Tin tức

BỘ LỌC SÓNG HÀI TÍCH CỰC

Đăng lúc: 15-10-2016 05:29:01 PM - Đã xem: 5091

 

BỘ LỌC SÓNG HÀI TÍCH CỰC

ACTIVE HARMONIC FILTER (AHF)

 



1. Mở đầu


 

Bộ lọc sóng hài tích cực được sản xuất để khử sóng hài trong hệ thống điện, bộ lọc được sử dụng rộng rãi ở các nước tiên tiến, và tại Việt Nam đây là dòng sản phẩm mới để đáp ứng tiêu chuẩn ngày càng cao của ngành điện.


Sóng hài được phát hiện từ năm 1890. Nguồn điện phát ra từ các nhà máy do cuộc dây stator của máy phát là dạng hình sin chuẩn theo hàm u(t)=Usin(Ωt+β), trong quá trình truyền tải từ nhà máy về nơi sử dụng thì dạng sóng không còn là hình sine nữa mà bị méo dạng (sóng hài), do quá trình vật lý xảy ra của các phụ tải phi tuyến trên lưới.


Khi phân tích đồ thị méo dạng này theo phương trình toán học chuỗi Fourier – Chu kỳ T, thì ta có:

 


Với :
- Uo là giá trị DC của hàm sóng hài f(t)  
- Un là giá trị đỉnh của thành phần hài bậc n và  αn là giá trị góc pha tương ứng với bậc hài n

Qua đó, sóng hài có thể coi như là tổng của thành phần cố định DC và dãy sóng sine mà tần số của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản, với n>=2 là các bội nguyên tần số cơ bản tương ứng với bậc sóng hài 2,3,4……
  * n=1 là bậc ở tần số cơ bản (với hệ thống điện Việt Nam, Châu Âu tần số cơ bản là f=50Hz; Bắc Mỹ, miền Tây Nhật là f=60Hz) *


Phân tích phổ của dạng sóng hài ta có:

 

Thông số quan trọng trong nghiên cứu thiết kế bộ lọc sóng hài tích cực là:
   - THD (%) (Total Harmonic Distorsion): tổng độ méo dạng dạng sóng hài
   - TDD (%) (Total Demand Distorsion): tổng độ méo dạng dòng điện phụ tải.
 

 
- V1: Biên độ điện áp ở tần số cơ bản  (50Hz)
- V2, V3, V4…: Biên độ điện áp tại tần số bậc 2,3,4..(100Hz, 150Hz, 200Hz..)
- I1: Biên độ dòng điện ở tần số cơ bản  (50Hz)
- I2, I3, I4…: Biên độ dòng điện tại tần số bậc 2,3,4..(100Hz, 150Hz, 200Hz..).
- I_L: Biên độ dòng điện tải max.
Ngoài ra còn có các thông số: độ nhấp nháy điện áp Pst, Plt, độ dao động điện áp, hệ số công suất PF.


2. Các nguồn gây ra sóng hài


Bộ lọc sóng hài tích cực lọc được nguồn sóng hài gây ra từ phụ tải cũng như từ nguồn cung cấp. Có rất nhiều nguyên nhân tạo ra nguồn sóng hài trong hệ thống điện công nghiệp, chúng đều có một đặc điểm chung là quan hệ phi tuyến giữa dòng điện và điện áp hoạt động. Tải phi tuyến có dòng không liên tục và không tương ứng với dạng sóng điện áp giáng lên nó. Tất cả các thiết bị biến đổi dạng sóng sin của điện áp hay dòng điện đều là nguồn gây ra hài.

Bộ lọc sóng hài tích cực đáp ứng tốt với các nguồn sóng hài:
Nguồn phi tuyến, chủ yếu từ các thiết bị điện tử công suất:

    - Diode (Chỉnh lưu dạng đơn giản), transistor

    - SCR hay thyristor được sử dụng rộng rãi trong nhiều các ứng dụng điều khiển hay điều tiết.

    - Điều khiển đầu ra chỉnh lưu, UPS, STARCOM,

    - Bộ biến đổi tần số,  điều tốc DC-AC.

