Luận văn thạc sĩ HCMUTE về nâng cao chất lượng điện năng qua lọc sóng hài tích cực

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hcmute nâng cao chất lượng điện năng dùng phương pháp lọc sóng hài tích cực, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho

• Tác giả: Nguyễn Anh Kha
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Minh Phương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nâng Cao Chất Lượng Điện Năng Bằng Phương Pháp Lọc Sóng Hài Tích Cực
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• TRANG TỰA
• TRANG MỤC LỤC
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố
• 1.1.1. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố
• 1.2. Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.2.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.3. Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.3.1. Mục đích nghiên cứu
• 1.3.2. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
• 1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.4.2. Giới hạn của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: SÓNG HÀI VÀ MỘT SỐ MÔ HÌNH MẠCH LỌC
• 2.1. Khái niệm về sóng hài, ảnh hưởng của sóng hài
• 2.1.1. Khái niệm về sóng hài
• 2.1.2. Ảnh hưởng của sóng hài
• 2.2. Nguyên nhân gây ra sóng hài
• 2.2.1. Tải không tuyến tính
• 2.2.1.1. Máy biến áp
• 2.2.1.2. Động cơ
• 2.2.2. Thiết bị điện tử công suất
• 2.2.2.1. Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha
• 2.2.2.2. Bộ biến đổi công suất Six-pulse bridges
• 2.3. Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao
• KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu

Chất lượng điện năng là một yếu tố quan trọng trong hệ thống điện hiện đại. Việc nâng cao chất lượng điện năng không chỉ đảm bảo cung cấp điện ổn định mà còn giảm thiểu tổn thất và tăng tuổi thọ cho thiết bị. Trong bối cảnh hiện nay, sóng hài trở thành một vấn đề nghiêm trọng, gây ra nhiều tác động tiêu cực đến hệ thống điện. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sóng hài có thể làm giảm hiệu suất điện năng, tăng tổn thất và ảnh hưởng đến các thiết bị tiêu dùng điện. Do đó, việc áp dụng phương pháp lọc sóng là cần thiết để cải thiện chất lượng điện năng. Các tiêu chuẩn quốc tế như IEEE STĐ 519 và IEC 1000-3-4 đã được thiết lập để kiểm soát mức độ sóng hài trong hệ thống điện. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này là bắt buộc để đảm bảo điện năng sạch và an toàn cho người sử dụng.

II. Sóng hài và ảnh hưởng của nó

Sóng hài là các thành phần tần số cao trong tín hiệu điện, thường xuất hiện do các tải phi tuyến như động cơ điện, máy biến áp và thiết bị điện tử. Sóng hài có thể làm tăng giá trị hiệu dụng và giá trị đỉnh của dòng điện, dẫn đến nhiều vấn đề nghiêm trọng như quá nhiệt, giảm tuổi thọ thiết bị và sai lệch trong các thiết bị đo đếm. Theo nghiên cứu, sóng hài có thể gây ra tổn thất lớn trong hệ thống điện, làm giảm hiệu suất điện năng và ảnh hưởng đến độ bền của các thiết bị. Việc sử dụng công nghệ lọc sóng tích cực có thể giúp giảm thiểu tác động của sóng hài, từ đó nâng cao chất lượng điện năng. Các mô hình mạch lọc tích cực đã được phát triển để xử lý hiệu quả các thành phần sóng hài trong hệ thống điện.

III. Phương pháp lọc sóng hài tích cực

Phương pháp lọc sóng hài tích cực là một giải pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng điện năng. Mạch lọc tích cực sử dụng các thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh và loại bỏ các thành phần sóng hài không mong muốn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc kết hợp giữa mạch lọc tích cực và mạch lọc thụ động có thể mang lại hiệu quả cao hơn trong việc giảm thiểu sóng hài. Mô hình mạch lọc tích cực dạng lai ghép (HAPF) đã được phát triển để tối ưu hóa khả năng lọc và cải thiện hiệu suất điện năng. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp giảm thiểu sóng hài mà còn nâng cao độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống điện.

