BỘ LỌC SÓNG HÀI TÍCH CỰC XUẤT XỨ: CHÂU ÂU 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. 1. Giới thiệu 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: u(t)= Uo + ∑_(n=1)^∞▒〖Unsin(nΩt+αn)〗 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. 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%. 3. 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 rơle 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. 4. Bộ lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter) Cấu tạo bộ lọc sóng hài tích cực Cầu chì tốc độ cao nhằm bảo vệ quá dòng trong hệ thống bộ lọc sóng hài tích cực. 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… 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. 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. 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. 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. 5. Ứng dụng bộ lọc sóng hài tích cực trong dự án 5.1 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 dưỡng + Và tất cả các nhà máy sản xuất công nghiệp loại khác 5.2 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 (50A, 100A, 150A, 200A, 500A, 1000A), tương đương với công suất lắp đặt máy biến áp của trạm khách hàng đến 3000kVA. + 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 Châu Âu, Ấn Độ, chất lượng và giá thành hợp lý. + Phù hợp tiêu chuẩn G5/4 hoặc IEEE-519, TCVN. 6. Địa chỉ liên hệ bộ lọc sóng hài tích cực Trụ sở chính tại Sài Gòn: 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 (Ngay vòng xoay Lăng Cha Cả) Tel : 08-62-92-43-16 ; Fax: 08-62-92-43-38 HP : 0903-11-11-17 (VũTrungNam) Email : [email protected] Webmail: www.electric.equipment VPĐD tại Đà Nẵng: Số: 84 Bùi Lâm-P. Nại Hiên Đông – Q. Sơn Trà - Tp.Đà Nẵng (Cách chân cầu Sông Hàn 1.5km về phía núi Sơn Trà) Tel : 0903-111-117 (VũTrungNam) Email : [email protected] Keywords: Bo loc song hai tich cuc
