- 21 2.2 Các bộ lọc sóng hài thụ động. - 22 2.2.1 Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp. - 22 2.2.2 Bộ lọc thụ động kiểu song song. - 22 2.3 Các bộ lọc sóng hài tích cực. - 23 2.3.1 Các bộ lọc sóng hài tích cực kiểu song song. - 23 2.3.2 Các bộ lọc sóng hài tích cực kiểu nối tiếp. - 24 2.4 Các bộ lọc hỗn hợp (kiểu lai ghép. - 25 2.5 So sánh giữa bộ lọc thụ động và bộ lọc chủ động. - 25 2.6 Các loại bộ lọc thụ động phổ biến. - 30 CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN THAM SỐ CHO BỘ LỌC CỘNG HƯỞNG ĐƠN NHIỀU NHÁNH THEO ĐIỀU KIỆN CHI PHÍ NHỎ NHẤT. - 32 2 3.1 Qui trình tính toán thiết kế bộ lọc thụ động kiểu cộng hưởng đơn. - 32 3.2 Xây dựng ràng buộc cho bài toán lựa chọn tham số tối ưu cho bộ lọc cộng hưởng đơn nhiều nhánh. - 36 3.2.2 Xác định chi phí cho các bộ tụ và kháng trong bộ lọc. - Giải pháp loại trừ sóng hài trong hệ thống điện có thể chia ra ba nhánh chính: sử dụng bộ lọc thụ động. - sử dung bộ lọc tích cực và bộ lọc lai ghép giữa hai dạng này. - Trong luận văn này sẽ tìm hiểu qui trình tính toán thiết kế bộ lọc loại này và đi sâu nghiên cứu lựa chọn thông số tối ưu để cực tiểu hóa chi phí khi sử dụng đồng thời nhiểu bộ lọc cộng hưởng đơn và đảm bảo yêu cầu nâng cao hệ số công suất. - Với các thiết bị lọc thụ động, luận văn sẽ giới thiệu cấu trúc và các loại bộ lọc thụ động phổ biến, đặc tính làm việc của các bộ lọc này. - Chương này cũng đề xuất cách thức lựa chọn tối ưu các tham số của bộ lọc cộng hưởng đơn có nhiều nhánh với nhiệm vụ loại trừ đồng thời nhiều sóng hài và bù công suất phản kháng. - 21 Hình 2.2.1 Bộ lọc thụ động nối tiếp. - 22 Hình 2.2.2 Bộ lọc thụ động song song. - 23 Hình 2.3.1 Bộ lọc tích cực bù ngang. - 24 Hình 2.3.2 Bộ lọc tích cực bù dọc. - 24 Hình 2.4.1 Bộ lọc hỗn hợp thông dụng. - 25 Hình 2.6.1 Cấu hình của các loại bộ lọc thụ động phổ biến. - 27 Hình 2.6.2 Đặc tính tổng trở theo tần số của bộ lọc cộng hưởng đơn. - 28 Hình 2.6.3 Đặc tính tổng trở của các loại bộ lọc thụ động phổ biến. - 30 Hình 3.1.1 Sơ đồ khối quá trình tính toán bộ lọc cộng hưởng đơn. - 2.2 Các bộ lọc sóng hài thụ động Các bộ lọc sóng hài thụ động được cấu thành từ các bộ tụ và kháng với trị số thích hợp để tạo ra mạch cộng hưởng tại tần số hài mong muốn. - Có thể phân loại bộ lọc thụ động theo phương thức kết nối vào lưới như bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp và song song. - 2.2.1 Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp Cấu hình đơn giản của bộ lọc thụ động bù dọc như Hình 2.2.1 Bộ lọc thụ động LC được thiết kế dựa trên nguyên lý cộng hưởng dao động điện từ. - Bộ lọc được thiết kế chỉ cho thành phần sóng cơ bản đi qua còn các thành phần sóng hài khác sẽ bị chặn lại. - Vì thế dòng điện sau bộ lọc (về phía nguồn) sẽ chỉ có thành phần cơ bản. - 2.4 Các bộ lọc hỗn hợp (kiểu lai ghép) Bộ lọc hỗn hợp kết hợp giữa bộ lọc thụ động (để giảm giá thành) và bộ lọc tích cực (nâng cao hiệu quả lọc sóng hài). - Tuy nhiên bộ lọc thụ động cũng có các nhược điểm như. - Các bộ lọc chủ động có ưu điểm như. - Tránh được hiện tượng cộng hưởng Khả năng lọc tốt hơn so với bộ lọc thụ động: có thể lọc bỏ hầu hết các thành phần sóng hài. - Kích thước gọn nhỏ hơn Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của bộ lọc chủ động là giá thành đầu tư cao, chi phí vận hành bảo dưỡng cao hơn so với các bộ lọc thụ động. - Vì lý do này, các bộ lọc tích cực thường chỉ áp dụng đối với các phụ tải rất quan trọng. - Bộ lọc cộng hưởng đơn b. - Bộ lọc thông cao bậc 1 c. - Bộ lọc thông cao bậc 2 d. - Bộ lọc thông cao bậc 3 e. - Bộ lọc thông cao kiểu C Bộ lọc cộng hưởng đơn Bộ lọc cộng hưởng đơn gồm có một tụ điện và kháng điện đấu nối tiếp. - Thông số của tụ và kháng được lựa chọn để bộ lọc sẽ có tổng trở thấp (tổng trở lý tưởng bằng 0) tại tần số mong muốn (chính là tần số của sóng hài cần loại trừ). - Hệ số chất lượng Q quyết định mức độ hẹp hay mở rộng của đặc tính tổng trở-tần số của bộ lọc và băng thông của bộ lọc. - Các bộ lọc thông cao có khả năng hút được một dải các các sóng hài tần số cao, giá trị của thành phần điện trở quyết định độ sắc của đặc tính lọc và đáp ứng của bộ lọc. - Với các bộ lọc thông cao (trừ bộ lọc thông cao bậc 1), giá trị Q xác định theo: RQLC. - Bộ lọc thông cao bậc 1 Các bộ lọc thông cao bậc 1 có khả năng tạo ra tổng trở thấp đối với các sóng hài bậc cao do đặc tính của bộ tụ (tổng trở của bộ tụ tỷ lệ FrequencyImpedance 29 nghịch với bậc của sóng hài). - Bộ lọc loại này thường không làm việc tốt tại các tần số thấp. - Bộ lọc thông cao bậc 2 Bộ lọc thông cao bậc 1 về mặt cấu hình gồm một bộ tụ nối tiếp với kháng và điện trở song song. - Bộ lọc thông cao bậc 3 Bộ lọc thông cao bậc 3 thể hiện tính dung tại dải tần thấp và tại tần số cơ bản. - Tại tần số cao bộ lọc thể hiện tính kháng. - Về mặt đáp ứng bộ lọc hoạt động tương tự như. - Bộ lọc cộng hưởng đơn với sóng hài có tần số dưới tần số cộng hưởng. - Tương tự với bộ lọc thông cao bậc 1với sóng hài có tần số trên tần số cộng hưởng. - Bộ lọc thông cao bậc 3 có tổn thất 30 công suất tại tần số cơ bản ít hơn so với bộ lọc thông cao bậc 2 do có bộ tụ C2 được chèn vào nối tiếp với điện trở R. - Đặc tính làm việc của bộ lọc này nằm giữa hai loại bộ lọc thông cao bậc 2 và bậc 3. - Về nguyên tắt bộ lọc như vậy thể hiện tính dung tại tần số cơ bản (do thành phần C1). - bộ lọc hoạt động tương tự như bộ lọc cộng hưởng đơn với điện trở ổn định R. - Mặt khác bộ lọc cộng hưởng đơn là loại được sử dụng nhiều nhất do cấu trúc đơn giản, do đó luận văn sẽ đi sâu nghiên cứu về phương thức tính toán lựa chọn bộ lọc này. - Công suất của tải, hệ số công suất, số liệu đo đạc về sóng hài tại địa điểm cần lắp đặt bộ lọc. - Về cơ bản, các bước chính khi thiết kế bộ lọc thụ động kiểu cộng hưởng đơn như sau: 1. - Bước 1: Tính toán lượng công suất phản kháng bộ lọc cần phát ra để cải thiện hệ số công suất đến mức yêu cầu. - Giá trị công suất phản kháng bù được này luôn nhỏ hơn giá trị công suất ghi trên bộ lọc do hiệu ứng bù triệt tiêu giữa bộ tụ và kháng. - Mục đích của bộ lọc là để giảm độ méo sóng của dòng điện và điện áp đến ngưỡng cho phép theo qui định. - Để đạt được yêu cầu này thường bộ lọc được chọn để cộng hưởng với tần số hài thấp nhất của dòng điện hài lớn nhất. - Trong nhiều trường hợp một bộ lọc cộng hưởng bậc 5 là có thể đã đủ để giảm mức độ méo sóng tới ngưỡng qui định. - PT3.1.3 Giá trị XC đã biết tính ra giá trị điện kháng tại tần số cơ bản tính theo 2CLXXh PT3.1.4 Hệ số chất lượng Q của bộ lọc thường chọn trong khoảng từ 20÷100 là thông số đã biết. - Do 37 đó, nếu chỉ sử dụng duy nhất một bộ lọc cộng hưởng (ví dụ bộ lọc bậc 5) sẽ có thể không lọc hết được toàn bộ các sóng hài khác, dẫn tới yêu cầu về chất lượng điện năng không được đảm bảo. - Để xử lý trong trường hợp này cần xem xét lắp đặt đồng thời nhiều bộ lọc cộng hưởng đơn nhằm loại trừ các sóng hài riêng lẻ. - Hình 3.2.1 Sử dụng kết hợp các bộ lọc cộng hưởng đơn loại trừ sóng hài Khi nhiều bộ lọc cộng hưởng đơn được sử dụng, chúng vẫn phải đảm bảo cung cấp đủ lượng công suất phản kháng cho việc nâng cao hệ số công suất của phụ tải. - Trong mục tiếp theo luận văn sẽ đề xuất phương án phân bổ lượng CSPK để đảm bảo chi phí cho hệ bộ lọc là nhỏ nhất. - Các thành phần chi phí của bộ lọc Bộ lọc thường được yêu cầu thiết kế với chi phí nhỏ nhất trong khi vẫn đảm bảo hiệu quả lọc sóng hài và cung cấp lượng CSPK cần thiết. - Các giả thiết sau đây được sử dụng trong tính toán lựa chọn tham số tối ưu cho các thành phần tụ và kháng của bộ lọc. - Chi phí này đối với các bộ tụ có thể rất nhỏ, tuy nhiên nếu xét trong toàn bộ vòng đời của một bộ lọc (giả thiết là 15 năm) thì cũng cần phải xét tới trong tính toán. - Thành phần chi phí do tổn hao trên điện trở của bộ lọc (ký hiệu THR) Trong các bộ kháng điện có lắp đặt thêm điện trở R để đảm bảo hệ số chất lượng Q của bộ lọc nằm trong giới hạn cho phép. - Các điện trở R này tiêu hao lượng điện năng tác dụng trong suốt thời gian các bộ lọc hoạt động và chi phí cho lượng điện năng này phải được tính tới trong tính toán. - (PT3.2.2.1) Và chi phí tổng cho một bộ lọc là: Ki={CPCi + CPLi + THRi} (PT3.2.2.2) b. - (tham khảo PT3.1.3) Giá trị XC đã biết tính ra giá trị điện kháng tại tần số cơ bản tính theo 2CLXXh (tham khảo PT3.1.4) Giá trị điện trở R của bộ lọc. - Với Q là hệ số chất lượng của bộ lọc đã biết Dòng điện tần số cơ bản chạy qua bộ tụ được tính như sau: 13iQIV* Dòng điện hiệu dụng gồm cả thành phần hài chạy qua bộ lọc là: 22 2 213irms h hQI I I IV. - (PT3.2.2.3) Tổn hao công suất trong điện trở R của bộ lọc. - (PT 3.2.2.5) Biết được dòng điện chạy qua bộ lọc (PT3.2.2.3) và điện áp thực đặt lên bộ lọc (PT3.2.2.5. - Các thành phần chi phí của bộ lọc dựa theo lượng CSPK yêu cầu Chi phí cho bộ tụ điện trong bộ lọc. - Bộ lọc giả thiết vận hành trong cả năm (8760 giờ) và với giá điện cho 1 kWh tổn thất là c (đồng/kWh) thì chi phí cho điện năng tổn thất là. - Chi phí cho kháng điện trong bộ lọc Li Li Li LiCP CD PT Q. - Chi phí cho tổn hao điện năng trong điện trở R Tổn hao công suất trong thành phần điện trở R của bộ lọc tính theo PT3.2.2.4. - Bộ lọc được giả thiết vận hành trong cả năm (8760 giờ) với chi phí cho 1kWh điện tổn hao giả thiết là c (đồng/kWh) thì tổng chi phí cho một năm là: 8760*PR*c. - Vậy chi phí cho tổn hao trong thành phần điện trở R của bộ lọc qui đổi về thời điểm hiện tại là iR R v hiQ h VTH Pv P c P c IV h Q Q. - Tổng kết: Chi tiết về hàm chi phí cho một bộ lọc bậc i như sau. - c: giá thành 1kWh điện năng tổn hao Q: hệ số chất lượng của bộ lọc (tự chọn. - 45 Để giải bài toán này có thể sử dụng phương pháp nhân tử Lagrange, chi phí cho các bộ lọc sẽ thấp nhất khi thỏa mãn điều kiện. - Lượng công suất phản kháng phân bố cho các bộ lọc theo nguyên lý chi phí nhỏ nhất Lượng công suất phản kháng được phân bố đều cho các bộ lọc (phương pháp đơn giản). - 4.1.2 Số liệu đầu vào phục vụ tính toán Giả thiết cần tính toán lắp đặt các bộ lọc cộng hưởng đơn cho phụ tải phi tuyến với các tham số sau đây. - Bước 2: Lựa chọn tần số cộng hưởng của các bộ lọc và hệ số chất lượng Lựa chọn tần số cộng hưởng: được chọn thấp hơn từ 3-15% tần số sóng hài cần loại trừ chọn giá trị tần số cộng hưởng này thấp hơn 5. - Hệ số chất lượng Q của bộ lọc được lựa chọn bằng mức trung bình Q=40. - Giải pháp loại trừ sóng hài bằng các bộ lọc thụ động được đề xuất trong nội dung chính của luận văn. - Đây là giải pháp có chi phí thấp, bộ lọc dễ dàng bảo trì lắp đặt do đó được sử dụng khá phổ biến. - Trong công nghiệp thì bộ lọc công hưởng đơn (single tuned filter) được sử dụng phổ biến nhất, do đó luận văn cũng tập trung nghiên cứu về bộ lọc này. - Với trường hợp cần lắp đặt nhiều bộ lọc cộng hưởng đơn với các tần số cộng hưởng khác nhau thì vấn đề nảy sinh là cực tiểu hóa chi phí cho hệ các bộ lọc này. - Luận văn đã xây dựng mối liên hệ giữa lượng công suất phản kháng các bộ lọc cần phát và tham số của các phần tử của bộ lọc, từ đó tìm ra các chi phí tính toán cần thiết cho từng bộ lọc riêng lẻ
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt