Nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng sóng hài trong lưới phân phối có tụ bù

Một trong các vấn đề gây ảnh hưởng nhiều nhất cả về kinh tế và kỹ thuật là hiện tượng cộng hưởng sóng hài trong lưới điện phân phối có lắp đặt các bộ tụ bù.. Hiện tượng cộng hưởng sóng h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN THỊ HƯƠNG

NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG SÓNG HÀI

TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI CÓ TỤ BÙ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – Năm 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN THỊ HƯƠNG

NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG SÓNG HÀI

TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI CÓ TỤ BÙ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS NGUYỄN XUÂN TÙNG

Hà Nội – Năm 2017

i

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỞ ĐẦU v

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH VẼ ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1

1.1 Khái niệm về sóng hài 1

1.2 Các nguồn phát sinh sóng hài trong hệ thống điện 2

1.2.1 Nguồn hài từ các tải thương mại 2

1.2.1.1 Các bộ nguồn một pha 3

1.2.1.2 Đèn huỳnh quang 4

1.2.1.3 Các thiết bị biến tần điều chỉnh tốc độ cho hệ thống nhiệt, thông gió, điều hóa không khí và thang máy 6

1.2.2 Nguồn hài từ các tải công nghiệp 6

1.2.2.1 Bộ chỉnh lưu công suất 3 pha 6

1.2.2.2 Các thiết bị hồ quang 8

1.2.2.3 Các thiết bị có lõi từ có thể bị bão hòa 9

1.3 Tổng quan về ảnh hưởng của sóng hài tới lưới điện 10

1.3.1 Ảnh hưởng tới máy biến áp 10

1.3.2 Ảnh hưởng tới động cơ 11

1.3.3 Ảnh hưởng tới hệ số công suất 12

1.3.4 Ảnh hưởng tới thiết bị đo đếm 12

1.3.5 Ảnh hưởng tới thiết bị bảo vệ 13

1.3.6 Ảnh hưởng tới các bộ tụ bù 14

CHƯƠNG 2 HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 15

2.1 Tổng quan về hiện tượng cộng hưởng sóng hài trong lưới điện 15

2.2 Hiện tượng cộng hưởng song song 15

2.2.1 Mô tả hiện tượng và các ảnh hưởng 15

2.2.2 Phương thức tính toán gần đúng tần số cộng hưởng song song 17

2.3 Hiện tượng cộng hưởng nối tiếp 20

2.4 Phân tích một số trường hợp thực tế về cộng hưởng sóng hài 24

2.4.1 Trường hợp 1 24

2.4.2 Trường hợp 2 26

2.4.3 Trường hợp 3 29

ii

2.4.4 Kết luận 32

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ VỀ KHẢ NĂNG CỘNG HƯỞNG SÓNG HÀI TRÊN XUẤT TUYẾN 374E27.11 CHÂU KHÊ – BẮC NINH 33

3.1 Đặc điểm về lưới phân phối tỉnh Bắc Ninh 33

3.1.1 Thông tin chung 33

3.1.2 Giới thiệu phụ tải lò cảm ứng trong làng nghề sắt thép Đa Hội 33

3.2 Giới thiệu về lò cảm ứng sử dụng trong nấu thép 34

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý lò cảm ứng 34

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý của mạch điện cấp cho lò cảm ứng 35

3.3 Phân tích hiện tượng cộng hưởng sóng hài trên xuất tuyến 374E27.11 37

3.3.1 Thông số của xuất tuyến 374E27.11 37

3.3.2 Phân tích phụ tải và sơ lược đánh giá khả năng cộng hưởng sóng hài 37

CHƯƠNG 4 : MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG SÓNG HÀI CHO XUẤT TUYẾN 374E27.11 CHÂU KHÊ – BẮC NINH 40

4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng PSCAD và công cụ tính toán MATLAB 40

4.1.1 Giới thiệu phần mềm PSCAD 40

4.1.2 Giới thiệu phần mềm Matlab 41

4.2 Sơ đồ mô phỏng và các kịch bản đánh giá 44

4.2.1 Sơ đồ mô phỏng lưới điện trong PSCAD 44

4.2.1 Các kịch bản mô phỏng và kết quả phân tích 44

4.2.1.1 Phổ tần sóng hài dòng điện tại thanh góp 35kV 44

4.2.1.2 Kết quả kịch bản 1: khi các tải hoạt động đầy đủ 46

4.2.1.3 Kết quả kịch bản 2: chỉ có các tải riêng lẻ hoạt động 50

4.3 Đánh giá về kết quả mô phỏng 54

4.4 Kiểm chứng giải pháp ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng sóng hài 54

4.4.1 Kiểm chứng hiệu quả khi thay đổi vị trí lắp đặt bộ tụ bù 55

4.4.2 Kiểm chứng hiệu quả khi lắp đặt thêm cuộn kháng nối tiếp với bộ tụ bù57 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 60

5.1 Kết luận chung về đề tài nghiên cứu 60

5.2 Đề xuất hướng nghiên cứu trong tương lai 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của

ai Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí, bài báo và các trang web theo danh mục tài liệu tham khảo của luận văn

Tác giả

Nguyễn Thị Hương

iv

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Xuân Tùng, giảng viên Bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Điện, thư viện Tạ Quang Bửu, cùng các giảng viên Trường Đại học Bách khoa

Hà Nội đã hướng dẫn tôi trong khóa học và hoàn thành đề tài này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ hành chính của Viện Điện và Viện Đào tạo Sau đại học đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình học tập tại trường

Để có được ngày hôm nay tôi không thể không nhắc đến những người thân trong gia đình đã tạo một hậu phương vững chắc giúp tôi yên tâm hoàn thành công việc

và nghiên cứu của mình

Cuối cùng tôi xin gửi tới toàn thể bạn bè và đồng nghiệp lời biết ơn chân thành về những tình cảm tốt đẹp cùng sự giúp đỡ quý báu mà mọi người đã dành cho tôi trong suốt thời gian làm việc, học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài này

