Nghiên cứu một số biện pháp giảm thiểu tác động của sóng hài tại khu công nghiệp samsung display việt nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu số biện pháp giảm thiểu tác động sóng hài khu cơng nghiệp Samsung Display Việt Nam NGUYỄN QUANG THẮNG Thang.NQCB190078@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật điện Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Quốc Minh Viện: Điện HÀ NỘI, 4/2021 Lời cảm ơn Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS.Nguyễn Quốc Minh động viên tận tình hướng dẫn em suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Em xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Điện, Viện đào tạo Sau đại học quý thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, định hướng trang bị cho em kiến thức quý báu để giúp em học tập nghiên cứu kiến thức khoa học chuyên sâu hoàn thành luận văn Các nội dung luận văn làm cẩn thận chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận lời đóng góp từ q thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! Nguyễn Quang Thắng Tóm tắt nội dung Luận văn nghiên cứu biện pháp giảm thiểu tác động sóng hài lựa chọn biện pháp áp dụng Samsung Display Việt Nam, nơi có hệ thống điện cơng nghiệp có nhiều thiết bị phi tuyến phát sinh sóng hài Luận văn sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết sóng hài nguyên lý – biện pháp lọc sóng hài kết hợp việc đo đạc đánh giá mức độ biến dạng sóng hài Samsung Display Việt Nam Từ lựa chọn phương pháp lọc sóng hài phù hợp Luận văn sử dụng phần mềm ETAP 19 mô hệ thống điện trước sau có lọc để đánh giá hiệu lọc sóng hài tính tốn lựa chọn Kết luận văn chứng minh phương pháp sử dụng phù hợp với hệ thống điện công nghiệp Samsung Display Việt Nam, sóng hài giảm đạt tiêu chuẩn chất lượng điện áp theo quy định Luận văn sử dụng lọc đơn có thiết kế đơn giản phổ biến để hạn chế sóng hài khu cơng nghiệp Trong trường hợp với hệ thống điện có độ biến dạng sóng hài phức tạp hay có phụ tải nhạy cảm với sóng hài có yêu cầu chất lượng điện cao sin lọc tích cực lọc lai cần phải tính đến Nghiên cứu tính tốn phương pháp lọc tích cực với phần tử điện tử cơng suất hướng nghiên cứu luận văn tương lai Nguyễn Quang Thắng MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI 1.1 1.2 1.3 Tổng quan sóng hài 1.1.1 Khái niệm sóng hài 1.1.2 Phân loại sóng hài 1.1.3 Các tiêu đo lường đánh giá sóng hài Ảnh hưởng sóng hài 1.2.1 Giảm hệ số công suất 10 1.2.2 Tổn thất đường dây truyền tải 10 1.2.3 Sóng hài thứ tự khơng dịng trung tính 11 1.2.4 Hiện tượng cộng hưởng 12 1.2.5 Ảnh hưởng đến máy điện quay 15 1.2.6 Ảnh hưởng đến máy biến áp 17 1.2.7 Ảnh hưởng đến tụ điện 17 1.2.8 Ảnh hưởng đến máy cắt hạ áp cầu chì 18 1.2.9 Ảnh hưởng đến rơ le bảo vệ đo đếm điện 19 1.2.10 Gây nhiễu 19 Nhận xét 19 CHƯƠNG NGUYÊN NHÂN VÀ BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG SÓNG HÀI 21 2.1 Nguyên nhân gây sóng hài 21 2.1.1 Máy biến áp 21 2.1.2 Máy điện quay 24 2.1.3 Đèn phóng điện 25 2.1.4 Thiết bị hồ quang 26 2.1.5 Bộ nguồn chuyển mạch SMPS 27 2.1.6 Bộ chuyển đổi nguồn dòng 28 2.1.7 Bộ chuyển đổi nguồn áp (VSC) 31 2.1.8 Thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Kháng điện điều khiển thyristor (TCR) 33 2.1.9 Biến tần trực tiếp 37 2.1.10 Hệ thống cung cấp điện liên tục UPS 39 2.2 2.3 Biện pháp hạn chế sóng hài 40 2.2.1 Cuộn cảm nối tiếp tiêu chuẩn 40 2.2.2 Cuộn cảm lọc phổ rộng 44 2.2.3 Dịch chuyển pha máy biến áp 46 2.2.4 Máy biến áp zigzag 46 2.2.5 Bộ lọc thụ động đơn 46 2.2.6 Bộ lọc thụ động cao tần 49 2.2.7 Bộ lọc tích cực song song 50 2.2.8 Bộ lọc tích cực nối tiếp 53 2.2.9 Bộ lọc tích cực lai 54 Nhận xét 56 CHƯƠNG TÍNH TỐN ÁP DỤNG CHO KCN SAMSUNG DISPLAY VIỆT NAM 58 3.1 3.2 3.3 Sóng hài khu công nghiệp Samsung Display Việt Nam 58 3.1.1 Tổng quan hệ thống điện chế độ vận hành 58 3.1.2 Nguồn sóng hài 59 3.1.3 Đánh giá mức độ biến dạng sóng hài 61 Tính tốn thiết kế lọc 63 3.2.1 Lựa chọn giải pháp khắc phục 64 3.2.2 Tính toán thiết kế lọc thụ động đơn 64 3.2.3 Tính tốn lọc thụ động Bus-11 68 3.2.4 Tính tốn lọc thụ động Bus-12 72 3.2.5 Mô hiệu lọc phần mềm ETAP 76 Nhận xét 82 KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sóng dịng điện với thành phần bậc Hình 1.2 Phổ sóng hài Hình 1.3 Tỷ lệ tăng dòng điện tổn thất dây dẫn theo tổng độ 11 Hình 1.4 Ảnh hưởng sóng hài thứ tự khơng bậc dây trung tính 12 Hình 1.5 Sơ đồ sợi đơn giản có cộng hưởng 14 Hình 1.6 Mơmen điện từ Te (Nm) theo bậc sóng hài độ biến dạng 16 Hình 1.7 Độ biến dạng sóng hài mơmen điện từ THD TE % theo bậc 16 Hình 2.1 Quan hệ từ thơng dịng từ hóa có từ trễ 21 Hình 2.2 Sóng hài bậc dịng từ hóa 22 Hình 2.3 Dịng điện điển hình máy biến áp lõi từ bão hịa 23 Hình 2.4 Dịng xung kích thành phần sóng hài 23 Hình 2.5 Mơ hình tính hệ số phân bố lực từ động vịng dây 24 Hình 2.6 Sóng hài gây rãnh dây quấn 25 Hình 2.7 Dịng điện đèn huỳnh quang sử dụng chấn lưu từ tính 26 Hình 2.8 Sơ đồ nguồn chuyển mạch SMPS 27 Hình 2.9 Dịng điện SMPS(a) phổ sóng hài (b) 28 Hình 2.10 Mạch điện chỉnh lưu xung đơn giản dùng thyristor 29 Hình 2.11 Dòng điện pha a với THD I = 31% 30 Hình 2.12 cấu trúc chuyển đổi 12 xung 30 Hình 2.13 Sơ đồ biến đổi nguồn áp ba pha hai cấp 31 Hình 2.14 Mô tả nguyên lý PWM 32 Hình 2.15 Sơ đồ thiết bị điều chỉnh tốc độ động sử dụng PWM 33 Hình 2.16 Dịng điện phổ sóng hài thiết bị ASD PWM 33 Hình 2.17 Sơ đồ cấu tạo SVC 34 Hình 2.18 Sơ đồ cấu tạo TCSC 35 Hình 2.19 Dạng sóng TCSC chế độ điện dung 36 Hình 2.20 Dạng sóng TCSC chế độ điện cảm 37 Hình 2.21 Biến tần trực tiếp ba pha xung 38 Hình 2.22 Mối quan hệ tần số sóng hài tỷ lệ tầ số đầu đầu vào (f /f i ) 39 Hình 2.23 Sóng dịng điện phổ hài UPS ba pha 39 Hình 2.24 Sơ đồ biến tần xung PWM 41 Hình 2.25 Sự thay đổi dịng sóng hài theo điện kháng cuộn cảm AC 42 Hình 2.26 Sự thay đổi dịng sóng hài theo điện kháng cuộn cảm DC 43 Hình 2.27 Sự thay đổi dịng sóng hài bậc theo điện kháng cuộn cảm AC DC 44 Hình 2.28 Sơ đồ cuộn cảm lọc phổ rộng 45 Hình 2.29 Sóng dịng điện a) khơng có lọc phổ rộng; b) có lọc phổ rộng 45 Hình 2.30 Bộ lọc sóng hài thụ động cấu tạo đơn (a) kép (b,c) 48 Hình 2.31 Bộ lọc thụ động (a) bậc 1, (b) bậc 2, (c) bậc 3, (d) Loại C 50 Hình 2.32 Sơ đồ lọc sóng hài tích cực song song 51 Hình 2.33 Mạch điện đơn giản lọc tích cực 51 Hình 2.34 Dịng điện hệ thống có lọc tích cực 52 Hình 2.35 Hiệu suất lọc tích cực với biến tần 150kW có cuộn