Lựa chọn tần số cộng hưởng và hệ số chất lượng cho bộ lọc sóng hài thụ động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN QUANG HẢI LỰA CHỌN TẦN SỐ CỘNG HƯỞNG VÀ HỆ SỐ CHẤT LƯỢNG CHO BỘ LỌC SÓNG HÀI THỤ ĐỘNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện - Hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Xuân Tùng Hà Nội - 2014 MỤC LỤC Chương mục Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT NỘI DUNG DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 10 1.1 Phân loại chất lƣợng điện 10 1.2 Khái niệm sóng hài 12 1.3 Các số đánh giá sóng hài hệ thống điện 13 1.4 Nguồn phát sinh sóng hài hệ thống điện 14 1.5 Ảnh hƣởng sóng hài tới thiết bị hệ thống điện 19 CHƢƠNG CÁC GIẢI PHÁP LOẠI TRỪ SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 22 2.1 Tổng quan giải pháp loại trừ sóng hài hệ thống điện 22 2.2 Các lọc sóng hài thụ động 23 2.2.1 Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp 23 2.2.2 Bộ lọc thụ động kiểu song song 23 2.3 Các lọc sóng hài tích cực 24 2.3.1 Các lọc sóng hài tích cực kiểu song song 24 2.3.2 Các lọc sóng hài tích cực kiểu nối tiếp 25 2.4 Các lọc hỗn hợp (kiểu lai ghép) 26 2.5 So sánh lọc thụ động lọc chủ động 26 2.6 Các loại lọc thụ động phổ biến 27 2.7 Hƣớng nghiên cứu luận văn 32 CHƢƠNG LỰA CHỌN HỆ SỐ CHẤT LƢỢNG VÀ TẦN SỐ CỘNG HƢỞNG CHO BỘ LỌC CỘNG HƢỞNG ĐƠN 33 3.1 Qui trình tính toán thiết kế lọc thụ động kiểu cộng hƣởng đơn 33 3.2 Phân tích hệ số chất lƣợng Q cho lọc cộng hƣởng đơn 37 3.3 Phân tích tần số cộng hƣởng cho lọc cộng hƣởng đơn 39 3.3.1 Lý không nên chọn tần số cộng hƣởng tần số sóng hài 39 3.3.2 Các yếu tố gây tƣợng dịch chuyển tần số cộng hƣởng 41 3.4 Phân tích, tính toán lựa chọn hệ số chất lƣợng Q tần số cộng hƣởng cho lọc cộng hƣởng đơn 42 3.4.1 Giới thiệu chung 42 3.4.2 Xác định hệ số hiệu chỉnh tần số cộng hƣởng  43 3.4.3 Xác định hệ số chất lƣợng Q 47 CHƢƠNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LỌC VÀ KIỂM CHỨNG 50 4.1 Các thông số đầu vào 50 4.1.1 Đặt vấn đề 50 4.1.2 Giới thiệu sơ lƣợc phần mềm PSCAD 50 4.1.3 Sơ đồ lƣới điện cần lắp đặt thiết bị lọc sóng hài 52 4.2 Chi tiết tính toán thiết kế lọc thụ động kiểu cộng hƣởng đơn 53 4.3 Kết chạy mô với tham số lọc tính 55 4.3.1 Đánh giá khả lọc lọc 56 4.3.2 Đánh giá khả nâng cao hệ số công suất lọc 58 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƢƠNG LAI 59 5.1 Kết luận 59 5.2 Hƣớng nghiên cứu tƣơng lai 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng tôi, không chép Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải tác phẩm, tạp chí, báo trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tác giả Trần Quang Hải LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn hƣớng dẫn nhiệt tình TS Nguyễn Xuân Tùng, giảng viên Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện, Trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội - Ngƣời chịu trách nhiệm hƣớng dẫn hoàn thành luận văn Từ đáy lòng mình, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô tham gia giảng dạy khóa học, thầy cô Viện Điện, tạo điều kiện thuận lợi giúp hoàn thành khóa học Tôi xin gửi lời cảm ơn tới cán hành Viện Điện Viện Đào tạo Sau đại học giúp đỡ trình học tập trƣờng Lời cuối cùng, chân thành cảm ơn động viên gia đình, bạn bè, ngƣời tạo điều kiện nhiều cho suốt chặng đƣờng học tập qua Trần Quang Hải TÓM TẮT NỘI DUNG Một vấn đề chất lƣợng điện phổ biến hệ thống điện sóng hài sụt áp ngắn hạn Sóng hài đƣợc sinh lan truyền hệ thống việc sử dụng tải phi tuyến, thiết bị điện tử công suất nhƣ: máy biến áp, máy điện quay; thiết bị hồ quang phóng điện (lò hồ quang điện, đèn phóng điện); thiết bị điện tử công suất (các nghịch lƣu, biến tần)… Sóng hài hệ thống điện gây nhiều vấn đề thiết bị có lõi từ nhƣ gây phát nóng mức, gây rung động thiết bị quay, làm tải dây trung tính nhiều vấn đề khác cho thiết bị điều khiển Giải pháp loại trừ sóng hài hệ thống điện chia ba nhánh chính: sử dụng lọc thụ động; sử dung lọc tích cực lọc lai ghép hai dạng Bộ lọc tích cực lọc lai ghép có khả loại trừ hầu hết sóng hài phát sinh, nhiên giá thành thiết bị có đắt chi phí bảo dƣỡng, tuổi thọ thiết bị vấn đề cần xem xét Luận văn sâu phân tích việc sử dụng thiết bị lọc sóng hài thụ động (gồm thành phần R, L, C) để loại trừ sóng hài hệ thống điện Trong trình tính toán thiết kế lọc loại cần quan tâm đến yếu tố kỹ thuật hệ số cộng hƣởng lọc hệ số chất lƣợng lọc Nếu hệ số đƣợc lựa chọn không hợp lý làm giảm hiệu lọc gây cộng hƣởng lƣới điện Thông thƣờng hệ số đƣợc chọn theo kinh nghiệm, nhiên luận văn đề xuất phƣơng pháp lựa chọn dựa phân tích kỹ thuật chi tiết Về mặt cấu trúc luận văn đƣợc chia thành chƣơng  Chương 1:Giới thiệu chung chất lƣợng điện năng, tập trung vào phần sóng hài Các nguyên nhân gây sóng hài, ảnh hƣởng sóng hài tới hệ thống thiết bị đƣợc trình bày chƣơng  Chương 2: Giới thiệu giải pháp loại trừ sóng hài hệ thống điện Chƣơng sâu phân tích ƣu nhƣợc điểm giải pháp sử dụng thiết bị lọc thụ động chủ động Với thiết bị lọc thụ động, luận văn giới thiệu cấu trúc loại lọc thụ động phổ biến, đặc tính làm việc lọc Qui trình tính toán thiết kế lọc thụ động đƣợc giới thiệu chƣơng này, để từ làm rõ nhu cầu cần lựa chọn hệ số cộng hƣởng hệ số chất lƣợng cho lọc  Chương 3:Phân tích chi tiết cách thức lựa chọn, tính toán tham số lọc thụ động, tập trung vào hệ số cộng hƣởng hệ số chất lƣợng  Chương 4:Áp dụng tính toán thiết kế lọc dựa theo kết nghiên cứu Chƣơng áp dụng tính toán lọc thực tế dựa theo số liệu xuất tuyến mô Hiệu làm việc lọc đƣợc kiểm nghiệm thông qua mô phần mềm PSCAD  Chương 5:Kết luận đề xuất