Nghiên Ứu, Đánh Giá Và Giải Pháp Giảm Ảnh Hưởng Ủa Sóng Hài Đối Với Một Số Phụ Tải Ông Nghiệp.pdf

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

PHẠM NGỌC SƠN

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ GIẢI PHÁP GIẢM ẢNH HƯỞNG
CỦA SÓNG HÀI ĐỐI VỚI MỘT SỐ PHỤ TẢI CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS LÊ VIỆT TIẾN

Hà Nội – Năm 2019

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131783771000000


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn
LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan tồn bộ luận văn này do chính bản thân tơi nghiên cứu,
tính tốn và phân tích. Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính tốn trung
thực của tơi, khơng sao chép của ai hay số liệu đã được công bố. Nếu sai với lời
cam kết trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.

Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Tác giả luận văn

Phạm Ngọc Sơn

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 2


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn
LỜI MỞ ĐẦU

Sóng hài là dạng nhiễu khơng mong muốn, gây ra rất nhiều vấn đề cho hệ
thống điện. Nguyên nhân sinh ra sóng hài là do tính chất phi tuyến của tải. Ngày
nay, các thiết bị điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong cơng ngiệp gây
méo dạng dịng điện của hệ thống điện. Để giảm sóng hài phương pháp tiên tiến
hiện nay là dùng bộ lọc tích cực. Kết quả nghiên cứu nghiên cứu đã được mô
phỏng, kiểm chứng trên phần mềm Matlab/Simulink.
Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy
giáo TS. Lê Việt Tiến cùng các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện –
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá
trình làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi và có những đóng góp quý báu cho bản luận văn.

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 3


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn
MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................2
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................3
MỤC LỤC ...................................................................................................................4
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................6
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................................7
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................8
CHƯƠNG I TỔNG QUAN ......................................................................................12
CHƯƠNG II SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC SĨNG HÀI ...............15
2.1 Sóng hài ...........................................................................................................15
2.1.1 Các khái niệm về sóng hài .......................................................................15
2.1.2 Ảnh hưởng của sóng hài...........................................................................17
2.1.3 Giới hạn và tiêu chuẩn sóng hài ...............................................................18
2.2 Các phương pháp lọc sóng hài ........................................................................ 22
2.2.1 Bộ lọc thụ động (Passive Filter) ...............................................................22
2.2.2 Bộ lọc chủ động (Active Filter) ...............................................................24
2.3 Kết luận chương 2 ...........................................................................................28
CHƯƠNG III XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠCH LỌC…………………………….29
3.1 Mơ hình tốn mạch lọc ....................................................................................29
3.1.1 Sơ đồ mạch lọc .........................................................................................29
3.1.2 Các phép toán biến đổi điều khiển ...........................................................29
3.1.3 Dòng điện hiệu dụng đưa vào trong điều khiển ....................................... 33
3.2 Mơ hình mạch lọc 3 pha 4 dây nguồn cân bằng trong Matlab Simulink ........ 37

3.3 Mô hình mạch lọc 3 pha 4 dây nguồn khơng cân bằng trong Matlab Simulink.
...............................................................................................................................48
3.4 Kết luận chương 3 ...........................................................................................51
CHƯƠNG IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNG CHO LƯỚI THỰC TẾ 52
4.1 Các loại tải .......................................................................................................52
4.2 Khảo sát sự làm việc của hệ thống 3 pha 4 dây nguồn cân bằng ....................54
4.3 Áp dụng vào lưới điện thực tế (Lưới Vĩnh Phúc) ........................................... 70
4.5 Kết luận chương 4 ...........................................................................................85
CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................87
5.1. Kết luận ..........................................................................................................87
Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 4


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

5.2. Kiến nghị ........................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................88

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 5


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AF

Lọc sóng hài tích cực

VSI

Cấu trục bộ lọc biến đổi nguồn dòng

CSI

Cấu trục bộ lọc biến đổi nguồn áp

TDH

Độ méo dạng sóng hài

MBA

Máy biến áp

HTĐ

Hệ thống điện

TBA

Trạm biến áp

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 6


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn
DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn về sai lệch điện áp IEEE 519-1992 ......................................... 19
Bảng 2.2 Tiêu chuẩn về sai lệch yêu cầu IEEE 519-1992 ........................................ 19
Bảng 2.3 Sóng hài bậc lẻ ...........................................................................................20
Bảng 2.4 Sóng hài bậc chẳn ......................................................................................20
Bảng 2.5 Hệ số sóng hài dịng điện ...........................................................................20
Bảng 2.6 Các giới hạn độ méo dạng hài dòng điện trong các hệ thống phân phối
(120 V – 69 kV) ........................................................................................................21
Bảng 2.7 Các giới hạn độ méo dạng hài điện áp .......................................................21