kháng 3% 53 Hình 2.36 Bộ lọc tích cực nối tiếp 54 Hình 2.37 Bộ lọc lai sử dụng lọc tích cực nối tiếp lọc thụ động song song 55 Hình 2.38 Bộ lọc lai sử dụng lọc tích cực mắc nối tiếp với lọc thụ động 55 Hình 2.39 Bộ lọc lai sử dụng lọc tích cực song song lọc thụ động song song 56 Hình 3.1 Biến tần Mitsubishi FR-A700 59 Hình 3.2 Dạng sóng dịng điện đầu vào đầu biến tần FR-A700 59 Hình 3.3 Cấu tạo UPS TMEIC W200 60 Hình 3.4 Sơ đồ xuất tuyến cấp điện cho biến tần điển hình 61 Hình 3.5 Sóng điện áp Bus-11 62 Hình 3.6 Dạng sóng dịng điện Bus-11 62 Hình 3.7 Phổ sóng hài dịng điện bậc Bus-11 62 Hình 3.8 Sơ đồ hệ thống điện có lọc 77 Hình 3.9 Các thơng số cần cài đặt lọc sóng hài ETAP 77 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Quy định độ biến dạng sóng hài điện áp TT39/2015/TT-BTC Bảng 1.2 Quy định độ biến dạng sóng hài điện áp IEEE 519-2014 Bảng 1.3 Quy định độ biến dạng yêu cầu dòng điện TDD I theo IEEE 519-2014 Bảng 3.1 Các thiết bị phân phối điện 58 Bảng 3.2 Độ biến dạng sóng hài dịng điện đầu vào biến tần (%) 60 Bảng 3.3 Công suất mang tải máy biến áp 62 Bảng 3.4 Độ biến dạng sóng hài điện áp Bus-11 Bus-12 (%) 63 Bảng 3.5 Độ biến dạng sóng hài dòng điện Bus-11 Bus-12 (%) 63 Bảng 3.6 Sai số cho phép phần tử lọc thụ động 66 Bảng 3.7 Hệ số điều chỉnh số trường hợp 66 Bảng 3.8 Bậc sóng hài tính tốn áp dụng hệ số điều chỉnh 67 Bảng 3.9 Thông số vận hành Bus-11 68 Bảng 3.10 Các thông số yêu cầu lọc bậc Bus-11 70 Bảng 3.11 Các thông số yêu cầu lọc bậc Bus-11 72 Bảng 3.12 Thông số vận hành Bus-11 72 Bảng 3.13 Các thông số yêu cầu lọc bậc Bus-12 74 Bảng 3.14 Các thông số yêu cầu lọc bậc Bus-11 76 Bảng 3.15 Bảng thơng số cài đặt lọc sóng hài 78 Bảng 3.16 Tổng hợp thơng số sóng hài trước sau lọc 79 Bảng 3,17 Tổng hợp dạng sóng trước sau lọc Bus-11 80 Bảng 3,18 Tổng hợp dạng sóng trước sau lọc Bus-12 81 CHƯƠNG TỔNG QUAN VÀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA SĨNG HÀI 1.1 Tổng quan sóng hài 1.1.1 Khái niệm sóng hài Hệ thống điện Việt Nam hoạt động tần số quy định 50Hz suất điện động máy phát gần có dạng hình sin Tuy nhiên đặc tính loại tải khác đặc biệt tải phi tuyến mà xuất dịng điện khơng có dạng hình sin cho dù điện áp đặt vào có hình sin Do hệ thống có trở kháng, dịng điện không sin tạo sụt áp không sin trở kháng hệ thống, dẫn đến điện áp phía tải khơng cịn hình sin điện áp máy phát mang tính chu kỳ Khi phân tích dạng sóng khơng sin có chu kỳ này, ngồi thành phần sóng dao động với tần số cịn có thành phần sóng có tần số khác bội số tần số bản, gọi sóng hài bậc cao Như vậy, thành phần sóng hài bậc cao làm méo dạng hình sin sóng dịng điện điện áp Do dịng điện điện áp thực tế có dạng sóng méo Các dạng sóng méo phân tích thành tổng sóng có tần số 50Hz thành phần sóng hài Hình 1.1 mơ tả dạng sóng dịng điện tổng bị méo bao gồm thành phần dòng điện sóng hài bậc Hình 1.1 Sóng dịng điện với thành phần bậc Công cụ để phân tích sóng dịng điện điện áp dạng méo có chu kỳ thành dạng sóng hình sin có tần số bội số tần số chuỗi phân tích Fourier Chuỗi phân tích Fourier cho dòng điện (điện áp tương tự) bị méo chu kỳ i(t) biểu diễn công thức sau: ∞ 2π ht 2π ht   + bh sin i (t ) = i0 + ∑  ah