    - Lò luyện hồ quang, máy hàn hồ quang…


 Nguồn phi tuyến từ các thiết bị truyền tải trên lưới điện 500kV, 220kV, 110kV:

    - Đóng cắt thiết bị tự cảm (máy biến áp quá tải hoạt động ở vùng bão hòa từ, máy biến điện áp, biến dòng, máy phát điện, bộ điều tốc turbine…).

    - Từ các động cơ xoay chiều trên lưới, nguồn từ máy biến áp phân phối sử dụng sơ đồ đấu dây ∆⁄Y   thì khi cấp nguồn cho động cơ 1 pha hay 3 pha thì sóng hài bậc 3 gây ra THD khoảng 10% đến 30%.

 

Hình: Thể hiện chiều sóng hài sinh ra tại tủ lộ tổng (Harmonic Direction)



3. Mô hình toán học sóng hài trong hệ thống

Thiết kế bộ lọc sóng hài dựa trên phân tích toán học về sóng hài, bất cứ một dạng sóng méo dạng khi phân tích theo chuổi Fourier, luôn tồn tại tương ướng với n lẻ hay chẵn mà ta có bậc hài bậc lẻ và hài bậc chẵn:

    - Hài bậc chẵn: không đối xứng giữa 2 bán kì âm và dương, là kiểu dòng điện trong giai đoạn quá độ, như khi đóng máy biến áp, khởi động động cơ, các bộ biến đổi công suất, hoặc dòng xung sự cố trong thời gian ngắn 20μs.

    - Hài bậc lẻ: dạng sóng méo dạng đối xứng giữa 2 bán kì âm dương (dạng yên ngựa hoặc xung vuông trong nghịc lưu sóng vuông). Được sinh ra bởi tải phi tuyến xác lập, các tải trở kháng máy biến áp, động cơ, các phụ tải khi sử dụng có chu kỳ đóng cắt trong nhà máy, sóng hài bậc lẻ được chủ ý đáng kể vì tính thông dụng.

    - Sóng hài bậc chẵn có biên độ thường nhỏ hơn sóng hài bậc lẻ, và sẽ triệt tiêu trong chuỗi biến đổi Fourier, do đó trong nghiên cứu đánh giá tác động sóng hài, người ta thường để cập đến sóng hài bậc lẻ, đặc biệt là bậc riêng lẻ 3, 5, 7 gây ra tác động đáng kể nhất. Bộ lọc sóng hài chủ yếu sẽ lọc các thành phần hài bậc lẻ trong hệ thống.


Bảng - Phân tích thứ tự pha cho các bậc hài riêng lẻ:


 

Qua bảng phân tích thành phần sóng hài trên, trong hệ thống có sóng hài luôn sinh ra các thành phần công suất tích cực và thụ động,  tương ứng với các bậc hài riêng lẻ, bộ lọc sóng hài tích cực phải đảm bảo triệt tiêu các thành phần hài nhằm giảm các hiệu ứng:

    - Nhiễu trong thông tin liên lạc trong hệ thống viễn thông do sóng hài bậc cao gây bức xạ điện từ.

    - Sóng hài gây làm cho thiết bị đo hoạt động chính xác, gây đo đếm sai thiết bị đo đếm điện năng kWh.

    - Sóng hài chạy quẩn trong hệ thống gây ra tổn hao đồng và làm nóng các thiết bị như máy biến áp hoặc máy phát điện.

    - Sóng hài gây quá nhiệt, gây tiếng ồn, gây mất ổn định momen xoắn trên rotor do thành phần thứ tự nghịch dẫn tới sự cộng hưởng cơ khí và gây rung trong động cơ điện.

    - Máy phát điện còn có thêm các vấn đề từ sóng hài gây ra dạng sóng dòng thứ tự không lớn. Nó có thể ngăn cản hoặc làm cho việc vận hành thiếu ổn định.

    - Máy cắt, áp tô mát, khỡi động từ có thể tác động nhầm mà không rõ nguyên nhân.

