Chất lượng điện năng sóng hài lọc tích cực

Chất lượng điện năng
Sóng hài - Lọc tích cực

1


Đặt vấn đề


Chất lượng điện năng
– Chất lượng tần số
– Chất lượng điện áp
 Độ lệch điện áp
 Độ dao động điện áp
 Độ không sin
 Độ không đối xứng



Độ tin cậy cung cấp điện

2


Nội dung báo cáo






Sóng hài – Nguồn gốc – Tác hại
Tiêu chuẩn - Giải pháp
– Ở nước ngoài
– Ở Việt Nam
Lọc tích cực
Kết quả bước đầu - Hướng phát triển

3


Sóng hài - Nguồn gốc - Tác hại


Sóng điều hòa bất kỳ = Σ (sóng cơ bản + các điều hòa
bậc cao hơn)

=Σ
4


Sóng hài - Nguồn gốc – Tác hại


Sóng vuông điều hòa

5


Sóng hài - Nguồn gốc - Tác hại







Các hệ thống có điều khiển góc mở Thyristor
– Điều khiển độ sáng đèn,
bếp điện điều khiển tốc độ
quạt dùng triac
Đóng cắt tụ
Máy biến áp làm việc ở vùng (gần) bão hòa
– Mạch từ bị bão hòa nên
từ thẩm (điện cảm) suy giảm
 dòng điện tăng vọt
Lò hồ quang, đèn
6


Sóng hài - Nguồn gốc - Tác hại


Các hệ thống có chỉnh lưu đầu vào
– Hệ thống
nguồn chuyển mạch
– Chỉnh lưu 3 pha
có điều khiển
– Chỉnh lưu 3 pha
có điện cảm lọc DC
– Chỉnh lưu 3 pha

có điện cảm lọc AC
7


Sóng hài - Nguồn gốc - Tác hại




Méo hệ thống điện áp
– Phụ tải yêu cầu dòng phi tuyến
– Dòng điện phi tuyến chạy qua tổng trở đường dây
tuyến tính gây sụt áp phi tuyến
– Sụt áp phi tuyến
tương tác với tải
khác
Méo điện áp gây
tác hại dẫn xuất
không thống kê
8


Sóng hài - Nguồn gốc - Tác hại




Làm xấu hệ số công suất - PF
– Càng nhiều sóng hài, hệ
số công suất càng xấu

Nhiễu điện từ
– Các kênh thông tin đặt
gần bị ảnh hưởng

9


Sóng hài - Nguồn gốc - Tác hại


Phát nóng phụ trội đối với thiết bị điện
– Tăng điện trở hiệu dụng của dây (thanh) dẫn do hiệu
ứng bề mặt và hiệu ứng gần
 THD khoảng 10% gây tổn hao phụ thêm 6% !

– Máy biến áp bị quá tải gây già hóa cách điện sớm
 Phải tăng công suất lắp đặt cho MBA (UTE C15-112)
hoặc giảm trừ công suất khi phải cung cấp cho phụ tải
sóng hài
– k – hệ số suy giảm công suất
– Th – tỷ lệ giữa dòng hài với dòng
cơ bản
10


Sóng hài - Nguồn gốc - Tác hại


Quá tải đối với các hệ thống tụ bù MV và LV
– Tổng trở tụ nghịch biến với tần số

– Mức độ ô nhiễm sóng hài càng lớn, tụ càng bị quá
tải nặng nề



Cần phải có các tiêu chuẩn khống chế mức phát
thải sóng hài trên lưới phân phối.

11


Tiêu chuẩn - Giải pháp


Tiêu chuẩn IEC 61000-3-2 (năm 2005)

12


Tiêu chuẩn - Giải pháp


Tiêu chuẩn IEEE 519-1992
Isc/IL

<11

11
17

23
35
TDD

<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<1,000

12.0

5.5

5.0

2.0

1.0

15.0

>1,000

15.0

7.0

6.0

2.5

1.4

20.0



HỆ THỐNG/
Điện áp

Ứng dụng
đặc biệt

Ứng dụng
chung

Ứng dụng
chuyên biệt

120 - 600V

3.0

5.0

8.0

Đến 69KV

-

5.0

-

Việt Nam được phép áp dụng các tiêu chuẩn trên
13


Tiêu chuẩn - Giải pháp


Lọc thụ động (Passif Filter)
– Tạo trở kháng lớn (lọc nối tiếp)
– Tạo “bẫy” (lọc song song)

14

Tiêu chuẩn - Giải pháp


Cách ly phụ tải hoặc nhóm các phụ tải ô nhiễm
– Nhóm các phụ tải phi
tuyến với nhau

– Dùng máy biến áp riêng
– Dùng máy biến áp có
tổ đấu dây đặc biệt
15


Tiêu chuẩn - Giải pháp


Lọc tích cực - Nguyên lý

16


Tiêu chuẩn - Giải pháp


Lọc tích cực - Thực hiện cho hệ 1 pha
– Lý thuyết công suất tức thời
– Mô hình hóa trên Matlab - Kết quả mô phỏng
– Thực hiện chế tạo phần cứng - Điều khiển nhúng

17


Lý thuyết công suất tức thời




Xuất phát từ nhu cầu cần định nghĩa lại các khái niệm
công suất có xét đến sự có mặt của các thành phần
sóng hài.
Do GS. Hirofumi Akagi đề xuất năm 1984

p3Ø= vaia + vbib + vc ic = vαiα+vβiβ +v0i0 =
18


Mô hình hóa bằng Matlab

19


Mô hình hóa bằng Matlab



Dạng sóng dòng điện nguồn sin hơn khi có sự tham
gia của bộ lọc
Giá trị hiệu dụng giảm do có bù dòng tại chỗ

20


100

Mô hình hóa bằng Matlab

50
0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1
Time (s)

0.12

THD giảm rất đáng kể (từ 40% về 3%)

0.14

0.16

0.18

800

900

Fundamental (50Hz) = 31.51 , THD= 3.14%
30
Mag (% of Fundamental)



0

25
20
15
10
5
0

0

100

200

300

400
500

Frequency (Hz)

600

700

1000
21


Mô hình hóa bằng Matlab




Công suất phản kháng được bù, nguồn gần như không
phải truyền tải công suất phản kháng
Cos(φ) ≈ 1, tổn thất điện áp (điện năng) giảm
 kết quả rất khích lệ  chế tạo thử nghiệm

22


Chế tạo thử nghiệm


Phần mềm & thuật toán
– Vi xử lý Microchip
– Thuật toán tính dòng điều khiển



Phần cứng
– Phụ tải công suất nhỏ
– Chế tạo thử điện cảm
– Mạch điều khiển
23


Phần cứng


Kết quả bước đầu


Dòng tải



Dòng bù (tính toán
)

25