cos  T T  h =1  PT 1.1 Trong đó: i giá trị trung bình i(t) a h b h thành phần vng góc hài bậc h sau: I h ∠ϕh = ah + jbh Biên độ góc pha dòng điện hài bậc h là: I h = ah2 + bh2 , ϕh =arctan bh s ah PT 1.2 Hệ số i tính cách lấy tích phân vế phương trình 1.1 từ -T/2 đến T/2 (của chu kỳ T) [3]: ∞ T /2  2π ht 2π ht    = + + bh sin i ( t ) dt i  ah cos  ⋅ dt ∫−T /2 ∫−T /2  ∑ T T   h =1  T /2 PT 1.3 Tích phân tổng vế phải tổng tích phân: ∞ T /2 T /2 2π ht 2π ht   T /2 ( ) cos sin i t dt i dt a dt b dt  = + + ∑ h h ∫−T /2 ∫−T /2 h=1  ∫−T /2 ∫ /2 T − T T  T /2 PT 1.4 Số hạng vế phải có giá trị Ti , số hạng lại có giá trị khơng Vậy i tính sau: ∫ T /2 −T /2 i (t )dt = T ⋅ i0 ⇔ i0 = T /2 i (t )dt T ∫−T /2 PT 1.5 i diện tích đường cong i(t) từ -T/2 đến T/2 chia cho chu kỳ T Hệ số a h tính cách nhân phương trình 1.1 với cos 2π mt T (m số nguyên bất kỳ), sau lấy tích phân từ -T/2 đến T/2 ∞ T /2    2π mt   2π ht   2π ht    i ( t ) cos dt i ah cos  = + + bh sin  ∑        ∫−T /2 ∫ −T /2  T   T   T   h =1   T /2  2π mt  ⋅ cos   dt  T   2π mt  cos   dt +  T  ∞ T /2  T /2  2π ht   2π mt   2π ht   2π mt   ∑  ah ∫−T /2 cos  T  cos  T  dt +bh ∫−T /2 sin  T  cos  T  dt           h =1  = i0 ∫ T /2 −T /2 PT 1.6 Qb7 = QL = ( h2 − 1) 103, 23 = 2,352 kVAr ( 6, 72 − 1) QC = h ⋅ QL = 6, ⋅ 2,352 =105,578 kVAr PT 3.35 PT 3.36 Điện kháng lọc X b tần số là: cb X= b U 0, 42 ⋅1000 = = 1,55 Ω Qb5 103, 23 PT 3.37 Dung kháng cảm kháng của lọc tần số là: = X Ccb h2 6, cb X = 1,55 = 1,585 Ω ( h2 − 1) b ( 6, 72 − 1) X Ccb 1,585 X = = = 0, 035 Ω h2 6, cb L PT 3.38 PT 3.39 Điện dung điện cảm tương ứng là: = C 1 = = ⋅106 2007,87 µ F 2π f ⋅ X C 2π ⋅ 50 ⋅1,585 XL 0, 035 = ⋅103 = 0,112 mH L= 2π f 2π ⋅ 50 PT 3.40 Dịng điện có tần số qua lọc là: = I cb U = 3X b 0, = 148,99 A ⋅1,55 PT 3.41 Điện áp có tần số đặt lên tụ điện cuộn cảm là: U Ccb = I cb X Ccb = 148,99 ⋅1,585 = 409,11 V U Lcb = I cb X Lcb = 148,99 ⋅ 0, 035 = 9,11 V PT 3.42 Dịng sóng hài bậc có độ biến dạng 12,7% là: St I7 = I t ⋅ THDI % = THDI % ⋅U 1306, 64 0.127 239,52 A = = ⋅ 0, PT 3.43 Dung kháng cảm kháng của lọc tần số là: X Ccb 1,585 = = 0, 226 Ω h PT 3.44 X L7= X Lcb ⋅ h= 0, 035 ⋅ 7= 0, 247 Ω PT 3.45 = X C7 Điện áp sóng hài đặt lên tụ điện cuộn cảm là: 71 U C7 = ⋅ I ⋅ X C7 = ⋅ 239,52 ⋅ 0, 226 = 93,96 V PT 3.46 U L7 = ⋅ I ⋅ X L7 = ⋅ 239,52 ⋅ 0, 247 = 102,56 V PT 3.47 Kết hợp dòng dịng sóng hài ta có dịng điện hiệu dụng yêu cầu cuộn kháng tụ điện lọc là: (I ) + (I ) = cb I= 148,992 + 239,522 = 282, 08 A PT 3.48 Điện áp hiệu dụng yêu cầu tụ điện cuộn cảm lọc là: UC = (U ) + (U ) = 409,112 + 93,962 = 419, 76 V PT 3.49 UL = (U ) + (U ) 9,112 + 102,562 = 102,96 V PT 3.50 cb C cb L C L = Các thông số lọc sóng hài bậc tổng hợp lại bảng sau: Bảng 3.11 Các thông số yêu cầu lọc bậc Bus-11 Tụ điện Tụ điện Công suất kVAr 105,58 Cuộn kháng 2,35 Điện áp hiệu dụng V 419,76 102,96 Dòng điện hiệu dụng A Điện dung µF Điện cảm mH 282,08 2007,87 0,035 3.2.4 Tính tốn lọc thụ động Bus-12 Thông số vận hành Bus-12 bảng 3.12 sau: Bảng 3.12 Thông số vận hành Bus-11 Đơn vị Giá trị Công suất biểu kiến S kVA 1329 Công suất tác dụng P kW 1103 Công suất phản kháng Q kVAr 742 Hệ số công suất % 83 Độ biến dạng tổng