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 7


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Thành phần cơ bản và các sóng hài ...........................................................15

Hình 2.2 Phổ của sóng hài.........................................................................................16
Hình 2.3 Bộ lọc RC ...................................................................................................23
Hình 2.4 Bộ lọc LC ...................................................................................................23
Hình 2.5 Cấu trúc bộ lọc tích cực VSI ...................................................................... 25
Hình 2.6 Cấu trúc bộ lọc tích cực CSI ......................................................................25
Hình 2.7 Bộ lọc tích cực song song ..........................................................................26
Hình 2.8 Bộ lọc tích cực nối tiếp ..............................................................................26
Hình 2.9 Bộ lọc tích cực ba dây ................................................................................ 27
Hình 2.10 Bộ lọc tích cực bốn dây ............................................................................ 27
Hình 3.1 Sơ đồ mạch lọc ...........................................................................................29
Hình 3.2 Mơ hình tốn học của mạch lọc .................................................................30
Hình 3.3 Ngõ vào và ra của bộ PI .............................................................................32
Hình 3.4 Cách tính dịng điều khiển ......................................................................... 34
Hình 3.5 Điều khiển dịng kiểu Hyteresis .................................................................35
Hình 3.7: Sơ đồ khối của mạch lọc ...........................................................................37
Hình 3.8: nguồn 3 pha 4 dây cân bằng ......................................................................38
Hình 3.9: Sơ đồ đo dịng điện nguồn ........................................................................ 39
Hình 3.10: Sơ đồ đo dịng điện tải ............................................................................ 39
Hình 3.11: Tải phi tuyến khơng cân bằng .................................................................40
Hình 3.12: Khối đo dịng điện phát ...........................................................................41
Hình 3.13: Bộ nghịch lưu 3 pha ................................................................................ 41
Hình 3.14: Sơ đồ khối biến đổi trục tọa độ từ abc sang 0 ....................................42
Hình 3.15: Sơ đồ khối biến đổi trục tọa độ từ iS_abc sang iS_0 ........................... 42
Hình 3.16: Sơ đồ khối biến đổi trục tọa độ từ vS_abc sang vS_0 .........................42
Hình 3.17: Sơ đồ khối biến đổi trục tọa độ từ iL_abc sang iL _ 0........................... 43
Hình 3.18: Sơ đồ khối tính cơng suất tải ...................................................................43
Hình 3.19: Sơ đồ khối tính cơng suất nguồn .............................................................44
Hình 3.20: Sơ đồ khối lọc cơng suất tải và đưa lượng Ploss vào điều khiển ............45
Hình 3.21: Khối biến đổi từ 0 sang abc ................................................................45
Hình 3.22: Sơ đồ khối hiệu chỉnh dòng điện điều khiển ...........................................46

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 8


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

Hình 3.23: Sơ đồ khối đo lường ................................................................................ 47
Hình 3.24: Sơ đồ khối đo THD .................................................................................47
Hình 3.25: Mơ hình tổng thể của mạch lọc nguồn 3 pha khơng cân bằng................48
Hình 3.26: Mơ hình nguồn 3 pha khơng cân bằng ....................................................49
Hình 3.27: Khối phát hiện điện áp thứ tự thuận ........................................................50
Hình 3.28: Sơ đồ khối biến đổi trục tọa độ từ v_abc sang v_ 0 ............................ 50
Hình 3.29: Sơ đồ khối tính P và Q tải .......................................................................51
Hình 4.1 Tải loại 1 ....................................................................................................52
Hình 4.2 Tải loại 2 ....................................................................................................52
Hình 4.3 Tải loại 3 ....................................................................................................53
Hình 4.4 Tải loại 4 ....................................................................................................53
Hình 4.5 Điện áp nguồn ............................................................................................54
Hình 4.6 Dịng điện tải ..............................................................................................55
Hình 4.7 Dịng điện nguồn pha A, B, C ....................................................................55
Hình 4.8 Dịng điện trung tính nguồn .......................................................................55
Hình 4.9 Cơng suất P và Q tải ...................................................................................56
Hình 4.10 Cơng suất P và Q nguồn ...........................................................................56
Hình 4.11 THD tải .....................................................................................................56
Hình 4.12 THD nguồn ...............................................................................................57
Hình 4.13 Hệ số cơng suất tải ................................................................................... 57
Hình 4.14 Hệ số cơng suất nguồn .............................................................................57