hƣớng nghiên cứu tƣơng lai DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng biểuTrang Bảng 1.1.1 Phân loại tƣợng liên quan đến chất lƣợng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE 1159 - 1995 10 Bảng 1.3.1 Tiêu chuẩn điện áp theo Thông tƣ 12 32 14 Bảng 1.4.1 Dạng sóng dòng điện, phổ tầnvà tổng độ méo sóng hài số tải phi tuyến khác 18 Bảng 2.1.1 Phổ tần dòng điện sử dụng chỉnh lƣu 12 xung 22 Bảng 3.4.1 Sai số cho phép phần tử hợp thànhchế tạo lọc 46 Bảng 3.4.2 Hệ số hiệu chỉnh ứng với dung sai phần tử 46 Bảng 3.4.3 Tần số cộng hƣởng lọc ứng với sóng hài khác 46 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ Trang Hình 1.2.1 Phân tích Fourer sóng bị méo dạng 12 Hình 1.2.2 Sóng méo dạng phân tích Furier tƣơng ứng 13 Hình 1.4.1 Điện áp sin qua tải phi tuyến tạo dòng điện không sin 15 Hình 1.4.2 Sóng hài sinh tƣợng bão hòa mạch từ máy biến áp 16 Hình 1.4.3 Dạng sóng phổ dòng pha A máy biến áp hoạt động điều kiện áp 10% điện áp định mức 16 Hình 1.4.4 Dòng điện máy lạnh với THD=6,3% 17 Hình 1.4.5 Dòng điện điều hòa với THD=10,5% 17 Hình 1.4.6 Dạng sóng điện áp & dòng pha A chỉnh lƣu 18 Hình 2.1.1 Mạch chỉnh lƣu có sử dụng cuộn kháng điều hòa 22 Hình 2.2.1 Bộ lọc thụ động nối tiếp 23 Hình 2.2.2 Bộ lọc thụ động song song 24 Hình 2.3.1 Bộ lọc tích cực bù ngang 25 Hình 2.3.2 Bộ lọc tích cực bù dọc 25 Hình 2.4.1 Bộ lọc hỗn hợp thông dụng 26 Hình 2.6.1 Cấu hình loại lọc thụ động phổ biến 28 Hình 2.6.2 Đặc tính tổng trở theo tần số lọc cộng hƣởng đơn 29 Hình 2.6.3 Đặc tính tổng trở loại lọc thụ động phổ biến 31 Hình 3.1.1 Sơ đồ khối trình tính toán lọc cộng hƣởng đơn 37 Hình 3.2.1 Bộ lọc cộng hƣởng đơn đặc tính tổng trở theo tần số 38 Hình 3.2.2 Đặc tính tổng trở lọc với hệ số chất lƣợng khác 39 Hình 3.3.1 Sơ đồ nối lọc hệ thống điện có tải phi tuyến 40 Hình 3.3.2 Các tần số cộng hƣởng xuất có lọc hệ thống 41 Hình 3.4.1 Sơ đồ thay lọc, tải phi tuyến hệ thống 48 Hình 4.1.1 Sơ đồ lƣới điện cần tính toán lắp đặt lọc sóng hài 52 Hình 4.1.2 Phổ tần dòng điện trƣớc lắp lọc 52 Hình 4.3.1 Đặc tính tổng trở lọc theo tần số 56 Hình 4.3.2 Phổ tần dòng điện trƣớc có lọc 57 Hình 4.3.3 Phổ tần dòng điện sau có lọc bậc đƣợc lắp đặt 57 Hình 4.3.4 Hệ số công suất trƣớc sau lắp đặt lọc sóng hài bậc 58 Giá trị cụ thể  đƣợc chọn theo thực tế dựa theo dung sai nhà sản xuất cho 3.4.3 Xác định hệ số chất lượng Q Hệ số chất lƣợng Q định mức độ hẹp đặc tính tổng trở lọc đồng thời ảnh hƣởng tới mức độ hấp thụ dòng điện hài Tổng trở lọc theo quan hệ với hệ số hiệu chỉnh  & Q (tham khảo mục 3.4.1): Z boloc  R(1  j 2Q ) L Với hệ số chất lƣợng Q tính theo Q  C  X Lh  X Ch  X R R R R với X0 điện kháng tụ kháng tần số cộng hƣởng lọc Từ viết Zboloc  X (Q1  j 2 ) Xét độ lớn: Zboloc  R (1  4Q 2 ) Khi tính toán lọc thƣờng xét tới tổng