THD I % 36,1 THD I bậc % 33,32 THD I bậc % 12,26 Độ biến dạng tổng THD V % 10,0 72 Do lọc cung cấp công suất phản kháng cho lưới điện, để đảm bảo ổn định, đề tài chọn giới hạn hệ số công suất 95% Khi đó, tổng cơng suất lọc bậc là: = Qb5,7 Pt (tan ϕ1 − tan ϕ0 ) PT 3.51 Với cos ϕ1 = 0,95 cos ϕ0 = 0,83 ta tính Qb5,7 = 378, 68 kVAr Công suất lọc bậc tỷ lệ thuận với độ biến dạng sóng hài dịng điện, cơng suất lọc là: = Qb5 Qb5,7 THDI5 33,31 = 378, 68 ⋅ 33,31 + 12, 26 THDI + THDI PT 3.52 = 276,8 kVAr Qb7 = Qb5,7 − Qb5 = 378, 68 − 276,8 = 101,88 kVAr PT 3.53 3.2.4.3 Tính lọc bậc Bus-12 Công suất cuộn cảm tụ điện tính sau: Qb5 = ( h2 − 1) = QL 276,8 = 12,559 kVAr ( 4,82 − 1) ⇒ QC = h ⋅ QL = 4,82 ⋅12,559 = 289.359 kVAr PT 3.54 PT 3.55 Điện kháng lọc X b tần số là: cb X= b U 0, 42 ⋅1000 = = 0,578 Ω 276,8 Qb5 PT 3.56 Dung kháng cảm kháng của lọc tần số là: h2 = X = X bcb ( h − 1) cb C cb X = L 4,82 0,578 = 0, 604 Ω ( 4,82 − 1) X Ccb 0, 604 = = 0, 026 Ω h2 4,82 PT 3.57 PT 3.58 Điện dung điện cảm tương ứng là: = C L= 1 = = ⋅106 5267, 75 µ F 2π f ⋅ X C 2π ⋅ 50 ⋅ 0, 604 PT 3.59 XL 0, 026 = ⋅103 = 0, 083 mH 2π f 2π ⋅ 50 PT 3.60 Dịng điện có tần số qua lọc là: = I cb U = 3X b 0, = 399,53 A ⋅ 0,578 PT 3.61 73 Điện áp có tần số đặt lên tụ điện cuộn cảm là: U Ccb = I cb X Ccb = 399,53 ⋅ 0, 604 = 418,15 V PT 3.62 U Lcb = I cb X Lcb = 399,53 ⋅ 0, 026 = 18,15 V PT 3.63 Dịng sóng hài bậc có độ biến dạng 33,31% là: St I5 = I t ⋅ THDI % = THDI % ⋅U 1329,35 0.3331 639,136 A = = ⋅ 0, PT 3.64 Dung kháng cảm kháng của lọc tần số là: = X C5 X Ccb 0, 604 = = 0,121 Ω h PT 3.65 X L5= X Lcb ⋅ h= 0, 026 ⋅ 5= 0,131 Ω PT 3.66 Điện áp sóng hài đặt lên tụ điện cuộn cảm là: U C5 = ⋅ I ⋅ X C5 = ⋅ 639,136 ⋅ 0,121 = 133, 785 V PT 3.67 U L5 = ⋅ I ⋅ X L5 = ⋅ 639,136 ⋅ 0,131 = 145,17 V PT 3.68 Kết hợp dòng dịng sóng hài ta có dịng điện hiệu dụng yêu cầu cuộn kháng tụ điện lọc là: (I ) + (I ) = cb I= 399,5262 + 639,1362 = 753, 735 A PT 3.69 Điện áp hiệu dụng yêu cầu tụ điện cuộn cảm lọc là: U L= (U ) + (U ) = 18,1452 + 145,17 = 146, 297 V PT 3.70 UC = (U ) + (U ) = 418,1452 + 133, 7852 = 439, 03 V PT 3.71 cb L cb C L C Các thông số lọc sóng hài bậc tổng hợp lại bảng sau: Bảng 3.13 Các thông số yêu cầu lọc bậc Bus-12 Tụ điện Tụ điện Công suất kVAr 289,359 Cuộn kháng 12,559 Điện áp hiệu dụng V 439,03 146,297 Dòng điện hiệu dụng A Điện dung µF Điện cảm mH 753,735 5267,75 0,083 74 3.2.4.4 Tính lọc bậc Bus-12 Công suất cuộn cảm tụ điện tính sau: Qb7 = QL = ( h2 − 1) 101,88 = 2,321 kVAr ( 6, 72 − 1) QC = h ⋅ QL = 6, ⋅ 2,321 =104, 201 kVAr PT 3.72 PT 3.73 Điện kháng lọc X b tần số là: cb X= b U 0, 42 ⋅1000 = = 1,57 Ω Qb5 101,88 PT 3.74 Dung kháng cảm kháng của lọc tần số là: = X Ccb h2 6, cb X = 1,57 = 1, 606 Ω ( h2 − 1) b ( 6, 72 − 1) X Ccb 1, 606 X = = = 0, 036 Ω h2 6, cb L PT 3.75 PT 3.76 Điện dung điện cảm tương ứng là: = C L= 1 = = ⋅106 1981.69 µ F 2π f ⋅ X C 2π ⋅ 50 ⋅1, 606 PT 3.77 XL 0, 036 = ⋅103 = 0,114 mH 2π f 2π ⋅ 50 PT 3.78 Dịng điện có tần số qua lọc là: = I cb U = 3X b 0, = 147, 05 A ⋅1,57 PT 3.79 Điện áp có tần số đặt lên tụ điện cuộn cảm là: U Ccb = I cb X Ccb = 147, 05 ⋅1, 606 = 409,114 V PT 3.80 U Lcb = I cb X Lcb = 147, 05 ⋅ 0, 036 = 9,114 V PT 3.81 Dịng sóng hài bậc có độ biến dạng 12,26% là: St I7 = I t ⋅ THDI % = THDI % ⋅U 1329,35 0.1226 235, 239 A = = ⋅ 0, PT 3.82 Dung kháng cảm kháng của lọc tần số là: = X C7 X Ccb 1, 606 = = 0, 229 Ω h X L7= X Lcb ⋅ h= 0, 036 ⋅ 7= 0, 250 Ω PT 3.83 PT 3.84 s 75 Điện áp sóng hài đặt lên tụ điện cuộn cảm là: U C7 = ⋅ I ⋅ X C7 = ⋅ 235, 239 ⋅ 0, 229 = 93, 495 V PT 3.85 U L7 = ⋅ I ⋅ X L7 = ⋅ 235, 239 ⋅ 0, 25 = 102, 055 V PT 3.86 Kết hợp dòng dịng sóng hài ta có dịng điện hiệu dụng yêu cầu cuộn kháng tụ điện lọc là: (I ) + (I ) = cb I= 147, 0512 + 235, 2392 = 277, 419 A PT 3.87 Điện áp hiệu dụng yêu cầu tụ điện cuộn cảm lọc là: UC = (U ) + (U ) = 409,1142 + 93, 4952 = 419, 661 V PT 3.88 U L= (U ) + (U ) = 9,1142 + 102, 0552 = 102, 461 V PT 3.89 cb C cb L C L Các thơng số lọc sóng hài bậc tổng hợp lại bảng sau: Bảng 3.14 Các thông số yêu cầu lọc bậc Bus-11 Tụ điện Tụ điện Công suất kVAr 104,201 Cuộn kháng 2,321 Điện áp hiệu dụng V 419,661 102,461 Dịng điện hiệu dụng A Điện dung µF Điện cảm mH 277,419 1981,687 0,036 3.2.5 Mô hiệu lọc phần mềm ETAP 3.2.5.1 Mơ hình mơ Mơ hình mơ hệ thống điện cấp điện cho tải phi tuyến có lọc phần mềm ETAP 19 hình 3.8 Tải biến tần gồm máy biến tần, máy biến tần điều chỉnh hoạt động động Ngồi ra, cịn cịn biến động khơng dùng biến tần tải khác Mỗi Bus-11 Bus-12 có lọc sóng hài bậc lọc sóng hài bậc Các lọc thể đơn giản lọc ba pha có tụ điện mắc hình nối tiếp với cuộn cảm điện trở (bao gồm điện trở cuộn cảm) Thông số lọc tính tốn cài đặt vào phần mềm cách xác 76 Hình 3.8 Sơ đồ hệ thống điện có lọc 3.2.5.2 Cài đặt thơng số lọc Hình 3.9 mơ tả thơng số cần cài đặt cho lọc sóng hài bậc Bus-11 Các thông số lọc cần chỉnh định bao gồm: - Lựa chọn loại lọc sóng hài: Lựa chọn lọc đơn single tuned - Cài đặt thơng số tụ C : Hình 3.9 Các thông số cần cài đặt lọc sóng hài ETAP 77 Cơng suất tụ pha: QC (1 pha )= QC ÷ 3= 288,878 ÷ 3= 96, 293 kVAr PT 3.90 Điện dung tụ điện: ETAP tự suy từ công suất tụ Điện áp định mức pha: U C (1 pha ) = U C ÷ = 439, 23 ÷ = 253,59 V PT 3.91 - Cài đặt thông số cuộn cảm L : Cảm kháng: X= X= 0, 026 Ω L1 L PT 3.92 Hệ số Q: Q = 1 = = 13 2δ ⋅ 0, 0375 PT 3.93 Các lọc khác cài đặt tương tự ta bảng cài đặt lọc sóng hài sau: Bảng 3.15 Bảng thông số cài đặt lọc sóng hài Thanh Bus-11 Thanh Bus-12 Bộ lọc bậc Bộ lọc bậc 78 3.2.5.3 Kết mô Sau cài đặt thông số lọc, tiến hành chạy mơ hình phân tích sóng hài Bảng 3.16 thể thành phần sóng hài điện áp dịng điện trước sau lọc Có thể nhận thấy độ biến dạng sóng hài điện áp thành phần riêng lẻ giảm đáng kể Độ biến dạng sóng hài điện áp tổng Bus-11 giảm từ 10,1% xuống 3,49%, Bus-12 giảm từ 10% xuống 3,21% Bảng 3.16 Tổng hợp thông số sóng hài trước sau lọc Thanh Thông số THD V (%) Bus-11 THD I (%) THD V (%) Bus-12 THD I (%) Bậc sóng hài Tổng Trước lọc Sau lọc 10,1 3,49 Bậc 7,92 1,56 Bậc 4,28 0,69 Bậc 11 3,29 2,13 Bậc 13 1,73 1,16 Tổng 37,07 10,2 Bậc 34,09 8,28 Bậc 12,7 2,25 Bậc 11 6,07 4,59 Bậc 13 2,67 2,09 Tổng 10 3,21 Bậc 7,94 1,11 Bậc 4,26 0,89 Bậc 11 3,0 2,07 Bậc 13 1,65 1,11 Tổng 36,1 7,76 Bậc 33,32 5,02 Bậc 12,26 3,12 Bậc 11 5,65 4,27 Bậc 13 2,42 1,89 79 Bảng 3.17 biểu diễn dạng sóng phổ sóng hài Bus-11 Trước