Nghiên cứu bộ lọc tích cực để cải thiện chất lượng điện năng cho luới điện phân phối

Trong điều kiện vận hành, truyền tải điệnnăng, do trên các phụ tải có nhiều phần tử phi tuyến dẫn tới làm xuất hiện cácthành phần sóng điều hòa bậc cao.. Giải pháp để hạn chế sóng điều h

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LƯƠNG TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU BỘ LỌC TÍCH CỰC

ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

THÁI NGUYÊN - 2019

Trang 2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LƯƠNG TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU BỘ LỌC TÍCH CỰC

ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã ngành: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

PGS.TS TRẦN XUÂN MINH PHÒNG ĐÀO TẠO

THÁI NGUYÊN - 2019

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Lương Trung Hiếu

Học viên: Lớp cao học K20, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Đại học Thái Nguyên

-Nơi công tác: Công ty Điện lực Thái Nguyên

Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu bộ lọc tích cực để cải thiện

chất lượng điện năng cho luới điện phân phối”.

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận vănnày là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn củaPGS.TS Trần Xuân Minh và sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Điện, TrườngĐại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên Mọi thông tin tríchdẫn trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này

Thái Nguyên, ngày tháng 5 năm 2019

Học viên thực hiện

Lương Trung Hiếu

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhậnđược sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS Trần Xuân Minh, ngườitrực tiếp hướng dẫn luận văn cho tôi Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành

và sâu sắc tới thầy

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viêntrường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điềukiện giúp đỡ tốt nhất để tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này Tôicũng xin chân thành cảm ơn những đóng góp quý báu của các bạn cung lớpđộng viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài Xin gửi lời chânthành cảm ơn đến các cơ quan xí nghiệp đã giúp tôi khảo sát tìm hiểu thực tế

và lấy số liệu phục vụ cho luận văn

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình,đồng nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùngtôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu hoàn thiện luận văn này

Thái Nguyên, ngày tháng 5 năm 2019

Học viên

Lương Trung Hiếu

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ viii

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Nội dung nghiên cứu của đề tài 1

3 Kết quả dự kiến 1

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Công cụ, thiết bị nghiên cứu 2

6 Bố cục đề tài 2

7 Kế hoạch thực hiện 2

Chương 1 TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI - LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 3

1.1 Tổng quan chung 3

1.1.1 Định nghĩa lưới điện trung áp 3

1.1.2 Phân loại lưới điện trung áp 3

1.1.3 Vai trò của lưới điện trung áp 4

1.1.4 Các phần tử chính của lưới điện trung áp 4

1.1.5 Cấu trúc của lưới điện trung áp 6

1.1.6 Đặc điểm của lưới điện trung áp 10

1.2 Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam 11

1.2.1 Tình hình phát triển lưới điện trung áp 11

1.2.2 Tình hình phát triển phụ tải điện 11

1.3 Kết luận chương 1 12

Trang 6

Chương 2 SÓNG HÀI BẬC CAO VÀ PHƯƠNG PHÁP KHỬ

SÓNG HÀI 15

2.1 Đặt vấn đề 15

2.2 Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao 15

2.2.1 Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao và quy định giới hạn thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lưới điện 20

2.2.2 Một số nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp 22

2.3 Phương pháp khử sóng hài bậc cao 27

2.3.1 Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao 27

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

2.3.3 Bộ lọc hỗn hợp 39

2.3.4 Các thiết bị bù công suất phản kháng 40

Chương 3 THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CHO PHỤ TẢI PHI TUYẾN 49

3.1 Đặt vấn đề 49

3.2 Lý thuyết về phương pháp lọc tích cực 49

3.2.1 Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền tần số 49

3.2.2 Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền thời gian 50

3.3 Mô hình bể điện phân 56

3.4 Cấu trúc của bộ lọc tích cực 60

Chương 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 74

4.1 Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink [4] 74

4.1.1 Nguồn xoay chiều 3 pha 74

4.1.2 Khối mạch lực 74

4.1.3 Khối điều khiển dòng 76

Trang 7

4.1.6 Khâu lấy tín hiệu đo dòng điện và điện áp ba pha 81

4.1.7 Khâu đo dòng điện, điện áp 82

4.2 Sơ đồ và kết quả mô phỏng 82

4.2.1 Mô phỏng trường hợp chưa có bộ lọc tích cực 83

4.2.2 Mô phỏng trường hợp có bộ lọc tích cực 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

Trang 8

DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT

CSPK Công suất phản kháng

CSTD Công suất tác dụng

DSVC Dynamic - Static Var Compensation

FACTS Flexible alternating current transmission systems

FC-TCR Fixed Capacitor - Thyristor controller Reactor

công suấtSSSC Static Synchronous Series Controllers

kiểu tĩnhSTATCOM Static Synchronous Compensator

TCR Thyristor controller Reactor

TCSC Thyristor Controlled Series Compensation

TSC Thyristor Switched Capacitor

Var Volt-ampere reactive

Đơn vị công suất phản kháng

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu điện áp 21Bảng 2.2 Tiêu chuẩn IEEE std 519 về giới hạn nhiễu dòng điện 21Bảng 2.3: IEC 1000-3-4 22Bảng 3.1: Modul vector biên trái, biên phải bằng các thành phần

điện áp us, us 70Bảng 3.2: Thuật toán điều chế vector không gian 71Bảng 4.1 Tỷ lệ các thành phần dòng điều hòa trong dòng điện nguồn 85Bảng 4.2: Giá trị các thành phần sóng điều hòa trong dòng điện nguồn

90

Trang 10

DANH MỤC CÁC HÌNH, SƠ ĐỒ, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1: Sơ đồ lưới phân phối hình tia 8

Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn 8

Hình 1.3: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp 8

Hình 1.4: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập .9

Hình 1.5 Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục 9

Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung 9

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện 10

Hình 2.1: a) Dạng sóng sin, b) Dạng sóng sin bị méo (sóng chu kỳ không sin) 16

Hình 2.2: Các thành phần sóng điều hòa 17

Hình 2.3: Phân tích Fnthành an và bn 18

Hình 2.4: Phổ của các thành phần điều hòa 19

Hình 2.5: Mô hình chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha 23

Hình 2.6: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha .23

Hình 2.7: Chỉnh lưu cầu Đi ốt 1 pha, dạng dòng điện và phổ 23

Hình 2.8: Mô hình chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha 24

Hình 2.9: Dòng điện nguồn sinh ra bởi chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha .24

Hình 2.10: Chỉnh lưu cầu Đi ốt 3 pha, dạng dòng điện và phổ 25

Hình 2.11: Chỉnh lưu Thyristor cầu 3 pha 25

Hình 2.12: Dòng điện pha A 26

Hình 2.13: Dạng dòng điện iA và phổ 26

Hình 2.14: Bộ lọc RC 28

Hình 2.15: Bộ lọc LC 29

Trang 11

Hình 2.16: Sơ đồ mô phỏng hệ thống khi chưa có bộ lọc thụ động 29

Hình 2.17: Đáp ứng dòng, áp tại vị trí B1 và B2 khi chưa có bộ lọc thụ động 30

Hình 2.18: Phổ điện áp tại B1 và B2 30

Hình 2.19: Sơ đồ mô phỏng hệ thống khi có bộ lọc thụ động 31

Hình 2.20: Phổ điện áp tại B1 31

Hình 2.21: Bộ lọc tích cực song song 34

Hình 2.22: Cấu trúc bộ lọc song song 35

Hình 2.23: Bộ lọc tích cực nối tiếp 36

Hình 2.24: Sơ đồ nguyên lý AFS 36

Hình 2.25: Bộ lọc tích cực 3 dây 37

Hình 2.26: Bộ lọc tích cực 4 dây có điểm giữa 37

Hình 2.27: Bộ lọc tích cực 4 dây 38

Hình 2.28: Cấu trúc VSI 38

Hình 2.30: Cấu trúc bộ lọc hỗn hợp với bộ lọc tích cực có 2 loại: a) song song và b) nối tiếp 39

Hình 2.31: Cấu trúc UPQC 40

Hình 2.32: Cấu trúc SSSC 42

Hình 2.33: Cấu trúc TCSC 43

Hình 2.34: Cấu trúc SVC 44

Hình 2.35: Cấu trúc Stacom 45

Hình 2.36: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Statcom 46

Hình 2.37: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 46

Hình 2.38: Trạng thái hấp thụ công suất của bộ bù 47

Hình 2.39: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 48

Hình 3.1: Phương pháp FFT 51

Hình 3.2: Thuật toán xác định dòng bù trong hệ dq 52

Hình 3.3: Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù trong hệ dq 53

Trang 12

Hình 3.4: Mô hình bộ lọc tích cực theo lý thuyết pq 54

Hình 3.5: Sơ đồ hệ thống bể mạ 57

Hình 3.6: Giải pháp lọc sử dụng bộ bù tổng 58

Hình 3.7: Giải pháp bù sát nút phụ tải 59

Hình 3.8: Mô hình bể mạ 60

Hình 3.9: Đặc tính biến thiên của sức điện động bể mạ 60

Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mạch lực sử dụng bộ lọc tích cực 61

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bộ lọc 61

Hình 3.12: Sơ đồ mạch lực của bộ lọc 62

Hình 3.13: Sơ đồ thay thế mạch lực của bộ lọc 62

Hình 3.14: Lưu đồ thuật toán tính dòng bù theo lý thuyết p-q 66

Hình 3.15: Thực hiện véc tơ us bất kỳ bằng 2 vector điện áp chuẩn .67

Hình 3.16: Biểu đồ xung của vector điện áp thuộc góc phần tư thứ nhất S1 .68

Hình 4.1: Khối nguồn ba pha 74

Hình 4.2: Khối mạch lực của bể mạ 74

Hình 4.3: Khối điều áp xoay chiều 3 pha 75

Trang 13

Hình 4.4: Khối chỉnh lưu cầu 3 pha dùng Đi ốt 75

Hình 4.5: Khối điều chỉnh dòng điện tải 76

Hình 4.6: Bộ biến đổi và tham số 76

Hình 4.7: Mạch điều khiển của bộ lọc 77

Hình 4.8: Chuyển hệ toạ độ từ abc -> αβ 78

Hình 4.9: Khâu tính công suất pq 78

Hình 4.10: Khối tính toán công suất ổn định điện áp trên tụ 79

Hình 4.11: Khối tính toán công suất bù 79

Hình 4.12: Khâu tính toán dòng bù pq 80

Hình 4.13: Khâu chuyển tọa độ αβ sang abc 80

Hình 4.14: Khâu tính toán độ méo dạng 81

Hình 4.15: Khâu lấy tín hiệu 82

Hình 4.16: Khâu đo dòng điện, điện áp 82

Hình 4.17: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống cho tải bể điện phân chưa có bộ lọc tích cực 83

Hình 4.18: Dạng dòng điện nguồn 84

Hình 4.19: Dạng dòng điện nguồn pha A 84

Hình 4.20 Phân tích sóng điều hòa dòng điện nguồn pha A tại E = 8 (V) .84

Hình 4.23 Hệ số công suất khi chưa có bộ lọc 86

Hình 4.24: Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống cho tải bể mạ có sự tham gia của bộ lọc tích cực 87

Hình 4.25: Điện áp nguồn cấp cho bể mạ 88

Trang 14

Hình 4.26: Dòng điện nguồn sau khi bộ lọc tác động 88Hình 4.27: Dòng điện nguồn pha A sau khi bộ lọc tác động 88Hình 4.28: Phổ sóng điều hòa dòng điện pha A tại E=8 (V) khi bộ

lọc tác động 89Hình 4.29: Phổ sóng điều hòa dòng điện pha A tại E=16 (V) khi bộ

lọc tác động 89Hình 4.30: Phổ sóng điều hòa dòng điện pha A tại E=22 (V) khi bộ

lọc tác động 90Hình 4.31: Công suất Q của nguồn và tải sau khi có bộ lọc tác động

92Hình 4.32: Hệ số công suất sau khi bộ lọc tác động 93

Trang 15

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Với sự phát triển không ngừng của đất nước Điện năng cung cấp chocác phụ tải không chỉ phải đảm bảo yêu cầu về số lượng mà chất lượng điệnnăng cũng phải được đảm bảo Trong điều kiện vận hành, truyền tải điệnnăng, do trên các phụ tải có nhiều phần tử phi tuyến dẫn tới làm xuất hiện cácthành phần sóng điều hòa bậc cao Các thành phần sóng điều hòa bậc cao nàygây ra nhiều tác hại nghiêm trọng như làm tăng tổn hao, làm giảm hệ số côngsuất, ảnh hưởng tới các thiết bị tiêu dùng điện, làm giảm chất lượng điệnnăng Do đó, các thành phần dòng điều hòa bậc cao trên lưới phải đảm bảomột 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 giảipháp khác nhau, một trong số đó là sử dụng bộ lọc tích cực dựa trên thiết bịđiện tử công suất và điều khiển để thực hiện nhiều chức năng khác nhau

Từ những đánh giá quan trọng trên chúng ta cần phải tiến hành nghiêncứu 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 bộ lọc tích cực

để cải thiện chất lượng điện năng cho luới điện phân phối”.

