- Đề tài luận văn: So sánh bộ lọc hài thụ động kiểu cộng hưởng đơn và kiểu C ứng dụng trong lưới phân phối. - Kiểm tra xác định các thông số hệ thống trước khi thiết kế bộ lọc hài. - Bộ lọc hài thông thấp. - Bộ lọc thụ động kiểu C. - 30 Chương 3 PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÁC BỘ LỌC THỤ ĐỘNG CỘNG HƯỞNG ĐƠN VÀ BỘ LỌC KIỂU C. - Bộ lọc thụ động loại cộng hưởng đơn. - Giới thiệu chung về bộ lọc cộng hưởng đơn. - Bộ lọc hài thụ động kiểu C. - Tối ưu hóa thiết kế bộ lọc kiểu C. - Sử dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng các bộ lọc hài thụ động. - Tính toán các thông số của bộ lọc. - Tính toán thông số bộ lọc loại cộng hưởng đơn (STF. - Tính toán thông số bộ lọc loại C (CTF) tương đương. - Kiểm chứng hiệu quả của hai loại bộ lọc. - Khảo sát hiệu quả của bộ lọc hài kiểu cộng hưởng đơn (STF. - Khảo sát hiệu quả của bộ lọc hài kiểu C. - So sánh hiệu quả lọc sóng hài của hai kiểu bộ lọc. - So sánh STF với CTF và kết luận về hiệu quả chung của việc sử dụng các bộ lọc hài thụ động. - Hiệu quả của bộ lọc hài STF và CTF tương đương. - Đặc điểm sử dụng của bộ lọc thụ động loại cộng hưởng đơn. - Đặc điểm sử dụng của bộ lọc thụ động kiểu C. - Chương 3: Tìm hiểu qui trình tính toán thiết kế một bộ lọc thụ động kiểu cộng hưởng đơn và kiểu C. - Chương này cũng đề xuất cách thức lựa chọn tối ưu các tham số của bộ lọc sóng hài. - 66 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sóng hài trong hệ thống điện. - 10 Hình 1.2 Ví dụ về phổ tần sóng hài. - 11 Hình 1.3 Quan hệ dòng và áp trên tải tuyến tính. - 12 Hình 1.4 Điện áp phi tuyến gây ra bởi dòng phi tuyến. - 13 Hình 1.5 Quan hệ dòng và áo trên tải phi tuyến. - 13 Hình 1.6 Sóng hài và các méo dạng gây ra do các thành phần hài bậc 2, 3, 4. - 14 Hình 1.7 Méo dạng do bão hòa từ. - 14 Hình 1.8 Dạng dòng điện của một động cơ có THD=10.5. - 15 Hình 1.9 Đóng ngắt trong thiết bị điện tử công suất. - 16 Hình 1.10 Ví dụ về phổ hài trên một thiết bị điện tử công suất. - 16 Hình 1.11 Dạng sóng và phổ hài trong hệ IGBT. - 16 Hình 1.12 Chỉnh lưu điều khiển 3 pha – phần mạch lực. - 17 Hình 1.13 Tổng trở của mạch LC tại tần số cộng hưởng. - 21 Hình 2.1 Ngưỡng cho phép của các thành phần hài. - 22 Hình 2.2 Méo dạng áp cho phép với các lưới có cấp điện áp khác nhau. - 23 Hình 2.3 Dùng cuộn kháng lọc nối tiếp. - 24 Hình 2.4 Cuộn kháng hạ thế. - 25 Hình 2.5 Máy biến áp cách li. - 26 Hình 2.6 Bộ lọc thông thấp. - 26 Hình 2.7 Bộ lọc thụ động kiểu chữ C. - 27 Hình 2.8 Một hệ thống lọc hài thụ động trên lưới phân phối 110kV (Ba Lan. - 27 Hình 2.9 Chỉnh lưu điều khiển 12 xung. - 28 Hình 2.10 Chỉnh lưu điều khiển 18 xung. - 28 Hình 2.11 Minh họa đơn giản về tác dụng khử hài bậc 5 và 7 trong hệ 12 xung. - 29 Hình 2.12 Máy biến áp dịch pha 35kV. - 29 Hình 2.13 Sơ đồ bộ lọc tích cực. - 30 Hình 2.14 Bộ lọc tích cực của hãng Schneider Electric. - 