có lọc sóng hài, sóng dịng điện điện áp có độ méo cao, sau có lọc sóng hài, sóng hài điện áp dịng điện có dạng gần giống hình sin Phổ sóng hài trước lọc cho thấy thành phần sóng hài dịng điện bậc bậc lớn, sau có lọc sóng hài bậc bậc 7, thành phần sóng hài bậc bậc giảm nhiều, bậc sóng hài khác giảm phần Bảng 3.17 Tổng hợp dạng sóng trước sau lọc Bus-11 Khơng có lọc sóng hài Có lọc sóng hài Sóng điện áp Sóng dịng điện Phổ sóng hài Tương tự, bảng 3.18 biểu diễn dạng sóng phổ sóng hài Bus-12 Trước có lọc sóng hài, sóng dịng điện điện áp có độ méo cao, sau có lọc sóng hài, sóng hài điện áp dịng điện có dạng gần giống hình sin Phổ sóng hài trước lọc cho thấy thành phần sóng hài dịng điện bậc 80 bậc lớn, sau có lọc sóng hài bậc bậc 7, thành phần sóng hài bậc bậc giảm nhiều, bậc sóng hài khác giảm phần Bảng 3.18 Tổng hợp dạng sóng trước sau lọc Bus-12 Khơng có lọc sóng hài Có lọc sóng hài Sóng điện áp Sóng dịng điện Phổ sóng hài 3.2.5.4 Đánh giá kết mơ Nhìn vào kết mơ thấy thành phần sóng hài bậc bậc giảm đáng kể Cả hai lọc sóng hài bậc bậc hoạt động tốt lọc phần lớn thành phần sóng hài bậc tương ứng Điều cho thấy việc tính tốn thiết kế thơng số lọc phần xác có ứng dụng thực tiễn 81 Độ biến dạng sóng hài điện áp Bus-11 giảm từ 10,1% xuống 3,49% (đạt tiêu chuẩn nhỏ 6,5%) Độ biến dạng sóng hài riêng lẻ bậc 5, 7, 11, 13 1,56%, 0,69%, 2,13%, 1,16% (đạt tiêu chuẩn nhỏ 3%) Thêm nữa, độ biến dạng sóng hài dịng điện Bus-11 giảm từ 37,07% xuống 10,2%, độ biến dạng sóng hài dịng điện riêng lẻ bậc giảm từ 34,09% xuống 8,28%, bậc giảm từ 12,7% xuống 2,25%, bậc 11 giảm từ 6,07% xuống 4,59% bậc 13 giảm từ 2,67% xuống 2,09% Độ biến dạng sóng hài điện áp Bus-12 giảm từ 10% xuống 3,21% (đạt tiêu chuẩn nhỏ 6,5%) Độ biến dạng sóng hài riêng lẻ bậc 5, 7, 11, 13 1,11%, 0,89%, 2,07%, 1,11% (đạt tiêu chuẩn nhỏ 3%) Độ biến dạng sóng hài dịng điện Bus-12 giảm từ 36,1% xuống cịn 7,76%, độ biến dạng sóng hài dòng điện riêng lẻ bậc giảm từ 33,32% xuống 5,02%, bậc giảm từ 12,26% xuống 3,12%, bậc 11 giảm từ 5,65% xuống 4,27% bậc 13 giảm từ 2,42% xuống 1,89% Do lọc tính tốn để lọc trực tiếp sóng hài bậc bậc nên độ biến dạng sóng hài hai thành phần giảm nhiều Một phần dòng điện sóng hài bậc bậc cịn hai nguyên nhân sau: - Khả lọc lọc thụ động phụ thuộc vào tổng trở nguồn - Bản thân lọc thụ động có thành phần điện trở Chính thành phần điện trở có tác dụng ngăn cản tất sóng hài tần số cộng hưởng chạy vào lọc gây tải Thành phần sóng hài bậc 11 bậc 13 giảm phần khơng có lọc, điều giải thích sau: - Khi lắp lọc bậc bậc phần dịng sóng hài bậc 11 bậc 13 vào hai lọc Trở kháng lọc tần số sóng dịng điện bậc 11 13 tương đối lớn nên phần nhỏ dịng sóng hài bậc 11 13 vào lọc, phần lại chạy nguồn 3.3 Nhận xét Chương nêu tổng quan hệ thống điện công ty Samsung Display Việt Nam Trong đó, phụ tải phát sóng hài biến tần ba pha 82 điều chỉnh tốc độ động cơ, dây chuyền sản xuất, biến tần biến đổi pha thiết bị tự động hóa robot, động servo … Qua việc đánh giá mức độ sóng hài, chương đưa giải pháp sử dụng lọc thụ động đơn có cấu trúc đơn giản, chi phí thấp Việc tính tốn thơng số lọc thụ động mô phần mềm ETAP chứng minh hiệu lọc sóng hài phần lưới điện điển hình cơng ty Samsung Display Việt Nam 83 KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN Luận văn nghiên cứu nguồn gốc ảnh hưởng sóng hài biện pháp giảm thiểu sóng hài hệ thống điện Nguồn gốc sóng hài phân tích chi tiết từ thiết bị truyền tải điện đến thiết bị phụ tải phi tuyến Sóng hài có nhiều ảnh hưởng bất lợi đến phần tử hệ thống điện Luận văn nêu tổng hợp phương pháp giảm sóng hài lọc thụ động, cuộn cảm nối tiếp, lọc tích cực, lọc lai Trong biện pháp giảm thiểu sóng hài, lọc thụ động có chi phí thấp, thiết kế đơn giản nên dễ dàng lắp đặt, vận hành bảo dưỡng sử dụng rộng rãi Trong công nghiệp, thiết bị lọc thụ động đơn (single turned) sử dụng phổ biến nên luận văn tập trung tính tốn thiết kế lọc áp dụng cho trường hợp thực tế cơng ty Samsung Display Việt Nam Qua phân tích mức độ sóng hài thiết kế lọc đơn áp dụng cho hệ thống điện công nghiệp Samsung Display Việt Nam, kết mô phần mềm ETAP chứng minh tính hiệu lọc đơn – có thiết kế đơn giản chi phí thấp, việc giảm thiểu độ biến dạng sóng hài hệ thống 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Electrical Power, Neville Watson, Power System Harmonics, Christchurch, New Zealand: University of Canterbury [2] Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 Quy định hệ thống điện phân phối [3] Roger C Dugan, Mark F McGranaghan, Surya Santoso, H Wayne Beaty, Power System Quality (Second edition), McGraw Hill [4] H G Beleiu, "Harmonics Consequences on Drive Systems with Induction Motor," 2020 [5] R Pinyol, Harmonics: Causes, Effects and Minimization, Salicru [6] Control of harmonics in electrical power systems, New York: American Bureau of Shipping, 2006 [7] Imtiaz Ahmed, Mir Zayed Shames, Md Muksudul Alam, "An Overview of Harmonic Sources in Power System," IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR-JEEE), vol 7, no 3, 2013 [8] M Grady, Understanding Power System Harmonics, Texas: University of Texas at Austin [9] J Dixon, "Three Phase Controlled Rectifiers," Santiago, CHILE, Pontificia Universidad Católica de Chile [10] Olimpo Anaya-Lara, David Campos-Gaona, Edgar Moreno-Goytia and Grain Adam, Voltage Source Converter Topologies, John Wiley & Sons, Ltd., 2014 [11] Debasish Mahapatra, Rakesh Kumar Sahu, Comparative Study Between Active and Hybrid Power Filters for Power Quality Enhancement, National Institute of Technology Rourkela, 2013 [12] Young-Sik Cho, Hanju Cha, "Single-tuned Passive Harmonic Filter Design Considering Variances of Tuning and Quality Factor," Journal of International Council Electrical Engineering, 2011 87 ... Luận văn nghiên cứu biện pháp giảm thiểu tác động sóng hài lựa chọn biện pháp áp dụng Samsung Display Việt Nam, nơi có hệ thống điện cơng nghiệp có nhiều thiết bị phi tuyến phát sinh sóng hài Luận... Sóng hài bậc 3, 6, 9, …, 3k+3 Với k = 0, 1, 2, 3…n b) Sóng hài liên sóng hài - Sóng hài sóng có tần số số nguyên lần sóng bản, với sóng 50Hz sóng hài 100, 150, 200, 250 … Hz - Liên sóng hài sóng. .. phương pháp phân tích lý thuyết sóng hài nguyên lý – biện pháp lọc sóng hài kết hợp việc đo đạc đánh giá mức độ biến dạng sóng hài Samsung Display Việt Nam Từ lựa chọn phương pháp lọc sóng hài phù