Nghiên cứu thiết kế bộ lọc sóng hài thụ động dựa theo số liệu đo lường

Sóng hài trong hệ thống điện có thể gây nhiều vấn đề đối với các thiết bị có lõi từ như gây phát nóng quá mức, gây rung động đối với các thiết bị quay, làm quá tải dây trung tính, ảnh hư

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

-

NGUYỄN ĐỨC TRUNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG

DỰA THEO SỐ LIỆU ĐO LƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội - Năm 2016

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

-

NGUYỄN ĐỨC TRUNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG

DỰA THEO SỐ LIỆU ĐO LƯỜNG

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 2016

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 Đức Trung

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 cũng 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 tận tình trong suốt 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

Tác giả

Nguyễn Đức Trung

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 12

1.1 Phân loại chất lượng điện năng 12

1.2 Khái niệm về sóng hài 14

1.3 Các chỉ số đánh giá sóng hài trong hệ thống điện 15

1.4 Các tiêu chuẩn khuyến cáo về mức độ sóng hài trong hệ thống điện 16

1.5 Các nguồn phát sinh sóng hài trong hệ thống điện 18

1.5.1 Các máy biến áp 19

1.5.2 Các động cơ 19

1.5.3 Các thiết bị điện tử công suất 20

1.5.4 Các thiết bị hồ quang 20

1.6 Ảnh hưởng của sóng hài tới hệ thống và các thiết bị 21

1.6.1 Hiện tưởng cộng hưởng tại tần số sóng hài 21

1.6.2 Ảnh hưởng tới các động cơ và máy biến áp 24

1.6.3 Ảnh hưởng tới hệ số công suất 24

1.6.4 Ảnh hưởng tới các bộ tụ bù 25

1.6.5 Ảnh hưởng tới thiết bị bảo vệ 25

1.6.6 Ảnh hưởng tới thiết bị đo đếm 25

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP LOẠI TRỪ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 27

2.1 Tổng quan về các giải pháp loại trừ sóng hài trong hệ thống điện 27

2.2 Các bộ lọc sóng hài thụ động 28

2.2.1 Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp 28

2.2.2 Bộ lọc thụ động kiểu song song 29

2.3 Các bộ lọc sóng hài tích cực 29

2.3.1 Các bộ lọc sóng hài tích cực kiểu song song 29

2.3.2 Các bộ lọc sóng hài tích cực kiểu nối tiếp 30

2.4 Các bộ lọc hỗn hợp (kiểu lai ghép) 31

2.5 So sánh giữa bộ lọc thụ động và bộ lọc chủ động 31

2.6 Các loại bộ lọc thụ động phổ biến 32

2.7 Hướng nghiên cứu của luận văn 36

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LỌC CỘNG HƯỞNG ĐƠN DỰA THEO SỐ LIỆU ĐO LƯỜNG THỰC TẾ 37

3.1 Qui trình chung để thiết kế bộ lọc sóng hài thụ động [7] 37

3.2 Các tham số cần lựa chọn trước đối với bộ lọc cộng hưởng 40

3.2.1 Lựa chọn hệ số chất lượng Q cho bộ lọc 40

3.2.2 Lựa chọn tần số cộng hưởng cho bộ lọc 41

3.3 Các phương trình sử dụng trong tính toán thiết kế bộ lọc thụ động kiểu cộng hưởng đơn 43

CHƯƠNG 4 KIỂM NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CỦA BỘ LỌC CỘNG HƯỞNG ĐƠN 47

4.1 Mô tả hệ thống 47

4.2 Mô phỏng sơ đồ lưới điện tính toán bằng phần mềm PSCAD 54

4.2.1 Giới thiệu sơ lược về phần mềm PSCAD 54

4.2.2 Mô phỏng sơ đồ lưới điện bằng phần mềm PSCAD 55

4.3 Tính toán thông số của bộ lọc 58

4.3.1 Tính toán thiết kế bộ lọc sóng hài bậc 5 59

4.3.2 Tính toán bổ sung thêm bộ lọc hài bậc 7 66

4.3.3.Kiểm tra sự làm việc của bộ lọc đã thiết kế trong trường hợp vận hành100% tải: 68

4.3.4 Tính toán lắp đặt bổ sung bộ tụ bù: 71

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

5.1 Kết luận 75

5.2 Hướng nghiên cứu trong tương lai 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

THDV : Tổng độ méo sóng hài điện áp THDi : Tổng độ méo sóng hài dòng điện

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn

IEEE 1159 - 1995 12

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn về độ méo điện áp theo Thông tư 12 và 32 17

Bảng 1.3: Giới hạn độ méo dòng điện đối với hệ thống phân phối 17

Bảng 1.4: Giới hạn độ méo dòng điện đối với hệ thống truyền tải điện 18

Bảng 1.5: Giới hạn độ méo dòng điện đối với hệ thống truyền tải điện (<161kV), có nguồn phát phân tán 18

Bảng 1.6: Phổ tần của sóng hài phát sinh bởi lò hồ quang 20

Bảng 2.1: Phổ tần của dòng điện khi sử dụng chỉnh lưu 6 và 12 xung 27

Bảng 4.1: Tổng hợp số liệu đo lường 52

Bảng 4.2: Bảng tổng hợp kết quả sau khi lắp đặt bộ lọc bậc 5 (Chế độ 80% tải) 64

Bảng 4.3: Bảng tổng hợp kết quả sau khi lắp đặt bộ lọc bậc 5 và bậc 7 (Chế độ 80% tải) 68