Nguyễn Thị Hương

cơ điện, ảnh hưởng tới các bộ điều khiển của các thiết bị Một trong các vấn đề gây ảnh hưởng nhiều nhất cả về kinh tế và kỹ thuật là hiện tượng cộng hưởng sóng hài trong lưới điện phân phối có lắp đặt các bộ tụ bù Hiện tượng cộng hưởng sóng hài

có thể gây quá tải các bộ tụ, gây hỏng hóc do quá áp và ảnh hưởng tới các thiết bị khác Một số đơn vị điện lực đã có các báo cáo sơ bộ về việc phải thường xuyên thay thế các tụ bù trên đường dây gây thiệt hại về kinh tế, các bộ tụ bị hỏng hóc này thường thuộc về các đường dây cung cấp cho khu vực làng nghề (ví dụ làng nghề sản xuất sắt thép, dùng các lò điện) Sơ bộ phân tích nguyên nhân có thể do ảnh hưởng của sóng hài và cộng hưởng sóng hài

Xuất phát từ thực tế này, luận văn đi sâu phân tích về hiện tượng cộng hưởng sóng hài trong lưới điện phân phối để cung cấp các cơ sở lý thuyết cũng như xác định nguyên nhân có thể gây ra việc hỏng hóc các bộ tụ bù trong lưới điện phân phối

Lịch sử nghiên cứu

Vấn đề ảnh hưởng của sóng hài tới các trang thiết bị trên lưới điện đã được công bố trong nhiều tài liệu và bài báo Tại Việt Nam, chưa thấy có các công trình nghiên cứu nào liên quan tới hiện tượng cộng hưởng sóng hài Mặt khác, việc tính toán phân tích hiện tượng này cần dựa trên sơ đồ cụ thể của lưới điện và hiện trạng

các trang thiết bị khác, do đó mỗi trường hợp sẽ là một nghiên cứu riêng, độc lập

vi

Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Nội dung luận văn nghiên cứu về các hiện tượng cộng hưởng sóng hài trong lưới điện phân phối có trang bị các tụ bù Mục đích chính là sẽ tìm ra các trạng thái vận hành bất lợi có thể xảy ra cộng hưởng với lưới điện, từ đó xem xét đề xuất các giải pháp để giảm bớt các ảnh hưởng này Luận văn sẽ tính toán áp dụng với một xuất tuyến đường dây phân phối hiện đang cấp điện cho làng nghề thuộc vùng quản

lý của Điện lực Bắc Ninh

Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản

Mục tiêu chính của luận văn bao gồm:

- Tổng quan về sóng hài trong hệ thống điện: các nguồn phát sinh sóng hài và ảnh hưởng của sóng hài tới các thiết bị khác trong lưới điện

- Phân tích lý thuyết về hiện tượng cộng hưởng sóng hài và các hệ quả

- Phân tích áp dụng với lộ đường dây 35kV cung cấp điện cho làng nghề có sử dụng các lò nấu thép kiểu cảm ứng

Nội dung của luận văn được chia làm 5 chương như sau:

- Chương 1: Tổng quan về sóng hài trong hệ thống điện

- Chương 2: Hiện tượng cộng hưởng sóng hài và các hệ quả Trong chương này cũng sẽ phân tích một số trường hợp thực tế trên thế giới đã bị ảnh hưởng của hiện tượng cộng hưởng sóng hài

- Chương 3: Phân tích đánh giá sơ bộ về khả năng cộng hưởng sóng hài với lưới điện 35kV cung cấp điện cho khu vực làng nghề có sử dụng các lò nấu thép kiểu cảm ứng Các lò nấu thép này chính là nguồn phát sinh sóng hài, gây ảnh hưởng tới các bộ tụ và thiết bị khác trong lưới lân cận Chương này sẽ phân tích sơ bộ dựa theo các công thức gần đúng và nêu ra sự cần thiết phải sử dụng phần mềm

mô phỏng

vii

- Chương 4: Mô phỏng đánh giá hiện tượng cộng hưởng sóng hài cho xuất tuyến

374 E27.11 Châu Khê (Bắc Ninh) và đề xuất giải pháp xử lý hiện tượng cộng hưởng sóng hài cho lưới điện này

- Chương 5: Kết luận và đề xuất hướng nghiên cứu trong tương lai

Các đóng góp mới của tác giả

Tác giả đã nghiên cứu chuyên sâu về hiện tượng cộng hưởng sóng hài và đã

áp dụng các công cụ phần mềm hiện đại để phân tích cho một lưới điện thực tế Đồng thời tác giả cũng đã đề xuất được giải pháp để giảm ảnh hưởng của hiện tượng cộng hưởng sóng hài tới các bộ tụ bù

viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.3.1: Thông số các máy biến áp 37

Bảng 3.3.2: Thông số đường dây 37

Bảng 4.2.1: Dòng điện hài tại thanh góp 35kV trường hợp đầy tải 44

Bảng 4.2.2: Dòng điện hài tại thanh góp 35kV trường hợp non tải 45

ix

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ Trang

Hình 1.1.1: Dòng điện và điện áp bị méo dạng do tải phi tuyến 1

Hình 1.1.2: Dạng sóng và phổ tần của một dòng điện bị méo dạng sóng 2

Hình 1.2.1: Bộ nguồn chuyển mạch (SMPS) 3

Hình 1.2.2: Dạng sóng dòng điện và phổ tần của SMPS 4

Hình 1.2.3: Dạng sóng dòng điện và phổ tần của đèn huỳnh quang chấn lưu điện từ 5 Hình 1.2.4: Dạng sóng dòng điện và phổ tần của đèn huỳnh quang chấn lưu điện tử với THD=144% 5

Hình 1.2.5: ADS một chiều 6 xung 7

Hình 1.2.6: Điều khiển động cơ xoay chiều công suất lớn sử dụng biến tần loại nguồn áp và nguồn dòng 7

Hình 1.2.7: Dòng điện và phổ hài của biến tần loại nguồn dòng 8

Hình 1.2.8: Dòng điện và phổ hài của của biến tần sử dụng phương pháp điều khiển độ rộng xung 8

Hình 1.2.9: Đặc tính từ hóa của lõi thép 9

Hình 1.2.10: Dòng pha A và phổ của nó khi Uvh = 110%Uđm 10

Hình 1.3.1: Chiều của các dòng điện hài: (a) – đối với tải phi tuyến; (b) – đối với tải tuyến tính khi điện áp bị méo dạng 13