2 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Tổng quan về lưới điện phân phối (lưới điện trung áp)

- Phân tích sóng hài bậc cao

- Thiết kế bộ lọc tích cực để khử sóng hài bậc cao cho lưới điệnphân phối

- Mô phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lượng hệ thống

3 Kết quả dự kiến

- Bộ lọc tích cực

- Mô phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lượng hệ thống

Trang 16

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Lưới điện phân phối (lưới điện trung áp);

- Bộ lọc tích cực;

- Mô phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lượng hệ thống trên nềnMatlab/Simulink

5 Công cụ, thiết bị nghiên cứu

Xây dựng mô phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lượng hệ thốngtrên nền Matlab/Simulink

6 Bố cục đề tài

Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và hướng phát triển, Tài liệu thamkhảo, Phụ lục, luận văn bao gồm 4 chương sau:

Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối

Chương 2: Sóng hài bậc cao và phương pháp lọc sóng hài bậc cao.Chương 3: Thiết kế bộ lọc tích cực cho lưới điện phân phối cung cấpcho phụ tải phi tuyến

Chương 4: Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống

7 Kế hoạch thực hiện

Toàn bộ nội dung của luận văn được thực hiện trong 6 tháng kể từ ngày

có quyết định Kế hoạch thực hiện được cụ thể như sau:

thực hiện

Ghi chú

1 Nghiên cứu tổng quan về lưới điện phân phối 1 tháng

4 Xây dựng mô hình toán của đối tượng điều khiển; 1 tháng

5

Thiết kế điều khiển bằng bộ lọc tích cực, mô

phỏng, hiệu chỉnh thông số, đánh giá chất lượng hệ

Trang 17

TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI - LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 1.1 Tổng quan chung

1.1.1 Định nghĩa lưới điện trung áp

Lưới điện trung áp (LĐTA) là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm

vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanhcái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải LĐTA là khâu cuối cùng của hệthống điện đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng [1] Tính đến nay lướiđiện trung áp đã trải khắp các xã trên đất nước, tuy nhiên còn một số thôn,bản vẫn chưa được dùng điện lưới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ cácthuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel

1.1.2 Phân loại lưới điện trung áp

Lưới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kVphân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áptrung áp [1] [[11].]

Phân loại LĐTA trung áp theo 3 dạng:

- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ, có 3 loại:

+ Lưới phân phối thành phố;

+ Lưới phân phối nông thôn;

+ Lưới phân phối xí nghiệp

- Theo thiết bị dẫn điện:

+ Lưới phân phối trên không;

+ Lưới phân phối cáp ngầm

Trang 18

Lưới điện trung áp làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trunggian, trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện.

Lưới điện trung áp được xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điệnnăng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện

Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảmbảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải Đảm bảo chất lượng điện năng caonhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép

Lưới điện trung áp trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệthống điện:

- Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải

- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện chophụ tải Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạchlưới phân phối Mỗi sự cố trên lưới điện trung áp đều có ảnh hưởng rất lớnđến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội

- Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35%cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải)

- Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năngxảy ra trên lưới điện trung áp Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này

- Lưới điện trung áp gần với người dùng điện, do đó vấn đề an toànđiện cũng là rất quan trọng

1.1.4 Các phần tử chính của lưới điện trung áp

Các phần tử chủ yếu trong LĐTA bao gồm [11].,

- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối

- Thiết bị dẫn điện: Đường dây tải điện

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sétvan, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch

Trang 19

- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổiđầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bịlọc sóng hài bậc cao.

- Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phảnkháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường

- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù

- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tựđóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháotrên đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,

- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo

xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bịthực hiện,

Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (côngsuất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòngđiện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt ) được chọn trên cơ

sở tính toán kỹ thuật

Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bịđóng cắt, máy biến dòng, tụ bù ) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếpđến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tínhtoán chế độ làm việc của lưới điện trung áp

Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làmviệc Một số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù cóđiều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc

Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải)như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải Một số khác có thểthay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định Máy biến áp vàđường dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải

Trang 20

Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây tải điện được chia thành nhiềuphần tử của hệ thống điện.

Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vậnhành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tếkhác Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tửcủa lưới không làm việc để lưới điện trung áp vận hành hở theo điều kiện tổnthất công suất nhỏ nhất

1.1.5 Cấu trúc của lưới điện trung áp

Cấu trúc của LĐTA bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành [11].,

- Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới

đầy đủ Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải

là cấu trúc thừa Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, thừa vềkhả năng lập sơ đồ Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế

và vật liệu để sửa chữa Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phầncủa cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần đó là cấu trúc vận hành

- Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một hay

một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lưới điện

Cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành

do người vận hành lựa chọn Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điềukiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh

tế nhất (tổn thất nhỏ nhất) Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vậnhành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóngchuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tửcần thiết Cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấutrúc vận hành bình thường Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ramất điện phụ tải Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khảnăng thao tác thuận lợi

Trang 21

Ngoài ra, cấu trúc LĐTA còn có thể có các dạng như:

- Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐTA không thể thay đổi sơ đồ vận

hành Khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần LĐTA phảingừng cung cấp điện Cấu trúc dạng này chính là LĐTA hình tia không phânđoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt

- Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này, LĐTA có thể

thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là khi đó LĐTA được cắt điện để thaotác Đó là lưới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở

- Cấu trúc động hoàn toàn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐTA có thể

thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lưới đang trong trạng thái làm việc Cấutrúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấpđiện Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế LĐTA, trong đó cấutrúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vậnhành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể Cấu trúcđộng ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực LĐTAtrong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thờigian ngắn để thao tác sơ đồ

Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐTA:

- Lưới hình tia (Hình 1.1): Lưới này có ưu điểm là rẻ tiền nhưng độ tin

cậy rất thấp

Hình 1.1: Sơ đồ lưới phân phối hình tia

ĐD Nguồn

MC

Trang 22

- Lưới hình tia phân đoạn (Hình 1.2): Độ tin cậy cao hơn Phân đoạn

lưới phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạnlưới phía sau, vì nó ảnh hưởng ít đến các phân đoạn trước

Hình 1.2: Sơ đồ lưới phân phối hình tia có phân đoạn

- Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin cậy

cao hơn nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía Lưới điện này có thể

vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo

vệ có hướng nên đắt tiền Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thaotác khi sự cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa

Hình 1.3: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp

- Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (hình 1.4): Lưới

điện này phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song songlưới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch

MC

Trang 23

Hình 1.4: Sơ đồ lưới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập

- Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.5): Cấp điện cho một trạm cắt hay

một trạm biến áp, từ đó có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụtải Trên các đường dây cấp điện không có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậycao Thường dùng để cấp điện cho các xí nghiệp hay các nhóm phụ tải xatrạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn

Hình 1.5 Sơ đồ lưới điện kiểu đường trục

- Lưới điện có đường dây dự phòng chung (Hình 1.6): Có nhiều

đường dây phân phối được dự phòng chung bởi một đường dây dự phòng.Lưới điện này có độ tin cậy cao và rẻ hơn kiểu một đường dây dự phòngcho một đường dây như ở trên (Hình 1.5) Loại này được dùng tiện lợicho lưới điện cáp ngầm

Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện có đường dây dự phòng chung

Nguồn

ĐD2

ĐD1 MC

Trang 24

Lưới điện trong thực tế là tổ hợp của 6 loại lưới điện trên Áp dụng cụthể cho lưới điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệthống điện có kiểu sơ đồ riêng.

Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thểđược điều khiển bằng tay Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảodưỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối

- Sơ đồ hình lưới (Hình 1.7): Đây là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo

nhất của lưới phân phối trung áp Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều đường dâytạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn Lưới điện bắtbuộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA.Hiện đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động

Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện

Trong sơ đồ, các vị trí cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năngnhỏ nhất cho chế độ bình thường, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theođiều kiện an toàn cao nhất khi sự cố

1.1.6 Đặc điểm của lưới điện trung áp

Lưới điện trung áp được phân bố trên diện rộng, thường vận hànhkhông đối xứng và có tổn thất lớn Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhấttrên lưới điện trung áp vào khoảng 4% [11]

Trang 25

Vấn đề tổn thất trên lưới điện trung áp có liên quan chặt chẽ đến cácvấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành Do đó, trên

cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành củalưới điện trung áp

Trong những năm gần đây, lưới điện trung áp của nước ta phát triểnmạnh, các Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh mẽ về quản lý Vì vậy,chất lượng vận hành của lưới điện trung áp được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thấtđiện năng giảm mạnh song vẫn còn rất khiêm tốn

1.2 Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam

1.2.1 Tình hình phát triển lưới điện trung áp

Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay hệ thống lưới điện trung áp củaViệt Nam bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nôngthôn Nhằm nâng cao độ tin cậy trong việc cung cấp điện, đơn giản trongquản lý vận hành, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lượng điện năngcủa khách hàng và giảm tổn thất điện năng của toàn hệ thống đạt khoảng10% vào năm 2010, Tập đoàn Điện lực Việt Nam thường xuyên đầu tư mởrộng, nâng cấp và cải tạo lưới điện trung áp trên phạm vi cả nước Theo kếhoạch phát triển đến năm 2010, LĐTA của tập đoàn đã được xây dựngthêm 282.714 km đường dây trung áp, hạ áp và 19.010 MVA công suấtmáy biến áp phân phối [13]., [14]

Cùng với sự đổi mới và phát triển kinh tế, quá trình phát triển và điệnkhí hoá của nước ta đã có những thay đổi quan trọng, góp phần thúc đẩy sựphát triển của các ngành kinh tế, cải thiện mức sống về vật chất và tinh thầncho nhân dân, đặc biệt là nông dân Hiện nay 100% số huyện trong cả nước

đã có điện lưới quốc gia và hầu hết các xã đã có điện

1.2.2 Tình hình phát triển phụ tải điện

Trang 26

Theo kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN - 0907, “Dự báo nhu cầuphụ tải trong giai đoạn 2000 - 2020” do Viện Chiến lược phát triển, Bộ Kếhoạch và Đầu tư xây dựng với 2 phương án: phương án cao và phương án cơ

sở Trong đó lấy nhịp độ phát triển dân số trong 25 năm (1996 - 2020) được

dự báo bình quân là 1,72%/năm

Nhu cầu điện năng theo phương án cao được dự báo theo phương ánphát triển kinh tế cao Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăngtrưởng trung bình điện năng sẽ là 10,2%/năm và 8,9%/năm tương ứng vớitừng giai đoạn là 2000 - 2010 và 2010 - 2020 Đến năm 2020, nhu cầu điệnnăng là 204 tỷ kWh Tốc độ tăng trưởng điện năng của cả giai đoạn 1996 -

2020 là 11%/năm

Nhu cầu điện năng phương án cơ sở được dự báo theo phương án pháttriển kinh tế cơ sở Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăngtrưởng trung bình điện năng sẽ là 10,5%/năm và 8,2%/năm tương ứng vớitừng giai đoạn Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 173 tỷ kWh Tốc độ tăngtrưởng điện năng của giai đoạn 2000 - 2020 là 10,4%/năm

Với dự báo này thì ngành điện nói chung và lưới điện trung áp địaphương nói riêng trong thời gian tới đòi hỏi phải có sự phát triển, cải tạo và

mở rộng rất lớn Đây là một thực tế cần phải được quan tâm

1.3 Kết luận chương 1

Chương này đã giới thiệu tổng quan một số vấn đề cơ bản về LĐTA,bao gồm định nghĩa, cấu trúc, đặc điểm và vai trò của LĐTA, đồng thời giớithiệu về tình hình phát triển LĐTA ở nước ta và sự phát triển của phụ tải điệnđến năm 2020 Từ đó cho thấy LĐTA có vai trò hết sức quan trọng trong việccung cấp điện, đáp ứng nhu cầu trực tiếp cho phụ tải

Trang 27

Nền kinh tế ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng caodẫn đến nhu cầu về điện năng cũng rất lớn Bên cạnh đó, các nguồn nhiên liệutruyền thống cung cấp cho các nhà máy điện lớn ngày một cạn kiệt và đã gâyảnh hưởng rất lớn đến vấn đề ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu; mặt khác,việc phải xây dựng quá nhiều các hệ thống đường dây cao áp truyền tải điệnnăng đi xa rất tốn kém về kinh tế và cũng gây tổn thất rất lớn.