dẫn lọc thay tổng trở, tổng dẫn lọc là: Yboloc   Gboloc  jBboloc R(1  j 2Q ) Trong giá trị Gbo loc Bbo loc tính theo: Q   Gboloc  X (1  4Q 2 )  R(1  4Q 2 )   2Q 2 2Q B  boloc   2  X (1  4Q  ) R(1  4Q 2 ) Xét sơ đồ đấu nối lọc hệ thống 47 Ih nguon Tải phi tuyến BỘ LỌC Tổng dẫn Ybo loc Ih tải Vh nguon Ih bo loc NGUỒN Tổng dẫn Ynguon Hình 3.4.1 Sơ đồ thay lọc, tải phi tuyến hệ thống Dòng điện hài Ih tải tải phi tuyến sinh chạy vào lọc hệ thống Giả thiết tổng trở lọc hệ thống tần số sóng hài Zbo loc Znguon (tƣơng ứng với tổng dẫn lọc nguồn Yboloc&Ynguon, Ynguon=Gnguon+jBnguon) Điện áp hài hệ thống đƣợc tính theo: Vh nguon  Zboloc  Z nguon Zboloc  Z nguon  I htai  I htai Yboloc  Ynguon  I htai PT 3.5.3.1 Ytong Mục đích sử dụng lọc để loại trừ dòng điện hài chạy vào hệ thống hay nói cách khác để giảm thiểu điện áp hài điểm đấu nối Căn theo PT3.5.3.1 thấy điện áp hài điểm đấu nối tải phi tuyến đƣợc giảm thấp tổng dẫn Ytong hệ “Bộ lọc &Hệ thống” đƣợc tăng lên Biểu diễn phƣơng trình PT 3.5.3.1 theo giá trị Q  ta có: Vh nguon  I htai G nguon  Gboloc   B nguon  Bboloc  2      2Q    I htai  Gnguon    Bnguon  2  2   R(1  4Q  )   R(1  4Q  )      1 PT 3.5.3.2 Căn vào công thức thấy giá trị Q  ảnh hƣởng tới mức độ méo sóng điện áp điểm đấu nối Do cần lựa chọn giá trị tối ƣu cho Q để đảm bảo độ méo sóng hay điện áp hài Vhnguon nhỏ 48 Khi thiết kế lọc tần số cộng hƣởng đƣợc lựa chọn thấp tần số hài cần loại trừ (tham khảo 3.3.1), chọn lệch tần số (thể qua giá trị  ) phần dẫn tới hiệu lọc tuyệt đối  làm tăng mức độ méo sóng điện áp hay tăng giá trị Vh nguon Trong phần hệ số  đƣợc giả thiết biết (đã chọn mục 3.4.2), xét trƣờng hợp cực đoan chọn  với mức độ lớn Điện áp hài điểm đấu nối vào hệ thống tính theo: Vh nguon  I htai G nguon  Gboloc   B nguon  Bboloc  PT 3.5.3.3 Có thể thấy thông thƣờng hệ thống có tính điện kháng, phần điện trở hệ thống thƣờng nhỏ, bỏ qua  coi Gnguon=0, giả thuyết có tính cực đoan với mục đích xét trƣờng hợp tạo hài điện áp lớn Một khả dẫn đến giá trị điện áp hài nguồn đạt giá trị lớn lọc hệ thống xảy cộng hƣởng tần số sóng hài cần lọc, điều tƣơng đƣơng với thành phần điện dẫn phản kháng nguồn với thành phần dung dẫn lọc hay nói cách khác Bnguon+Bboloc=0 Với hai giả thiết viết gọn lại công thức PT 3.5.3.3 nhƣ sau: Vh nguon  I htai Gboloc Cụ thể: Vh nguon  X Ihaitai (Q1  4Q ) với giá trị  đƣợc chọn trƣớc Viết lại: Vh nguon  4 2Q    (2 Q )2    2 Q    X I hai tai    X I hai tai    X I hai tai   Q Q  Q       X I hai tai 2 Giá trị nhỏ Vh nguon đạt đƣợc 2 Q  hay: Q  2 Vậy giá trị tối ƣu hệ số chất lƣợng Q nên chọn theo: Q  49 2 CHƯƠNG 4TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỘ LỌC VÀ KIỂM CHỨNG 4.1 Các thông số đầu vào 4.1.1 Đặt vấn đề Để kiểm chứng tính đắn phân tích thực chƣơng trƣớc, chƣơng sâu