Luận văn Nâng cao chất lượng ðiện năng dùng phương pháp lọc sóng hài tích cực (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nâng cao chất lượng ðiện năng dùng phương pháp lọc sóng hài tích cực (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ANH KHA NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ÐIỆN NĂNG DÙNG PHƯƠNG PHÁP LỌC SÓNG HÀI TÍCH CỰC NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202 S K C0 0 5 0 5 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ANH KHA NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG DÙNG PHƢƠNG PHÁP LỌC SÓNG HÀI TÍCH CỰC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ANH KHA NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG DÙNG PHƢƠNG PHÁP LỌC SÓNG HÀI TÍCH CỰC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ MINH PHƢƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
4. MỤC LỤC Trang tựa TRANG MỤC LỤC i DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH SÁCH CÁC BẢNG vi DANH SÁCH CÁC HÌNH vii Chương 1 1 TỔNG QUAN 1 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 1 1.1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2 1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu 3 1.4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài 3 1.5 Phương pháp nghiên cứu 3 Chương 2 5 SÓNG HÀI VÀ MỘT SỐ MÔ HÌNH MẠCH LỌC 5 2.1 Khái niệm về sóng hài, ảnh hưởng của sóng hài 5 2.1.1 Khái niệm về sóng hài 5 2.1.2 Ảnh hưởng của sóng hài 6 2.2 Nguyên nhân gây ra sóng hài 7 2.2.1 Tải không tuyến tính 7 2.2.2 Thiết bị điện tử công suất 9 2.2.3 Ảnh hưởng của sóng điều hòa bậc cao 11 2.3 Một số mô hình mạch lọc 13 2.3.1 Mạch lọc thụ động 13 2.3.1.1 Lọc thụ động nối tiếp 14 i
5. 2.3.1.2 Lọc thụ động song song. 15 2.3.1.3 Điện kháng xoay chiều nối tiếp 15 2.3.1.4 Lọc thông thấp (Lọc dải rộng) 16 2.3.2 Mạch lọc tích cực 17 2.3.2.1 Khái quát mạch lọc tích cực 17 2.3.2.2 Các phạm vi công suất của lọc tích cực 18 2.3.2.3 Phân loại mạch lọc tích cực 19 2.3.2.3.1 Mạch lọc tích cực dạng nối tiếp 19 2.3.2.3.2 Mạch lọc tích cực dạng song song 20 2.3.2.3.3 Mạch lọc tích cực dạng lai ghép (HAPF) 22 2.3.2.3.3.1 Dựa theo cấu trúc 23 2.3.2.3.3.2 Dựa theo cấu hình bộ nghịch lưu 25 2.3.2.3.3.3 Dựa theo hệ thống nguồn cung cấp 28 2.3.2.3.4.4 Dựa theo loại mạch lọc thụ động 29 2.4 Chiến lược điều khiển 30 Chương 3 32 MÔ HÌNH MẠCH LỌC TÍCH CỰC DẠNG LAI GHÉP 32 3.1 Nguyên tắc hoạt động mạch lọc tích cực dạng lai ghép 32 3.2 Xây dựng mô hình mạch lọc tích cực dạng lai ghép 33 3.2.1 Nguồn điện cân bằng 33 3.2.2 Tải phi tuyến không cân bằng 33 3.2.3 Tính toán dòng điện tham chiếu bù sử dụng thuyết P-Q 34 3.2.4 Cấu trúc điều khiển dòng điện trễ để chuyển đổi tín hiệu phát (Hystersis) 39 Chương 4: 47 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 47 4.1 Đối với tải 1 47 4.1.1 Các thông số trước khi có bộ lọc 47 4.1.2 Khi có bộ lọc thụ động 48 ii
6. 4.1.3 Khi kết hợp cả lọc tích cực và thụ động 49 4.1.4 Kết luận qua kết quả mô phỏng đối với tải 1 52 4.2 Đối với tải 2 52 4.2.1 Các thông số trước khi có bộ lọc 52 4.2.2 Khi có bộ lọc thụ động 54 4.2.3 Khi kết hợp cả lọc tích cực và thụ động 55 4.2.4 Kết luận qua kết quả mô phỏng đối với tải 2: 57 4.3 Đối với tải 3 57 4.3.1 Các thông số trước khi có bộ lọc 57 4.3.2 Khi có bộ lọc thụ động 59 4.3.3 Khi kết hợp cả lọc tích cực và thụ động 60 4.3.4 Kết luận qua kết quả mô phỏng đối với tải 3: 62 Chương 5 63 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 63 5.1 Kết luận 63 5.2 Khuyến nghị 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 iii
7. 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
8. PF Power Factor PI Proportional Integral PLL Phase Locked Loop PWM Pulse Width Modulation THD Total Harmonic Distortion UPS Uninterruptible power supply v
9. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2. 1: Tiêu chuẩn IEEE STĐ 519 12 Bảng 2. 2: Tiêu chuẩn IEEE 519 IEC 1000-3-4 cho thiết bị trên 75A ở dòng điện ngõ vào mỗi pha 12 Bảng 2. 3: Theo tiêu chuẩn IEC 1000-3-4 13 Bảng 4. 1: Thông số tải 1 43 Bảng 4. 2: Kết quả tính toán cho tải 1 46 Bảng 4. 3: Thông số và kết quả tính toán tải số 2 46 Bảng 4. 4: Thông số và kết quả tính toán tải số 3 46 vi
10. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: A- Dạng sóng sin, B- Dạng sóng hài 5 Hình 2.2: Thành phần cơ bản và thành phần hài 5 Hình 2.3: Phổ của sóng hài 6 Hình 2.4: Giá trị đỉnh và RMS theo các thành phần sóng hài 7 Hình 2.5: Hiện tượng bảo hoà mạch từ máy biến áp 8 Hình 2.6: Dòng pha A và phổ cuae nó khi máy biến áp hoạt động ở 110% điện áp định mức 8 Hình 2.7: Dòng điện của máy lạnh 8 Hình 2.8: Dòng điện của máy điều hoà không khí 9 Hình 2.9: Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha Diode 9 Hình 2.10: Mạch chỉnh lưu 3 pha không điều khiển 10 Hình 2.11: Dạng sóng dòng điện chỉnh lưu 3 pha 10 Hình 2.12: Một số cấu hình mạch lọc thụ động 14 Hình 2.13: Mạch lọc thụ động nối tiếp 14 Hình 2.14: Mạch lọc thụ động song song 15 Hình 2.15: Điện kháng vào xoay chiều nối tiếp 16 Hình 2.16: Mạch lọc thông thấp 16 Hình 2.17: Mạch lọc tích cực kết nối với tải phi tuyến 18 Hình 2.18: Phân chia mạch lọc tích cực theo các cấu hình mạch công suất 19 Hình 2.19: Mạch lọc mắc nối tiếp 20 Hình 2.20: Mắc song song mạch lọc tích cực 22 Hình 2.21: Phân loại mạch lọc tích cực dạng lai ghép HAPF 23 Hình 2.22: Cấu trúc HAPF 24 Hình 2.23: Mạch lọc tích cực song song dựa trên nghịch lưu diode kẹp năm bậc 26 Hình 2.24: Mạch lọc tích cực song song dựa trên nghịch lưu đa bậc tụ điện thay đổi (FCMLI) 27 vii
11. Hình 2.25: Cấu trúc mạch lọc tích cực song song dựa trên ghép tần năm bậc 27 Hình 2.26: Kết hợp APF, (a) Một pha hai dây, (b) ba pha 3 dây, (c) ba pha 4 dây 28 Hình 2.27: Phân loại theo mạch lọc: (a) LC, (b) Cộng hưởng song song, (c) RLC, (d) LCL, (e) Loại Injection 29 Hình 2.28: Minh hoạ xem xét các kỹ thuật đánh giá tín hiệu cơ bản 31 Hình 3.1: Cấu hình mạch lọc tích cực dạng lai ghép 32 Hình 3.2: Nguồn xoay chiều 3 pha và các thành phần của nó 33 Hình 3.3: Thông số cài đặt của pha A 33 Hình 3.4: Tải phi tuyến 3 pha không cân bằng 34 Hình 3.5: Mô hình mạch lọc tích cực theo thuyết P_Q 35 Hình 3.6: Thành phần công suất theo thuyết P_Q trong hệ toạ độ abc 36 Hình 3.7: Các khâu tính toán cho thuyết P_Q 38 Hình 3.8: Sơ đồ mô phỏng của khâu điều khiển dòng điện trễ 39 Hình 3.9: Sơ đồ mô tả phương pháp điều khiển kiểu bang _bang 39 Hình 3.10: Điều khiển phát xung của bộ lọc tích cực cho pha A 40 Hình 3.11: Sơ đồ mô tả điều khiển dòng điện pha A 41 Hình 3.12: Nghịch lưu 3 pha 4 dây gồm 8 IGBT 42 Hình 3.13: Khâu điều khiển PI 42 Hình 3.14: Bộ lọc thụ động đơn 43 Hình 3.15: Bậc hài của dòng điện tải 43 Hình 3.16: Đáp ứng trở kháng ứng với các giá trị của Q 46 Hình 4.1: Điện áp nguồn cấp cho tải 47 Hình 4.2: Dạng sóng dòng điện tải 47 Hình 4.3: Dòng điện dây trung tính nguồn 48 Hình 4.4: Biểu đồ phân tích FFT phổ hài dòng điện tải 48 viii