    - Gây nổ cầu chì, tụ điện trên lưới do quá trình cộng hưởng mạch LC ở một số bậc hài làm quá dòng trên cầu chì gây chảy và quá áp trên tụ gây hỏng điện môi.

    - Gây quá dòng điện trên dây trung tính, tương ứng với sự tăng cao của dòng thứ tự không, phát nóng gây hỏng cách điện, dẫn đến cháy nổ.


 4. Tác hại của sóng hài với lưới điện truyền tải

Đối với hệ thống điện truyền tải, sóng hài gây ra tác động nhầm trip máy cắt đầu cực, gây mất ổn định cung cấp điện, do đó sự phát hiện bảo vệ lưới điện trước sóng hài là cần thiết, các role có thể tính toán và chỉnh định với cả hài bậc lẻ và chẵn (và cả thành phần dòng thứ tự 0) để bảo đảm không nhầm lẫn giữa trường hợp khởi động và sự cố.


Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của điện áp hay dòng điện tăng do sóng hài sẽ kéo theo một loạt những nguy hại xảy ra với toàn bộ hệ thống lưới điện như làm tăng phát nóng của dây dẫn điện, tăng tổn hao, giảm dung lượng truyền tải.


Làm cho tụ điện bị quá nhiệt và trong nhiều trường hợp có thể dẫn tới phá hủy chất điện môi. Các sóng điều hòa bậc cao còn có thể làm momen tác động của rơle biến dạng gây ra hiện tượng nhảy rơle dẫn đến thời điểm tác động của relay sai lệch, gây cảnh báo nhầm của các UPS đồng thời gây ra tổn thất đồng, tổn thất từ thông tản và tổn thất sắt làm tăng nhiệt độ MBA dẫn đến làm tăng tổn thất điện năng.


Ngoài ra, sóng hài còn làm tổn hao trên cuộn dây và lõi thép động cơ tăng, làm méo dạng momen, giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn; ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị đo, làm cho kết quả đo bị sai lệch. Nguy hại hơn, các sóng điều hòa bậc cao còn có thể sinh ra momen xoắn trục động cơ hoặc gây ra dao động cộng hưởng cơ khí làm hỏng các bộ phận cơ khí trong động cơ; làm các thiết bị sử dụng điện và đèn chiếu sáng bị chập chờn ảnh hưởng đến con người đồng thời gây bức xạ sóng điện từ lan truyền trong không gian làm ảnh hưởng đến thiết bị thu phát sóng, ô nhiễm điện từ trường.


Bộ lọc sóng hài tích cực là thiết bị đáp ứng nhanh để giải quyết được các vấn đề trên lưới, giảm độ méo dạng sóng hài về tiêu chuẩn, tăng hệ số công suất, ổ định điện áp làm việc, tăng độ cung cấp điện, giảm tổn thất lưới điện, cân bằng dòng làm việc, giảm nhấp nháy điện áp...



5. Tiêu chuẩn về sóng hài

Tiêu chuẩn Quốc tế về sóng hài: tiêu huẩn IEEE 519: THDi thấp hơn 5%, THDu thấp hơn 5%, giá trị TDDi phụ thuộc vào hệ số dòng sự cố và dòng tải mà có giá trị phù hợp nhưng luôn nhỏ hơn 20%.

Tiêu chuẩn Việt Nam THDi<12%, THDu< 5% theo thông tư 39/2015/TT-BCT và 30/2019/TT-BCT.


6. Phương pháp lọc sóng hài
 

Sơ đồ nguyên lý tải 3 pha – 4 dây


Biện pháp hạn chế sóng hài được thực hiện dựa trên 2 nguyên tắc:

    - Hạn chế sóng hài từ nguồn sinh ra nó, ví dụ tại máy biến áp, sử dụng cuộn dây thứ cấp nối tam giác, sử dụng cầu chỉnh lưu 12 xung để triệt tiêu.

    - Hạn chế sóng hài bằng cách sử dụng các thiết bị lọc sóng hài, gồm thiết bị lọc sóng hài thụ động (passive harmonic filter) và thiết bị lọc sóng hài chủ động (active harmonic filter).