Hình 4.15 Điện áp nguồn ..........................................................................................58
Hình 4.16 Dịng điện tải ............................................................................................58
Hình 4.17 Dịng điện nguồn pha ABC ...................................................................... 59
Hình 4.19 P và Q tải ..................................................................................................59
Hình 4.20 P và Q nguồn ............................................................................................60
Hình 4.21 THD tải .....................................................................................................60
Hình 4.22 THD nguồn ...............................................................................................60
Hình 4.23 Hệ số cơng suất tải ...................................................................................61
Hình 4.24 Hệ số cơng suất nguồn ............................................................................. 61
Hình 4.25 Điện áp nguồn ..........................................................................................62
Hình 4.26 Dịng điện tải ............................................................................................62
Hình 4.27 Dịng điện nguồn pha A, pha B, pha C .................................................... 63
Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 9


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

Hình 4.28 Dịng điện nguồn trên dây N ....................................................................63
Hình 4.29 P và Q tải ..................................................................................................63
Hình 4.30 P và Q nguồn ............................................................................................64
Hình 4.31 THD tải .....................................................................................................64
Hình 4.32 THD nguồn ...............................................................................................64
Hình 4.33 Hệ số cơng suất tải ...................................................................................65
Hình 4.34 Hệ số cơng suất nguồn .............................................................................65
Hình 4.35 Điện áp nguồn ..........................................................................................66
Hình 4.36 Dịng điện tải ............................................................................................ 66

Hình 4.37 Dịng điện nguồn pha ABC ......................................................................67
Hình 4.38 Dịng điện nguồn trên dây N ....................................................................67
Hình 4.39 P và Q tải ..................................................................................................67
Hình 4.40 P và Q nguồn ............................................................................................68
Hình 4.41 THD tải .....................................................................................................68
Hình 4.42 THD nguồn ...............................................................................................68
Hình 4.43 Hệ số cơng suất tải ...................................................................................69
Hình 4.44 Hệ số cơng suất nguồn .............................................................................69
Hình 4.45 Mơ hình lưới điện cấp nguồn cho nút Nghĩa Hưng 5 ..............................70
Hình 4.46 Mơ hình tổng thể mạch lọc sau cho nút Nghĩa Hưng 5 ...........................71
Hình 4.47 Điện áp nguồn ..........................................................................................72
Hình 4.48 Dịng điện tải ............................................................................................72
Hình 4.49 Dịng điện nguồn pha ABC ......................................................................72
Hình 4.50 Dịng điện nguồn trên dây N ....................................................................73
Hình 4.51 Cơng suất P và Q tải .................................................................................73
Hình 4.52 Cơng suất P và Q nguồn ...........................................................................73
Hình 4.53 THD tải .....................................................................................................74
Hình 4.54 THD nguồn ...............................................................................................74
Hình 4.55 Cơng suất tải .............................................................................................74
Hình 4.56 Cơng suất nguồn .......................................................................................75
Hình 4.57 Điện áp nguồn ..........................................................................................75
Hình 4.58 Dịng điện tải ............................................................................................75
Hình 4.59 Dịng điện nguồn pha ABC ......................................................................76
Hình 4.60 Dịng điện nguồn trên dây N ....................................................................76
Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 10