Hình 1.3.2: Hư hỏng của bộ tụ do ảnh hưởng của sóng hài 14

Hình 2.2.1: Cấu hình hệ thống có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng song song 15

Hình 2.2.2: Sơ đồ thay thế đơn giản của mạch cộng hưởng song song 16

Hình 2.2.3: Đáp tuyến hệ thống tần số khi thay đổi dung lượng tụ 17

Hình 2.2.4: Sơ đồ hệ thống cộng hưởng song song trên BUS-1 19

Hình 2.2.5: Độ lớn tổng trở tương đương của hệ thống nhìn từ BUS-1 theo tần số 19 Hình 2.2.6: Dòng điện khuếch đại của mạch cộng hưởng song song 20

Hình 2.3.1: Cấu hình hệ thống có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng nối tiếp 21

Hình 2.3.2: Tần số cộng hưởng của mạch cộng hưởng nối tiếp 21

Hình 2.3.3: Sơ đồ hệ thống cộng hưởng nối tiếp trên BUS-1 22

Hình 2.3.4: Độ lớn trở kháng tương đương của hệ thống theo tần số 23

Hình 2.3.5: Dòng điện bị khuếch đại khi cộng hưởng sóng hài 23

Hình 2.4.1: Sơ đồ một sợi tương đương của nhà máy 24

Hình 2.4.2: Sơ đồ một sợi với 2 máy M1, M2 vận hành 25

x

Hình 2.4.3: Trở kháng nhìn từ BUS-2 và dòng điện với M1, M2 vận hành 26

Hình 2.4.4: Sơ đồ một sợi của nhà máy xi măng 27

Hình 2.4.5: Trở kháng nhìn từ thanh góp MC1 và dòng điện khuếch đại với động cơ công suất 2300Hp không vận hành 29

Hình 2.4.6: Sơ đồ nối điện của nhà máy giấy 30

Hình 2.4.7: Quá điện áp do bộ tụ vận hành với hệ thống không tải 30

Hình 2.4.8: Đặc tính trở kháng – tần số nhìn từ thanh góp nhà máy khi bộ lọc sóng hài đang vận hành 31

Hình 2.4.9: Dòng điện khuếch đại qua bộ điều chỉnh công suất phản kháng với nguồn và bộ tụ vận hành 32

Hình 3.2.1: Cấu trúc nguyên lý của lò cảm ứng loại không lõi thép 34

Hình 3.2.2: Sơ đồ nguyên lý lò cảm ứng 35

Hình 3.2.3: Phổ tần của một lò điện cảm ứng 36

Hình 3.3.1: Sơ đồ xuất tuyến 374 E27.11 37

Hình 4.1.1: Giới thiệu các phần mềm mô phỏng 40

Hình 4.1.2: Giao diện chính của phần mềm PSCAD 41

Hình 4.1.3: Giao diện chính của Matlab 43

Hình 4.1.4: Giao diện của của sổ soạn thảo các lệnh 43

Hình 4.2.1: Sơ đồ mô phỏng lưới điện trong PSCAD 44

Hình 4.2.2: Phổ tần sóng hài dòng điện tại thanh góp 35kV trường hợp đầy tải 44

Hình 4.2.3: Tổng độ méo hài tại thanh góp 35 kV trường hợp đầy tải 45

Hình 4.2.4: Phổ tần dòng điện tại thanh góp 35kV trường hợp non tải 45

Hình 4.2.5: Tổng độ méo hài tại thanh góp 35kV trường hợp non tải 45

Hình 4.2.6: Tổng trở theo tần số khi đầy tải, tụ bù 35kV đang đóng nhìn từ tải 4 46

Hình 4.2.7: Tổng trở theo tần số khi đầy tải, tụ bù 35kV đang cắt nhìn từ tải 4 46

Hình 4.2.8: Tổng trở theo tần số khi đầy tải, tụ bù 35kV đang đóng nhìn từ tải 3 47

Hình 4.2.9: Tổng trở theo tần số khi đầy tải, tụ bù 35kV đang cắt nhìn từ tải 3 47

Hình 4.2.10: Tổng trở theo tần số khi đầy tải, tụ bù 35kV đang đóng nhìn từ tải 2 48 Hình 4.2.11: Tổng trở theo tần số khi đầy tải, tụ bù 35kV đang cắt nhìn từ tải 2 48

Hình 4.2.12: Tổng trở theo tần số khi đầy tải, tụ bù 35kV đang đóng nhìn từ tải 1 49 Hình 4.2.13: Tổng trở theo tần số khi đầy tải, tụ bù 35kV đang cắt nhìn từ tải 1 49

Hình 4.2.14: Tổng trở theo tần số khi chỉ có tải 4, tụ bù 35kV đang đóng 50

Hình 4.2.15: Tổng trở theo tần số khi chỉ có tải 4, tụ bù 35kV đang cắt 50

Hình 4.2.16: Tổng trở theo tần số khi chỉ có tải 3, tụ bù 35kV đang đóng 51

Hình 4.2.17: Tổng trở theo tần số khi chỉ có tải 3, tụ bù 35kV đang cắt 51

xi

Hình 4.2.18: Tổng trở theo tần số khi chỉ có tải 2, tụ bù 35kV đang đóng 52

Hình 4.2.19: Tổng trở theo tần số khi chỉ có tải 2, tụ bù 35kV đang cắt 52

Hình 4.2.20: Tổng trở theo tần số khi chỉ có tải 1, tụ bù 35kV đang đóng 53

Hình 4.2.21: Tổng trở theo tần số khi chỉ có tải 1, tụ bù 35kV đang cắt 53

Hình 4.4.1: Tổng trở theo tần số khi lắp bộ tụ giữa xuất tuyến, phụ tải 1 vận hành 55 Hình 4.4.2: Tổng trở theo tần số khi lắp bộ tụ cuối xuất tuyến, phụ tải 4 vận hành 56 Hình 4.4.3: Tổng trở theo tần số khi lắp nối tiếp cuộn kháng có giá trị 0.01 (H) 57

Hình 4.4.4: Tổng trở theo tần số khi lắp nối tiếp cuộn kháng có giá trị 0.05 (H) 58

Hình 4.4.5: Tổng trở theo tần số khi lắp nối tiếp cuộn kháng có giá trị 0.1 (H) 58

Hình 4.4.6: Tổng trở theo tần số khi lắp nối tiếp cuộn kháng có giá trị 0.15 (H) 59

Hình 4.4.7: Tổng trở theo tần số khi lắp nối tiếp cuộn kháng có giá trị 0.2 (H) 59

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Điện áp được phát ra từ các nhà máy điện thường được coi là thuần sóng sin Tuy nhiên khi càng gần phía phụ tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì dạng sóng điện áp này ngày càng bị méo, không còn hình sinh nữa Tải phi tuyến là loại tải mà dòng điện biến đổi không tỉ lệ thuận với điện áp Hình 1.1.1 minh họa khái niệm này:

n 1.1.1: Dòng điện và điện áp bị méo dạng do tải p i tuyến

Giả sử một nguồn điện thuần sin được cấp cho một bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Dễ dàng nhận thấy rằng đặc điểm của bộ chỉnh lưu cầu 1 pha là dòng điện sẽ không sin hay nói cách khác là dòng điện bị méo dạng Ih Dòng điện Ih chạy trên dây dẫn sẽ sinh

ra một điện áp rơi cũng bị méo dạng V=Ih*Zh Do đó, mặc dù điện áp nguồn là thuần sin nhưng điện áp tại điểm đấu nối chung của các thiết bị khác sẽ bị méo dạng sóng Do vậy, nếu các thiết bị khác được đấu chung vào cùng thanh cái này sẽ phải chịu điện áp không sin đặt vào:

Dựa trên phân tích Fourier: một dạng sóng chu kỳ v(t) bất kỳ có thể được phân tích thành các thành phần sóng sin điều hòa:

V(t)=V0 + [ak*cos(kwt) + bk*sin(kwt)], với k=[1,)

Hay V(t) = V0 +

 1

k

(ck*sin(kw0t + k) Trong đó :

n 1.1.2: Dạng sóng và p ổ tần của một dòng điện bị méo dạng sóng

Như vậy một dạng sóng bị méo dạng bởi vì ngoài thành phần cơ bản (f=50Hz) nó còn chứa thành phần hài bậc ngoài tần số cơ bản

1.2.1 Nguồn hài từ các tải thương mại

Các cơ sở thương mại như khu văn phòng, siêu thị, bệnh viện và các trung tâm dữ liệu internet đang sử dụng nhiều các loại đèn huỳnh quang với chấn lưu điện tử, các biến tần điều chỉnh tốc độ cho hệ thống cấp nhiệt, thông gió và điều hòa không khí, thang máy và các thiết bị điện tử nhạy cảm khác được cung cấp bởi

chế độ nguồn điện một pha Tải thương mại được đặc trưng bởi số lượng tải lớn, dòng hài từ mỗi tải sinh nhỏ Tùy thuộc vào các loại tải khác nhau mà dòng hài sinh ra có thể tự triệt tiêu hoặc tăng thêm lẫn nhau Đặc điểm của các tải thương mại điển hình được chi tiết trong các phần dưới đây[8]:

1.2.1.1 Các bộ nguồn một p a

Có hai loại nguồn cấp công suất một pha chủ yếu Công nghệ cũ hơn sử dụng phương pháp điều khiển điện áp xoay chiều (chẳng hạn như máy biến áp) để giảm điện áp tới mức yêu cầu Máy biến áp là một cuộn cảm do vậy có khả năng cản trở, làm mịn dạng sóng đầu vào, giảm bớt các thành phần hài

Công nghệ mới hơn sử dụng các bộ nguồn chuyển mạch (Switched Mode Power Supply - SMPS) sử dụng các thiết bị điện tử công suất để biến dổi điện áp thành một chiều với khả năng tự động điều chỉnh và duy trì điện áp đầu ra (Hình 1.2.1) Các bộ nguồn loại này được sử dụng phổ biến trên các thiết bị như máy tính, máy

in, máy photocopy và hầu hết các thiết bị điện tử một pha khác hiện nay Các ưu điểm chính là khối lượng nhẹ, kích thước nhỏ gọn, hiệu quả vận hành cao và thiếu

sự cần thiết của máy biến áp Hình 1.2.2 minh họa dạng sóng dòng điện và phổ tần tương ứng của loai nguồn SMPS này

n 1.2.1: Bộ nguồn c uyển mạc (SMPS)

n 1.2.2: Dạng sóng dòng điện và p ổ tần của SMPS

Một đặc điểm nổi bật của SMPS là thành phần hài bậc ba rất cao trong dòng điện Thành phần dòng điện hài bậc ba có tính chất tương tự thành phần dòng điện thứ tự không, do đó sẽ đi vào dây trung tính và có thể gây quá tải dây dẫn trung tính trong các tòa nhà văn phòng

n 1.2.3: Dạng sóng dòng điện và p ổ tần của đèn uỳn quang c ấn lưu điện từ

Chấn lưu điện tử sử dụng các thiết bị điện tử để chuyển đổi điện áp tần số cơ bản thành điện áp ở tần số cao hơn nhiều, thường trong khoảng từ 25 ÷ 40 kHz Tần số cao này có 02 ưu điểm Thứ nhất là một điện cảm nhỏ cũng đủ để hạn chế dòng điện

hồ quang Thứ hai là, tần số cao giúp loại bỏ hoặc làm giảm đáng kể các các nhấp nháy từ 100 ÷ 120 Hz so với loại chấn lưu điện từ lõi sắt Hình 1.2.4 biều diễn dạng sóng dòng điện và phổ hài của đèn huỳnh quang dùng chấn lưu điện tử với tổng độ méo hài dòng điện lên tới mức THDi = 144%

n 1.2.4: Dạng sóng dòng điện và p ổ tần của đèn uỳn quang c ấn lưu điện tử

với T D=144%

Vì đèn huỳnh quang là một nguồn phát sinh sóng hài trong các tòa nhà thương mại, chúng thường được phân bố đều nhau giữa ba pha để đảm bảo cân bằng tải Nếu máy biến áp cấp nguồn cho khu văn phòng có tổ đấu dây tam giác, sẽ làm giảm thành phần hài bậc ba chảy trong lưới điện, tuy nhiên nếu máy biến áp nối Y-Y sẽ không thể loại bỏ thành phần hài bậc ba cho dù cân bằng giữa các pha như thế nào

1.2.1.3 Các t iết bị biến tần điều c ỉn tốc độ c o ệ t ống n iệt, t ông gió, điều hóa không khí và thang máy

Các thiết bị biến tần điều chỉnh tốc độ (Adjustable Speed Drive - ASD) sử dụng phổ biến để điều khiển động cơ thang máy, máy bơm và quạt trong hệ thống điều hòa Thiết bị biến tần gồm có bộ chỉnh lưu đầu vào, bộ băm xung để điều khiển điện áp và tần số đầu ra Việc điều chỉnh điện áp và tần số đầu ra cho phép điều khiển tốc độ động cơ để phù hợp với yêu cầu ứng dụng Biến tần cũng được sử dụng phổ biến trong các tải công nghiệp

1.2.2 Nguồn hài từ các tải công nghiệp

Các cơ sở công nghiệp được đặc trưng bởi việc ứng dụng rộng rãi các tải phi tuyến Các tải phi tuyến nói chung có thể chi thành 03 loại: các bộ chỉnh lưu công suất 3 pha, các thiết bị hồ quang và các thiết bị có lõi thép có thể bão hòa

1.2.2.1 Bộ c ỉn lưu công suất 3 p a

Bộ chỉnh lưu công suất 3 pha khác biệt với bộ chỉnh lưu công suất 1 pha bởi

vì nó không sinh ra dòng điện hài bậc 3 Đây là một ưu điểm lớn bởi vì thành phần hài bậc 3 là thành phần hài lớn nhất Tuy nhiên nó vẫn có thể là một nguồn đáng kể sinh ra sóng hài tại một số tần số đặc trưng

* Động cơ điện một chiều

Bộ chỉnh lưu cung cấp điện áp một chiều cho các động cơ điện một chiều So sánh với động cơ xoay chiều, động cơ một chiều cung cấp một dải tốc độ rộng hơn

và mô men khởi động lớn hơn Tuy nhiên giá thành và chi phí bảo dưỡng động cơ một chiều cao, trong khi giá trị của các thiết bị điện tử lại giảm theo hàng năm Chính vì vậy, những yêu cầu về tính kinh tế đã giới hạn sự tham gia của động cơ một chiều trong những ứng dụng cần đến đặc tính tốc độ và mô men tốt của động cơ

một chiều Hầu hết các động cơ một chiều sử dụng bộ chỉnh lưu 6 – xung như hình dưới đây:

n 1.2.5: ADS một c iều 6 xung

Những động cơ lớn có thể sử dụng bộ chỉnh lưu 12 xung với ưu điểm là thành phần hài nhỏ hơn Hai thành phần dòng điện hài xoay chiều lớn nhất đối với bộ chỉnh lưu

6 xung là hài bậc 5 và bậc 7 Bộ chỉnh lưu 12 xung có thể loại bỏ 90% thành phần hài bậc 5 và 7 Nhưng bộ chỉnh lưu 12 xung là giá thành đắt hơn

* Động cơ điện xoay chiều

Các biến tần được sử dụng khá phổ biến để điều chỉnh tốc độ các động cơ trong công nghiệp (Hình 1.2.6)

n 1.2.6: Điều k iển động cơ xoay c iều công suất lớn sử dụng biến tần loại

nguồn áp và nguồn dòng

Dưới đây là dạng sóng dòng điện và phổ tần của một số loại biến tần

n 1.2.7: Dòng điện và p ổ ài của biến tần loại nguồn dòng

n 1.2.8: Dòng điện và p ổ ài của của biến tần sử dụng p ương p áp điều k iển

độ rộng xung 1.2.2.2 Các t iết bị ồ quang

Các thiết bị hồ quang phổ biến trong công nghiệp bao gồm hàn hồ quang hoặc lò hồ quang và đèn hồ quang chiếu sáng

Các đặc tính điện áp – dòng điện của hồ quang điện là phi tuyến Sau khi mồi hồ quang (sau khi đánh lửa) điện áp giảm thì dòng điện hồ quang tăng lên, dòng điện này chỉ được hạn chế bởi trở kháng của hệ thống

Các thành phần hài của lò hồ quang và các thiết bị phóng điện hồ quang khác tương

tự được biểu diễn trong hình 1.2 – 3 Thiết bị phóng điện hồ quang 3 pha có thể được bố trí cân bằng tải 3 pha để loại bỏ thành phần hài bậc 3 chạy qua máy biến

áp Tuy nhiên lò hồ quang 3 pha hoạt động không cân bằng thường xuyên trong giai đoạn nấu chảy nên sẽ có nhiều hài bậc 3 Trong giai đoạn tinh luyện khi hồ quang

ổn định hơn thì mức độ hài bậc 3 có giảm xuống

1.2.2.3 Các t iết bị có lõi từ có t ể bị bão òa

Thiết bị loại này bao gồm máy biến áp và các thiết bị điện từ có lõi thép khác như động cơ điện Sóng hài được phát sinh do đặc tính từ hóa phi tuyến của lõi thép

n 1.2.9: Đặc tín từ óa của lõi t ép

* Đường cong từ hóa và hiện tượng bão hòa mạch từ

Mạch từ có cấu trúc đặc biệt về phương diện từ Trong mạch từ có nhiều miền từ hóa tự nhiên đó là các nam châm nhỏ Ở điều kiện thường các kim nam châm sắp xếp hỗn loạn, khi đó lõi thép không có từ tính Khi lõi thép đặt trong từ trường ngoài các nam châm nhỏ sắp xếp theo từ trường ngoài, khi đó trong sắt có từ tính Khi từ trường ngoài càng lớn thì càng có nhiều nam châm được đính hướng cùng nhau Khi từ trường ngoài tăng đến một mức nào đó thì tất cả các kim nam

châm này được định hướng giống nhau Nếu tiếp tục tăng từ trường ngoài, từ thông cũng không thể lớn hơn được nữa, khi đó mạch từ bị bão hòa

* Cơ chế phát sinh sóng hài

Hiện tượng bão hòa mạch từ là một nguyên nhân gây ra sóng hài Khi biên độ điện áp từ thông đủ lớn (hiện tượng quá từ thông) để rơi vào vùng không tuyến tính trên đường cong B-H của mạch từ sẽ dẫn đến dòng điện bị méo dạng và chứa thành phần sóng hài mặc dù sóng điện áp đặt vào vẫn là hình sin

Máy biến áp được thiết kế để vận hành chỉ dưới điểm gập của đặc tính từ hóa (Hình 1.2.9) Thông thường dòng từ hóa chiếm khoảng 1-2% dòng định mức Tuy nhiên khi điện áp tăng dẫn tới điểm làm việc rơi vào vùng phi tuyến, hệ quả là dòng từ hóa tăng mạnh và bị méo dạng sóng và máy biến áp trở thành nguồn phát sóng hài Dưới đây là đặc tính sóng dòng điện và phổ tần của máy biến áp khi điện áp quá tải 10%

Dòng điện hài được tạo ra bởi các tải phi tuyến dược bơm vào hệ thống cung cấp Những dòng điện này có thể tương tác bất lợi với một loạt các thiết bị của hệ thống điện, đặc biệt là tụ điện, máy biến áp, động cơ gây nên tăng tổn thất, quá nhiệt

và quá tải [5]

1.3.1 Ảnh hưởng tới máy biến áp

Lõi thép của máy biến áp gồm các lá tôn silic mỏng ghép lại, các lá thép này được thiết kế để hoạt động ở tần số 50Hz hoặc 60Hz Khi làm việc ở tần số hài cao

hơn sẽ làm tăng tổn thất do dòng điện xoáy (dòng điện Fuco) Sự phát nóng do sóng hài sẽ làm giảm khả năng tải , giảm tuổi thọ máy biến áp do quá trình già hóa cách điện, tăng tổn thất điện năng Thành phần hài dòng điện có thể gây 03 ảnh hưởng đến máy biến áp:

- Dòng điện hiệu dụng (Irms): máy biến áp có kích thước và công suất kVA thiết kế theo yêu cầu của tải, dòng điện hài có thể làm cho dòng điện hiệu dụng tăng hơn so với khả năng của nó Việc tăng tổng dòng điện hiệu dụng sẽ gây ra tăng tổn

max 2

3 2 2 2

* 2

1

h

I I

I

(Trong đó: I1, I2, … là biên độ của sóng dòng điện tương ứng)

- Tổn thất dòng điện xoáy: Đây là dòng điện cảm ứng trong máy biến áp được sinh ra bởi từ thông Những dòng điện cảm ứng này chạy trong cuộn dây, trong lõi thép và trong các vật liệu cảm ứng khác liên quan đến từ trường của máy biến áp và gây ra hiện tượng phát nóng Thành phần tổn thất này của máy biến áp tăng lên bình phương lần tần số của dòng điện gây ra bởi dòng điện xoáy Vì vậy, đây là một thành phần tổn thất rất quan trọng của máy biến áp do phát nóng hài

sẽ phụ thuộc vào độ dày và chất lượng của lõi thép

1.3.2 Ảnh hưởng tới động cơ

Động cơ có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự méo dạng điện áp hài Méo hài điện áp tại các cực động cơ được chuyển thành hài từ thông trong động cơ Hài từ thông không đóng góp đáng kể đến mô men xoắn của động cơ nhưng quay ở một tần số khác tần số đồng bộ, về cơ bản cảm ứng ra dòng điện tần số cao trong rô to Ảnh hưởng tới động cơ tương tự như dòng điện thứ tự nghịch tại tần số cơ bản

Thường không cần phải giảm công suất động cơ nếu méo dạng điện áp nằm trong tiêu chuẩn IEEE 519 – 1992 giới hạn 5% THD và 3% cho bất kỳ hài riêng lẻ Vấn

đề phát nóng quá mức bắt đầu khi méo dạng điện áp đạt 8%  10% và cao hơn

1.3.3 Ảnh hưởng tới hệ số công suất

Sóng hài làm giảm hệ số công suất như phân tích sau đây:

Hệ số công suất cos được tính như sau: cos=

I U

1 2 1

1 1

) 100

% (

1

1

* )

100

% (

P THD

I U

P I

%(

1.3.4 Ảnh hưởng tới thiết bị đo đếm

Dòng điện hài từ các tải phi tuyến có thể ảnh hưởng bất lợi đến việc tính toán chính xác của công tơ đo đếm điện năng Công tơ đo đếm điện truyền thống hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ Đĩa quay trong công tơ đo đếm quay với tốc độ tỷ lệ thuận với dòng năng lượng Đĩa quay này lần lượt đẩy một loạt các bánh răng mà di chuyển trên thanh ghi

Đĩa từ của đồng hồ đo điện có xu hướng sai số âm tại tần số hài Đó là chúng ghi lại công suất thấp tại tần số hài nếu chúng được hiệu chỉnh đúng ở tần số cơ bản Sai số này tăng lên khi tần số tăng Nói chung tải phi tuyến có xu hướng bơm công suất hài trở lại hệ thống cung cấp và tải tuyến tính hấp thụ công suất hài do sự méo dạng của điện áp Điều này được mô tả trong hình 1.3 – 1 bằng cách biểu diễn chiều của các dòng điện

n 1.3.1: C iều của các dòng điện ài: (a) – đối với tải p i tuyến; (b) – đối với

tải tuyến tín k i điện áp bị méo dạng

Như vậy đối với tải phi tuyến, đồng hồ sẽ đọc:

Trong đó a3, a5, a7, … là hệ số (<1.0) đại diện cho sự thiếu chính xác của đồng hồ

đo tại tần số hài Công suất đo đếm được nhiều hơn một chút so với công suất thực

tế vì đồng hồ không trừ tất cả các công suất hài

Trường hợp tải tuyến tính (điện áp bị méo dạng) thì đồng hồ sẽ đọc là:

Tải phi tuyến đã hấp thụ thêm năng lượng nhưng đồng hồ không ghi được nhiều năng lượng như là thực tế sử dụng Câu hỏi đặt ra là liệu khách hàng có thực sự muốn thêm năng lượng này? Nếu tải bao gồm các động cơ thì câu trả lời sẽ là không bởi vì việc thêm năng lượng này kết quả sẽ gây ra tổn thất trong động cơ từ méo hài Nếu tải là điện trở năng lượng có khả năng được tiêu thụ một cách hiệu quả

1.3.5 Ảnh hưởng tới thiết bị bảo vệ

Rơle bảo vệ được sử dụng để bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện trước các sự cố bất thường như quá tải, ngắn mạch, quá áp, bằng cách cô lập sự cố một cách nhanh chóng thông qua thiết bị đóng cắt và đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Các rơ le số được nhà sản xuất thiết kế làm việc trong các điều kiện khác nhau của

điện áp và dòng điện, do vậy sẽ không bị ảnh hưởng bởi sóng hài Tuy nhiên các rơ

le bảo vệ làm việc phụ thuộc vào điện áp đỉnh và dòng điện đỉnh có thể sẽ bị ảnh hưởng của thành phần hài

1.3.6 Ảnh hưởng tới các bộ tụ bù

Sóng hài điện áp làm tăng tổn hao điện môi trong các bộ tụ, tổn hao này có thể tính theo:

Trong đó: Vn là giá trị hiệu dụng của điện áp hài bậc n

Việc tăng tổn hao này làm nóng các bộ tụ, gây giá hóa nhanh, giảm tuổi thọ Các bộ

tụ cũng thường được coi là nơi hút các sóng hài, điều này là do điện kháng của bộ tụ giảm theo tần số sóng hài: XC =

C

f *

* 2

1



Một cách tự nhiên các sóng hài sẽ tìm đường đi tới các nơi có tổng trở thấp (vào các

bộ tụ) và có thể gây quá tải Mặt khác sự xuất hiện của các hiện tượng cộng hưởng

có thể gây quá áp và quá dòng cho các bộ tụ dẫn tới sớm hư hỏng

n 1.3.2: ư ỏng của bộ tụ do ản ưởng của sóng ài

CHƯƠNG 2 HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG SÓNG HÀI TRONG HỆ

THỐNG ĐIỆN

Tất cả các mạch có cả cảm kháng và dung kháng đều có một hay nhiều tần số cộng hưởng tự nhiên Khi một trong số những tần số đó trùng với tần số của hệ thống, sự cộng hưởng có thể xảy ra và điện áp cũng như dòng điện tại tần số đó sẽ

bị khuếch đại có giá trị rất lớn

Khi các hệ thống tụ bù được sử dụng trong lưới điện phân phối công nghiệp sẽ có thể gây ra hai hiện tượng cộng hưởng là cộng hưởng nối tiếp và cộng hưởng song song [2]

2.2.1 Mô tả hiện tượng và các ảnh hưởng

Hình 2.2.1 biểu diễn một lưới điện phân phối có khả năng dễ xảy ra hiện tượng cộng hưởng song song Nếu nhìn từ phía nguồn sóng hài từ các tải phi tuyến thì các bộ tụ bù trở thành song song với điện kháng tương đương của hệ thống

n 2.2.1: Cấu n ệ t ống có t ể xảy ra iện tượng cộng ưởng song song

Điều kiện cộng hưởng song song xảy ra nếu giá trị điện kháng của hệ thống và giá trị dung kháng của các bộ tụ bù triệt tiêu nhau Tại tần số xảy ra hiện tượng này gọi

là tần số cộng hưởng (fp) và được tính như sau:

Leq

R C

C

L Leq* 2

1



Trong đó:

- Trở kháng của MBA và của nguồn lần lượt là R và LLeq

- Điện dung của bộ tụ bù là C

Tại tần số cộng hưởng, tổng trở (ZP) của hệ điện cảm và điện dung mắc song song

có thể trở thành rất lớn:

ZP =

R X X

R X X

Leq C

Leq C





 ) (

=

R

R X

n 2.2.2: Sơ đồ t ay t ế đơn giản của mạc cộng ưởng song song

Có thể nhận thấy rằng trong mạch cộng hưởng, dù dòng điện hài rất nhỏ cũng có thể gây ra điện áp rơi rất lớn:

VP = ZpIh = QXLeqIh = QXCIh (Ih là dòng điện hài tại bậc hài h) Dòng điện chạy qua bộ tụ hoặc hệ thống cũng sẽ tăng lên Q lần

n 2.2.3: Đáp tuyến ệ t ống tần số k i t ay đổi dung lượng tụ

2.2.2 Phương thức tính toán gần đúng tần số cộng hưởng song song

Các nhà phân tích hệ thống thường không có sẵn các giá trị L và C hoặc chỉ

có các giá trị gần đúng, do đó để tính toán tần số cộng hưởng song song thường sử dụng các công thức gần đúng Công thức tính toán này như sau:

kV MVAr

- MVArcap là công suất định mức của bộ tụ điện (MVAr) Với lưới điện phân phối do ở xa nguồn phát nên điện kháng ngắn mạch của nguồn cấp XSC có thể coi gần đúng bằng trở kháng của máy biến áp nguồn Xtx:

tx

MVAr Z

MVA

:(%)

MVA

* (%)

100

*

3 

Trong đó

- MVA3 là công suất định mức của máy biến áp nguồn đầu xuất tuyến

- Ztx (%) là trở kháng ngắn mạch (%) của máy nguồn đầu xuất tuyến

Ví dụ minh họa:

* Ví dụ 1:

Máy biến áp cấp điện cho phụ tải công nghiệp có công suất 1500kVA và điện kháng ngắn mạch phần trăm là 6% Hệ thống có lắp đặt một bộ tụ bù với dung lượng 500kVAr Tần số cộng hưởng song song có thể xảy ra với hệ thống này được tính

như sau: hr

cap

tx MVAr Z

MVA

* (%)

*6

100

*5.1

h(MVASC, MVAcap) =

n 2.2.4: Sơ đồ ệ t ống cộng ưởng song song trên BUS-1

Vậy hệ thống này có khả năng xảy ra cộng hưởng song song tại sóng hài bậc 11.Hình vẽ 2.2.5 biểu diễn đồ thị của sự thay đổi độ lớn tổng trở tương đương của

hệ thống nhìn từ BUS 1 (nhìn từ vị trí của nguồn phát sóng hài) theo tần số

n 2.2.5: Độ lớn tổng trở tương đương của ệ t ống n n từ BUS-1 t eo tần số

Hình 2.2.6 biểu diễn đồ thị dòng điện bị khuếch đại trong mạch cộng hưởng song song Đồ thị này biểu diễn kết quả thu được trong trường hợp dòng điện hài bậc 11 với giá trị hiệu dụng 1A được bơm vào tại vị trí tải phi tuyến Kết quả là sẽ sinh ra một dòng điện có giá trị lên tới 33A chạy vào hệ thống và bộ tụ

n 2.2.6: Dòng điện k uếc đại của mạc cộng ưởng song song

Hiện tượng cộng hưởng nối tiếp có thể xảy ra trong trường hợp bộ tụ và máy biến áp (hoặc đường dây) dây tạo thành mạch cộng hưởng R-L-C nối tiếp đối với nguồn phát sóng hài Nếu tần số cộng hưởng tương ứng một tần số hài nào đó của tải phi tuyến thì sẽ dẫn tới hiện tượng phần lớn sóng hài được tạo ra trong hệ thống

sẽ chạy vào mạch cộng hưởng này Khách hàng có thể không có các tải phi tuyến nhưng sử dụng tụ điện để điều chỉnh hệ số công suất thì hoàn toàn có khả năng chịu

sự biến dạng điện áp mạnh do các hài từ các khách hàng chạy vào Hiện tượng này được mô tả trong hình 2.3.1

Bộ tụ điều chỉnh hệ số công suất được coi là đấu nối tiếp với MBA nếu nhìn từ phía các nguồn hài Mạch được mô tả đơn giải hóa ở hình 2.3.2

n 2.3.1: Cấu n ệ t ống có t ể xảy ra iện tượng cộng ưởng nối tiếp

n 2.3.2: Tần số cộng ưởng của mạc cộng ưởng nối tiếp

Nguồn hài thể hiện trong hình này đại diện cho tổng các sóng hài được tạo ra bởi các tải khác Điện cảm của máy biến áp được mắc nối tiếp với tụ điện Tổng của điện kháng của máy biến áp (XT) và dung kháng của các bộ tụ điện (XC) là rất nhỏ tại tần số cộng hưởng (gần như bằng “không”, XT+XC=0 ), tổng trở tương đương của mạch chỉ bằng điện trở R Vì vậy dòng điện hài với tần số cộng hưởng sẽ chảy

tự do trong mạch Điện áp tại tụ bù điều chỉnh hệ số công suất sẽ tăng lên và méo dạng nhiều Điều này là rõ ràng dựa trên phương trình sau đây:

VS =

R X X

X

T C

Trong đó: - VS: Điện áp tại bộ tụ bù hệ số công suất

- Vh: Điện áp hài tương ứng với dòng điện hài

- Điện trở R của mạch cộng hưởng nối tiếp (không được biểu diễn trong hình 2.3.2 và rất nhỏ so với điện kháng)

Trong một hệ thống có thể xảy ra cả hiện tượng cộng hưởng nối tiếp và cộng hưởng song song tại các tần số khác nhau do cấu hình của hệ thống Hiện tượng này được biểu diễn trong hình 2.3.2, trong đó cộng hưởng song song do sự kết hợp của Xsource

và XC, cộng hưởng nối tiếp do sự kết hợp của XT và XC Kết quả tần số cộng hưởng song song luôn nhỏ hơn tần số cộng hưởng nối tiếp do sự đóng góp của điện kháng nguồn Tần số cộng hưởng nối tiếp (hs) và cộng hưởng song song (hr)lần lượt được

C

X X

X



Một ví dụ về hệ thống cộng hưởng nối tiếp như hình 2.3.3

n 2.3.3: Sơ đồ ệ t ống cộng ưởng nối tiếp trên BUS-1

Cộng hưởng nối tiếp được tính toán như sau:

n 2.3.4: Độ lớn trở k áng tương đương của ệ t ống t eo tần số

n 2.3.5: Dòng điện bị k uếc đại k i cộng ưởng sóng ài

Phân tích trở kháng của hệ thống theo tần số khi nhìn từ BUS – 1 được biểu diễn trong hình 2.3.4 Dòng điện khuếch đại qua mạch cộng hưởng nối tiếp được biểu diễn trong hình 2.3.5 Có thể thấy rằng tại điểm cộng hưởng nối tiếp h=5 thì Ipu = 0.99 Cũng chú ý rằng mạch này cũng cộng hưởng song song tại h = 4.6 tại đó hệ số khuếch đại (AF) Ipu = 5.9 Đây là tần số mà trở kháng tương đương của mạch cộng hưởng nối tiếp có điện kháng của tụ điện

2.4 Phân tích một số trường hợp thực tế về cộng hưởng sóng hài [9]

2.4.1 Trường hợp 1

Một nhà máy sản xuất ván gỗ đã gặp trường hợp bị hỏng những bộ tụ bù lắp đặt tại các động cơ lớn loại 4.16KV Hình 2.4 – 1 là sơ đồ một sợi của hệ thống

n 2.4.1: Sơ đồ một sợi tương đương của n à máy

Nguồn cấp có cấp điện áp 13,8kV và công suất ngắn mạch là 500MVA Máy biến

áp phân phối cấp cho nhà máy là loại 7 MVA với cấp điện áp 13,8/4,16kV Nhà máy có 06 động cơ điện lớn với 6 bộ tụ bù tương ứng, các bộ tụ sẽ được đóng cắt tùy theo số lượng động cơ đang vận hành Khu vực các động cơ này không có tải phi tuyến , tuy nhiên phần còn lại của nhà máy có nhiều tải phi tuyến, đặc biệt tập trung tại khu vực thanh góp BUS-1

Như đã phân tích ở các phần trước, hệ thống này có rất nhiều tần số cộng hưởng khác nhau, tùy thuộc vào việc có bao nhiêu động cơ đang vận hành (số lượng tổ hợp

có thể lên tới 720 trường hợp) Có thể thấy rằng máy biến áp cấp cho khu vực các động cơ có công suất khá lớn, do vậy sẽ có tổng trở nhỏ, các động cơ nối tiếp với các máy biến áp này cũng tạo thành một mạch có tổng trở thấp, thêm vào đó khi nhiều động cơ vận hành song song càng làm giảm trở kháng này Do vậy khu vực các động cơ này sẽ là nơi hút nhiều sóng hài do trở kháng thấp hơn các khu vực khác trong toàn nhà máy Mặt khác các động cơ cũng là nguồn góp vào khi xảy ra