Thay thế các thiết bị hư hỏng mà nguyên nhân gây ra bởi sóng hài là giải pháp tốn kém, làm tăng kinh phí đầu tư đến 15% và kinh phí vận hành đến 10%. Vì thế, cần lựa chọn những giải pháp ít tốn kém lại mang hiệu quả cao trong việc kiểm soát sóng hài. Một số giải pháp về thiết bị như sau:


   + Dùng cuộn kháng AC (line choke) hay cuộn kháng DC (DC choke) cho biến tần;

   + Sử dụng loại biến tần có sóng hài thấp (low harmonice drive).

   + Giải pháp chỉnh lưu 12 xung (pulse);

   + Bộ lọc sóng hài thụ động (passive harmonic filter);

   + Bộ lọc sóng hài tích cực (active harmonic filter);


Ưu và khuyết điểm:

    - Dùng cuộn kháng là giải pháp tốt nhất đối với các ứng dụng cần lọc cho nguồn lưới bị nhiễu nặng và yêu cầu giảm sóng hài không phải là ưu tiên hàng đầu.

    - Giải pháp nghịch lưu  6, 12, 24 xung cho hiệu suất cao nhất trong việc làm giảm sóng hài nhưng quy trình lại phức tạp nhất. Với nguồn hài 6-xung, bộ lọc tiêu biểu sẽ bao gồm cuộn kháng mắc nối tiếp với tụ đã được cân chỉnh tại tần số hài nhất định ( bậc 3.8th, 4.2nd , 4.7th, ...) mục đích làm tiêu tán năng lượng tại các tần số hài.

    - Bộ lọc sóng hài thụ động (Passive harmonic filter) bao gồm nhiều cuộn kháng và tụ điện được lắp đặt thành mạch cộng hưởng để loại bỏ tần số của bậc hài bằng cách làm lệch tần số cộng hưởng mạch LC. Hệ thống gồm nhiều bộ lọc thụ động có thể loại bỏ một vài bậc hài.  Yêu cầu hệ thống cung cấp một đường shunt trở kháng thấp gần đặc tuyến hài để có thể tiêu tán năng lượng dòng hài. Tần số cộng hưởng song song được dời tới dưới hài bậc 4.7th  hoặc tới điểm lệch cộng hưởng hài nào đó và ra xa khỏi tần số hài gây hại bậc 5. Với các sóng hài bậc cao nguy hại khác thì sử dụng nhiều bộ lọc nữa để lọc.

    - Giải pháp dùng bộ lọc tích cực (Active harmonic filter) được áp dụng cho các phụ tải phi tuyến có tính xác lập, với nhiệm vụ chính là lọc triệt để sóng hài, bù công suất, bù sóng hài điện áp và bù sóng hài dòng điện, giảm nhấp ngáy điện áp, tăng hệ số công suất PF.

    - Trong ứng dụng đòi hỏi cao về giảm sóng hài, sử dụng biến tần có sóng hài thấp là giải pháp tối ưu. Những biến tần ấy sử dụng công nghệ giảm sóng hài mà không cần dùng tới bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung với tổng độ méo dạng hài dòng điện (THDi) thấp hơn 5%.

 

 

 

    - Sau khi khảo sát đo đạc các thông số lưới điện như THDu, THDi, U, Imax, cos(phi), độ nhấp nháy điện áp, nguồn sinh ra sóng hài, chiều sóng hài sinh ra từ đâu vv.. việc lựa chọn giải pháp nào cho hệ thống điện tùy thuộc vào đặc điểm của tải và công suất nhu cầu của các thiết bị kết nối sau đó đơn vị tư vấn sẽ đưa ra giải pháp tối ưu.

    - Có thể thấy, sóng hài là thành phần không mong muốn làm quá tải đường dây và biến áp, làm tăng nhiệt độ hệ thống (hoặc thậm chí gây hỏa hoạn) và gây nhiễu lên lưới điện. Trong trường hợp chạy nhiều động cơ cùng lúc, không kiểm soát sóng hài có thể làm quá tải hệ thống điện, tăng công suất nhu cầu (power demand) và làm máy ngừng chạy (do nguồn bị quá tải), gây hư hao thiết bị hoặc làm ngưng cả hệ thống. Chính vì thế, bộ lọc sóng hài tích cực là giải pháp tối ưu giảm thiểu sóng hài là nhân tố quan trọng giúp duy trì tuổi thọ của các thiết bị vận hành.


   - Cũng giống như bất kỳ các vấn đề khác, càng có nhiều thông tin được thu thập thì càng có khả năng để có một hệ thống làm việc tốt và hiệu quả. Việc khảo sát để tính toán chính xác bộ lọc sóng hài cần phải được thực hiện trước khi đưa bất kỳ một hệ thống tụ bù vào lưới điện đã tồn tại nguồn phát sóng hài. Một quyết định không khảo sát sóng hài là lời mời cho các sự cố về cộng hưởng sóng hài. Các giải pháp tốn kém để trung hòa sóng hài sẽ phải được thực hiện với chi phí và nỗ lực vượt xa nếu như đã có kết quả khảo sát sóng hài từ ngay ban đầu.

   - Như chúng tôi đề cập ở phần trên, đối với một phụ tải khách hàng có chỉ số sóng hài vượt quá qui định, thì giải pháp về thiết bị chủ yếu sẽ sử dụng 2 hệ thống lọc sóng hài: (1) Bộ lọc sóng hài thụ động (Passive Harmonic Filter) và (2) Bộ lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter). Việc dùng phương pháp nào để lọc thì hoàn toàn phụ thuộc vào kết quả sau khi đo đạc chính xác tại nhà máy, sau đó chúng tôi tiến hành phân tích và đưa ra giải pháp hợp lý.
Trong hai hệ thống lọc sóng hài trên, thì hệ thống lọc tích cực vẫn ưu việt hơn vì đây là thành quả của một kỹ thuật điện tử hiện đại, và dĩ nhiên giá thành sẽ đắt hơn rất nhiều so với hệ thống lọc thụ động.


   - Phạm vi bài viết về Bộ lọc sóng hài thụ động (Passive Harmonic Filter) chúng tôi sẽ đề cập trong bài viết khác, trong phần tiếp theo, chúng ta tìm hiểu sâu về Bộ lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter).


7. Bộ lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter)
 



7.1 Nhiệm vụ bộ lọc sóng hài tích cực

a.  Bù công suất: Bộ lọc sóng hài tích cực thực hiện bù công suất phản kháng, đồng  thời  với chức năng lọc thì các cấu hình thiết kế, có thể chỉ giới hạn ở mức độ công suất  nhỏ. Do nhiều thiết bị bù  tuy có đáp ứng chậm hơn nhưng giá thành rẻ, ví dụ bù bằng SVC –đóng ngắt bằng thyristor.  


b. Bù sóng hài điện áp: Bộ lọc sóng hài tích cực được xem xét đến khi phụ tải nhạy cảm với sự xuất hiện sóng hài điện áp từ nguồn. Bù điện áp ít được chú ý nhiều trong hệ thống điện vì nguồn thường có trở kháng thấp và điện áp tiêu thụ tại điểm đấu dây chung thường  duy trì trong phạm vi giới hạn cơ bản đối với các sự cố tang hoặc giảm áp.  Bù điện áp thường đấu nối nối tiếp với hệ thống tải, tốc độ đáp ứng vài trăm μs.


c. Bù sóng hài dòng điện: Bộ lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter) bù các thành phần sóng hài dòng điện có ý nghĩa quan trọng đối các tải công suất nhỏ và vừa. Việc giảm thành phần sóng hài dòng điện trong lưới còn có tác dụng giảm độ méo dạng điện áp lưới tại điểm đấu dây chung.  Bù dòng điện thường được đấu nối song song với tải, tốc độ đáp ứng khoảng vài chục ms. Bù sóng hài dòng điện, bù công suất phản kháng, bù thành phần dòng điện không đối xứng, giảm nhấp nháy điện áp.