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

Hình 4.61 Cơng suất P và Q tải .................................................................................76
Hình 4.62 Cơng suất P và Q nguồn ...........................................................................77
Hình 4.63 THD tải .....................................................................................................77
Hình 4.64 THD nguồn ...............................................................................................77
Hình 4.65 Hệ số cơng suất tải ...................................................................................78
Hình 4.66 Hệ số cơng suất nguồn .............................................................................78
Hình 4.67 Điện áp nguồn ..........................................................................................79
Hình 4.68 Dịng điện tải ............................................................................................79
Hình 4.69 Dịng điện nguồn ABC .............................................................................79
Hình 4.70 Dịng điện nguồn trung tính .....................................................................80
Hình 4.71 P và Q tải ..................................................................................................80
Hình 4.72 P và Q nguồn ............................................................................................80
Hình 4.73 THD tải .....................................................................................................81
Hình 4.74 THD nguồn ...............................................................................................81
Hình 4.75 Hệ số cơng suất tải ...................................................................................81
Hình 4.76 Hệ số cơng suất nguồn .............................................................................82
Hình 4.77 Điện áp nguồn ..........................................................................................82
Hình 4.78 Dịng điện tải ............................................................................................82
Hình 4.79 Dịng điện nguồn ABC .............................................................................83
Hình 4.80 Dịng điện nguồn trung tính .....................................................................83
Hình 4.81 P và Q tải ..................................................................................................83
Hình 4.82 P và Q nguồn ............................................................................................84
Hình 4.83 THD tải .....................................................................................................84
Hình 4.84 THD nguồn ...............................................................................................84
Hình 4.85 Hệ số cơng suất tải ...................................................................................85
Hình 4.86 Hệ số cơng suất nguồn .............................................................................85

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 11


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Điện năng là nguồn năng lượng chủ yếu trên toàn Thế Giới, Việt Nam cũng
đang từng bước đưa nguồn năng lượng này tới các vùng sâu vùng xa…. Đây là
nguồn năng lượng chủ yếu cho sinh hoạt gia đình và trong cơng nghiệp sản xuất.
Điện năng được truyền tải phân phối khắp mọi nơi từ thành phố đến nơng thơn, điện
năng được hịa đồng bộ từ bắc tới nam. Cuộc sống xã hội phát triển con người sử
dụng chủ yếu nguồn năng lượng này trong mọi lĩnh vực kinh tế xã hội, sinh hoạt gia
đình và vui chơi giải trí, đặc biệt là kỷ thuật điện tử ngày càng phát triển mạnh, nhu
cầu sử dụng điện ngày càng cao. Cho nên điện năng ngày càng được chú ý phát
triển và phải đảm bảo chất lượng nguồn cung cấp.
Chất lượng điện năng ở đây là phải cung cấp liên tục và đảm bảo về điện áp,
tần số và dạng sóng. Ở Việt Nam tất cả các thiết bị sử dụng 1 pha có điện áp 220V
tần số 50Hz, thiết bị điện công nghiệp 3 pha điện áp dây là 380V tần số 50Hz, dạng
sóng điện áp hình sin.
Ngày nay việc sử dụng ngày càng nhiều các thiết bị điện tử công suất như máy
hàn điện, bộ nguồn ngắt dẫn, lò nhiệt, bộ điều khiển tốc độ động cơ…. Những thiết
bị điện tử này thường là tải phi tuyến làm méo dạng sóng nguồn dịng điện hình sin,
gây nhiễu cho các thiết bị khác, cho nên phải lắp thêm các thiết bị khác để chống
nhiễu là việc làm cần thiết.

Trên thực tế có nhiều dạng bù nhiễu khác nhau, chủ yếu là bù công suất phản
kháng đã bị mất đi, có thể là bộ tụ bù lọc nhiễu bù nền hay ứng động với dung
lượng bù được điều khiển qua đồng hồ đo công suất. Thông qua việc nghiên cứu, so
sánh và đánh giá ưu, nhược điểm của từng phương pháp bù nhiễu, đề tài tập trung
nghiên cứu phương pháp mạch lọc tích cực. Với công cụ mô phỏng
Matlab/Simulink, đề tài đã thực hiện mô phỏng kiểm chứng cũng như áp dụng vào
mơ hình lưới điện thực tế.

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 12


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

Mạch lọc tích cực được ứng dụng lọc nhiễu dịng điện, điều khiển bù công
suất phản kháng nâng cao hệ số công suất. Điện lực Việt Nam cũng mong muốn các
nhà máy xí nghiệp có lọc tích cực để ổn định hệ thống nguồn điện cung cấp, cho
nên giá trị tiền điện cũng dựa trên hệ số công suất và phạt những xí nghiệp có tải bất
ổn định (tải phi tuyến). Ứng dụng mạch lọc tính cực trên hệ thống điện là việc làm
cần thiết để ổn định hệ thống nguồn điện cung cấp trong giai đoạn hiện nay.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Tính cấp thiết của đề tài:
Ngày nay vấn đề lọc nhiễu đang được quan tâm rất nhiều trong các nhà máy xí
nghiệp, mục đích để làm giảm sóng hài dịng trong hệ thống nguồn điện cung cấp.
Việc làm này có ý nghĩa nâng cao chất lượng điện năng nguồn cung cấp, nâng cao
hệ số công suất nguồn và làm giảm giá thành tiền điện, góp phần cho các thiết bị
điện và điện tử có độ nhạy cao tác động chính xác hơn và dứt khoát.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Bài luận văn này trình bày việc làm giảm sóng hài bằng mạch lọc tích cực
song song điều khiển bằng phương pháp PI. Thông qua các kết quả đạt được sau khi
ứng dụng mạch lọc, áp dụng vào lưới điện thực tế để kiểm chứng. Kết quả được mô
phỏng bằng Matlab/Simulink.
1.3 Mục đích nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu:
Đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá và giải pháp giảm ảnh hưởng của sóng hài
đối với một số phụ tải cơng nghiệp” là thiết kế mạch lọc tích cực 3 pha 4 dây có
thể ứng dụng vào trong thực tế hệ thống điện 3 pha 4 dây với các loại tải phi tuyến
gây ra sóng hài dịng điện. Mục đích chính là triệt tiêu sóng hài do tải phi tuyến gây
ra, để cuối cùng tín hiệu dịng diện nguồn ở dạng sin chuẩn, tải phi tuyến không làm
méo dạng dòng điện nguồn.
Đối tượng nghiên cứu: là nguồn điện, tải, mạch lọc tích cực 3 pha 4 dây,
dùng phương pháp PI để điều khiển .
Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 13


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

Nội dung của luận văn được chia làm 5 chương:
• Chương I: Tổng quan.
• Chương II: Sóng hài và các phương pháp lọc sóng hài.
• Chương III: Xây dựng mơ hình mạch lọc.
• Chương IV: Kết quả mơ phỏng và áp dụng vào lưới điện thực tế.
• Chương V: Kết luận và kiến nghị.

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 14


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn
CHƯƠNG II

SÓNG HÀI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LỌC SĨNG HÀI
2.1 Sóng hài
2.1.1 Các khái niệm về sóng hài
Điện áp được phát ra từ các nhà máy phát điện có dạng hình sin chuẩn, nhưng
do quá trình truyền tải đến nơi tiêu thụ, thiết bị tiêu thụ điện là tải phi tuyến làm
cho dạng sóng nguồn dịng điện bị méo dạng khơng cịn hình sin chuẩn. Đối với
dịng điện khi bị méo dạng là do sóng hài dịng điện gây ra có thể gây q tải dịng
điện nguồn phát.
Thành phần hài: Sóng hài có dạng hình sin với tần số là bội số của tần số sóng
cơ bản, biên độ sóng hài nhỏ hơn biên độ thành phần cơ bản.

Hình 2.1 Thành phần cơ bản và các sóng hài

Sóng sin chuẩn của Việt Nam có tần số =50Hz: bậc 1, đây là sóng cơ bản
Hài bậc 3: tần số = 150Hz.
Tương tự bậc 5, 7, 9…
Bậc hài:





(2.1)

❖ Trong đó:
➢ n là số bậc hài
Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 15


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

➢  là tần số hài bậc n
Với bậc hài càng lớn biên độ hài càng giảm
Phổ: Là dãy biên độ của các bậc hài (Hình 2.2)

Hình 2.2 Phổ của sóng hài

Biểu diễn dạng sóng nhiễu: Sử dụng chuỗi Fourier với chu kỳ T - seconds và
tần số cơ bản f=1/T Hz, hoặc ω=2πf rad/s, có thể biểu diễn một sóng hài f(t) với
biểu thức sau:
n=

f (t ) = H 0 +  H n 2cos(nt − n )

(2.2)

n =1

❖ Trong đó:
➢ H0 là biên độ thành phần DC.
➢ Hn là giá trị hiệu dụng của hài bậc n.
➢

n là góc pha của hài bậc n..

Tỉ số hài và độ méo dạng THD:
➢ Tỉ số hài là tỉ số biên độ sóng hài bậc n và sóng cơ bản: I n .
I1
➢ Độ méo dạng THD là tỉ số giá trị hiêu dụng của tất cả các sóng hài so
với một trị số được xác định dựa vào 1 trong 2 tiêu chuẩn sau:
✓ Theo tiêu chuẩn IEC 61000-2-2:
Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 16


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn
n=

THD =

H
n =2

2
n

(2.3)

H1

✓ Theo dạng sóng đo được (0 < THD < 1):
n=

THD =

H
n =2

n=

H
n =1

2
n

(2.4)

2
n

2.1.2 Ảnh hưởng của sóng hài

Sóng hài làm tăng dịng điện trong hệ thống, sóng hài bậc 3 làm tăng dòng
điện thứ tự 0, tăng dòng ở trung tính, ngồi việc tăng dịng điện tải, các thành phần
khác trong lưới điện cũng bị ảnh hưởng từ sóng hài. Ngồi việc gây méo dạng điện
áp và dịng điện còn gây ra các tác hại khác, dòng điện hài có tần số hài cao hơn tần
số cơ bản gây ra trở kháng cao và khả năng lan truyền cao hơn dịng cơ bản, gây
phát nhiệt
Hài điện áp có thể gây nhiễu đối với các thiết bị điện tử làm việc khơng chính
xác, gây ra sai số trong đo lường cảm ứng điện.
Các bộ thu tín hiệu như là những relay sử dụng để điều khiển đóng cắt các
thiết bị của hộ tiêu thụ từ trung tâm điều khiển, có thể tác động nhầm do sóng hài
điện áp có tần số gần với tần số điều khiển.
Lực điện động phát sinh do dịng tức thời của sóng hài sẽ gây ra dao động và
phát ra tiếng ồn đối với các thiết bị điện tử, đặc biệt là các thiết bị điện từ như
MBA, cuộn kháng.
Đối với các thiết bị điện tử viễn thông và các mạch điều khiển điện tử sẽ bị
nhiễu và không ổn định khi các mạch điều khiển này cùng làm việc song hành với
các mạch tải có mang dịng hài. Cấp độ nhiễu tín hiệu phụ thuộc vào khoảng cách
và tần số sóng hài.
Sóng hài gây ra phát nóng của tụ điện do hiện tượng từ trễ trong chất điện môi.
Các bộ tụ sẽ bị hư hỏng do quá tải, do tần số sóng hài vượt quá tần số cơ bản hoặc
Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 17


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

do hài điện áp. Sự phát nóng do nhiệt có thể dẫn đến sự già hóa và đánh thủng chất

điện mơi.
Đối với máy phát điện khi cung cấp cho tải phi tuyến, dòng điện hài bậc cao
sinh ra sẽ gây tổn hao phát sinh trong stator (tổn hao đồng và tổn hao sắt) và trong
rotor (cuộn cảm, mạch từ) của máy phát gây ra sự sai lệch vận tốc giữa từ trường
quay cảm ứng và rotor. Sóng hài dịng điện gây nên hiện tượng rung động cơ do từ
trường đập mạch phát sinh bởi dịng thứ tự khơng. Khi tần số của sóng hài trùng với
tần số dao động cơ học của máy điện có thể dẫn đến máy điện bị phá hủy do cộng
hưởng.
Dòng điện hài sẽ gây ra trong MBA do hiện tượng từ trễ và dịng điện xốy
(tổn hao sắt từ). Gây bão hòa mạch từ làm cho MBA bị quá tải.
Tổn thất trên dây dẫn điện do các hiệu ứng bề mặt (gia tăng điện trở cuộn dây
theo tần số) và gây phát nóng quá mức cho phép do trị hiệu dụng dòng điện tăng.
2.1.3 Giới hạn và tiêu chuẩn sóng hài
2.1.3.1 Giới hạn sóng hài
Trong các nhà máy xí nghiệp lớn chủ yếu là các động cơ điện:
✓ Đối với động cơ điện đồng bộ dòng điện nhiễu cho phép là từ 1,3%
đến 1,4%.
✓ Đối với động cơ điện khơng đồng bộ dịng điện nhiễu cho phép là từ
1,5% đến 3,5%.
✓ Đối với cáp dẫn điện điện áp nhiễu với lõi cách điện cho phép là từ
10%.
2.1.3.2 Tiêu chuẩn sóng hài
Theo tiêu chuẩn IEEE 519-92 của Mỹ đề ra để đảm bảo chất lượng cho mạng
điện lưới nguồn, phải có trách nhiệm duy trì là:

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 18

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn về sai lệch điện áp IEEE 519-1992
Các cấp điện áp

<69kV

69-161kV

>161kV

Từng loại sóng hài

3,0

1,5

1

Tổng các loại sóng hài

5,0

2,5

1,5

(Theo tiêu chuẩn Việt Nam thì độ biến dạng điện áp đối với cấp điện 110, 220,

500kV thì tổng biến dạng là 3% còn với cấp trung áp là 6,5%)
Theo IEEE 519-1992 thì khách hàng phải có trách nhiệm duy trì thành phần
sóng hài dịng điện nằm trong phạm vi cho phép. Tiêu chuẩn đối với mạng điện nhỏ
hơn hoặc bằng 69kV

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn về sai lệch yêu cầu IEEE 519-1992
/

<11

11
17
23
35
THD

<20

4.0

2.0

1.5

0.6

0.3

5.0

20<50

7.0

3.5

2.5

1.0

0.5

8.0

50<100

10.0

4.5

4.0

1.5

0.7

12.0

100<1000

12.0

5.5

5.0

2.0

1.0

15.0

>1000

15.0

7.0

6.0

2.5

1.4

20.0

Trong đó:
➢ : Dịng điện ngắn mạch lớn nhất tại điểm nối.
➢ : Dòng điện tải lớn nhất tại tần số cơ bản.
Các hộ sử dụng điện hạn chế thành phần sóng hài nhỏ hơn 5%. Trong đó sóng
hài thứ 11 nhỏ hơn 4%, sóng hài 11-17 nhỏ hơn 2%, sóng hài 17-23 nhỏ hơn 1.5%
Điện lực quốc tế IEC đề ra tiêu chuẩn IEE 100-3-2 “Hạn chế sóng hài với thiết
bị nối vào mạng hạ áp” tiêu chuẩn dòng điện nhỏ hơn 16A. Các chỉ tiêu hạn chế
dịng điện sóng hài.

Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 19


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

HV: Phạm Ngọc Sơn

Bảng 2.3 Sóng hài bậc lẻ
h

3

5

7

9

11

13

15 h 39

(A)

2,3

1,14

0,77

0,4

0,3

0,21

0,15x15h

Bảng 2.4 Sóng hài bậc chẳn
h

2

4

6

8 h 40


(A)

1,08

0,43

0,3

0,23x8/h

IEC 1000-3-2 chú ý tới hạn chế các thiết bị có sóng hài dịng điện lớn hơn tiêu
chuẩn trên.
Năm 1995 IEE công bố tiêu chuẩn IEC 1000-3-4 “Hạn chế thành phần sóng
hài dịng điện đối với thiết bị có dịng điện lớn hơn 16A”. Tiêu chuẩn này quy định
trị số hạn chế sóng hài chia theo tình huống và đẳng cấp.
Đối với nhiều thiết bị cùng đặt trong một hệ thống thì nên đưa vào trong một
chỉnh thể. Hệ số sóng hài dịng điện cho theo bảng sau:

Bảng 2.5 Hệ số sóng hài dịng điện
h(lẻ)

3

(/)% 21,6

5

7

9

11

13

15

31

33

10,7

7,2

3,8

3,1

2

0,7

0,7

0,6

Theo tiêu chuẩn Châu Âu IEC 61000-3-2 giới hạn của sóng hài đối với các
thiết bị có dịng điện mỗi pha  16A. Các thiết bị có dịng >16A và  75A được xác
định theo tiêu chuẩn IEC/TS 61000-3-12.
Tiêu chuẩn IEC 61000-2-2 đưa ra các mức hài điện áp tương thích đối với
nhiễu dẫn tần số thấp và tạo tín hiệu trong hệ thống cung cấp điện hạ áp công cộng.
Tiêu chuẩn IEC 61000-2-4 đưa ra các mức hài điện áp tương thích trong khu
công nghiệp đối với nhiễu dẫn tần số thấp.
Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 được trình bày ở Bảng 2.1 và Bảng 2.2, đưa ra các
Lớp CH2016A-KTĐ

Trang 20