tính toán thiết kế lọc sóng hài cộng hƣởng đơn cho ví dụ cụ thể Khả lọc sóng hài lọc đƣợc thiết kế đƣợc kiểm chứng phần mềm PSCAD 4.1.2 Giới thiệu sơ lược phần mềm PSCAD Phần mềm PSCAD (Power System Computer Aided Design) có tên PSCAD/EMTDC phần mềm mô trình độ điện từ đƣợc phát triển trung tâm nghiên cứu Manitoba HVDC.Công ty đƣợc thành lập từ Manitoba Hydro, Teshmont Consultant, Federal Pioneer Đại học Manitoba Canada PSCAD phần mềm mạnh thực dễ dàng, xác, nhanh chóng việc thiết kế, mô loại hình hệ thống điện Đây phần mềm phù hợp để mô trình độ theo thời gian với giao điện đồ họa trực quan, hình vẽ phù hợp với chuẩn hệ thống điện thông thƣờng 50 Hình 4.1.1 Giao diện phần mềm PSCAD Phần mềm sử dụng để nghiên cứu lĩnh vực sau:  Khảo sát ổn định cộng hƣởng điều khiển  Đánh giá sóng hài phát sinh thiết bị SVC, HVDC, STATCOM, biến tần  Mô hệ điều khiển thiết bị FACTS  Nghiên cứu độ điện áp thao tác độ điện áp khí  Nghiên cứu phối hợp cách điện  Nghiên cứu khảo sát cộng hƣởng tần số thấp  Nghiên cứu nguồn phân tán với mô hình mô máy phát điện gió, diesel, pin mặt trời  Nghiên cứu áp đóng cắt tụ  Mô hình hóa hệ thống bảo vệ, chức rơle 51 4.1.3 Sơ đồ lưới điện cần lắp đặt thiết bị lọc sóng hài Sơ đồ mô xuất tuyến lƣới phân phối có hỗn hợp tải phi tuyến tải tuyến tính Cấp điện áp vận hành 23kV (50Hz) Dòng công suất chạy qua xuất tuyến tổng P=88.49 (kW) & Q=86.36 (kVAr) tƣơng ứng với hệ số công suất là: 0.716 T Duong_day_phan_phoi_01 P = 0.8849 Q = 0.8636 Vmes T Xuat_tuyen_tong RRL V1 #1 #2 I2 V2 I1 A V 0.7 [MW] 0.7 [MVAR] Tai tuyen tinh 0.417 [uF] Com Bus #2 I3 V3 AO Pulse Bridge 5th 0.8 [ohm] #1 2000.0 [uF] 37.0 [ohm] 0.974 [H] T Duong_day_phan_phoi_02 AM GM 35.0 KB Bo loc can lap dat Tai phi tuyen Chinh luu pha co dieu khien Hình 4.1.1 Sơ đồ lưới điện cần tính toán lắp đặt lọc sóng hài Tải phi tuyến đƣợc mô thiết bị chỉnh lƣu pha có điều khiển, tùy theo góc mở van thyristor mà mức độ méo dạng sóng khác dẫn tới thành phần sóng hài chạy phía hệ thống khác Phổ tần của dòng điện chạy qua xuất tuyến tổng (I1) nhƣ Hình 4.1.2 (dòng điện đƣợc tính theo A) I1H 35.0 0.0 A 10 11 12 13 14 [7] 2.32987 Hình 4.1.2 Phổ tần dòng điện trước lắp lọc 52 15 Biên độ thành phần dòng điện tần số dòng điện hài đo đƣợc trình vận hành:  Thành phần dòng điện tần số bản: 32.02 [A]  Thành phần hài bậc 5: 4.36 [A]  Thành phần hài bậc 7: 2.33 [A]  Thành phần hài bậc 11 13: chiếm tỷ lệ không đáng kể Với sơ đồ thông số mô nhƣ thấy thành phần hài bậc chiếm tới 13.6% Nhƣ có hai vấn đề cần giải với lọc sóng hài bậc 5: giảm hàm lƣợng thành phần sóng hài (bậc 5) đồng thời nâng hệ số công suất lên mức 0.85 đảm bảo qui định ngành điện 4.2 Chi tiết tính toán thiết kế lọc thụ động kiểu cộng hưởng đơn Chi tiết bƣớc tính toán nhƣ sau: Bước 1: Xác định công suất lọc