trên được đưa ra để đánh giá mức độ ảnh hưởng của sụt áp dựa trên thực tế r ng: nhiều thiết bị điện (thiết bị bán dẫn, thiết bị viễn thông, công nghệ thông tin đã được chế tạo với khả năng chịu đựng sụt áp trong một khoảng thời gian nhất định Thông thường, nếu mức độ sụt giảm điện áp càng lớn thì thời gian chịu đựng được của thiết bị càng ngắn và ngược lại Các đường cong tiêu chuẩn SEMI, ITIC, CBEMA tiêu chuẩn hóa mối quan hệ này Hình 1.9 là ví dụ đường cong ITIC (Information Technology Industry Council)

Hình 1.9: Đường cong chịu đựng điện áp ITIC

Do vậy, chỉ số SARFI x-curve có ý nghĩa là: tại mức độ sụt áp x% thì sẽ có bao

nhiêu phần trăm số lượng phụ tải bị ảnh hưởng, tính cả đến khả năng chịu sụt áp

theo thời gian của thiết bị

1.5.3 Nguyên nhân gây sụt áp ngắn hạn trong hệ thống điện

Có nhiều nguyên nhân có thể gây ra sụt áp ngắn hạn trong hệ thống điện, tuy nhiên phổ biến nhất vẫn là do ngắn mạch gây ra Các nguyên nhân chính có thể liệt

kê như sau:

 Sự cố ngắn mạch gây sụt áp tại thanh cái phụ tải;

 Đóng /cắt các phụ tải lớn, khởi động động cơ lớn;

 Trục trặc trong hệ thống tự động điều chỉnh kích từ của các máy phát điện,

hư hỏng tại các bộ tự động điều chỉnh đầu phân áp các máy biến áp;

 Dao động công suất phản kháng: do hoạt động máy hồ quang lò nấu thép… Dưới đây là một số ạng sụt áp trong thực tế:

Hình 1.10: Dạng điện áp khi lò luyện nhôm lớn hoạt động

Hình 1.11: Sụt giảm điện áp khi động cơ lớn khởi động

Thời gian (s) Biến thiên giá trị hiệu ụng

1.5.4 Ảnh hưởng của sụt áp ngắn hạn

Các thiết bị hiện đại hiện nay rất nhạy cảm với điện áp, hơn nữa sụt giảm điện áp là một trong những nguyên nhân chính gây nhiễu loạn quá trình điện từ Một số ảnh hưởng của sụt áp ngắn hạn tới các phần tử trong hệ thống điện có thể được kể đến như sau:

 Các quá trình điều khiển các thiết bị điện tử công suất, cảm biến, điều khiển máy tính, PLCs điều khiển tốc độ động cơ, hoạt động các rơle, … dễ bị ảnh hưởng bởi sụt điện áp Nhiều thiết bị phải ngừng hoạt động khi điện áp sụt giảm xuống ưới 90% điện áp anh định chỉ trong thời gian 2 chu kỳ

 Một số quá trình điều khiển công nghiệp rất nhạy cảm với sự thay đổi điện

áp Việc bị ngừng do sụt giảm điện áp dẫn đến phá hỏng cả quá trình sản xuất liện tục Vì thế rất nhiều các quá trình sản xuất công nghiệp đều được trang bị bảo vệ chống sụt điện áp

 Các bộ điều khiển tốc độ động cơ thường hoạt động ựa trên các bộ chỉnh lưu Điện áp phía một chiều thường được trang bị các bảo vệ điện áp thấp và điện

áp cao Khi điện áp giảm ưới 85% giá trị ình thường tín hiệu cắt sẽ được gửi đi sau vài chu kỳ Vì thế quá trình điều khiển tốc độ cũng rất nhạy cảm với điện áp

 Động cơ đồng bộ, không đồng bộ có thể ngừng máy khi điện áp sụt giảm trong thời gian kéo dài hoặc tốc độ và momen thay đổi gây mất đồng bộ Sụt điện

áp làm cho động cơ không thể khởi động o điện áp thấp

CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP LOẠI TRỪ ẢNH HƯỞNG CỦA SỤT

ÁP NGẮN HẠN VÀ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.1 Giải pháp chống lại sụt áp ngắn hạn – Thiết bị bù ọ

Để bảo vệ thiết bị khỏi các ảnh hưởng khi xảy ra sụt áp ngắn hạn, có thể thực hiện một số giải pháp như:

 Tăng cường thêm các đường dây, trạm biến áp khiến hệ thống trở lên “khỏe” hơn, mức độ sụt áp tại lân cận điểm sự cố sẽ giảm thấp hơn

 Sử dụng các thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch để giảm độ lớn dòng ngắn mạch, qua đó giảm mức độ sụt áp khi sự cố xảy ra

 Sử dụng các bảo vệ với thời gian cắt nhanh hơn để giảm thời gian tồn tại sụt

áp ngắn hạn

 Sử dụng các thiết bị bù chủ động để uy trì điện áp

 Sử dụng các bộ cấp nguồn liên tục UPS để chủ động tự uy trì điện áp tại phụ tải Tuy nhiên, giải pháp này chỉ thực hiện chủ yếu với các phụ tải công suất thấp, ở cấp hạ áp

Trong những năm gần đây, thiết bị ọc (DVR) đã được sử dụng nhiều trong công nghiệp cho các phụ tải rất quan trọng ở lưới phân phối, cần yêu cầu cao

về chất lượng điện áp Thiết bị ọc có giá thành rẻ hơn so với thiết bị UPS nếu cùng công suất, tuy nhiên DVR chỉ có thể điện áp với các sụt áp ngắn hạn do hạn chế về ung lượng của khâu ự trữ năng lượng thường sử dụng các bộ tụ dung lượng lớn)

2.1.1 Cấu hình và nguyên lý vận hành của thiết bị

Có nhiều biến thể về cấu hình của thiết bị ọc được ứng dụng trong thực

tế, các biến thể này thường chủ yếu khác nhau về tính chất của nguồn năng lượng

dự trữ

Cấu hình chung phổ biến của thiết bị bù dọc được thể hiện ở Hình 2.1

Hình 2.1: Cấu hình phổ biến của thiết bị b dọc

Nguyên lý vận hành của thiết bị ọc tương đối đơn giản: khi xảy ra sụt giảm điện áp thiết bị ọc sẽ tự động phát hiện và phát phần điện áp bị sụt giảm ngược pha để bù lại sụt áp, nhờ đó sẽ uy trì được điện áp không đổi tại phụ tải quan trọng Thiết bị ọc có thể chống lại được tất cả các dạng sụt áp đối xứng hoặc không đối xứng

Các phần tử cơ ản của thiết bị bù dọc bao gồm:

 Bộ nghịch lưu nguồn áp (Voltage Source Converter - VSC): hoạt động dựa trên đóng cắt của các van công suất tạo ra điện áp mong muốn để ơm vào lưới từ nguồn năng lượng dự trữ

 Bộ lọc sóng hài tần số cao: có nhiệm vụ loại bỏ các nhiễu tần số cao sinh ra

o quá trình đóng/cắt các van điện tử công suất

 Máy biến áp ghép nối: có nhiệm vụ cách ly và giảm thấp điện áp định mức của các thiết bị điện tử công suất

 Nguồn năng lượng dự trữ: dự trữ năng lượng cần thiết để duy trì hoạt động của thiết bị Dung lượng của nguồn năng lượng dự trữ sẽ quyết định thời gian và mức độ sụt áp mà thiết bị có thể còn được

 Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: được sử dụng khi tách thiết bị bù dọc ra khỏi hệ thống mà vẫn đảm bảo cho tải họa động ình thường và bảo vệ thiết bị bù dọc trước những nguy hiểm từ phía hệ thống

2.1.2 Các phương thức điều khiển thiết bị

Do ung lượng của của phần ự trữ năng lượng bị giới hạn nên tùy theo yêu cầu của phụ tải mà thiết bị ọc có thể được điều khiển theo các chiến lược sau:

 B uy trì chính xác điện áp trước sự cố;

 Bù với điện áp bù nhỏ nhất;

 Bù với chiến lược tối ưu năng lượng ;

Chi tiết của các chiến lược điều khiển này như sau:

a B duy trì chính xác điện áp trước sự cố:

Điện áp bù sẽ được ơm vào sao cho để thiết lập lại điện áp chính xác trước khi sự cố và không có nhảy pha của điện áp

Hình 2.2: B chính xác điện áp trước sự cố

Giải pháp này chỉ sử dụng cho các phụ tải cực nhạy cảm với sự nhạy pha điện áp, thuật toán điều khiển sẽ phức tạp hơn Trong phương pháp này, điện áp tải liên tục được theo dõi về cả iên độ và góc pha Mạch vòng khóa pha (PLL) sẽ được sử dụng để giám sát góc pha của phụ tải Khi sự cố xảy ra, tín hiệu từ mạch PLL sẽ được giữ lại đóng ăng để giữ tín hiệu thông tin về góc pha Bộ điều khiển

sẽ căn cứ vào góc pha này, kết hợp với mức độ sụt áp để tính toán ra điện áp cần bù Phương thức điều khiển này đảm bảo uy trì điện áp tại phụ tải gần như không ị thay đổi, nhưng thường làm cạn kiệt nhanh năng lượng do thiết bị ọc cần cung cấp một năng lượng hơn hơn cần thiết để khôi phục lại điện áp chính xác

Trong đó:

U

tr : Điện áp trước sự cố U

s: Điện áp sau sự cố U

Hình 2.3: Bù với điện áp bù nhỏ nhất

c Bù với chiến lược tối ưu năng lượng:

Phương pháp này được sử dụng khi thiết ị ọc sử dụng năng lượng hạn chế như từ các bộ tụ độc lập hay ác-quy

Hình 2.4: B điện áp tối ưu về năng lượng

Điện áp cần bù sẽ tạo một góc 900

so với dòng tải, o đó công suất mà thiết

ị ọc cần phát ra chỉ là công suất vô công và không tiêu thụ đến năng lượng hữu

Trong đó:

Utr : Điện áp trước sự cố

Us: Điện áp sau sự cố U

công và o đó về lý thuyết thời gian bù có thể được kéo dài không hạn chế Tuy nhiên, do có tổn hao trong các van đóng cắt nên vẫn cần một phần năng lượng từ bộ

tụ để bù phần tổn hao này Nhược điểm của phương pháp này là điện áp bù phát ra

có iên độ lớn, o đó yêu cầu máy biến áp ghép nối có điện áp định mức lớn hơn

2.2 Các giải pháp loại trừ ảnh hưởng của sóng hài trong hệ thống điện – Bộ

lọc tích cực

2.2.1 Một số biện pháp loại trừ ảnh hưởn của sóng hài

Có nhiều biện pháp đã được đề xuất và thực hiện để loại bỏ ảnh hưởng của sóng hài trong hệ thống điện, các biện pháp đó có thể kể đến như sau [15]:

 Nhóm các tải phi tuyến lại với nhau

 Sử dụng các máy biến áp với tổ đấu ây tam giác để loại bỏ các thành phần hài là bội của bậc 3

 Sử dụng các bộ lọc sóng hài: đây là giải pháp thường được sử dụng phổ biến nhất tại các phụ tải … Các bộ lọc sóng hài có thể chia ra là bộ lọc sóng hài thụ động và lọc sóng hài tích cực, bộ lọc sóng hài kiểu lai ghép

Trong nội dung của luận văn này chỉ xin đề cập đến các bộ lọc sóng hài:

2.2.2 Các bộ l c sóng hài thụ động

Các bộ lọc sóng hài thụ động được cấu thành từ các phần tử thụ động (tụ và kháng) với trị số thích hợp để tạo ra mạch cộng hưởng tại tần số hài mong muốn loại bỏ Có hai dạng bộ lọc thụ động:

a Bộ lọc thụ động bù dọc (nối tiếp)

Cấu hình đơn giản của bộ lọc thụ động bù dọc như Hình 2.5

Hình 2.5: Bộ lọc thụ động bù dọc

Nguồn HT

Tải phi tuyến C

L

Bộ lọc

Bộ lọc thụ động LC được thiết kế dựa trên nguyên lý cộng hưởng ao động điện từ Bộ lọc được thiết kế chỉ cho thành phần sóng cơ ản đi qua còn các thành phần sóng hài khác sẽ bị chặn lại

Ứng dụng lớn nhất của bộ lọc này làm bộ lọc sóng cao tần trong kênh thông tin tải ba, sử dụng ây điện truyền tin

b Bộ lọc thụ động bù ngang (song song)