7.2 Cấu tạo bộ lọc sóng hài tích cực

Bộ lọc sóng hài tích cực được cấu thành từ 5 thành phần chính như sau:



 


    1. Cầu chì tốc độ cao: nhằm bảo vệ quá dòng trong hệ thống bộ lọc sóng hài tích cực với khả năng đáp ứng nhanh, kinh tế.


    2. Module tiêu tán dòng điện nhấp nhô: nhằm hấp thụ dòng điện nhấp nhô ở tần số cao, cung cấp công suất phản kháng bởi bộ mạch LC hợp khối, kết nối nối tiếp với đầu ra bộ AHF, thành phần chính bao gồm:

    - Bộ lọc cộng hưởng kết nối song song và nối tiếp.

    - Relay bảo vệ quá dòng

    - Mạch điều khiển bảo vệ các trường hợp bất thường như hỏng IGBT, hỏng cách điện…


    3. Module khởi động từ: để hạn chế biên độ của dòng khởi động (inrush current) của hệ thống tụ DC khi đang tích điện, ngăn chặn sự gia tăng do biến động của dòng khởi động khi hệ thống tụ DC đang nạp, khi điện áp trên tụ DC đạt đến định mức bộ lọc sóng hài tích tích sẽ chuyển sang chế độ vận hành bình thường, nhờ đó loại trừ được sự quá áp trên tụ. Thành phần chính bao gồm:

    - Điện trở hạn dòng

    - Các khởi động từ điều khiển.

Module này sẽ ngăn cản sự ảnh hưởng của dòng khởi động đi vào bộ IGBT và đi vào module tụ điện DC trong phạm vi cho phép. Sau khi bộ lọc sóng hài tích cực AHF bậc chế độ hoạt động, khởi động từ sẽ dóng để ngắn mạch bộ điện trở hạn dòng và kết nối với IBGT (Insulated Gate Bipolar Transistor) để bù công suất vào lưới điện.


    4. Module mạch LC sóng nhấp nhô tần số cao: Các cuộn cảm và tụ điện làm nhiệm vụ truyền tải công suất giữa bộ chuyển đổi điện IGBT và các hệ thống năng lượng, từ đó đưa công suất từ bộ lọc sóng hài tích cực vào hệ thống để bù công suất, giữ vững trị số công suất Power Factor (PF) hoặc nâng hệ số PF khi cần thiết. Các thành phần chính trong module này gồm:

    - Cuộn kháng đáp ứng tần số cao

    - Tụ điện đáp ứng tần số cao

    - Máy biến dòng điện

    - Máy biến dòng điện nhằm trả lại thành phần dòng bù song hài vào mạch điều khiển, nhằm cho phép bộ lọc sóng hài tích cực AHF bù với tốc độ cao và nhằm giới hạn dòng để tránh vượt quá ngưỡng chịu đựng của AHF.

    - Trong điều kiện vận hành bình thường, module này sẽ cung cấp một công suất phản kháng để bù lại sự suy giảm của hệ số PF. Công suất phản kháng này là cố định cài đặt trước, và thành phần bù lọc sóng hài sẽ là thông số thay đổi trên nền công suất phản kháng cố định.


    5. Module bộ cầu chỉnh lưu điện áp IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor): đây là thành phần cấu tạo chính của bộ lọc sóng hài tích cực AHF trong việc khử bỏ sóng hài sinh ra từ tải phi tuyến. Bộ biến đổi công suất IGBT sẽ tạo ra một dòng điện nghịch pha với dòng hài và trả lại lưới điện để cân bằng, điều này sẽ khử được sóng hài trong hệ thống, tạo ra một dạng sóng sine chuẩn trả lại hệ thống. Thành phần chính trong bộ biến đổi công suất IGBT:

    - Cầu chỉnh lưu transitor IGBT

    - Mạch điều khiển

    - Bộ làm mịn (điểm nhọn đầu).

Thành phần chính cấu tạo nên IGBT là các cầu chỉnh lưu điện áp công suất lớn, sử dụng công nghệ điều chế xung rộng Pulse With Modulator (PWD) điều khiển các IGBT để tạo ra dạng sóng dòng điện bù. Hệ thống làm mịn sóng sẽ được cấu trúc cùng IGBT nhằm bảo vệ IGBT các điểm nhọn đầu của sóng hài.


    6. Module tụ điện một chiều DC: tổ hợp này sẽ dự trữ năng lượng từ lưới điện để cấp cho IGBT trước khi IGBT thực hiện quá trình nghịch lưu tạo ra dòng nghịch pha trả lại lưới. Việc nạp và xả năng lượng của module này sẽ được điều khiển theo bằng điện của bộ IGBT.

 
Các module tụ một chiều DC được xác định cụ thể trong hệ đơn vị SI là điện dung (F) để đảm bảo dự trữ năng lượng cần thiết cho bộ lọc sóng hài tích cực hoạt động, có thể kết nối nhiều bộ tụ song song để đáp ứng yêu cầu.



7.3 Dữ liệu thu thập để thiết kế cho một dự án lọc sóng hài tích cực


Sau khi tiến hành đo đạc tại nhà máy bằng máy đo chuyên dụng, Công ty Tân Trung Nam sẽ tiến hành đánh giá thông số để đưa ra bộ lọc hợp lý và giá cả phù hợp với từng dự án.



8.4 Nguyên lý làm việc và kết quả thực hiện


Bộ lọc sóng hài tích cực là tổ hợp thiết bị điện, điện tử sử dụng mạch logic để hấp thụ hoặc phát dòng điện sóng hài. Bộ lọc sóng hài APF được lắp đặt song song với phụ tải, bộ điều khiển của AHF sẽ đo dòng sóng hài sinh ra bởi phụ tải sau đó điểu khiển tạo ra một dòng sóng hài có cùng độ lớn, cùng pha nhưng ngược chiều với dòng sóng hài phụ tải sinh ra. Khi đó tổng dòng điện sóng hài sẽ bằng không.



 

 

Tổng hợp từ các dự án đã thực hiện, bằng máy đo chuyên dụng, chúng tôi khảo sát tại tủ lộ tổng điện áp định mức 400V, tần số định mức: 50Hz  


 


Bảng 1. Kết quả đo sóng điện áp tại tủ lộ tổng 0.4kV
 

 

 


 II/ Phân tích


        a. Kết quả đo:


        Tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện     : 24.37%

        Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp         : 10.30%

        Dòng điện phụ tải cực đại                       : 1650A

        Hệ số công suất Cos φ                           : 0.9661

        Trong bảng sóng hài riêng lẻ, thành phần sóng hài trong nhà máy được phân bổ khá đồng đều từ bậc 9 đến bậc 27, các bậc sau giá trị tương đối thấp gần bằng 0, vì vậy cần thiết phải chọn bộ lọc có khả năng lọc được đến bậc 27.


        b. Tính toán thiết kế sơ bộ bộ lọc sóng hài tích cực


Tính toán công suất cho bộ lọc sóng hài:  

    +  I_AHF > I_Load x %THDi = 1650 x 24.37% = 402.105A.

    +  Mặt khác để hệ thống lọc AHF làm việc ổn định, thông thường ta chọn dòng định mức lớn hơn 25% dòng tính toán, hệ số này cũng đảm bảo khi thiết bị làm việc quá tải trong thời gian ngắn thì bộ lọc sóng hài tích cực vẫn đáp ứng được tốt, I_AHF = 402.1 x 1.25 = 502A, vậy chọn bộ AHF có dòng định mức 500A và điện áp định mức 400V.


      c. Vị trí lắp đặt
 

 

Có nhiều phương án lắp đặt như:


Lắp đặt tại đầu ra của phụ tải gây ra sóng hài:
     

     + Ưu điểm: Hiệu quả lọc tốt nhất. Thích hợp với nhà máy chỉ có ít phụ tải và công suất của phụ tải lớn.

   + Nhược điểm: Với nhà máy có nhiều phụ tải nhỏ thì tổng chi phi đầu tư sẽ rất lớn
   

Lắp đặt tại tủ điện đầu vào:

   + Ưu điểm: Giảm giá thành lắp đặt khi trong nhà máy có nhiều phụ tải, giảm triệt để sóng hài từ nhà máy đi vào lưới điện.