12. Hình 4.5: Dạng sóng dòng điện nguồn sau khi qua lọc thụ động 49 Hình 4.6: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi qua lọc thụ động 49 Hình 4.7: Điện áp nguồn sau khi lọc 50 Hình 4.8: Dòng điện nguồn sau khi qua bộ lọc tích cực 50 Hình 4.9: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi có lọc tích cực 50 Hình 4.10: Dòng điện dây trung tính 51 Hình 4.11: Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp 51 Hình 4.12: Công suất của bộ lọc tích cực 51 Hình 4.13: Điện áp nguồn cấp cho tải 52 Hình 4.14: Dạng sóng dòng điện tải 53 Hình 4.15: Dòng điện dây trung tính nguồn 53 Hình 4.16: Biểu đồ phân tích FFT phổ hài dòng điện tải 53 Hình 4.17: Dạng sóng dòng điện nguồn sau khi qua bộ lọc thụ động 54 Hình 4.18: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi qua bộ lọc thụ động 54 Hình 4.19: Điện áp nguồn sau khi lọc 55 Hình 4.20: Dòng điện nguồn sau khi qua lọc tích cực 55 Hình 4.21: Phổ hài dòng điện sau khi qua bộ lọc tích cực 55 Hình 4.22: Dòng điện dây trung tính 56 Hình 4.23: Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp 56 Hình 4.24: Công suất bộ lọc tích cực 56 Hình 4.25: Điện áp nguồn cấp cho tải 57 Hình 4.26: Dạng sóng dòng điện tải 58 Hình 4.27: Dòng điện dây trung tính nguồn 58 Hình 4.28: Biểu đồ phân tích FFT phổ hài dòng điện tải 58 ix
13. Hình 4.29: Dạng sóng dòng điện nguồn sau khi qua lọc thụ động 59 Hình 4.30: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi qua lọc thụ động 59 Hình 4.31: Điện áp nguồn sau khi lọc 60 Hình 4.32: Dòng điện nguồn sau khi qua bộ lọc tích cực 60 Hình 4.33: Phổ hài dòng điện nguồn sau khi qua lọc tích cực 61 Hình 4.34: Dòng điện dây trung tính 61 Hình 4.35: Góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp 61 Hình 4.36: Công suất bộ lọc tích cực 62 x
14. 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 1.1.1 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”. 1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố  Các nghiên cứu trong nƣớc - Thiết kế bộ lọc tích cực cho việc giảm hài dòng điện và bù công suất phản kháng cho lò nấu thép cảm ứng; - Thiết kế mạch lọc tích cực 3 pha 3 dây dùng phương pháp P_Q; - Mạch lọc tích cực 3 pha 4 dây dùng phương pháp id_iq; 1
15. - Ứng dụng logic mờ điểu khiển bộ lọc tích cực cho việc giảm sóng hài dòng điện, nói về mạch điều khiển dùng logic mờ để điều khiển mạch lọc.  Các nghiên cứu ngoài nƣớc - Instantanneous Active and Reactive Power and Current Strategies for Current Harmonics Cancellation in 3-ph 4-Wire SHAF with Both PI and Fuzzy Controllers; - Fuzzy Controller Based 3 Phase 4-Wire Shunt Activer Filter for Mitigation of Curent Harmonics with Combined p-q and id - iq Control Strategies; - Harmonic and Reactive Power Compensation Based on the Generalized Instantaneous Reactive Power Theory for Three-Phase Four-Wire Systems; - Comparative Study On Different Control Strategies Using Shunt Active Power Filter For Current Harmonics Mitigation; - New Control Strategy To Improve Power Quality Using A Hybrid Power Filter. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn  Tính cấp thiết của đề tài Ngày nay vấn đề lọc nhiễu trong hệ thống đang được quan tâm rất nhiều trong các nhà máy xí nghiệp, mục đích để làm giảm sóng hài dòng điện và điện áp trong hệ thống nguồn điện cung cấp. Việc làm này có ý nghĩa nâng cao chất lượng điện năng nguồn cung cấp, nâng cao hệ số công suất nguồn và làm giảm giá thành tiền điện, góp phần cho các thiết bị điện và điện tử có độ nhạy cao tác động chính xác hơn và dứt khoát, tăng tuổi thọ của thiết bị. Hiện nay đã có nhiều tác giả đã nghiên cứu về lĩnh vực này sử dụng phương pháp lọc hài bằng nhiều cấu hình khác nhau: cấu hình mạch lọc tích cực nối tiếp hoặc song song với tải, mạch lọc thụ động nối tiếp hoặc song song. Tuy nhiên điểm mới của luận văn này là thiết kế mạch lọc tích cực có kết hợp bộ lọc thụ động. Mục đích của việc này là dùng bộ lọc thụ động để làm giảm bớt biên độ của một bậc hài có tần số cao (ví dụ thường là: bậc 5, 7, 9 ), sau đó đi qua bộ lọc tích cực để giảm các bậc hài còn lại trước khi đưa về lưới. Chính vì có sự kết hợp như vậy làm cho mạch lọc hiệu quả hơn, chất lượng và tuổi thọ của mạch lọc tích cực được tốt hơn.  Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2
16. Trong nghiên cứu này trình bày việc làm giảm sóng hài bằng mạch lọc tích cực song song bằng phương pháp tách hài theo thuyết P-Q, đồng thời kết hợp bộ lọc thụ động. Mô phỏng kiểm nghiệm được thực hiện bằng Matlab Simulink. Từ kết quả mô phỏng này, chúng ta có thể thiết kế mô hình thực tế sử dụng cho lưới điện phân phối. 1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu  Mục đích nghiên cứu Thiết kế mạch lọc tích cực song song có kết hợp lọc thụ động, để có thể ứng dụng vào trong thực tế hệ thống điện phân phối với các loại tải phi tuyến gây ra sóng hài dòng điện. Mục đích chính là triệt tiêu sóng hài do tải phi tuyến gây ra, để cuối cùng tín hiệu dòng điện nguồn ở dạng sin chuẩn, tải phi tuyến không làm méo dạng dòng điện nguồn.  Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu Nguồn điện, tải, mạch lọc tích cực, dùng phương pháp tách hài P-Q, mạch lọc thụ động để giảm hài bậc 5, bậc 7. 1.4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài  Nhiệm vụ của đề tài - Phân tích ảnh hưởng của sóng hài đến hệ thống điện. - Phân tích các phương pháp lọc sóng hài. - Thiết kế mạch lọc sóng hài tích cực có kết hợp lọc thụ động cho lưới phân phối bằng phần mềm Matlab & Simulink. - Đánh giá kết quả mô phỏng.  Giới hạn của đề tài: Do thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu lý thuyết, tuy nhiên cũng đã thể hiện đầy đủ một mạch lọc tích cực 3 pha 4 dây cho các loại tải phi tuyến, và mạch lọc thụ động để giảm biên độ của bậc hài cố định. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Đọc và tham khảo sách giáo khoa điện tử công suất, với sự đóng góp ý kiến Thầy hướng dẫn, xem các bài báo liên quan đến quá trình nghiên cứu đề tài: chất lượng điện năng, lý thuyết công suất tức thời, phương pháp điều khiển các bộ biến đổi công suất, mạch lọc tích cực, Matlab Simulink . 3
17. - Tham khảo ý kiến Thầy hướng dẫn để cho ra cấu hình điều khiển mạch lọc tích cực 3 pha 4 dây, tách hài dùng thuyết P-Q, điều khiển mạch nghịch lưu 3 pha bằng phương pháp điều khiển bang-bang, tính chọn thông số cho mạch lọc thụ động. - Phương pháp thực nghiệm: Làm mô hình nghiên cứu và được kiểm chứng bằng thực hiện mô phỏng và đánh giá trên phần mềm Matlab Simulink. 4
18. Chƣơng 2 SÓNG HÀI VÀ MỘT SỐ MÔ HÌNH MẠCH LỌC 2.1 Khái niệm về sóng hài, ảnh hƣởng của sóng hài 2.1.1 Khái niệm về sóng hài Chúng ta biết rằng, các dạng sóng điện áp sin được tạo ra tại các nhà máy điện, trạm điện lớn thì rất tốt. Tuy nhiên, càng di chuyển về phía phụ tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng càng bị méo dạng. Khi đó dạng sóng không còn sin [1]. Hình 2.1: A- Dạng sóng sin, B- Dạng sóng hài Sóng hài có thể coi như là tổng của các dạng sóng sin mà tần số của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản. Hình 2.2: Thành phần cơ bản và thành phần hài 3 1 Sử dụng chuỗi Fourier với chu kỳ T - seconds và tần số cơ bản f Hz hoặc T ω = 2πf rad/s, có thể biểu diễn một sóng hài f(t) với biểu thức sau: 5
19. f t C C cos nt  (2.1) 0 n 1 n n Với: C0 là giá trị DC của hàm sóng hài f(t). Cn là giá trị đỉnh của thành phần hài bậc n và θn là giá trị góc pha. - Phổ của sóng hài được thể hiện ở Hình 2.3: Hình 2.3: Phổ của sóng hài THD: Tham số quan trọng nhất dùng để đánh giá sóng hài là hệ số méo dạng (THD). 2 C THD N (2.2) 2 C1 Với C1: Biên độ thành phần cơ bản. Cn: là giá trị đỉnh của thành phần hài bậc n. 2.1.2 Ảnh hƣởng của sóng hài Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng hài đó là việc làm tăng giá trị hiệu dụng cũng như giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp, có thể thấy rõ qua công thức sau: 1 T U u t 2 dt U 1 THD2 RMS 1 U (2.3) T 0 1 T I i t 2 dt I 1 THD2 RMS 1 I (2.4) T 0 Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng điện tăng do sóng hài, sẽ dẫn đến hàng loạt những vấn đề sau: 6
20. - Làm tăng phát nóng của các thiết bị điện, dây dẫn điện. - Ảnh hưởng đến độ bền cách điện của vật liệu, khả năng mang tải của dây dẫn điện. - Ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ( tác động sai ): cầu chì, CB, relay, - Đồng thời các thiết bị đo đếm như kWh ghi nhận sai dữ liệu. - Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép của động cơ tăng, ảnh hưởng đến mô men trên trục của động cơ. - Làm các mạch PLL trong điều khiển hoạt động sai. Ảnh hưởng đến các thiết bị viễn thông. 100% H1 +33% H3 +20% H5 +4% H25 Peak: 100% 133% 168% 204% RMS: 100% 105% 108% 110% Hình 2.4: Giá trị đỉnh và RMS theo các thành phần sóng hài 2.2 Nguyên nhân gây ra sóng hài 2.2.1 Tải không tuyến tính  Máy biến áp - Hiện tượng bảo hòa mạch từ của máy biến áp lực có thể sinh ra sóng hài. Hình 2.5 mô tả nguyên lý tạo sóng hài từ hiện tượng bảo hoà mạch từ [1]. - Để duy trì điện áp sin, từ thông sin phải được tạo ra từ dòng điện từ hóa (magnetizing current). Khi biên độ của điện áp (và từ thông) đủ lớn để rơi vào trường hợp không tuyến tính trong đường cong B-H, sẽ dẫn đến dòng điện từ lớn bị méo dạng và chứa sóng hài. 7
21. Hình 2.5: Hiện tượng bảo hoà mạch từ máy biến áp - Dạng sóng và phổ của của dòng pha A khi máy biến áp hoạt động với điều kiện qúa điện áp 110%. Hình 2.6: Dòng pha A và phổ cuae nó khi máy biến áp hoạt động ở 110% điện áp định mức  Động cơ - Tương tự như với máy biến áp, động cơ xoay chiều khi hoạt động tạo ra dòng điện hài. Nếu như không sử dụng máy biến áp đấu tam giác, một động cơ đồng bộ 1 pha sẽ sinh ra dòng điện hài bậc 3 có giá trị khoảng 10%, và một động cơ đồng bộ 3 pha sẽ sinh ra dòng điện hài bậc 3 có giá trị khoảng 30%. Ví dụ dạng sóng dòng điện bị méo dạng của máy lạnh được cho theo Hình 2.7, THD = 6.3% Hình 2.7: Dòng điện của máy lạnh 8
22. S K L 0 0 2 1 5 4