Biện pháp cải thiện chất lượng điện năng và hạn chế sóng hài trong hệ thống phân phối

MỤC LỤC

CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ HẠN CHẾ SểNG HÀI

Việc đánh giá độ méo điều hòa thường được thực hiện tại điểm giữa hộ sử dụng và hệ thống phân phối, tại điểm này có các hộ sử dụng khác cùng nối tới. Trong bảng dưới đây giá trị THD được tính theo phần trăm của điện áp hiệu dụng định mức chứ không phải theo phần trăm của giá trị điện áp tần số cơ bản. Chương này sẽ nêu lên các giải pháp cần sử dụng khi các kết quả tính toán về méo hài áp và dòng cho thấy chất lượng điện năng chưa đạt yêu cầu.

Với một tải phi tuyến luôn có một mức công suất lớn nhất mà tại đó mức độ méo của dòng và áp sinh ra vẫn nằm trong giới hạn cho phép của tiêu chuẩn IEEE 519-1992. Ta có thể giải thích một cách định tính như sau, cuộn kháng có tác dụng làm chậm tốc độ tăng của dòng khi dòng điện chuyển từ van này sang van khác ( chuyển mạch ). Một cuộn kháng có điện kháng phần trăm là 3% có thể giảm độ méo dòng điện sinh ra bởi bộ điều chỉnh tốc độ kiểu PWM từ khoảng 80% xuống còn khoảng 40%.

Tính toán sụt áp với một bộ biến đổi cầu 6 xung, điện kháng ở phía xoay chiều có thể được biểu diễn bằng một điện trở tương đương ở phía một chiều có giá trị là (π/6) Xpu [9] và quy ước rằng không có tổn hao công suất trên điện trở này. Điện kháng phía xoay chiều này có thể là điện kháng tản của máy biến áp, nhưng trừ khi việc sử dụng máy biến áp là bắt buộc còn không thì dùng một cuộn kháng độc lập sẽ tiết kiệm chi phí hơn mà vẫn có hiệu quả tương đương [15]. Nội dung của phương pháp đa xung là sử dụng nhiều bộ biến đổi theo một cách thích hợp sao cho sóng hài sinh ra bởi bộ biến đổi này sẽ bị triệt tiêu bởi bộ biến đổi khác.

Việc các bộ biến đổi ngày càng được sử dụng rộng rãi đã đẩy mạnh việc ứng dụng phương pháp đa xung trong các ứng dụng công suất nhỏ tới 100 hp hoặc hơn. Mặc dù tải trong thực tế không thể giống nhau hoàn toàn, đây vẫn là một phương pháp giúp giảm thiểu sóng hài tới một mức độ khi trong hệ thống có nhiều bộ biến đổi điện tử công suất. Để các bộ biến đổi điện tử công suất có thể hoạt động một cách độc lập và duy trì được trạng thái dẫn của các van tại góc 120o trong sơ đồ nối sẽ sử dụng các máy biến áp liên pha.

Ta thấy nguồn sinh sóng hài là từ nhiều loại thiết bị khác nhau của các hãng sản xuất khác nhau và để xác định ai là người phải chịu trách nhiệm cho bộ lọc nào là điều không thể. Trong nhiều trường hợp khi có đủ điện kháng nguồn tính tại điểm ta xét để giảm sóng hài thì một bộ lọc đặt tại điểm này có thể sẽ hút sóng hài từ nhiều nguồn hài khác nhau chảy đến. Tuy nhiên trong mọi trường hợp bộ lọc phải được thiết kế để tránh quá tải khi phải hứng dòng hài chảy đến từ những phần khác của hệ thống điện, điều này khiến việc tính toán trở nên phức tạp.

Bảng 4 Giới hạn dòng điều hòa tính theo phần trăm của I L [16]

IH Nguồn

Thiết kế các bộ lọc tạo ra trở kháng thấp tại một tần số nhất định mà không gây ra trở kháng cao không mong muốn tại một tần số khác đòi hỏi cần có những thiết kế chi tiết. Ví dụ giá trị của tụ điện và cuộn kháng có thể thay đổi trong khoảng ±5% giá trị định mức, cũng như vậy phải tính đến cả thay đổi do nhiệt độ và các điều kiện làm việc khác. Bộ lọc thường được chỉnh để có tần số lọc nhỏ hơn một chút so với bậc hài cần lọc qua đó sẽ tạo ra một biên độ an toàn trong trường hợp một vài thông số thay đổi.

Máy phát điện dự phòng có trở kháng cao hơn rất nhiều so với trở kháng lưới điện dẫn đến điểm cộng hưởng song song lúc này có giá trị thấp hơn nhiều và như vậy sẽ dẫn đến việc khuyếch đại các sóng hài. Hai vấn đề lớn nhất trong các ứng dụng thương mại là quá tải dây trung tính và phát nhiệt máy biến áp đều được khắc phục khi lắp đặt hợp lý máy biến áp nối zigzag. Máy biến áp kiểu này có tác dụng như một bộ lọc với các dòng điện thứ tự không vì nó tạo ra một đường dẫn trở kháng thấp cho các dòng điện này trở về dây trung tính.

Dòng điện trong dây trung tính lúc này có hai đường để đi, cả hai đều có trở kháng thấp đó là qua trung tính nối đất và qua máy biến áp đấu tam giác-sao hoặc máy biến áp đấu zigzag. Nguồn hài thứ tự không lớn nhất luôn là hài bậc 3 sinh ra từ hệ thống điện của các tòa nhà cao tầng, nơi sử dụng nhiều đèn huỳnh quang, máy tính và các thiết bị liên quan.[11]. Ở Việt Nam hiện nay vấn đề chất lượng điện năng và đặc biệt là vấn đề hạn chế ảnh hưởng của sóng hài với chất lượng điện năng hiện đang ngày càng thu hút được sự quan tâm của các bên liên quan.

Vì vậy, biến tần giảm thiểu sóng hài của ABB cung cấp giải pháp đơn giản, giá thành thấp để thoả mãn các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng nguồn.“ Hoặc biến tần Altivar có thông tin về đặc điểm “sử dụng công nghệ “Reduced- Capacitance”: vận hành không gây ảnh hưởng sóng hài lên lưới điện cung cấp THDI < 30%. Tuy nhiờn rừ ràng đõy chỉ là giải phỏp cú tớnh tạm thời trong việc đối phú với bài toán về sóng hài vì thực chất việc giải quyết bài toán không thể dựa vào việc giải quyết riêng cho một vài thiết bị, hơn nữa số tải phi tuyến có tích hợp chức năng hạn chế sóng hài là rất nhỏ so với tổng thể chung. Theo “Quyết định về việc ban hành đấu nối vào hệ thống điện quốc gia” của bộ Công nghiệp năm 2006 số 37/2006/QĐ-BCN có đưa ra nhiều điều luật liên quan đến mức độ sóng hài, đặc biệt là trong điều 7 chương II về “sóng hài”.

Theo đó, Giá trị cực đại cho phép (tính theo % điện áp danh định) của tổng mức biến dạng điện áp gây ra bởi các thành phần sóng hài bậc cao đối với các cấp điện áp được quy định trong bảng dưới. Cỏc đơn vị quản lý lưới điện cú trỏch nhiệm theo dừi và kiểm soỏt để mức biến dạng điện áp do sóng hài trong lưới điện thuộc quyền quản lý không vượt quá các mức quy định trong bảng trên ở điều kiện vận hành bình thường. Căn cứ các giá trị quy định trong bảng, Cục Điều tiết điện lực chủ trì xây dựng và trình Bộ trưởng Bộ Công nghiệp ban hành Quy trình kiểm tra và giám sát mức độ phát sóng hài của các thiết bị của đối tác khi đấu nối vào hệ thống điện quốc gia.

Hình 30 Bộ lọc điều hòa bậc 5 và ảnh hưởng của nó với hệ thống [14]