   + Nhược điểm: Thiết bị đấu nối giữa tủ lộ tổng và phụ tải vẫn bị ảnh hưởng của sóng hài. Do vậy phương án này chỉ áp dụng khi nhà máy có nhiều phụ tải nhỏ và tập trung, được cấp điện trực tiếp từ tủ tổng.

Căn cứ vào đặc điểm của nhà máy, phương án lắp đặt tại tủ tổng là tối ưu nhất.

Sau khi phân tích dữ liệu đo đạc, chọn bộ lọc sóng hài với các thông số kỹ thuật như sau:


 

 



Theo catalogue nhà sản xuất, chọn bộ lọc sóng hài tích cực là đảm bảo được các thông số thiết kế ban đầu.

Bước quan trọng tiếp theo là tiến hành đánh giá chất lượng làm việc của AHF, đối với dự án trên chúng tôi tiến hành đo đạc được thông số như sau:

 

III/  Đánh giá chất lượng sau khi lắp đặt bộ lọc sóng hài tích cực
 
    Sau khi lắp đặt bộ lọc sóng hài tích cực đã đáp ứng yêu cầu kỹ thuật về các tham số ngưỡng cho phép theo TCVN.

    Tủ vận hành đáp ứng tốt các tiêu chuẩn qui định, chuyển giao tiếp nhận vận hành cho nhà máy nhanh gọn.

8. Ứng dụng bộ lọc sóng hài tích cực trong dự án
8.1 Ứng dụng
 
Bộ lọc tích cực AHF được ứng dụng trong các ngành công nghiệp:

    - Nhà máy thép luyện thép, nhà máy cán thép.

    - Nhà máy sản xuất cement.

    - Nhà máy sản xuất oto.

    - Khách sạn, khu nghỉ mát Resort

    - Đường sắt chạy điện

    - Tuyến tàu điện Metro

    - Hệ thống cáp treo

    - Khu thương mại, building

    - Khu công nghệ cao sản xuất thiết bị điện tử

    - Nhà máy sản xuất giấy và bột giấy

    - Hệ thống làm lạnh Chiller

    - Xưởng in ấn

    - Nhà máy dệt may

    - Các phòng thí nghiệm điện, xưởng bảo

    - Và tất cả các nhà máy sản xuất công nghiệp loại khác...


8.2 Ưu điểm vượt trội bộ lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter)
 
    - Lọc đến bậc sóng hài 50 và giảm đến 97% sóng hài sinh ra.

    - Đáp ứng tức thời với sự thay đổi hệ thống.

    - Điện áp từ 380V đến 1140V.

    - Có khả năng dễ dàng mở rộng trong tương lai vì thiết kế theo dạng module (60A, 360A, 540A, 720A, 960A), tương đương với công suất lắp đặt máy biến áp của trạm khách hàng đến 6000kVA.

    - Giao diện đơn giản dễ sử dụng với màn hình cảm ứng.

    - Đặc tính của thiết bị lọc không ảnh hưởng bởi nguồn và không công hưởng với hệ thống nên hoạt động an toàn.

    - Thi công đấu nối với nguồn dễ dàng.

    - Xuất xứ CHLB Đức, chất lượng và giá thành hợp lý.

    - Phù hợp tiêu chuẩn G5/4 hoặc IEEE-519, TCVN.


9.  Địa chỉ liên hệ bộ lọc sóng hài tích cực


     Công ty Cổ phần Tư vấn và thiết bị điện Tân Trung Nam
     Số 2/19 Thăng Long – Phường 4 - Quận Tân Bình - TP.HCM
     Tel       : 028-62-92-43-16 ;  Fax: 028-62-92-43-38
     DĐ       :  0903111117
     Email   : nam@tantrungnam.vn
     Webmail: www.tantrungnam.vn



     VPĐD tại Đà Nẵng
     Số: 84 Bùi Lâm– Q. Sơn Trà  - Tp.Đà Nẵng
     Tel      : 0903111117
     Email  : nam@tantrungnam.vn
     Webmail: www.tantrungnam.vn