Bảng 4.4: Bảng tổng hợp kết quả sau khi lắp đặt bộ lọc bậc 5 và bậc 7 (Chế độ 100% tải) 70

Bảng 4.5: Bảng tổng hợp kết quả sau khi lắp đặt bộ lọc bậc 5 và bậc 7 (Chế độ 100% tải) 72

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Phân tích Fourer của một sóng bị méo dạng 15

Hình 1.2: Sóng bị méo dạng và phân tích Furier tương ứng 15

Hình 2.1: Mạch chỉnh lưu có sử dụng cuộn kháng điều hòa 27

Hình 2.2: Bộ lọc thụ động nối tiếp 28

Hình 2.3: Bộ lọc thụ động song song 29

Hình 2.4: Bộ lọc tích cực bù ngang 30

Hình 2.5: Bộ lọc tích cực bù dọc 30

Hình 2.6: Bộ lọc hỗn hợp thông dụng 31

Hình 2.7: Cấu hình của các loại bộ lọc thụ động phổ biến 32

Hình 2.8: Đặc tính tổng trở theo tần số của bộ lọc cộng hưởng đơn 33

Hình 2.9: Đặc tính tổng trở của các loại bộ lọc thụ động phổ biến 36

Hình 3.1: Cấu hình hệ thống có thiết bị lọc sóng hài thụ động 37

Hình 3.2: Lược đồ thiết kế bộ lọc sóng hài thụ động 39

Hình 3.3: Bộ lọc cộng hưởng đơn và đặc tính tổng trở theo tần số 40

Hình 3.5: Sơ đồ nối bộ lọc trong hệ thống điện có tải phi tuyến 42

Hình 3.6: Các tần số cộng hưởng có thể xuất hiện khi có bộ lọc trong hệ thống 42

Hình 4.1: Ảnh chụp toàn cảnh bộ mô phỏng hệ thống điện 47

Hình 4.2: Tải phi tuyến trên bộ mô phỏng hệ thống điện 48

Hình 4.3: Sơ đồ lưới điện và tải phi tuyến trên bộ mô phỏng 48

Hình 4.4: Sơ đồ một sợi của lưới điện 49

Hình 4.5: Vị trí điểm đo độ méo dòng điện (vị trí TP19) 50

Hình 4.6: Thiết bị đo chất lượng điện năng Fluke 435 50

Hình 4.7: Sơ đồ toàn cảnh đấu nối thiết bị đo và lưới điện cần khảo sát 52

Hình 4.8: Dạng sóng dòng điện 53

Hình 4.9: Dạng sóng điện áp (điện áp dây) 53

Hình 4.10: Giao diện chính của phần mềm PSCAD 54

Hình 4.11: Sơ đồ một sợi lưới điện tính toán 55

Hình 4.12: Sơ đồ mô phỏng lưới điện tính toán bằng phần mềm PSCAD 56

Hình 4.13: Độ lớn dòng ngắn mạch 3 pha tại TP17 56

Hình 4.14: Chu trình tính toán và kiểm tra bộ lọc 59

Hình 4.15: Sơ đồ mô phỏng với bộ lọc bậc 5(Chế độ 80% tải) 62

Hình 4.16: Sơ đồ mô phỏng với bộ lọc bậc 5 và bậc 7 (chế độ 80% tải) 67

Hình 4.17: Sơ đồ mô phỏng với bộ lọc hài bậc 5, bậc 7 và bộ tụ (chế độ 100% tải) 71

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Một trong những vấn đề về chất lượng điện năng phổ biến trong hệ thống điện

là sóng hài và sụt áp ngắn hạn Sóng hài được sinh ra và lan truyền trong hệ thống

do việc sử dụng các tải phi tuyến, các thiết bị điện tử công suất; các thiết bị hồ quang và phóng điện (lò hồ quang điện, đèn phóng điện); các thiết bị điện tử công suất (các bộ nghịch lưu, biến tần)

Sóng hài trong hệ thống điện có thể gây nhiều vấn đề đối với các thiết bị có lõi

từ như gây phát nóng quá mức, gây rung động đối với các thiết bị quay, làm quá tải dây trung tính, ảnh hưởng tới các bộ điều khiển thiết bị Giải pháp loại trừ sóng hài trong hệ thống điện có thể chia ra ba nhánh chính: Sử dụng bộ lọc thụ động, sử dụng bộ lọc tích cực và bộ lọc lai ghép giữa hai dạng này Bộ lọc tích cực và bộ lọc lai ghép có khả năng loại trừ hầu hết các sóng hài phát sinh, tuy nhiên giá thành các thiết bị này còn đắt và kèm theo chi phí bảo dưỡng cao

Luận văn đi sâu phân tích về việc sử dụng thiết bị lọc sóng hài thụ động (gồm các thành phần R, L, C) để loại trừ các sóng hài trong lưới điện phân phối Trong luận văn này sẽ tính toán thiết kế các bộ lọc dựa trên các số liệu đo lường thực tế

2 Lịch sử nghiên cứu

Các bộ lọc song hài thụ động đã được nghiên cứu từ rất lâu trên thế giới, tuy nhiên tại Việt Nam, các công trình công bố chưa cho thấy có các nghiên cứu nào thể hiện qui trình và các bước tính toán cần thiết cho các loại bộ lọc thụ động với điều

kiện dựa trên số liệu đo lường thu thập được từ các thiết bị đo

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

Nội dung luận văn tập trung nghiên cứu về chất lượng điện năng trong lưới phân phối, tuy nhiên tập trung vào ảnh hưởng của sóng hài tới các thiết bị và vận hành của lưới điện và các giải pháp Phần nội dung chính của luận văn sẽ mô tả chi tiết phương thức tính toán thiết kế bộ lọc sóng hài thụ động kiểu cộng hưởng đơn dựa trên số liệu đo lường thu thập được Phần áp dụng được thực hiện với các số

liệu đo trực tiếp từ bộ mô phỏng hệ thống điện và tính toán kiểm nghiệm được thực hiện trên mô phỏng PSCAD với thông số của mô hình thuộc bộ mô phỏng hệ thống điện

4 Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản

Nội dung chính của luận văn bao gồm các mục sau: Phân loại các hiện tượng

về chất lượng điện năng; Các nguồn phát sinh sóng hài và các ảnh hưởng của sóng hài; Các phương pháp loại trừ sóng hài trong hệ thống điện (tập trung phân tích về

bộ lọc thụ động); Phương pháp tính toán lựa chọn bộ lọc theo số liệu đo thực tế; Kiểm nghiệm bằng mô phỏng sự làm việc của các bộ lọc đã tính toán

Để thực hiện các nội dung này thì luận văn được chia làm 5 chương như sau: Chương 1: Giới thiệu chung về chất lượng điện năng và sóng hài trong

hệ thống điện;

Chương 2: Các giải pháp loại trừ sóng hài trong hệ thống điện;

Chương 3: Tính toán thiết kế bộ lọc cộng hưởng đơn dựa theo số liệu đo

lường thực tế;

Chương 4: Kiểm nghiệm sự làm việc của bộ lọc cộng hưởng đơn;

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

5 Các đóng góp mới của tác giả

Nội dung nghiên cứu của luận văn đã có đóng góp trong việc tính toán bộ lọc dựa trên số liệu đo lường thực tế và có xét đến ràng buộc về mức tải và mức độ méo sóng hài trong các trạng thái vận hành khác nhau

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 Phân loại chất lƣợng điện năng

Khái niệm chất lƣợng điện năng đƣợc áp dụng vào rất nhiều các hiện tƣợng điện từ trong hệ thống điện Việc ứng dụng ngày càng nhiều các thiết bị điện tử càng làm tăng sự quan tâm về chất lƣợng điện năng và đi kèm với đó là xác định các thuật ngữ để phân loại các hiện tƣợng chất lƣợng điện năng Theo tiêu chuẩn IEEE 1159 - 1995, các hiện tƣợng điện từ trong hệ thống điện liên quan đến việc đánh giá chất lƣợng điện năng đƣợc phân loại nhƣ sau [1, 2]:

Có thể phân loại các vấn đề của chất lƣợng điện năng một cách sơ bộ bao gồm:

Mất cân bằng dòng điện & điện áp;

Sụt giảm điện áp, mất điện áp;

1.2.2 Tần số trung bình 5 - 500 kHz 20 micro giây 0 - 8 pu

Loại Dải tần Thời gian tồn tại Biên độ

2.1 Biến đổi tức thời

2.3 Biến đổi tạm thời

5.3 Nội điều hòa

Một cách trực quan có thể tổng hợp phân loại các hiện tƣợng chất lƣợng điện năng nhƣ sau:

1.2 Khái niệm về sóng hài

Sóng hài là các dạng nhiễu không mong muốn, xuất hiện dưới dạng các dòng điện hay điện áp có tần số bằng số nguyên lần tần số của nguồn cung cấp (thường được gọi là tần số sóng cơ bản) Các dòng điện, điện áp bị méo có thể được phân tích thành tổng của sóng có tần số cơ bản và các thành phần sóng hài Các thành phần sóng hài này do các tải phi tuyến sinh ra

Công cụ toán học để phân tích mức độ méo của dạng sóng dòng điện có chu

kỳ là phân tích Fourier Phương pháp này dựa trên nguyên lý là một dạng sóng méo,

có chu kỳ (không sin) thì có thể phân tích được thành tổng của các dạng sóng điều hòa hình sin, chúng bao gồm:

- Sóng hình sin với tần số cơ bản;

- Các sóng hình sin khác với tần số hài cao hơn, là bội của tần số cơ bản

Hình 1.1: Phân tích Fourer của một sóng bị méo dạng

Trong trường hợp lý tưởng, tất cả những sóng điện áp và dòng điện trong hệ thống điện có dạng hình sin với tần số là tần số cơ bản.Tuy nhiên, điện áp và dòng điện thực tế trong hệ thống điện không thuần túy hình sin.Khi đó, sóng điện áp và dòng điện là tổng của sóng điều hòa cơ bản và các sóng điều hòa có bậc là bội số của sóng cơ bản

Dạng sóng méo ở hình dưới đây được phân tích thành một thành phần sóng cơ bản và thành phần sóng hài bậc 3, bậc 5 (hình 1.2)

Hình 1.2: Sóng bị méo dạng và phân tích Furier tương ứng

1.3 Các chỉ số đánh giá sóng hài trong hệ thống điện

Thường sử dụng hai đại lượng đặc trưng cho sóng hài là:

- Tổng độ méo sóng hài (Total Harmonic Distortion - THD);

- Tổng độ méo nhu cầu (Total Demand Distortion- TDD)

Cả hai chỉ số này đều có thể áp dụng cho đồng thời cả dòng điện và điện áp

a Tổng độ méo sóng hài (áp dụng cho điện áp và dòng điện, ký hiệu THDV và THDi): là tỷ lệ của điện áp (dòng điện) hiệu dụng của sóng hài với giá trị hiệu dụng của điện áp (dòng điện) tần số cơ bản, tính theo phần trăm (%)

2

1 100

i V

V THD

V. %

2

1 100

i i

I THD

2

100

i V

dinhmuc

V TDD

2

100

i i

dinhmuc

I TDD

Cách tính toán hệ số TDD gần tương tự như áp dụng đối với THD, tuy nhiên mức độ méo sóng diễn tả theo tỷ lệ phần trăm của dòng điện (điện áp) định mức hoặc dòng điện (điện áp) cho phép lớn nhất

1.4 Các tiêu chuẩn khuyến cáo về mức độ sóng hài trong hệ thống điện

Thông tư 12 và 32 của Bộ Công thương đưa ra giới hạn cho phép đối với tổng mức độ méo sóng điện áp và của từng mức sóng hài riêng lẻ: Tổng độ méo điện áp tại mọi điểm đấu nối không được vượt quá giới hạn, qui định tại các Thông tư số 12/2010/TT-BCT ban hành ngày 15 tháng 4 năm 2010 và Thông tư số 32/2010/TT-BCT ban hành ngày 30 tháng 7 năm 2010 như sau [3]:

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn về độ méo điện áp theo Thông tư 12 và 32

Cấp điện áp Tổng biến dạng sóng hài Biến dạng riêng lẻ

Bảng 1.3: Giới hạn độ méo dòng điện đối với hệ thống phân phối

chung (có điện áp từ 120V tới 69000 V)

Độ méo sóng hài lớn nhất của dòng điện trong tỷ lệ của I L

Trong đó:

ISC : Dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại vị trí điểm kết nối chung;

IL : Nhu cầu tối đa của dòng điện tải (thành phần tần số cơ bản) tại vị trí điểm kết nối chung

Bảng 1.4: Giới hạn độ méo dòng điện đối với hệ thống truyền tải điện

Trong đó:

ISC : Dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại vị trí điểm kết nối chung

IL : nhu cầu tối đa của dòng điệntải (thành phần tần số cơ bản) tại vị trí điểm kết nối chung

Bảng 1.5: Giới hạn độ méo dòng điện đối với hệ thống truyền tải điện (<161kV), có

1.5 Các nguồn phát sinh sóng hài trong hệ thống điện

Sóng hài đƣợc phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau, một cách tổng quát nguồn phát sinh sóng hài có thể do các yếu tố sau:

- Các tải phi tuyến (quan hệ giữa điện áp đặt vào và dòng điện chạy qua tải không tuyến tính);

- Các thiết bị có lõi từ làm việc ở vùng bão hòa (máy biến áp, cuộn kháng, động cơ…);

- Các thiết bị điện tử công suất có các mạch chỉnh lưu đầu vào và các mạch đóng cắt bằng các van thyristor;

- Các lò hồ quang hoặc hàn hồ quang

1.5.1 Các máy biến áp

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

Các máy biến áp được thiết kế hoạt động tại vùng tuyến tính của đường cong

từ hóa với 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 trở thành nguồn phát sóng hài

Điện áp tăng có thể do vận hành non tải với mạng cáp, hoặc do đóng cắt các nguồn CSPK lớn như các bộ tụ hoặc kháng…

Trong phạm vi làm việc bình thường, sóng hài sinh ra sự méo dạng sóng của dòng từ hóa là không đáng kể Tuy nhiên khi đóng máy biến áp hoặc vận hành ở quá điện áp thì mức độ sóng hài có thể tăng lên đáng kể

Mặc dù dòng kích thích của máy biến áp lực chứa nhiều thành phần sóng hài, trong thực tế nó vẫn nhỏ hơn 1-2% giá trị của dòng 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 ba thường tăng lên đáng kể khi mà các máy biến áp làm việc non tải và điện áp tăng Khi đó, dòng điện kích thích tăng lên, do

đó trị số sóng hài cũng tăng lên

1.5.2 Các động cơ

Tương tự như máy biến áp, động cơ cũng có lõi từ và khi hoạt động cũng có thể sinh ra các thành phần sóng hài, tuy nhiên chủ yếu là hài bậc 3 Các hình dưới cho thấy dạng sóng bị méo của một số thiết bị dân dụng có sử dụng động cơ (máy lạnh, điều hòa ) Các động cơ có khe hở trong mạch từ do vậy đặc tính từ tuyến tính hơn so với máy biến áp

1.5.3 Các thiết bị điện tử công suất

Các thiết bị điện tử công suất hiện nay đều sử dụng bộ chỉnh lưu đầu vào, thiết

bị chỉnh lưu này chính là nguồn gây phát sóng hài Mặt khác các van công suất khi đóng/cắt cũng có thể gây ra nhiễu, hài với tần số cao Thiết bị điện tử công suất sử dụng phổ biến trong các thiết bị công nghiệp, gia dụng như: máy tính, bộ biến tần điều tốc động cơ, đèn huỳnh quang, bộ lưu điện UPS Các thiết bị này tạo ra dòng điện méo dạng rất lớn tùy thuộc vào công suất định mức

Các thiết bị điện tử công suất có thể được coi như một trong những nguồn chính gây ra sóng hài trong lưới điện

1.5.4 Các thiết bị hồ quang

Bao gồm các thiết bị như lò hồ quang, các đèn cao áp thủy ngân, máy hàn hồ quang, Đặc tính Volt - Ampe của hồ quang có tính chất phi tuyến mạnh, khi hồ quang được sinh ra, điện áp giảm đi do dòng hồ quang lớn

Có thể thấy rằng với các lò hồ quang thì mức độ sóng hài sinh ra biến thiên theo thời gian rất khó xác định chính xác do vậy thường xác định theo phương pháp thống kê xác suất Mức độ sóng hài biểu diễn theo phần trăm của dòng điện cơ bản được cho sơ bộ theo bảng 1.6:

Bảng 1.6: Phổ tần của sóng hài phát sinh bởi lò hồ quang

Bậc sóng hài Tỷ lệ phần trăm theo các thống kê

1.6 Ảnh hưởng của sóng hài tới hệ thống và các thiết bị

Sóng hài lan truyền trong lưới điện có thể gây các ảnh hưởng tiêu cực tới các

sự vận hành bình thường của các thiết bị Mức độ ảnh hưởng tùy theo đặc tính của từng loại thiết bị, do đó cần thiết phải có các đánh giá để xác định mức độ ảnh hưởng cũng như đề ra các giải pháp hạn chế sóng hài một cách hợp lý

Ảnh hưởng chính của sóng hài dòng điện và điện áp tới hệ thống điện có thể tóm lược như sau:

- Có thể gây ra hiện tượng cộng hưởng nguy hiểm tại một tần số sóng hài nào

đó, dẫn tới quá điện áp;

- Giảm khả năng khai thác tối đa hiệu suất của thiết bị;

- Già hóa cách điện và làm giảm tuổi thọ các thiết bị;

- Các thiết bị hoạt động sai chức năng so với thiết kế

1.6.1 Hiện tưởng cộng hưởng tại tần số sóng hài

Việc lắp đặt các bộ tụ để bù công suất phản kháng trong hệ thống chính là một yếu tố góp phần tạo ra hiện tượng cộng hưởng sóng hài Hiện tượng cộng hưởng sóng hài mang tính chất địa phương và có thể gây ra quá tải các bộ tụ [5]

Có thể phân ra hai loại cộng hưởng sóng hài:

- Cộng hưởng song song;

- Cộng hưởng nối tiếp

*) Hiện tượng cộng hưởng song song:

Tải phi tuyến sinh ra các thành phần hài dòng điện, các thành phần sóng hài này chạy về phía hệ thống

Trong trường hợp trên lưới có các bộ tụ bù có thể xảy ra hiện tượng:

- Với các bộ tụ bù: dung kháng của bộ tụ giảm đối với các sóng hài bậc cao

(X C 1

j C)

- Tổng trở của hệ thống: tăng cùng với bậc của sóng hài ( )

Sự cộng hưởng song song xảy ra nếu giá trị điện kháng của hệ thống bằng với giá trị dung kháng của các bộ tụ bù tại một tần số nào đó, tần số đó được gọi là tần

số cộng hưởng song song Tại tần số cộng hưởng thì tổng trở của tương đương của {hệ thống song song với bộ tụ} có giá trị rất lớn

Điều nguy hiểm khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng song song là dòng điện hài chạy vào các bộ tụ và hệ thống tăng lên lần (trong đó h là bậc tần số cộng

hưởng, XC là dung kháng các bộ tụ, R là độ lớn thành phần R trong tổng trở nguồn).Thường R có giá trị rất nhỏ dẫn tới tỷ số có giá trị rất lớn và như vậy

dòng điện hài có thể gây quá tải cho các bộ tụ

Tần số cộng hưởng song song có thể tính toán được một cách gần đúng Nên tính toán lựa chọn các bộ tụ sao cho tần số cộng hưởng song song này không gần quá với các tần số sóng hài (ví dụ: tránh trường hợp tần số cộng hưởng song song

có bậc 5,3 trong khi đang có các sóng hài bậc 5)

*) Hiện tượng cộng hưởng nối tiếp:

L

X j L

* C

h X R

* C

h X R

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

Tại tần số cộng hưởng của mạch RLC thì tổng trở tương đương của máy biến

áp và tụ bù rất nhỏ (bằng thành phần R), do đó hầu hết sóng hài sẽ chạy vào khu vực này, gây quá tải các bộ tụ

Tổng hợp về hiện tượng cộng hưởng sóng hài trong lưới phân phối có thể biểu diễn như sau:

1.6.2 Ảnh hưởng tới các động cơ và máy biến áp

Do ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài, làm cho vật dẫn bị làm nóng nhanh chóng khi tần số dòng 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 dòng 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 bình 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 biến áp sóng hài gây ra thêm tổn hao từ trường trong lõi thép của động cơ Do chịu thêm phát nóng nên các máy biến áp làm việc trong môi trường

giàu sóng hài cần được lựa chọn với công suất lớn hơn để tránh bị quá tải, hoặc nếu

MBA đã có thì phải xem xét giảm công suất tải qua MBA

Mặt khác, cuộn tam giác của máy biến áp có thể bị quá tải do các thành phần sóng hài bậc 3, 9, 15…chạy quẩn Thành phần từ thông thứ tự không còn gây thêm các tổn hao trong lõi thép, các cấu kiện thép khác

Một ảnh hưởng khác nghiêm trọng hơn là sự dao động mômen vì sóng hài.Những sóng hài thường gặp trên lưới điện là hài bậc năm và bậc bảy Sóng hài bậc năm là sóng hài, dẫn tới từ trường quay ngược chiều với từ trường cơ bản với tốc độ bằng năm lần tốc độ cơ bản Hài bậc bẩy là hài thứ tự thuận, từ trường quay cùng hướng từ trường cơ bản với tốc độ bằng bẩy lần cơ bản Từ đó dẫn tới sự tương tác từ trường và dòng điện cảm ứng trên rotor tạo ra sự dao động của trục động cơ Nếu tần số dao 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

1.6.3 Ảnh hưởng tới hệ số công suất

Càng nhiều thành phần sóng hài thêm vào cùng với thành phần cơ bản, thì giá trị dòng 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 bản của

dòng và áp):

1 1

P cos

U I

Hệ số công suất tổng khi có thành phần sóng hài sẽ được tính như sau:

với 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 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 Để tránh các hiện tượng cộng hưởng này cần có các tính toán khi lắp các bộ tụ bù Hoặc có thể xem xét lắp thêm các cuộn kháng nối tiếp với các bộ tụ lớn để tránh cộng hưởng tại các tần số sóng hài phổ biến trong lưới điện

1.6.5 Ảnh hưởng tới thiết bị bảo vệ

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

1.6.6 Ảnh hưởng tới thiết bị đo đếm

Các thiết bị đo đếm thường được hiệu chỉnh với các tín hiệu chuẩn hình sin, tuy nhiên khi vận hành trong môi trường có sóng hài có thể chịu ảnh hưởng và có

sai số Các nghiên cứu đã cho thấy rằng sai số của thiết bị đo thay đổi phụ thuộc rất nhiều vào chủng loại của thiết bị đo, dạng sóng hài…sai số có thể là âm hoặc dương

Các thiết bị đo sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ (ví dụ các công tơ điện cơ) thường có sai số khi đo các tải có phát sinh sóng hài Tuy nhiên các sai số này rất khó để đáng giá vì phụ thuộc nhiều yếu tố như tần số sóng hài, biên độ của các sóng hài riêng lẻ, kết cấu thiết bị đo

Các thiết bị đo kỹ thuật số sử dụng kỹ thuật đo khác với các thiết bị điện cơ,

do đó ảnh hưởng của sóng hài tới sai số có thể bỏ qua Tuy nhiên, các thiết bị đo này có nhiều chế độ đo và phải đảm bảo cài đặt về chế độ đo “true rms” khi đo lường các đại lượng bị méo dạng sóng Như vậy có thể thấy rằng với các công tơ số hiện này việc đo điện năng sẽ có sai số nằm trong dải cho phép của thiết bị

Tuy nhiên vì các công tơ lấy tín hiệu từ biến dòng điện và biến điện áp, nếu các thiết bị này có sai số khi làm việc với sóng hài thì kết quả đo điện năng cũng sẽ

bị sai Các biến dòng điện và biến điện áp được kiểm tra ở tần số làm việc 50Hz, tần

số cao hơn 50Hz các máy biến dòng và biến điện áp sẽ có sai số cả về góc pha và độ lớn Tài liệu tham khảo (5) cho thấy với sóng hài tới bậc 35 thì máy biến điện áp có vẫn có sai số độ lớn nằm trong dải cho phép, tuy nhiên sai số về góc pha tăng đáng

kể Các sai số này sẽ góp phần làm tăng sai số của điện năng đo được

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP LOẠI TRỪ SÓNG HÀI TRONG HỆ

THỐNG ĐIỆN 2.1 Tổng quan về các giải pháp loại trừ sóng hài trong hệ thống điện

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 liệt kê sơ bộ như sau:

Sử dụng các bộ chỉnh lưu loại nhiều xung (12 xung, 24 xung, 48 xung)

Bảng 2.1 thể hiện phổ tần của dòng điện của chỉnh lưu 6 và 12 xung, có thể thấy rằng thành phần hài giảm đáng kể khi sử dụng cầu chỉnh lưu 12 xung hoặc cao hơn

Bảng 2.1: Phổ tần của dòng điện khi sử dụng chỉnh lưu 6 và 12 xung

Bậc sóng

Chỉnh lưu

6 xung 6 0.132 0.073 0.057 0.035 0.027 0.02 0.016 0.014 0.012 Chỉnh lưu

Sử dụng các máy biến áp với tổ đấu dây tam giác để loại bỏ các thành phần hài tương tự với thành phần thứ tự không trong hệ thống điện (các thành phần hài bậc 3n như 3, bậc 6, bậc 9 ) Các sóng hài bậc 3 chạy quẩn trong cuộn tam giác cuộn tam giác của các máy biến áp có vai trò cách ly sóng hài Tuy nhiên khi cuộn tam giác chịu thêm các dòng điện hài thì cần lựa chọn công suất cuộn dây một cách phù hợp

Mặt khác trong HTĐ còn có hiện tượng tự loại trừ sóng hài: Khi các tải phi tuyến được cấp từ các máy biến áp có tổ đấu dây khác nhau thì do hiệu ứng dịch pha của tổ dấu dây: các sóng hài có thể tự loại trừ Hiện tượng này phổ biến ở lưới

đi phần lớn vào bộ lọc thay vì đi vào phía hệ thống

2.2.1 Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp

Cấu hình đơn giản của bộ lọc thụ động bù dọc như hình 2.2

Hình 2.2: Bộ lọc thụ động nối tiếp

NguồnHT

Tải phi tuyếnC

L

Bộ lọc

Bộ lọc thụ động LC được thiết kế dựa trên nguyên lý cộng hưởng dao động điện từ Bộ lọc được thiết kế chỉ cho thành phần sóng cơ bản đi qua còn các thành phần sóng hài khác sẽ bị chặn lại bởi tổng trở lớn của bộ lọc

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

2.2.2 Bộ lọc thụ động kiểu song song

Cấu hình bộ lọc thụ động bù ngang như hình 2.3

Hình 2.3: Bộ lọc thụ động song song

Bộ lọc thụ động LC bù 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 bộ 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 có tính chất tương tự thành phần thứ tự không do đó sẽ bị chặn lại bởi các cuộn đấu tam giác trong máy biến áp, các hài bậc cao hơn bậc 7 thường có biên độ nhỏ, do đó nếu không cần thiết thì có thể không cần đặt bộ lọc

2.3 Các bộ lọc sóng hài tích cực

Sử dụng các thiết bị điện tử công suất có điều khiển để bù các điều hòa dòng điện, điện áp nhằm đạt được dạng sóng dòng điện và điện áp tải theo yêu cầu

2.3.1 Các bộ lọc sóng hài tích cực kiểu song song

Cấu hình đơn giản của bộ lọc tích cực bù ngang như hình 2.4:

Nguồn HT

Thanh cái tổng

Tải phi tuyến Tải

Bộ lọc

Ih L

C

Hình 2.4: Bộ lọc tích cực bù ngang

Bộ lọc hoạt động theo nguyên lý bơm sóng hài ngƣợc pha và có độ lớn bằng

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

đi qua bộ lọc, dòng điện hài sẽ bị chặn lại bởi tổng trở cao

Nguồn HT

Thanh cái tổng

Tải

Tải phi tuyến

Nguồn năng lƣợng

Bộ lọc

Ih

Thanh cái tổng

Nguồn HT

Tải

Tải phi tuyến

Bộ lọc Nguồn

năng lƣợng

2.4 Các bộ lọc hỗn hợp (kiểu lai ghép)

Bộ lọc hỗn hợp kết hợp giữa bộ lọc thụ động (để giảm giá thành) và bộ lọc tích cực (nâng cao hiệu quả lọc sóng hài) Cấu hình thông dụng của bộ lọc lai ghép thể hiện trên hình 2.6

Hình 2.6: Bộ lọc hỗn hợp thông dụng

Thông thường bộ lọc thụ động được thiết kế để lọc các thành phần hài phổ biến, có biên 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, do đó có thể giảm công suất của các bộ lọc tích cực mà vẫn mang lại hiệu quả lọc cao

Bộ lọc hỗn hợp như vậy sẽ đạt được cả kết quả tốt về mặt kỹ thuật và hiệu quả về kinh tế, do đó bộ lọc hỗn hợp có thể ứng dụng phổ biến trong công nghiệp

2.5 So sánh giữa bộ lọc thụ động và bộ lọc chủ động

Các bộ lọc thụ động có thiết kế và cấu trúc đơn giản hơn so với bộ lọc chủ động hoặc các máy bù đồng bộ

Các ưu điểm của bộ lọc thụ động có thể liệt kê như sau [6]:

- Bền bỉ, 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, hỗ trợ điều chỉnh điện áp, làm dễ dàng quá trình khởi động của động cơ

Nguồn HT

Nguồn năng lượng

Tải phi tuyến

Bộ lọc tích cực

Bộ lọc thụ động

Ih

- Có thể thiết kế với công suất lớn tới MVAR với yêu cầu chi phí bảo dưỡng thấp

- Không đóng góp thêm dòng ngắn mạch so với trường hợp sử dụng máy bù đồng bộ

Tuy nhiên bộ lọc thụ động cũng có các nhược điểm như:

- Kích thước lớn, chỉ lọc hiệu quả với các dòng điện với tần số tại lân cận tần

số cộng hưởng;

- Thông thường, các bộ tụ và kháng sẽ già hóa theo thời gian, hoặc các yếu tố khác như nhiệt độ có thể dẫn đến trôi tham số do đó đặc tính bộ lọc cũng biến đổi theo thời gian;

- Có thể tạo ra hiện tượng tự cộng hưởng với hệ thống nếu khi lắp đặt không được khảo sát kỹ

Trong đó:

a Bộ lọc cộng hưởng đơn b Bộ lọc thông cao bậc 1

c Bộ lọc thông cao bậc 2 d Bộ lọc thông cao bậc 3

e Bộ lọc thông cao kiểu C

 Bộ lọc cộng hưởng đơn:

Bộ lọc cộng hưởng đơn gồm có một tụ điện và kháng điện đấu nối tiếp Thông

số của tụ và kháng được lựa chọn để bộ lọc sẽ có tổng trở thấp (tổng trở lý tưởng bằng 0) tại tần số mong muốn (chính là tần số của sóng hài cần loại trừ) (2)

Giá trị của bộ tụ C được lựa chọn để phần nào bù một phần công suất phản kháng của phụ tải để nâng cao hệ số công suất

Công suất phản kháng mà bộ tụ có thể phát ra được tính theo: ;

Trong đó: V tu là điện áp pha đặt lên bộ tụ (kV); Q là công suất phản kháng phát ra (kVAR); XC là dung kháng của bộ tụ (Ω)

Khi đã biết lượng CSPK yêu cầu hoàn có thể tính ra giá trị XC tương ứng và từ

đó tính ra giá trị bộ tụ (Fara)

Đặc tính tổng trở theo tần số của bộ lọc có dạng như trong hình 2.8

Hình 2.8: Đặc tính tổng trở theo tần số của bộ lọc cộng hưởng đơn

Tổng trở của bộ lọc sẽ có giá trị thấp nhất khi tổng trở của thành phần điện

cảm bằng với tổng trở của thành phần điện dung (nhưng ngược dấu) XL =X C

2

tu boloc

C

V Q

X

220 230 240 250 260 270 280 290 300 0

5 10 15 20 25

Từ quan hệ đó tính ra điện kháng cần thiết của bộ lọc:

Giá trị điện trở của bộ lọc được lựa chọn tùy theo hệ số chất lượng Q của bộ lọc Hệ số chất lượng Q quyết định mức độ hẹp hay mở rộng của đặc tính tổng trở-tần số của bộ lọc và băng thông của bộ lọc Về mặt toán học Q được tính theo:

 Bộ lọc thông cao bậc 1:

Các bộ lọc thông cao bậc 1 có khả năng tạo ra tổng trở thấp đối với các sóng hài bậc cao do đặc tính của bộ tụ (tổng trở của bộ tụ tỷ lệ nghịch với bậc của sóng hài) Bộ lọc loại này không có điện kháng do đó cần có một điện trở mắc nối tiếp để hạn chế dòng chạy qua bộ tụ Để có tổng trở bé tại tần số cao cần bộ tụ dung lượng lớn, điều này có thể dẫn tới hiện tượng quá bù công suất phản kháng kèm theo chi phí của bộ tụ cũng cao hơn Bộ lọc loại này thường không làm việc tốt tại các tần số thấp

 Bộ lọc thông cao bậc 2:

2

1 2

L C

Bộ lọc thông cao bậc 1 về mặt cấu hình gồm một bộ tụ nối tiếp với kháng và điện trở song song Bộ lọc này hoạt động tương tự như bộ lọc cộng hưởng đơn với các sóng hài có tần số thấp vì tại tần số thấp thì trị số bộ kháng rất nhỏ, gần như nối tắt thành phần điện trở, bộ lọc trở thành tương tự như bộ lọc cộng hưởng đơn

Tại tần số cao, giá trị điện kháng trở tăng lên đáng kể, coi như hở mạch và như vậy bộ lọc trở lại tương tự như bộ lọc thông bậc 1

 Bộ lọc thông cao bậc 3:

Bộ lọc thông cao bậc 3 thể hiện tính dung tại dải tần thấp và tại tần số cơ bản Tại tần số cao bộ lọc thể hiện tính kháng Về mặt đáp ứng bộ lọc hoạt động tương tự như:

- Bộ lọc cộng hưởng đơn với sóng hài có tần số dưới tần số cộng hưởng

- Tương tự với bộ lọc thông cao bậc 1với sóng hài có tần số trên tần số cộng hưởng

Điều này được giải thích do tại tần số thấp thì điện kháng có giá trị nhỏ, nối tắt nhánh RC, tại tần số cao điện kháng có giá trị lớn sẽ gần như hở mạch nhánh kháng

và dòng điện hầu như chỉ chạy qua nhánh C2R Các bộ tụ C1 và C2 được tính toán để cộng hưởng với kháng tại tần số mong muốn Bộ lọc thông cao bậc 3 có tổn thất công suất tại tần số cơ bản ít hơn so với bộ lọc thông cao bậc 2 do có bộ tụ C2 được chèn vào nối tiếp với điện trở R

 Bộ lọc thông cao kiểu C:

Bộ lọc thông cao kiểu C có cấu trúc khác một chút so với bộ lọc thông cao bậc 2: đổi vị trí của thành phần R và L

Đặc tính làm việc của bộ lọc này nằm giữa hai loại bộ lọc thông cao bậc 2 và bậc 3

Nhánh C3L được tính toán cộng hưởng tại tần số cơ bản, do vậy tại tần số cơ bản nhánh này có tổng trở rất thấp, coi như nối tắt thành phần R, giảm tổn hao tại tần số cơ bản Về nguyên tắt bộ lọc như vậy thể hiện tính dung tại tần số cơ bản (do thành phần C1)

Khi tần số tăng hơn, lúc này điện kháng L có thể trở thành cộng hưởng với (C1+C2) bộ lọc hoạt động tương tự như bộ lọc cộng hưởng đơn với điện trở ổn định R

Tại tần số cao hơn nữa, điện kháng trở lên lớn và dòng điện chủ yếu chạy qua nhánh R và lúc này bộ lọc thể hiện như bộ lọc thông cao bậc 1

So sánh đặc tính tổng trở - tần số của các loại bộ lọc thụ động phổ biến:

Hình 2.9: Đặc tính tổng trở của các loại bộ lọc thụ động phổ biến

2.7 Hướng nghiên cứu của luận văn

Các bộ lọc thụ động được sử dụng phổ biến trong công nghiệp do chi phí thấp

và dễ dàng bảo dưỡng, đồng thời cũng tăng cường thêm khả năng bù công suất phản kháng cho các phụ tải

Bộ lọc cộng hưởng đơn là loại được sử dụng nhiều nhất do cấu trúc đơn giản,

do đó luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu về phương thức tính toán lựa chọn bộ lọc này Luận văn sẽ sử dụng các số liệu đo lường thực tế để làm cơ sở thiết kế bộ lọc, điều này làm tăng tính ứng dụng của các nghiên cứu trong luận văn

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LỌC CỘNG HƯỞNG ĐƠN DỰA THEO SỐ LIỆU ĐO LƯỜNG THỰC TẾ

3.1 Qui trình chung để thiết kế bộ lọc sóng hài thụ động [7]

Xét một hệ thống có bao gồm bộ lọc sóng hài với các tải phi tuyến (nguồn phát sóng hài) và tải tuyến tính cùng sơ đồ thay thế tương đương như thể hiện trên hình 3.1

Hình 3.1: Cấu hình hệ thống có thiết bị lọc sóng hài thụ động

Tải phi tuyến được thay thế bởi nguồn phát sóng hài, dòng điện hài (Ih) sẽ chạy vào phía hệ thống (I s ) và vào bộ lọc sóng hài (I f)

lọc và hệ thống Với hệ thống được thiết kế tốt thì độ lớn của ρ f xấp xỉ 0,995 và ρ s

xấp xỉ 0,005