Cấu hình bộ lọc thụ động ngang như Hình 2.6

Hình 2.6: Bộ lọc thụ động bù ngang

Bộ lọc thụ động LC ngang được thiết kế dựa trên nguyên lý cộng hưởng

Bộ lọc được điều chỉnh cộng hưởng với một tần số nào đó khi đó ộ lọc sẽ trở thành đường dẫn trở kháng thấp cho những sóng hài nhất định.Thông thường trong hệ thống hay sử dụng các loại bộ lọc sóng hài bậc 5 và bậc 7 Các bộ lọc sóng hài bậc

3 là không cần thiết vì thành phần này sẽ bị chăn lại bởi các cuộn đấu tam giác trong máy biến áp, các hài bậc cao hơn ậc 7 thường có iên độ nhỏ, o đó nếu không cần thiết thì có thể không cần đặt bộ lọc

Ưu điểm của các bộ lọc thụ động: vốn đầu tư thấp, dễ lắp đặt và vận hành và

có thể kết hợp để cải thiện hệ số công suất của các phụ tải

Nhược điểm: kích thước thiết bị lớn, chỉ lọc hiệu quả với các sóng hài với tần số tại lân cận tần số cộng hưởng Có thể tạo ra hiện tượng tự cộng hưởng với hệ thống nếu khi lắp đặt không được khảo sát kỹ Thông thường, các bộ tụ và kháng sẽ

Nguồn HT

Thanh cái tổng

Tải phi tuyến Tải

Bộ lọc

Ih L

C

già hóa theo thời gian, các tham số an đầu theo đó cũng ị thay đổi, o đó đặc tính

bộ lọc cũng iến đổi theo thời gian

2.2.3 Các bộ l c sóng hài tích cực

Sử dụng các thiết bị điện tử công suất có điều khiển để bù các sóng hài dòng điện, điện áp nh m đạt được dạng sóng òng điện và điện áp mong muốn

a Các bộ lọc sóng hài tích cực loại bù ngang

Cấu hình đơn giản của bộ lọc tích cực ngang như Hình 2.7

Hình 2.7: Bộ lọc tích cực bù ngang

Bộ lọc hoạt động theo nguyên lý ơm sóng hài ngược pha và có độ lớn b ng

độ lớn sóng hài do tải phi tuyến sinh ra Vì thế òng điện sau bộ lọc (về phía nguồn)

sẽ chỉ có thành phần cơ ản

b Các bộ lọc sóng hài tích cực loại bù dọc (nối tiếp)

Bộ lọc sóng hài tích cực bù dọc được điều khiển để hoạt động như một tổng trở động Về nguyên lý, tổng trở này được điều khiển để có giá trị rất nhỏ (chỉ là tổng trở của bản thân thiết bị đối với tần số cơ ản và có giá trị rất lớn đối với các thành phần sóng hài bậc cao Do đó tải được bảo vệ vẫn hoạt động ình thường với òng điện, điện áp tần số cơ ản, các thành phần hài bậc cao sẽ bị chặn lại bởi tổng trở rất lớn của bộ lọc

Cấu hình bộ lọc sóng hài tích cực bù dọc như Hình 2.8

Nguồn HT

Thanh cái tổng

Tải

Tải phi tuyến

Nguồn năng lượng

Bộ lọc

Ih

Hình 2.8: Bộ lọc tích cực bù dọc

Ưu điểm của các bộ lọc tích cực:

 Tránh được hiện tượng cộng hưởng;

 Khả năng lọc tốt hơn so với bộ lọc thụ động: có thể lọc bỏ hầu hết các thành phần sóng hài;

 Kích thước gọn nhỏ hơn

Nhược điểm của loại thiết bị này là giá thành đầu tư cao, chi phí vận hành bảo ưỡng cao hơn so với các bộ lọc thụ động Vì lý do này, các bộ lọc tích cực thường chỉ áp dụng đối với các phụ tải rất quan trọng

2.2.4 Bộ l c hỗn hợp

Bộ lọc hỗn hợp là sự kết hợp giữa bộ lọc thụ động và bộ lọc tích cực Mục đích của việc kết hợp này là tạo ra một thiết bị vừa có ưu điểm của bộ lọc thụ động

và bộ lọc tích cựcThông thường bộ lọc thụ động được thiết kế để lọc các thành phần hài phổ biến, có iên độ lớn trong hệ thống điện như hài bậc 5 và bậc 7 Bộ lọc tích cực có nhiệm vụ lọc các hài bậc cao hoặc các hài còn lại không được lọc bởi bộ lọc thụ động, o đó có thể giảm công suất của các bộ lọc tích cực mà vẫn mang lại hiệu quả lọc cao

CHƯƠNG 3: CÁC VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI VỚI THIẾT BỊ BÙ DỌC

VÀ ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN

3.1 Các vấn đề còn tồn tại với thiết bị bù dọc

Như đã giới thiệu trong Chương 2, thiết bị bù dọc được sử dụng cho các phụ tải quan trọng để chống lại hiện tượng sụt áp ngắn hạn

Tuy nhiên, hiện tượng sụt áp thường xảy ra với tần suất rất thấp, o đó thời gian làm việc của thiết bị bù dọc trong một năm cũng rất thấp (hệ số sử dụng thấp), hầu hết thời gian thiết bị hoạt động ở trạng thái chờ gây lãng phí do tổn hao trong bản thân thiết bị

Hình 3.1: Cấu hình thiết bị bù dọc

Dựa trên sự tương đồng về cấu hình giữa thiết bị bù dọc với thiết bị lọc sóng hài nối tiếp, ta có thể đề xuất phương án sử dụng thiết bị bù dọc như một bộ lọc tích cực thay vì để thiết bị bù dọc ở trạng thái chờ stan y Đề xuất cần đạt được một

 Thuật toán điều khiển được đề xuất đảm bảo không gây ảnh hưởng đến chức năng chính là điện áp của thiết bị bù dọc

Nguồn HT

Nguồn năng

Tải

3.2 Giới thiệu về hệ trục tọa độ quay đồng bộ dq0

Có nhiều phương pháp có thể sử dụng để xử lý tín hiệu trong các bộ điều khiển cho thiết bị: điều khiển dựa trên các tín hiệu trong hệ tọa độ quay đồng bộ

dq0, điều khiển dựa trên các tín hiệu hệ tọa độ cố định αβ, Tuy nhiên, thuật toán

điều khiển được đề xuất trong luận văn sẽ chủ yếu dựa trên các phân tích trong hệ

trục tọa độ quay đồng bộ dq0

Hệ trục tọa độ quay đồng bộ dq0 từ lâu đã được sử dụng rộng rãi trong xây

dựng các thuật toán điều khiển động cơ Các tín hiệu điện áp, òng điện, … có thể

được chuyển đổi từ hệ trục tọa độ ba pha abc thông thường sang hệ trục tọa độ dq0

Hình 3.2: Mối quan hệ giữa hệ trục dq0 và abc Công thức biển đổi dq0 (biến đổi Park) cho phép chuyển đổi từ điện áp tức

thời ba pha , , (tín hiệu ba pha) trong hệ trục ba pha abc thành điện áp tức

thời , , trong hệ trục dq0 như sau:

[ ]

[

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

]

Và biến đổi ngược lại từ hệ trục dq0 sang hệ trục abc:

[ ]

[

( ) ( ) ( ) ( ) ]

Trong đó là góc pha của tín hiệu

Giả thiết nguồn điện áp chỉ chứa thành phần điện áp thứ tự thuận điện áp ba pha cân b ng) tần số cơ ản (50Hz) có iên độ điện áp Phương trình điện áp

a pha như sau:

Xét điện áp ba pha trường hợp tổng quát, tức là ngoài thành phần cơ ản thứ

tự thuận trong điện áp ba pha còn có sự xuất hiện của các thành phần sóng hài và thành phần thứ tự nghịch (ba pha không cân b ng Phương trình mô tả điện áp của

chúng trong hệ trục abc:

√ ( )

√ ( ) √ ( ) √ ( )

√ [ ] √ [ ]

√ ∑ √

[( ) ]

∑ √ [( ) ]

̃ ∑ √

[( ) ]

∑ √ [( ) ]

Từ đó có thể thấy r ng các thành phần không ao động trong hệ trục tọa độ

dq0 tương ứng với các thành phần tần số cơ ản thứ tự thuận trong hệ trục tọa độ abc, các thành phần ao động trong hệ trục tọa độ dq0 tương ứng với các thành

phần tần số khác tần số cơ ản và các thành phần thứ tự nghịch trong hệ trục tọa độ

abc