Nhằm góp phần giảm tải cho các nguồn phát điện trung tâm, giảm vốnđầu tư và tổn thất công suất trên các lưới điện truyền tải, giảm sự tác độngtiêu cực đến môi trường Trong những năm gần đây, với khoa học kỹ thuậtcao, việc nghiên cứu và đưa vào thử nghiệm cũng như vận hành các nguồnphát điện có công suất vừa và nhỏ đã và đang được đặc biệt quan tâm vì nhiều

ưu điểm của nó Những nguồn phát điện này được bố trí phân tán khắp nơi cóthể, làm nhiệm vụ cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải hoặc được đấu nốivào lưới điện trung áp để cung cấp điện cho một khu vực phụ tải rộng hơn.Những nguồn phát điện này được gọi là “Nguồn phân tán”, những ưu điểmnổi bật nhất của nó là: Các nguồn năng lượng sơ cấp của các nguồn phân tánhầu hết là các dạng năng lượng mới và tái tạo, có trữ lượng rồi rào, ít gây ảnhhưởng tiêu cực đến môi trường; các nguồn này sản xuất ra điện năng tại nơitiêu thụ, như vậy sẽ giảm được tổn thất điện năng, chi phí không phải xâydựng thêm các lưới truyền tải điện đi xa

Trên thế giới, các nguồn phân tán đã được nghiên cứu và ứng dụng rấtsớm Tại Việt Nam, khái niệm về nguồn phân tán tuy còn mới mẻ nhưng cũngđang được quan tâm nghiên cứu rất nhiều, có nhiều nghiên cứu đã thành công

và được đưa vào ứng dụng thực tế

Trong chương tiếp theo sẽ trình bày tổng quan về sự xuất hiện của sónghài bậc cao và phương pháp khử sóng hài bậc cao trong lưới điện trung áp áp

Trang 29

Chương 2 SÓNG HÀI BẬC CAO VÀ PHƯƠNG PHÁP KHỬ SÓNG HÀI 2.1 Đặt vấn đề

Ngày nay, các thiết bị điện sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất côngnghiệp ngày càng đa dạng và phong phú về số lượng và chủng loại, kéo theo

đó là yêu cầu nâng cao khả năng đáp ứng về truyền tải và chất lượng của hệthống cung cấp điện

Ta biết rằng, điện năng truyền tải trong hệ thống cung cấp điện thôngqua việc sử dụng một sóng điện từ có tần số 50 Hz hoặc 60 Hz, gọi là sóng cơbản Tuy nhiên trong thực tế, do một số nguyên nhân: Sự cố đường dây, cácphụ tải như: tải lò nung, tải bể điện phân, tải bể mạ… làm cho trong hệ thốngcung cấp điện tồn tại các sóng điện từ có tần số bằng bội số nguyên lần tần số

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

Sự tồn tại của các sóng điều hòa bậc cao trong hệ thống điện gây ảnhhưởng không tốt tới các thiết bị điện và đường dây truyền tải Chúng gây rahiện tượng: quá áp, méo điện áp lưới và dòng điện, tổn thất điện năng, quánhiệt cho các phụ tải, 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 rakhỏi hệ thống điện Các thiết bị được sử dụng để loại bỏ sóng điều hòa bậccao gọi là các bộ lọc

Hiện nay, có nhiều nghiên cứu và ứng dụng các bộ lọc phục vụ trongsản xuất công nghiệp Đề tài này tập trung nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tíchcực, đảm bảo các yêu cầu đặt ra về chất lượng điện năng cho lưới cung cấp vàphân phối điện đến phụ tải

2.2 Tổng quan về sóng điều hòa bậc cao

Chúng ta biết rằng, các dạng sóng điện áp hình sin được tạo ra tại cácnhà máy điện, trạm điện lớn có chất lượng tốt Tuy nhiên, càng di chuyển về

Trang 30

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 -100

-50 0 50 100

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 -100

-50 0 50 100

phía phụ tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng càng bị méodạng Khi đó dạng sóng không còn dạng sin [9].,[10]

