TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ LỌC – CẤU TRÚC VÀ NGUYấN Lí HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ LỌC TÍCH CỰC
3.2.2. Bộ lọc tớch cực
Nguyờn lý của bộ lọc tớch cực là bơm vào trong hệ thống cỏc súng hài ngược pha với cỏc súng hài sinh ra do tải phi tuyến, từ đú triệt tiờu chỳng.
3.2.2.1. Tỏc dụng của bộ lọc tớch cực
Bự cụng suất
Nếu thờm cả chức năng bự cụng suất đồng thời kết hợp với chức năng lọc thỡ việc điều khiển bộ lọc sẽ rất phức tạp, bị hạn chế về cụng suất. Do đú thường kết hợp chức năng bự cụng suất phản khỏng và lọc súng hài ở dải cụng suất nhỏ, ở dải cụng suất lớn thỡ cú thể bự bằng SVC – đúng ngắt bằng Thyristor, tuy nú đỏp ứng chậm nhưng giỏ thành rẻ hơn.
Bự súng hài
- Súng hài ỏp thường khụng được chỳ ý nhiều trong hệ thống điện vỡ điện ỏp tiờu thụ tại điểm đấu dõy chung thường duy trỡ trong phạm vi giới hạn cơ bản đối với cỏc sự cố tăng hoặc giảm ỏp. Vấn đề bự hài điện ỏp chỉ được xem xột đến khi tải nhạy với sự xuất hiện súng hài điện ỏp bậc cao trong lưới nguồn như cỏc thiết bị bảo vệ hệ thống điện.
- Súng hài dũng điện cú ảnh hưởng lớn đối với cỏc tải cú cụng suất vừa và nhỏ. Việc giảm thành phần súng hài dũng điện trong lưới cũn cú tỏc dụng giảm độ mộo dạng điện ỏp tại điểm đấu dõy chung. Do đú việc bự hài dũng điện cú ý nghĩa rất quan trọng.
3.2.2.2. Phạm vi cụng suất của bộ lọc tớch cực
- Cỏc ứng dụng cú cụng suất nhỏ hơn 100kVA, chủ yếu phục vụ cỏc khu dõn cư, cỏc tũa nhà kinh doanh, bệnh viện, cỏc hệ truyền động cụng suất nhỏ và vừa. Tớnh chất của cỏc hệ thống tải này đũi hỏi hệ thống bộ lọc tớch cực tương đối phức tạp cú đỏp ứng động học cao, thời gian đỏp ứng nhanh hơn nhiều bộ lọc tớch cực ở dóy cụng suất cao hơn, thay đổi trong kho ảng chục μs đến vài ms.
- Phạm vi cụng suất ho ạt động của cỏc thiết bị nằm trong khoảng từ 100kVA đến 10MVA. Vớ dụ cỏc mạng cung cấp điện trung và cao ỏp và cỏc hệ thống truyền động điện cụng suất lớn mắc vào nguồn ỏp lớn. Mục đớch chớnh của cỏc bộ lọc tớch cực là khử bỏ hoặc hạn chế cỏc súng hài dũng điện bậc cao. Tốc độ đỏp ứng bự lọc trong hệ thống ở khoảng hàng chục ms.
- Dóy cụng suất rất lớn thường gặp trong hệ thống truyền tải hoặc truyền động động cơ DC cụng suất rất lớn hoặc hệ thống truyền tải điện. Mạch bự lọc tớch cực cho phạm vi cụng suất rất lớn rất tốn kộm vỡ đũi hỏi phải sử dụng cỏc linh kiện cụng suất cú khả năng đúng ngắt dũng điện ở cụng suất rất lớn.
3.2.2.3. Phõn loại bộ lọc tớch cực
Cú nhiều cỏch phõn loại dựa theo cỏc tiờu chớ khỏc nhau chẳng hạn như dựa vào bộ biến đổi cụng suất được sử dụng, dựa theo sơ đồ kết nối bộ lọc, dựa theo nguồn cấp…
Phõn loại theo bộ biến đổi cụng suất
Căn cứ vào bộ biến đổi cụng suất trong bộ lọc ta cú hai loại bộ lọc tớch cực: cấu trỳc VSI (Voltage Source Inverter: bộ nghịch lưu nguồn ỏp) và CSI ( Current Source Inverter: bộ nghịch lưu nguồn dũng).
- Cấu trỳc bộ lọc tớch cực VSI: Đặc điểm của cấu trỳc VSI là cú thể mở rộng ra cấu trỳc đa bậc.
Hỡnh 3.11. Cấu trỳc bộ lọc tớch cực VSI
- Cấu trỳc bộ lọc tớch cực CSI: Đặc điểm của cấu trỳc bộ lọc CSI là cú tần số đúng cắt hạn chế, tổn hao đúng cắt lớn, khụng thể mở rộng ra cấu trỳc đa bậc.
Phõn loại theo sơ đồ
Bộ lọc tớch cực kiểu song song (Shunt-AP F)
Hỡnh 3.13. Sơ đồ kết nối bộ lọc tớch cực kiểu song song
Cỏc phần tử trờn sơ đồ: Tải phi tuyến cú thể là cầu chỉnh lưu Diode hoặc Thyristor. Dũng đ ầu vào tải phi tuyến IL N bao gồm nhiều thành phần bậc cao. Nếu dũng đầu vào IF của bộ lọc Shunt-AP F cũng sinh ra cỏc bậc cao như vậy nhưng ngược pha thỡ dũng ở phớa lưới IL sẽ chỉ cũn chứa thành phần súng sin bậc nhất. Như vậy đặc điểm của bộ lọc tớch cực song song là: bự súng hài dũng điện, bự cụng suất phản khỏng, bự thành phần dũng điện khụng cõn bằng.
Chức năng của Shunt-APF là triệt tiờu cỏc súng hài dũng điện bậc cao phỏt sinh bởi tải phi tuyến ảnh hưởng lờn đường dõy, trả lại cho dũng điện trờn đường dõy hỡnh sin chuẩn. Ngoài ra Shunt-APF cũn cú thể bự cụng suất phản khỏng tại điểm kết nối giữa Shunt-APF và lưới điện. Việc xỏc định vị trớ đặt bộ lọc cần phải được tớnh toỏn theo một số nguyờn tắc như sau:
- Giảm thiểu tối đa thời gian truyền, khoảng cỏch lan truyền của súng hài trờn đường dõy. Điều này được thực hiện bằng việc đặt thiết bị lọc gần nguồn phỏt sinh súng hài.
- Đặt thiết bị lọc giữa nguồn với cỏc thiết bị nhạy cảm với súng hài để hạn chế ảnh hưởng của súng hài tới thiết bị.
- Để thực hiện chức năng này bộ Shunt-APF hoạt động như một bộ nguồn ba pha tạo ra dũng điện thớch hợp bơm lờn đường dõy. Dũng này bao gồm hai thành phần:
Thành phần triệt tiờu cỏc súng hài bậc cao phỏt sinh bởi tải phi tuyến: là thành phần ngược pha với tổng súng hài dũng điện bậc cao.
Thành phần bự cụng suất phản khỏng.
Hỡnh 3.14. Sơ đồ nguyờn lý bộ lọc tớch cực kiểu song song
Ta cú thể phõn tớch thành phần dũng tải thành hai thành phần: thành phần cơ bản iF và thành phần súng hài ih:
iL =iF + ih Dũng do APF bơm lờn đường dõy:
iC = ih Khi đú dũng trờn đường dõy sẽ là:
iS =iL – ih = iF + ih – ih = iF
Như vậy dũng trờn đường dõy chỉ chứa thành phần cơ bản, cỏc thành phần hài bậc cao đó được bộ lọc loại bỏ. Nếu nhỡn từ phớa tải, bộ Shunt-APF tương đương với một trở khỏng song song cú thể thay đổi với trở khỏng bằng khụng hoặc rất nhỏ so với cỏc súng hài và bằng vụ cựng lớn với thành phần cơ bản.
Bộ lọc tớch cực kiểu nối tiếp (Series-APF)
Hỡnh 3.15. Sơ đồ kết nối bộ lọc tớch cực kiểu nối tiếp
Hỡnh 3.16. Sơ đồ nguyờn lý bộ lọc tớch cực kiểu nối tiếp
Phõn loại theo nguồn cấp
Căn cứ vào nguồn cung cấp cho tải, người ta chia ra:
- Bộ lọc tớch cực hai dõy: dựng cho tải phi tuyến một pha.
Hỡnh 3.17. Bộ lọc tớch cực ba dõy
- Bộ lọc tớch cực bốn dõy: cú thể dựng cho tải phi tuyến một pha c ấp nguồn từ hệ thống nguồn cấp bốn dõy (cú thờm dõy trung tớnh) hoặc cho tải phi tuyến ba pha. Trong hệ này, bộ lọc sẽ loại bỏ sự quỏ dũng ở dõy trung tớnh. Trong bộ lọc tớch cực loại này cú thể chia ra bộ lọc tớch cực bốn dõy cú điểm giữa và bộ lọc tớch cực bốn dõy.
Hỡnh 3.19. Bộ lọc tớch cực bốn dõy cú điểm giữa
Bộ lọc hỗn hợp
Đõy thực chất là sự kết hợp của bộ lọc tớch cực và bộ lọc thụ động. Mục đớch là giảm chi phớ đầu tư ban đầu và cải thiện hiệu quả của bộ lọc thụ động. Bộ lọc thụ động sẽ lọc những súng hài mà bộ lọc tớch cực khụng lọc được hoặc lọc một cỏch khú khăn. Chớnh vỡ thế thụng số chỉ tiờu của bộ lọc tớch cực sẽ khụng cần quỏ cao, do đú giảm được chi phớ.
Ngoài ra khi kết hợp Shunt-APF và Series-APF ta được bộ lọc UPQC (Unified Power Quality Conditioner) kết hợp được cả tớnh năng của Shunt-APF và Series-APF.
Hỡnh 3.21. Sơ đồ kết nối bộ lọc UPQC
Trong UPQC, Series-APF cú chức năng cỏch ly súng hài giữa tải và nguồn, điều chỉnh điện ỏp, giảm dao động, giữ điện ỏp cõn bằng. Shunt-APF cú chức năng lọc súng hài, triệt tiờu thành phần thứ tự õm. Tuy nhiờn giỏ thành đắt và điều khiển phức tạp.