Lƣợng CSPK lọc cần phát để nâng hệ số công suất từ 0.716 0.85 tải ban đầu P=88.49 (kW) & Q=86.36 (kVARr) là: QC yeu cau = 31.52 kVAr Giá trị 31.52 kVAr lƣợng CSPK thực cần, có thêm kháng lƣợng công suất phản kháng phát hệ tụ - kháng khác Bước 2: Lựa chọn sơ thông số lọc Lựa chọn tần số cộng hưởng: đƣợc chọn thấp từ 3-15% tần số sóng hài cần loại trừ Giả thiết cần lọc sóng hài bậc tần số cộng hƣởng lọc chọn thấp 6% theo nhƣ phân tích mục 3.4.2 tần số cộng hƣởng bậc 4.7 tƣơng ứng với tần số cộng hƣởng 235Hz Tuy nhiên luận văn với mục đích sử dụng mô để kiểm chứng nên sai số phần tử tụ kháng lọc không có, tần số cộng hƣởng đƣợc chọn 250Hz 53 Dung kháng cần thiết lọc để cung cấp lƣợng công suất phản kháng yêu cầu phải là: X boloc  Vday hethong Qyeu cau  (23 kV )2  16782.995  0.03152 MVAR Dung kháng tổng dung kháng tụ điện kháng kháng tần số bản: Xbo loc=XC+XL biết quan hệ h  XC tính giá trị dung kháng thực XL cần thiết tụ lọc: XC  h2 52  X  16782.995  17482.286  boloc h2  52  Suy điện dung tụ là: C=0.18207566 µF Từ tính tiếp đƣợc điện kháng cuộn kháng: XL  X C 17482.286   699.29  h2 52 Suy cảm kháng kháng điện là: L= 2.225909 H Hệ số chất lƣợng Q thƣờng đƣợc chọn theo kinh nghiệm, nhiên theo phân tích mục 3.4.3 giá trị nên chọn tối ƣu theo: Q 1   8.33 2  0.06 Thành phần điện trở lọc đƣợc tính theo: Q X Lh X Ch X h  X L  699.29   R  Lh    419.742  R R Q Q 8.33 Giá trị điện trở bao gồm điện trở thân kháng điện Bước 3: Xác định kiểm tra thông số vận hành tụ Dòng điện tần số chạy qua tụ đƣợc tính nhƣ sau:  23kV    3  I1   * 1000  0.791 A X C  X L 17482.286  699.29 V pha Giả thiết dòng điện hài đo đƣợc là: 54 I5=4.36 [A]; I7=2.33 [A] Giá trị hiệu dụng dòng điện chạy qua tụ I rms  I12  I32  I52   I n2  0.7912  4.362  2.332  A Giá trị hiệu dụng điện áp đặt vào tụ tính theo: Vrms  ( I1 X C1 )2  ( I X C )2   ( I n X Cn )2  (0.791 17482.286)2  (4.36  17482.286 17482.286 )  (2.33  )  21388.91V  21.39 kV Với tụ lắp đặt lƣới 23kV chịu điện áp pha trung bình 23kV  13.28 kV , nhiên điện áp thực tế đặt vào tụ tính 21.39kV Do chọn tụ có điện áp định mức 13.28kV nhƣ thông thƣờng mức độ điện áp 21.39/13.28=1.61 hay xấp xỉ 161%, giá trị vƣợt ngƣỡng cho phép theo qui định (không vƣợt 110% điện áp định mức) Do bắt buộc phải chọn tụ chịu đƣợc điện áp cao so với điện áp lƣới Giả thiết chọn đƣợc tụ có điện áp định mức 21.39kV (tƣơng đƣơng với việc chọn tụ để lắp đặt vào lƣới 35kV, điện áp lƣới điện vận hành 23kV) Dựa theo điện áp đặt vào tụ dung kháng tụ tính đƣợc dung lƣợng cần thiết tụ là: Qbotu  ( 3Vbotu )2 XC  (  21.39)2  0.0785MVAR  78.5 kVAR 17482.286 Nhƣ dung lƣợng thực tụ 78.5 kVAR lớn so với giá trị lƣợng CSPK cần bù để nâng cao hệ số công suất phụ tải (QC yeu cau = 31.52 kVAR), lý điện áp tụ phải chọn lớn điện áp danh định hệ thống ảnh hƣởng kháng điện 4.3 Kết chạy mô với tham số lọc tính 55 4.3.1 Đánh giá khả lọc lọc Bộ lọc đƣợc tính toán có tham số nhƣ sau:  Giá trị điện dung tụ: C=0.18207566 µF  Giá trị cảm kháng kháng L=2.225909 H  Điện trở yêu cầu R=419.742 (Ω) Đặc tính tổng trở (Ω) thân lọc theo tần số đƣợc thể Error! Reference source not found 2000 1800 1600 1400 Tong tro 1200 1000 800 600 400 200 200 210 220 230 240 250 Tan so 260 270 280 290 300 Hình 4.3.1 Đặc tính tổng trở lọc theo tần số Hình 4.3.2& Hình 4.3.3 so sánh phổ tần dòng điện chạy qua xuất tuyến tổng trƣớc sau lọc đƣợc lắp đặt 56 I1H 10.0 0.0 A 10 11 12 13 14 15 14 15 [11] 0.274593 Hình 4.3.2 Phổ tần dòng điện trước có lọc I1H 10.0 0.0 A 10 11 12 13 [11] 0.445068 Hình 4.3.3 Phổ tần dòng điện sau có lọc bậc lắp đặt Kết mô cho thấy trƣớc lắp đặt lọc thành phần hài bậc dòng điện tổng 4.36 [A], sau lắp đặt lọc bậc thành phần giảm đáng kể xuống xấp xỉ 0.43 [A] Nhận xét: Mặc dù lọc tính toán để cộng hưởng hoàn toàn tần số 250Hz nhiên tồn thành phần sóng hài bậc không loại trừ hết Điều giải thích sau:  Khả lọc lọc thụ động phụ thuộc vào tổng trở nguồn cấp, lọc lọc hoàn toàn hết sóng hài mong muốn  Trong phần tử của lọc có phần tử R, thành phần R có tác dụng tránh cho sóng hài tần số cộng hưởng chạy vào lọc gây tải, nhiên hạn chế tác dụng lọc lọc 57  Thành phần hài bậc không lọc, để loại trừ thành phần cần đặt thêm lọc sóng hài bậc Tuy nhiên sau lọc thành phần hài bậc tổng độ méo sóng hài dòng điện tổng giảm đáng kể nên không cần thiết phải loại bỏ tiếp thành phần hài bậc  Các yếu tố nhược điểm lọc thụ động, để lọc hoàn toàn sóng hài mong muốn sử dụng kết hợp với lọc tích cực 4.3.2 Đánh giá khả nâng cao hệ số công suất lọc Hình 4.4.3 thể hệ số công suất đo xuất tuyến tổng trƣớc sau lọc đƣợc đóng vào Bộ lọc đƣợc đóng vào thời điểm 0.5 giây trình mô  Trƣớc thời điểm đóng lọc: hệ số công suất 0.716  Sau lọc đƣợc đóng vào hệ số công suất đƣợc cải thiện lên tới xấp xỉ 0.85 theo nhƣ yêu cầu Main : Graphs Pow er factor 0.850 0.800 y 0.750 0.700 0.650 0.600 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 Hình 4.3.4Hệ số công suất trước sau lắp đặt lọc sóng hài bậc 58 CHƯƠNG 5KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 5.1 Kết luận Luận văn nghiên cứu tƣợng chất lƣợng điện năng, tập trung chủ yếu sóng hài hệ thống điện Các nguyên nhân, nguồn phát sóng hài, ảnh hƣởng sóng hài đến thiết bị hệ thống điện đƣợc phân tích chi tiết Các giải pháp loại trừ sóng hài đƣợc trình bày cách tổng hợp bao gồm nhiều phƣơng thức nhƣ dùng lọc thụ động, lọc tích cực lọc lai ghép nhiều giải pháp khác liên quan đến hệ thống Giải pháp loại trừ sóng hài lọc thụ động đƣợc đề xuất nội dung luận văn Đây giải pháp có chi phí thấp, lọc dễ dàng bảo trì lắp đặt đƣợc sử dụng phổ biến Tuy nhiên lọc loại có số nhƣợc điểm nhƣ gây nên tƣợng cộng hƣởng song song với hệ thống, đặc tính lọc lọc thay đổi tùy theo hệ thống (tổng trở hệ thống), thiết bị bị già hóa theo thời gian làm đặc tính lọc bị biến đổi Trong công nghiệp lọc công hƣởng đơn (single tuned filter) đƣợc sử dụng phổ biến nhất, luận văn tập trung nghiên cứu lọc Luận văn trình bày qui trình cần thiết để tính toán lựa chọn lọc cộng hƣởng đơn, qui trình tính toán có hai tham số quan trọng lọc tần số cộng hƣởng hệ số chất lƣợng cần đƣợc quan tâm xem xét Các giá trị thƣờng đƣợc lựa chọn tùy theo kinh nghiệm theo khuyến cáo chung Để làm rõ vấn đề đó, luận văn sâu nghiên cứu đề xuất phƣơng thức để tính toán, xác định rõ hai thông số Các nghiên cứu luận văn thể cách tính toán tƣơng đối xác cho hai tham số này, làm sở để tiến hành lựa chọn thông số lọc Luận văn trình bày ví dụ tính toán cụ thể lọc có tham số đầu vào, kết nghiên cứu hệ số chất lƣợng , tần số cộng hƣởng đƣợc áp dụng trình tính toán thiết kế 59 5.2 Hướng nghiên cứu tương lai Luận văn dừng nghiên cứu lọc cộng hƣởng đơn, nhiên nhiều loại lọc thụ động với cấu hình khác, loại lọc hƣớng nghiên cứu luận văn tƣơng lai Thêm vào đó, tƣơng lai luận văn sâu nghiên cứu trƣờng hợp cần sử dụng nhiều lọc, ví dụ cần lọc bậc bậc bậc 11, việc lựa chọn hệ số chất lƣợng cần đảm bảo tối ƣu lọc Việc phân bố tối ƣu dung lƣợng CSKP cho lọc hƣớng nghiên cứu đƣợc đề xuất 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO Zubair Ahmed Memon, Mohamm Aslam Uquaili Harmonics Mitigation of Industrial Power System Using Passive Filters Mehran University Research Journal of Engineering & Technology April, 2012, Vol 31, 2 An Investigation on the Selection of Filter Topologies for Passive Filter Applications Alexandre B Nassif, Wilsun Xu, Walmir Freitas 3, s.l : IEEE Transactions on Power Delivery, 2009, Vol 24 Rosa, Francisco C De La.Harmonics and Power Systems s.l : CRC Press, 2008 Lê Trọng Vinh, Trần Minh Toàn.Giáo trình phương pháp tính Matlab s.l : Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội Ewald Fuchs, Mohammad A S Masoum.Power Quality in Power Systems and Electrical Machines s.l : Elsevier Academic Press , 2008 ISBN: 978-0123695369 61 ... loại trừ sóng hài hệ thống điện 22 2.2 Các lọc sóng hài thụ động 23 2.2.1 Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp 23 2.2.2 Bộ lọc thụ động kiểu song song 23 2.3 Các lọc sóng hài tích... kế lọc thụ động kiểu cộng hƣởng đơn 33 3.2 Phân tích hệ số chất lƣợng Q cho lọc cộng hƣởng đơn 37 3.3 Phân tích tần số cộng hƣởng cho lọc cộng hƣởng đơn 39 3.3.1 Lý không nên chọn tần số. .. chọn tần số cộng hƣởng tần số sóng hài 39 3.3.2 Các yếu tố gây tƣợng dịch chuyển tần số cộng hƣởng 41 3.4 Phân tích, tính toán lựa chọn hệ số chất lƣợng Q tần số cộng hƣởng cho lọc cộng hƣởng