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

(sóng chu kỳ không sin)

Sóng chu kỳ không sin có thể coi như là tổng của các dạng sóng điềuhoà 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 chiathành 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 điềuhòa có thể bao gồm một trong ba thành phần trên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vna)

b)

Trang 31

Sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện nêncần phải chú ý khi tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao lớn hơn mức độ chophép Sóng điều hòa dòng điện bậc cao là dòng điện có tần số bằng bội sốnguyên lần tần số cơ bản

Thí dụ: Ta có dòng điện với tần số 150(Hz) tồn tại trên lưới làm việcvới tần số 50(Hz), suy ra đây là dòng điều hòa bậc 3 và dòng 150(Hz) này làdòng không sử dụng được với các thiết bị làm việc trên lưới 50(Hz) Vì vậy

nó sẽ chuyển thành dạng nhiệt năng và gây tổn hao

Thành phần bậc 7

f(t)Thành phần cơ bản

Thành phần bậc 5

1.510.50-0.5

-1

-1.5

Trang 32

θ n : Góc pha của sóng điều hòa bậc n

Ta có thể viết như sau:

Ví dụ phổ của sóng điều hòa bậc cao được thể hiện như sau [4]., [5].:

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

trọng nhất dùng để đánh giá sóng điều hòa bậc cao

Im

Re

Trang 33

0.2 0.205 0.21 0.215 -2000

-1000

0 1000

2000

Time (s) FFT window: 1 of 10.96 cycles of selected signal

0 2 4 6 8

n n

X THD

X n: Biên độ thành phần điều hòa bậc n

Hình 2.4: Phổ của các thành phần điều hòa

Từ công thức trên ta có thể đánh giá độ méo dạng dòng điện và điện ápqua hệ số méo dạng như sau:

Hệ số méo dạng dòng điện:

2 2 1

n n

I THD

Trang 34

Trong đó: I 1: Biên độ thành phần dòng cơ bản

I n: Biên độ thành phần dòng điều hòa bậc n

n n

U THD

U n: Biên độ thành phần điện áp điều hòa bậc n

2.2.1 Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao và quy định giới hạn thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lưới điện

* Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng điều hòa bậc cao đó là việc làmtăng giá trị hiệu dụng cũng như giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp, có thểthấy rõ qua công thức sau:

Trang 35

- Các máy điện quay: Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép của động cơtăng; Làm méo mômen, giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn; Có thể gây ra daođộng 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; Cóthể gây hiện tượng khó đóng cắt, kéo dài quá trình dập hồ quang dẫn đến tuổithọ của thiết bị giảm…

- 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 (làmgiảm 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 đĩacảm 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 côngsuất 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 2.1: 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 (%)=U h

U1

Nhiễu điện áp tổng cộng các loại sóng điều hòa THD (%)

Trang 36

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

* 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 2.3: IEC 1000-3-4 Bậc sóng điều hòa (n) Giá trị

I n

I1 (%) chấp nhận

Bậc sóng điều hòa (n)

Giá trị I n

I1 (%) chấp nhận

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

Nguồn tạo sóng điều hòa bậc cao trong công nghiệp được tạo ra bởi cáctải phi tuyến:

- Các thiết bị điện tử công suất

Trang 37

Các thiết bị điện tử công suất bản thân được cấu thành từ các thiết bịbán dẫn như Đi ốtt, Thyristor, mosfet, IGBT, GTO…là các phần tử phi tuyếngây 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 chếsóng điều hòa bậc cao, người ta sử dụng các mạch chỉnh lưu cầu ba ghép lạivới 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 sẽdẫn tới thiết bị cồng kềnh, tổn thất điện áp lớn…

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

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

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

Trang 38

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 -150

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

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

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

Trang 39

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

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

Ta thấy dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu cầu ba pha có độ méo rất lớnTHD = 30,72 % Các thành phần sóng điều hòa bậc cao này là do tính phituyến của bộ chỉnh lưu cầu gây ra Trong đó các thành phần sóng điều hòabậc 3, 5, 7, 9 là chủ yếu

+ Ví dụ bộ chỉnh lưu Thyristor:

Trang 40

Hình 2.11: Chỉnh lưu Thyristor cầu 3 pha

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

Hình 2.12: Dòng điện pha A

Định dạng
Số trang	110
Dung lượng	2,51 MB