IV. Kết quả mô phỏng và ứng dụng thực tiễn

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng phương pháp lọc sóng hài tích cực có thể giảm thiểu đáng kể mức độ sóng hài trong hệ thống điện. Các mô hình được kiểm nghiệm bằng phần mềm Matlab Simulink cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong chất lượng điện năng. Việc sử dụng bộ lọc tích cực không chỉ giúp giảm thiểu sóng hài mà còn nâng cao hiệu suất điện năng và giảm tổn thất trong hệ thống. Ứng dụng thực tiễn của các mô hình này có thể được triển khai trong các nhà máy, xí nghiệp và hệ thống điện phân phối, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và giảm chi phí vận hành.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chất lượng điện năng ngày càng trở thành vấn đề quan trọng trong bối cảnh phát triển công nghiệp và đô thị hóa nhanh chóng. Theo ước tính, các hệ thống điện hiện đại phải đối mặt với sự gia tăng đáng kể các thành phần sóng hài bậc cao do tải phi tuyến, gây ra nhiều tác hại như tăng tổn hao điện năng, giảm hệ số công suất và ảnh hưởng tiêu cực đến thiết bị điện. Mặc dù Việt Nam chưa có tiêu chuẩn chính thức về giới hạn sóng hài bậc cao trên lưới điện, các tiêu chuẩn quốc tế như IEEE STD 519 và IEC 1000-3-4 đã quy định rõ ràng các giới hạn này nhằm đảm bảo chất lượng điện năng.

Luận văn tập trung nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng điện năng bằng phương pháp lọc sóng hài tích cực kết hợp với bộ lọc thụ động, nhằm giảm thiểu sóng hài do tải phi tuyến gây ra trong hệ thống điện phân phối. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế, mô phỏng và đánh giá hiệu quả mạch lọc tích cực dạng lai ghép (Hybrid Active Power Filter - HAPF) cho hệ thống điện 3 pha 4 dây với các loại tải phi tuyến không cân bằng. Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn trước năm 2016, tại các hệ thống điện phân phối đô thị và công nghiệp.

Mục tiêu chính là thiết kế mạch lọc tích cực kết hợp bộ lọc thụ động để triệt tiêu sóng hài, nâng cao hệ số công suất và đảm bảo dòng điện nguồn có dạng sóng sin chuẩn, từ đó cải thiện chất lượng điện năng, tăng tuổi thọ thiết bị và giảm chi phí vận hành. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc ứng dụng công nghệ lọc sóng hài tích cực cho các hệ thống điện phân phối hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết sóng hài và méo dạng sóng (Harmonics and Waveform Distortion): Sóng hài được biểu diễn bằng chuỗi Fourier, trong đó sóng hài bậc n là bội số nguyên của tần số cơ bản. Hệ số méo dạng tổng (THD) được sử dụng làm chỉ số đánh giá mức độ méo dạng sóng điện áp và dòng điện.

• Thuyết công suất tức thời P-Q: Đây là phương pháp phân tích và điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng trong hệ thống điện 3 pha, được sử dụng để tính toán dòng điện bù trong mạch lọc tích cực. Phương pháp này cho phép tách riêng các thành phần công suất để điều khiển hiệu quả dòng điện bù.

• Mô hình mạch lọc tích cực dạng lai ghép (Hybrid Active Power Filter - HAPF): Kết hợp bộ lọc tích cực song song với bộ lọc thụ động song song nhằm tận dụng ưu điểm của cả hai loại mạch lọc, giảm thiểu sóng hài bậc thấp bằng bộ lọc thụ động và sóng hài bậc cao bằng bộ lọc tích cực.

Các khái niệm chính bao gồm: sóng hài, bộ lọc tích cực (Active Power Filter - APF), bộ lọc thụ động (Passive Filter - PF), hệ số méo dạng tổng (THD), công suất tác dụng (P), công suất phản kháng (Q), và hệ thống điện 3 pha 4 dây.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, tiêu chuẩn quốc tế về sóng hài và chất lượng điện năng, cùng các bài báo khoa học liên quan đến mạch lọc tích cực và thụ động. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Thiết kế mô hình mạch lọc tích cực dạng lai ghép: Sử dụng phần mềm Matlab Simulink để xây dựng mô hình hệ thống điện 3 pha 4 dây với tải phi tuyến không cân bằng, kết hợp bộ lọc tích cực và thụ động.

• Phân tích và tính toán dòng điện bù: Áp dụng thuyết công suất tức thời P-Q để tính toán dòng điện tham chiếu bù, sử dụng phép biến đổi Clarke để chuyển đổi hệ tọa độ abc sang αβ, từ đó xác định dòng điện bù trong hệ thống.

• Phương pháp điều khiển: Sử dụng phương pháp điều khiển bang-bang (bang-bang control) cho bộ nghịch lưu 3 pha của mạch lọc tích cực nhằm điều chỉnh dòng điện bù chính xác và nhanh chóng.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ đầu năm 2015 đến tháng 4 năm 2016, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, thiết kế mô hình, mô phỏng và đánh giá kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu là mô hình hệ thống điện 3 pha 4 dây với ba loại tải phi tuyến không cân bằng khác nhau, được lựa chọn để đánh giá hiệu quả của mạch lọc tích cực dạng lai ghép trong các điều kiện vận hành thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả giảm sóng hài của mạch lọc tích cực dạng lai ghép: Kết quả mô phỏng cho thấy, khi sử dụng bộ lọc thụ động kết hợp với bộ lọc tích cực, tổng độ méo dạng sóng hài (THD) của dòng điện nguồn giảm từ khoảng 30-35% xuống dưới 5%, đáp ứng tiêu chuẩn IEEE STD 519 về chất lượng điện năng.

2. Giảm công suất phản kháng và cải thiện hệ số công suất: Mạch lọc tích cực dạng lai ghép không chỉ giảm sóng hài mà còn bù công suất phản kháng hiệu quả, giúp hệ số công suất tăng từ khoảng 0.75 lên gần 0.98, góp phần tiết kiệm chi phí điện năng và giảm tổn hao trong hệ thống.

3. Ổn định dòng điện trung tính: Dòng điện trung tính trong hệ thống được giảm đáng kể, gần bằng 0 A sau khi áp dụng mạch lọc tích cực, giúp hạn chế quá tải và tăng tuổi thọ thiết bị trung tính.

4. Tính ổn định và đáp ứng nhanh của hệ thống điều khiển: Phương pháp điều khiển bang-bang cho bộ nghịch lưu cho phép mạch lọc tích cực phản ứng nhanh với biến đổi tải, duy trì dòng điện bù chính xác và ổn định trong thời gian dưới vài mili giây.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả lọc sóng hài cao là do sự kết hợp giữa bộ lọc thụ động và tích cực, trong đó bộ lọc thụ động giảm biên độ sóng hài bậc thấp (như bậc 5, 7), còn bộ lọc tích cực xử lý các sóng hài còn lại và bù công suất phản kháng. So với các nghiên cứu trước đây chỉ sử dụng bộ lọc tích cực hoặc thụ động riêng lẻ, mô hình lai ghép cho thấy ưu điểm vượt trội về hiệu quả lọc và giảm tổn hao.

Kết quả mô phỏng được minh họa qua các biểu đồ dạng sóng dòng điện và phổ FFT, thể hiện rõ sự giảm đáng kể các thành phần sóng hài sau khi qua mạch lọc. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả đạt được tương đương hoặc tốt hơn trong việc giảm THD và cải thiện hệ số công suất.

Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao chất lượng điện năng mà còn góp phần giảm chi phí vận hành, tăng tuổi thọ thiết bị và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện phân phối. Việc áp dụng mạch lọc tích cực dạng lai ghép có thể mở rộng cho các hệ thống điện công nghiệp và dân dụng có tải phi tuyến phức tạp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng mạch lọc tích cực dạng lai ghép trong các trạm biến áp phân phối: Động từ hành động: lắp đặt; Target metric: giảm THD dòng điện nguồn xuống dưới 5%; Timeline: trong vòng 12 tháng; Chủ thể thực hiện: các công ty điện lực và nhà thầu kỹ thuật điện.

2. Nâng cao đào tạo và chuyển giao công nghệ cho kỹ sư vận hành hệ thống điện: Động từ hành động: tổ chức đào tạo; Target metric: 80% kỹ sư vận hành nắm vững kỹ thuật lọc sóng hài tích cực; Timeline: 6 tháng; Chủ thể thực hiện: các trường đại học kỹ thuật và trung tâm đào tạo chuyên ngành điện.

3. Phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật nội địa về sóng hài và chất lượng điện năng: Động từ hành động: xây dựng tiêu chuẩn; Target metric: ban hành tiêu chuẩn quốc gia về giới hạn sóng hài bậc cao; Timeline: 18 tháng; Chủ thể thực hiện: Bộ Công Thương phối hợp với Bộ Khoa học và Công nghệ.

4. Khuyến khích nghiên cứu và phát triển các giải pháp lọc sóng hài tích cực tiết kiệm chi phí: Động từ hành động: đầu tư nghiên cứu; Target metric: giảm chi phí thiết bị lọc tích cực ít nhất 20%; Timeline: 24 tháng; Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện: Nắm bắt kiến thức về sóng hài và các giải pháp lọc tích cực để nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì hệ thống điện phân phối.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Hiểu rõ tác động của sóng hài đến chất lượng điện năng và các giải pháp kỹ thuật để xây dựng chính sách phát triển hạ tầng điện phù hợp.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo chuyên sâu về mạch lọc tích cực, thuyết công suất tức thời và ứng dụng Matlab Simulink trong nghiên cứu điện.

4. Doanh nghiệp sản xuất và cung cấp thiết bị điện: Nghiên cứu phát triển sản phẩm bộ lọc sóng hài tích cực, cải tiến công nghệ và mở rộng thị trường ứng dụng trong công nghiệp và dân dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Sóng hài là gì và tại sao cần phải lọc?
   Sóng hài là các thành phần sóng có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản, gây méo dạng sóng điện áp và dòng điện. Chúng làm tăng tổn hao, giảm tuổi thọ thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Ví dụ, sóng hài bậc 5 và 7 thường gây ra quá nhiệt và giảm hiệu suất động cơ.

2. Phương pháp lọc sóng hài tích cực khác gì so với thụ động?
   Bộ lọc tích cực sử dụng linh kiện điện tử công suất và điều khiển để bù trực tiếp dòng điện hài, có khả năng xử lý nhiều bậc sóng hài và điều chỉnh linh hoạt. Trong khi đó, bộ lọc thụ động dùng phần tử thụ động như cuộn cảm và tụ điện, chỉ hiệu quả với tần số cố định và dễ gây cộng hưởng.

3. Lý thuyết P-Q được áp dụng như thế nào trong điều khiển bộ lọc tích cực?
   Thuyết P-Q phân tích công suất tức thời thành công suất tác dụng và phản kháng trong hệ tọa độ αβ, giúp xác định chính xác dòng điện bù cần thiết để loại bỏ sóng hài và bù công suất phản kháng, từ đó điều khiển bộ nghịch lưu tạo dòng điện bù phù hợp.

4. Mạch lọc tích cực dạng lai ghép có ưu điểm gì?
   Mạch lai ghép kết hợp ưu điểm của bộ lọc thụ động (giảm sóng hài bậc thấp, chi phí thấp) và bộ lọc tích cực (xử lý sóng hài bậc cao, bù công suất phản kháng), giúp giảm công suất định mức bộ lọc tích cực, tăng hiệu quả lọc và giảm chi phí đầu tư.

5. Ứng dụng thực tế của mạch lọc tích cực dạng lai ghép là gì?
   Mạch này phù hợp cho các hệ thống điện phân phối có tải phi tuyến không cân bằng như nhà máy công nghiệp, tòa nhà văn phòng, bệnh viện, nơi có nhiều thiết bị điện tử công suất và tải chỉnh lưu, giúp nâng cao chất lượng điện năng và bảo vệ thiết bị.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế và mô phỏng thành công mạch lọc tích cực dạng lai ghép kết hợp bộ lọc thụ động, giảm đáng kể sóng hài dòng điện nguồn xuống dưới 5% THD.
• Phương pháp điều khiển bang-bang kết hợp thuyết công suất tức thời P-Q cho phép điều khiển dòng điện bù chính xác và đáp ứng nhanh.
• Mạch lọc tích cực dạng lai ghép không chỉ giảm sóng hài mà còn cải thiện hệ số công suất và ổn định dòng điện trung tính.
• Kết quả mô phỏng bằng Matlab Simulink chứng minh tính khả thi và hiệu quả của giải pháp trong hệ thống điện phân phối 3 pha 4 dây với tải phi tuyến không cân bằng.
• Đề xuất triển khai ứng dụng thực tế và phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật để nâng cao chất lượng điện năng tại Việt Nam.

Next steps: Triển khai thử nghiệm thực tế, hoàn thiện thiết kế kỹ thuật và xây dựng tiêu chuẩn nội địa về sóng hài.

Các đơn vị điện lực, viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ điện nên phối hợp nghiên cứu, ứng dụng và phát triển công nghệ lọc sóng hài tích cực để nâng cao chất lượng điện năng và hiệu quả vận hành hệ thống điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 .1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố .1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu .2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố .2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn .3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu .4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài .5 Phương pháp nghiên cứu.5 SÓNG HÀI VÀ MỘT SỐ MÔ HÌNH MẠCH LỌC .1 Khái niệm về sóng hài, ảnh hưởng của sóng hài.1 Khái niệm về sóng hài .2 Ảnh hưởng của sóng hài.2 Nguyên nhân gây ra sóng hài .1 Tải không tuyến tính .2 Thiết bị điện tử công suất .3 Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao.3 Một số mô hình mạch lọc .1 Mạch lọc thụ động .1 Lọc thụ động nối tiếp .2 Lọc thụ động song song.3 Điện kháng xoay chiều nối tiếp .4 Lọc thông thấp (Lọc dải rộng) .2 Mạch lọc tích cực .1 Khái quát mạch lọc tích cực.2 Các phạm vi công suất của lọc tích cực .3 Phân loại mạch lọc tích cực .1 Mạch lọc tích cực dạng nối tiếp .2 Mạch lọc tích cực dạng song song .3 Mạch lọc tích cực dạng lai ghép (HAPF) .1 Dựa theo cấu trúc .2 Dựa theo cấu hình bộ nghịch lưu .3 Dựa theo hệ thống nguồn cung cấp .4 Dựa theo loại mạch lọc thụ động .4 Chiến lược điều khiển .32 MÔ HÌNH MẠCH LỌC TÍCH CỰC DẠNG LAI GHÉP .1 Nguyên tắc hoạt động mạch lọc tích cực dạng lai ghép.2 Xây dựng mô hình mạch lọc tích cực dạng lai ghép .1 Nguồn điện cân bằng .2 Tải phi tuyến không cân bằng .3 Tính toán dòng điện tham chiếu bù sử dụng thuyết P-Q .4 Cấu trúc điều khiển dòng điện trễ để chuyển đổi tín hiệu phát (Hystersis) .47 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .1 Đối với tải 1.1 Các thông số trước khi có bộ lọc.2 Khi có bộ lọc thụ động .48 ii Luan van 4.3 Khi kết hợp cả lọc tích cực và thụ động .4 Kết luận qua kết quả mô phỏng đối với tải 1 .2 Đối với tải 2.1 Các thông số trước khi có bộ lọc.2 Khi có bộ lọc thụ động .3 Khi kết hợp cả lọc tích cực và thụ động .4 Kết luận qua kết quả mô phỏng đối với tải 2: .3 Đối với tải 3.1 Các thông số trước khi có bộ lọc.2 Khi có bộ lọc thụ động .3 Khi kết hợp cả lọc tích cực và thụ động .4 Kết luận qua kết quả mô phỏng đối với tải 3: .63 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .65 iii Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT iS_abc Dòng điện 3 pha nguồn iL_abc Dòng điện 3 pha tải iF_abc Dòng điện phát 3 pha mạch lọc tích cực iS_n Dòng điện trung tính nguồn iL_n Dòng điện trung tính tải iF_n Dòng điện phát trung tính từ mạch lọc iS_0 Dòng điện 3 pha nguồn trong hệ tọa độ 0 iL_0 Dòng điện 3 pha tải trong hệ tọa độ 0 pS Công suất tác dụng của nguồn pL Công suất tác dụng của tải qS Công suất phản kháng của nguồn qL Công suất phản kháng của tải THD iS_abc Tổng độ méo dạng hài dòng điện nguồn THD iL_abc Tổng độ méo dạng hài dòng điện tải vS_0 Điện áp 3 pha nguồn trong hệ tọa độ 0 Iđk_abc Dòng điện điều khiển bộ nghịch lưu Iđk_n Dòng điện điều khiển nhánh thứ 4 của bộ nghịch lưu CB Circuit Breaker PWM Pulse Width Modulation DC Direct Curent IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor IEC International Electrotechnical Commission IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers LPF Low Pass Filter PF Passive filter APF Active power filter HAPF Hybrid active power filter iv Luan van PF Power Factor PI Proportional Integral PLL Phase Locked Loop PWM Pulse Width Modulation THD Total Harmonic Distortion UPS Uninterruptible power supply v Luan van DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2. 1: Tiêu chuẩn IEEE STĐ 519. 2: Tiêu chuẩn IEEE 519 IEC 1000-3-4 cho thiết bị trên 75A ở dòng điện ngõ vào mỗi pha. 3: Theo tiêu chuẩn IEC 1000-3-4.

1: Thông số tải 1…………………………………………………. 2: Kết quả tính toán cho tải 1. 3: Thông số và kết quả tính toán tải số 2. 4: Thông số và kết quả tính toán tải số 3 .46 vi Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: A- Dạng sóng sin, B- Dạng sóng hài .2: Thành phần cơ bản và thành phần hài.3: Phổ của sóng hài .4: Giá trị đỉnh và RMS theo các thành phần sóng hài .5: Hiện tượng bảo hoà mạch từ máy biến áp .6: Dòng pha A và phổ cuae nó khi máy biến áp hoạt động ở 110% điện áp định mức .7: Dòng điện của máy lạnh.8: Dòng điện của máy điều hoà không khí.9: Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode .10: Mạch chỉnh lưu 3 pha không điều khiển .11: Dạng sóng dòng điện chỉnh lưu 3 pha .12: Một số cấu hình mạch lọc thụ động .13: Mạch lọc thụ động nối tiếp .14: Mạch lọc thụ động song song .15: Điện kháng vào xoay chiều nối tiếp .16: Mạch lọc thông thấp .17: Mạch lọc tích cực kết nối với tải phi tuyến.18: Phân chia mạch lọc tích cực theo các cấu hình mạch công suất .19: Mạch lọc mắc nối tiếp .20: Mắc song song mạch lọc tích cực .21: Phân loại mạch lọc tích cực dạng lai ghép HAPF .22: Cấu trúc HAPF .23: Mạch lọc tích cực song song dựa trên nghịch lưu diode kẹp năm bậc .24: Mạch lọc tích cực song song dựa trên nghịch lưu đa bậc tụ điện thay đổi (FCMLI) .27 vii Luan van Hình 2.25: Cấu trúc mạch lọc tích cực song song dựa trên ghép tần năm bậc .26: Kết hợp APF, (a) Một pha hai dây, (b) ba pha 3 dây, (c) ba pha 4 dây .27: Phân loại theo mạch lọc: (a) LC, (b) Cộng hưởng song song, (c) RLC, (d) LCL, (e) Loại Injection.28: Minh hoạ xem xét các kỹ thuật đánh giá tín hiệu cơ bản .1: Cấu hình mạch lọc tích cực dạng lai ghép………………………………32 Hình 3.2: Nguồn xoay chiều 3 pha và các thành phần của nó .3: Thông số cài đặt của pha A .4: Tải phi tuyến 3 pha không cân bằng .5: Mô hình mạch lọc tích cực theo thuyết P_Q.6: Thành phần công suất theo thuyết P_Q trong hệ toạ độ abc.7: Các khâu tính toán cho thuyết P_Q.8: Sơ đồ mô phỏng của khâu điều khiển dòng điện trễ .9: Sơ đồ mô tả phương pháp điều khiển kiểu bang _bang .10: Điều khiển phát xung của bộ lọc tích cực cho pha A .11: Sơ đồ mô tả điều khiển dòng điện pha A .12: Nghịch lưu 3 pha 4 dây gồm 8 IGBT .13: Khâu điều khiển PI .14: Bộ lọc thụ động đơn .15: Bậc hài của dòng điện tải .16: Đáp ứng trở kháng ứng với các giá trị của Q .1: Điện áp nguồn cấp cho tải .2: Dạng sóng dòng điện tải .3: Dòng điện dây trung tính nguồn .4: Biểu đồ phân tích FFT phổ hài dòng điện tải.48 viii Luan van Hình 4.5: Dạng sóng dòng điện nguồn sau khi qua lọc thụ động .6: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi qua lọc thụ động .7: Điện áp nguồn sau khi lọc .8: Dòng điện nguồn sau khi qua bộ lọc tích cực .9: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi có lọc tích cực .10: Dòng điện dây trung tính .11: Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp .12: Công suất của bộ lọc tích cực .13: Điện áp nguồn cấp cho tải .14: Dạng sóng dòng điện tải .15: Dòng điện dây trung tính nguồn .16: Biểu đồ phân tích FFT phổ hài dòng điện tải.17: Dạng sóng dòng điện nguồn sau khi qua bộ lọc thụ động .18: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi qua bộ lọc thụ động .19: Điện áp nguồn sau khi lọc .20: Dòng điện nguồn sau khi qua lọc tích cực .21: Phổ hài dòng điện sau khi qua bộ lọc tích cực .22: Dòng điện dây trung tính .23: Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp .24: Công suất bộ lọc tích cực .25: Điện áp nguồn cấp cho tải .26: Dạng sóng dòng điện tải .27: Dòng điện dây trung tính nguồn .28: Biểu đồ phân tích FFT phổ hài dòng điện tải.58 ix Luan van Hình 4.29: Dạng sóng dòng điện nguồn sau khi qua lọc thụ động .30: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi qua lọc thụ động .31: Điện áp nguồn sau khi lọc .32: Dòng điện nguồn sau khi qua bộ lọc tích cực .33: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi qua lọc tích cực .34: Dòng điện dây trung tính .35: Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp .36: Công suất bộ lọc tích cực .62 x Luan van Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Với sự phát triển không ngừng của đất nước.

Điện năng cung cấp cho phụ tải không chỉ đảm bảo yêu cầu về số lượng mà cả về chất lượng điện năng cũng phải được đảm bảo. Trong điều kiện vận hành, truyền tải điện năng, do trong hệ thống điện có nhiều phần tử là tải phi tuyến dẫn tới xuất hiện các thành phần sóng điều hòa bậc cao. Các thành phần sóng điều hòa bậc cao này gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng như làm tăng tổn hao, làm giảm hệ số công suất, ảnh hưởng tới các thiết bị tiêu dùng điện, làm giảm chất lượng điện năng. Do đó các thành phần sóng điều hòa bậc cao trên lưới phải đảm bảo một số tiêu chuẩn giới hạn nhất định.

Hiện nay, ở nước ta chưa có một tiêu chuẩn nào đối với thành phần điều hòa bậc cao cho phép trên lưới nhưng trên thế giới đã có nhiều tiêu chuẩn về sóng điều hòa bậc cao trên lưới như tiêu chuẩn IEEE STĐ 519, tiêu chuẩn IEC 1000-3-4…Việc tuân theo các tiêu chuẩn này là bắt buộc để đảm bảo chất lượng điện năng. Giải pháp để hạn chế sóng điều hòa bậc cao trên lưới có nhiều giải pháp khác nhau, một trong số đó là sử dụng bộ lọc tích cực. Bộ lọc tích cực dựa trên thiết bị điện tử công suất và điều khiển để thực hiện nhiều chức năng khác nhau. Vì vậy, tôi đã lựa chọn đề tài là “Nâng cao chất lƣợng điện năng dùng phƣơng pháp lọc sóng hài tích cực”.