30 Hình 3.1 Mạch lọc hài thụ động kiểu cộng hưởng đơn. - 32 viii Hình 3.2 Hiện tượng cộng hưởng song song trên lưới có bộ lọc STF. - 35 Hình 3.3 Minh họa về hệ số chất lượng của bộ lọc thụ động kiểu cộng hưởng đơn. - 36 Hình 3.4 Qui trình thiết kế bộ lọc STF. - 38 Hình 3.5 Mạch tương đương dùng để tính toán hiệu quả lọc hài của STF. - 40 Hình 3.6 Sơ đồ bộ lọc kiểu C. - 43 Hình 3.7 Sự tương đương trong thiết kế STF và CTF. - 50 Hình 3.8 Quy trình thiết kế bộ lọc thụ động kiểu C. - 51 Hình 4.1 Các mô hình bộ lọc thụ động có trong Simulink và ETAP. - 53 Hình 4.2 Giao diện chính của ETAP. - 54 Hình 4.3 Sơ đồ phân phối điện của xưởng. - 56 Hình 4.4 Cấu hình bộ lọc kiểu C. - 57 Hình 4.5 Thông số của mô hình bộ chỉnh lưu 6 xung. - 59 Hình 4.6 Dòng điện, điện áp và hệ số công suất khi chưa có bộ lọc. - 59 Hình 4.7 Tổng độ méo sóng hài khi chưa có bộ lọc. - 60 Hình 4.8 Độ lớn thành phần hài bậc 5 khi chưa có bộ lọc. - 60 Hình 4.9 Mức độ méo điện áp trên Bus3. - 61 Hình 4.10: Thông số của STF được mô phỏng. - 61 Hình 4.11 Dòng điện, điện áp và hệ số công suất khi có bộ lọc STF. - 62 Hình 4.12: Tổng độ méo sóng hài khi có bộ lọc STF. - 62 Hình 4.13. - 63 Hình 4.14. - 63 Hình 4.15. - 64 Hình 4.16. - Dòng điện, điện áp và hệ số công suất khi có bộ lọc CTF. - 64 Hình 4.17. - Tổng độ méo sóng hài khi có bộ lọc CTF. - 65 Hình 4.18. - 65 Hình 4.19. - 66 Hình 4.20 : Sơ đồ bộ lọc kiểu C. - 67 Hình 4.21: Đặc tính tần số của STF. - 69 Hình 4.22 Bộ lọc hài cộng hưởng đơn thực tế của ABB. - 70 ix Hình 4.23 Thông số bộ lọc STF của ABB. - 70 Hình 4.24: Đặc tính tổng trở - tần số tiêu biểu của CTF. - 71 Hình 4.25: Bộ lọc hài thụ động kiểu C (CTF) của ABB. - 72 Hình 4.26 Thông số kỹ thuật của bộ lọc kiểu C của ABB. - Phương pháp này dựa trên nguyên lý là một dạng sóng méo, có chu kỳ (không sin) thì có thể phân tích được thành tổng của các dạng sóng điều hòa hình sin như Hình 1.1: Hình 1.1 Sóng hài trong hệ thống điện Một khái niệm thường được sử dụng để đánh giá độ méo dạng đó là tổng độ méo sóng hài THD (Total Harmonic Distortion), khái niệm này dùng để diễn tả độ biến dạng của dòng điện hoặc điện áp, với tổng độ méo sóng được tính theo công thức sau [1. - Hình 1.2 dưới đây là ví dụ về phổ hài đo được tại một vị trí nhất định của lưới phân phối. - Hình 1.2 Ví dụ về phổ tần sóng hài Từ sự biến dạng theo chu kỳ của giá trị đo, ta có thể nhận biết được sự xuất hiện của các hài bậc lẻ và bậc chẵn như sau: 12 Hài bậc lẻ xuất hiện khi dạng sóng có chu kỳ âm giống như chu kỳ dương, nhưng với chiều ngược lại. - Quan hệ dòng điện và điện áp trên phụ tải tuyến tính và phi tuyến Trong hệ thống điện, các loại tải có dòng điện chạy qua tỷ lệ bậc 1 với điện áp đặt lên tải được gọi là tải tuyến tính, ví dụ về loại tải này là tải thuần trở với hệ số nhiệt điện trở bằng 1, động cơ một chiều (không sử dụng các bộ biến đổi điện tử công suất) có phụ tải cơ bậc 1 như quạt gió, bơm Hình 1.3 Quan hệ dòng và áp trên tải tuyến tính Ngược lại, các phụ tải phi tuyến có dòng điện chạy qua không đồng dạng với dạng của điện áp đặt lên tải, nghĩa là trở kháng của nó thay đổi theo điện áp, thời gian, phụ tải cơ học...hoặc các đại lượng khác. - 13 Hình 1.4 Điện áp phi tuyến gây ra bởi dòng phi tuyến Điển hình của loại phụ tải này là các phụ tải sử dụng biến đổi điện tử công suất như biến tần, chỉnh lưu có điền khiển, các thiết bị hàn hồ quang, các thiết bị có mạch từ hoạt động ở chế độ bão hòa từ theo thiết kế hoặc các dạng bão hòa từ không mong muốn. - Đồ thị Hình 1.5 dưới đây mô tả dạng dòng điện của một chỉnh lưu có điều khiển, dòng điện chỉ xuất hiện khi các khóa điện tử ở trạng thái dẫn và kết quả là gây ra một sự méo dạng trên hệ thống. - Hình 1.5 Quan hệ dòng và áo trên tải phi tuyến Như vậy, sự phi tuyến của các phần từ tham giá vào lưới điện chính là nguyên nhân gây ra hài, theo định nghĩa trong IEEE 519-1992 thì hài là các thành phần sóng sin tuần hoàn (có thể là dòng điện hoặc điện áp) có tần số là bội số của tần số cơ bản, đặc trưng của hài là gây ra độ méo dạng dòng và áp. - 14 Hình 1.6 Sóng hài và các méo dạng gây ra do các thành phần hài bậc 2, 3, 4 a. - Hình 1.7 Méo dạng do bão hòa từ Khi độ lớn của từ thông trong máy bị đẩy lên đến vùng phi tuyến (C-B, E-F) sẽ tạo ra hài và gây méo dạng sóng. - Đồ thị dưới đây minh họa dạng dòng điện trên một động cơ có THD = 10.5% Hình 1.8 Dạng dòng điện của một động cơ có THD=10.5% c. - Những loại công suất lớn được dùng trong điều khiển truyền động các động cơ của phương tiện vận tải như tàu điện, thang máy, máy nâng, trong điện lực như các thiết bị HVDC, trong công nghiệp thép, điện phân… Việc đóng ngắt đột ngột, theo chu kỳ của các thiết bị biến đổi công suất gây ra độ phi tuyến lớn ở dạng dòng và áp 16 Hình 1.9 Đóng ngắt trong thiết bị điện tử công suất Một ví dụ với loại điều khiển nửa chu kỳ dùng GTO (Gate Turn Off Thyristor) như hình trên, trong đó dòng điện chỉ xuất hiện ở 1 đoạn của bán kỳ dương, gây ra thành phần một chiều, thành phần thứ tự không và cả các hài bậc chẵn. - Hình 1.10 Ví dụ về phổ hài trên một thiết bị điện tử công suất Một loại đóng ngắt điện tử khác là hệ thống dùng IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). - Hình 1.11 Dạng sóng và phổ hài trong hệ IGBT Một ví dụ của hệ này là bộ điều khiển truyền động VFD 6 xung như trên Hình 1.12 17 Hình 1.12 Chỉnh lưu điều khiển 3 pha – phần mạch lực Dòng hài sinh ra từ động cơ sẽ bị chặn lại ở phía tải, sau hệ thống DC. - Hình 1.13 Tổng trở của mạch LC tại tần số cộng hưởng Như vậy khi tính toán thiết kế cần xét đến cả các tần số của hài để tránh hiện tượng cộng hưởng, phương pháp thường dùng là thay đổi (mắc thêm) một điện cảm phía trước tụ điện
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt