Đề tài Mô phỏng bộ lọc tích cực

biến áp do nhiệt độ. c. Tổn thất do lõi thép: Tổn thất này không phụ thuộc vào tải mà chủ yếu phụ thuộc cấu tạo và vật liệu của máy biến áp. Theo tiêu chuẩn ANSI/IEEEC57.110-1998: Thì tổn thất PLL có thể coi như gồm hai thành phần:I2R và tổn thất do dòng Foucault PEC PLL=P + PEC Trong đó PEC_R là hệ số tổn thất do dòng Foucault trong điều kiện hoạt động định mức. Tổng dòng điện khi có cả sóng hài: Dòng điện tăng dẫn đến I2R tăng Bảng 1.7 Tra PEC-R(pu) của một số loại máy biến áp. Loại MVA Điện áp PEC-R% Khô 1 1,5 1,5 _ 5 kV 15 kV 3-8 12-20 9-15 Dầu 25 2,5-5 >5 480 V 480 V 480 V 1 1-5 9-15 1.5.2. Tụ điện Việc tăng điện áp gây nên hiện tượng quá ứng suất và giảm tuổi thọ của tụ. Quá nhiệt độ, điện áp và dòng điện đều làm hỏng lớp điện môi của tụ. Khi nhẹ tải hay khi cầu chì tác động ngắt tụ hỏng sẽ khiến bộ tụ khác có nguy cơ bị quá áp. Ngoài ra các thành phần sóng hài góp phần gây quá điện áp trên tụ. Điều này rất nguy hiểm đối với các thiết bị công nghiệp khi dùng các bộ chỉnh lưu công suất lớn nhưng lại không có bộ lọc. Theo tiêu chuẩn IEEE18 -1980 thì giới hạn về công suất phản kháng, về điện áp, dòng điện của tụ như sau: 110% điện áp hiệu dụng định mức. 120% điện áp đỉnh định mức. 180% dòng điện hiệu dụng định mức - 135% công suất phản kháng định mức. Tiêu chuẩn này rất quan trọng để có thể sử dụng quá định mức của tụ trong các điều kiện không bình thường, như trong điều kiện có sóng hài và trong thiết kế các bộ lọc điều hưởng đơn. 1.5.3. Các thiết bị chiếu sáng. Đèn huỳnh quang là một trong những nguồn phát sóng hài. Nhưng tác động đến độ chiếu sáng của đèn lại là thành phần sóng hài khác. Các điều hoà này có tần số không bằng số nguyên lần tần số cơ bản và có xu hướng tạo nên dao động điện áp dẫn đến sự nhấp nháy của ánh sáng. Các loại sóng hài này thường do các nhà máy thép, xi măng, hầm mỏ phát ra. Chú ý là đèn huỳnh quang nhạy cảm với sự dao động của điện áp hơn đèn sợi đốt. 1.5.4. Các cầu chì và thiết bị đóng ngắt. Một mức đáng kể sóng hài của dòng điện có thể dẫn đến các trạng thái vận hành không mong muốn của cầu chì và làm thay đổi đặc tính thời gian- dòng điện của cầu chì. Trong trường hợp các sự cố có biên độ thấp, các sóng hài có thể thấp hơn mức chảy tối thiểu nhiều lần. Cũng như hầu hết các thiết bị khác, các dòng điện điều hòa có thể làm gia tăng nhiệt và các tổn thất trong các thiết bị đóng ngắt. Ngoài ảnh hưởng của việc tăng nhiệt, các thành phần điều hòa trong sóng dòng có thể ảnh hưởng tới khả năng cắt dòng của thiết bị đóng ngắt. Vấn đề là các thành phần điều hòa có thể đưa đến việc biên độ di/dt cao tại các điểm không của dòng điện làm cho việc cắt khó khăn hơn. Các máy cắt không cắt được dòng điện do việc các cuộn cắt không có khả năng vận hành thích hợp trong điều kiện hiện diện các sóng hài khắc nghiệt. Khi có cuộn cắt hỗ trợ trong việc chuyển động của hồ quang đến điểm dốc xuống của nó, nơi mà việc cắt thực hiện, việc vận hành không hiệu quả làm kéo dài hồ quang và hậu quả cuối cùng là hỏng máy cắt. Các vấn đề tương tự có thể có trong các thiết bị đóng cắt dòng điện khác. Không có tiêu chuẩn xác định được công bố trong công nghiệp về mức của các dòng điện mà các thiết bị đóng cắt được yêu cầu để cắt. Tất cả các thí nghiệm về sự cắt được thực hiện tại tần số định mức của nguồn cung cấp. 1.5.5. Nhiễu điện thoại Thông thường các đường dây điện thoại được đặt dưới các đường dây điện trong mạng phân phối và điều này có thể dẫn đến hiện tượng nhiễu của đường dây điện thoại. Điều này được đặc trưng bởi hệ số TIF và IT theo tiêu chuẩn IEEE-519. Trong đó TIF được coi như hệ số để đo nhiễu đường dây điện thoại do sóng hài trong hệ thống điện tạo nên. Nó sử dụng một hệ số đặc biệt đó là để đặc trưng cho độ nhậy cảm của tai người đối với các âm thanh ở các tần số khác nhau. Trong đó Ih là sóng hài dòng điện. Và nếu IT lớn hơn 25000 thì có thể tạo ra các nhiễu điện thoại. Ta có bảng tra TIF tại một số tần số tại bảng 1.8. Bảng 1.8 Bảng tra TIF tại một số tần số. Tần số (Hz) TIF Tần số (Hz) TIF Tần số (Hz) TIF Tần số (Hz) TIF 60 0,5 1020 5100 1860 7820 3000 9670 180 30 1080 5400 1980 8330 3180 8740 300 225 1140 5630 2100 8830 3300 8090 360 400 1260 6050 2160 9080 3540 6730 420 650 1380 6370 2220 9330 3660 6130 540 1320 1440 6560 2340 9840 3900 4400 660 2260 1500 6680 2460 10,340 4020 3700 720 2760 1620 6970 2580 10,600 4260 2750 780 3360 1740 7320 2820 10,210 4380 2190 900 4350 1800 7570 2940 9820 5000 840 1000 5000 1.5.6. Các máy điện quay Tương tự như máy biến áp, các máy điện quay có sự tăng nhiệt độ do tổn thất sắt và tổn thất đồng tại các tần số điều hoà. Các thành phần điều hoà cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất máy, mômen tạo nên sự rung lắc, và tiếng ồn. Theo tiêu chuẩn của IEEE 519-1992 đối với động cơ giới hạn 5% THD và 3 % cho từng loại sóng hài. Hiện tượng quá nhiệt sẽ bắt đầu khi sự sai lệch điện áp từ 8 đến 10% hoặc cao hơn. Sự sai lệch này phải có biện pháp khắc phục mới kéo dài được tuổi thọ của động cơ. Các động cơ mắc song song với trở kháng của hệ thống thì phải lưu ý đến các thành phần sóng hài cũng như hiện tượng dịch chuyển điểm cộng hưởng song song do giảm cảm kháng của mạng. Điều này gây bất lợi cho hệ thống hay không còn phụ thuộc vào điểm cộng hưởng trước khi đóng điện cho động cơ. Các động cơ này có khả năng làm giảm bớt sự tác động của các thành phần sóng hài và điều này phụ thuộc vào tỉ số X/R của roto. Nếu hệ thống có nhiều động cơ loại nhỏ có tỉ số X/R nhỏ thì có thể giúp giảm hiện tượng cộng hưởng sóng hài. 1.5.7. Các thiết bị đo Đo lường và trang bị các dụng cụ đo bị ảnh hưởng bởi các phần tử điều hòa, đặc biệt nếu các điều kiện cộng hưởng tồn tại dẫn đến các điện áp điều hòa cao trong bộ. Các thiết bị có đĩa cảm ứng như các điện kế và các rơle quá dòng thông thường chỉ làm việc với dòng cơ bản, nhưng pha không cân bằng gây nên sự méo của các điều hòa tạo lên sự sai số cho các thiết bị này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cả sai số dương điều có thể xảy ra với sự hiện diện của sự méo điều hòa tùy theo loại của đồng hồ được xem xét các sóng hài. Nói chung độ làm méo phải lớn (>20%) thì các sai số đáng kể mới được phát hiện. 1.5.8 Các role bảo vệ Các sóng hài hệ thống ảnh hưởng đến các role bằng nhiều cách làm cho role có thể tác động sai. Các role làm việc phụ thuộc vào đỉnh của điện áp và dòng điện, hay các điểm không của điện áp trong vận hành. Do vậy chúng bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự méo của các điều hòa. Sự hiện diện quá mức của dòng điện điều hòa bậc ba có thể làm cho các role bảo vệ chạm đất tác động sai. Các role được chế tạo có khuynh hướng vận hành ở các giá trị chậm hơn hoặc các giá trị tác động cao hơn. Các role tĩnh tần số thấp nhạy cảm đối với những thay đổi lớn của các đặc tính vận hành. Tùy theo nhà sản xuất, các role quá dòng và qua điện áp được bố trí nhiều loại khác nhau về đặc tính vận hành. Tùy theo hàm lượng sóng hài, các momem quay của các role có thể bị đảo ngược. Số lần vận hành có thể thay đổi lớn như là một hàm số của tần số. Các sóng hài có thể làm suy yếu sự vận hành tốc độ cao của các role so lệch. Nói chung các mức điều hòa làm cho các role vận hành sai lớn hơn các mức được xem xét để hạn chế cho các thiết bị khác. Các mức điều hòa khoảng 10 đến 40% thông thường được yêu cầu đối với việc vận hành role, trừ các tình huống không bình thường. 1.5.9. Thiết bị điện tử công suất Thiết bị điện tử trong nhiều trường hợp ngoài là nguồn đáng kể của các dòng điều hoà thì nó cũng rất dễ bị vận hành sai do sự làm méo các sóng hài. Thiết bị này thường phụ thuộc vào sự xác định chính xác điện áp qua điểm không hay điểm mà tại đó một điện áp dây trở nên lớn hơn điện áp dây khác. Cả hai điểm này là điểm tới hạn của nhiều loại điều khiển mạch điện tử và vận hành sai. Chương II giải pháp hạn chế sóng hài đi sâu tìm hiểu bộ lọc tích cực song song 2.1. Giảm lượng sóng hài do tải phát ra Rất khó có thể loại bỏ các tải phát ra sóng hài mà thay vào đó ta có thể sử dụng chúng như sau: máy biến áp quá kích từ có thể đặt lại chế độ hoạt động bình thường bằng cách hạ điện áp đặt vào đến điện áp định mức, các thiết bị hồ quang và hầu hết các bộ nghịch lưu nên được thiết lập hoạt động theo như đặc tính thiết kế của chúng. 2.1.1. Cách ly phụ tải Cách ly phụ tải hoặc nhóm phụ tải gây sóng hài bằng cách nhóm các phụ tải phi tuyến với nhau như hình 2.1 Source AC Sensitive Line impedances Non-linear Load 2 Non-linear Load 1 No Yes Hình 2.1 Cách ly phụ tải gây ô nhiễm sóng hài 2.1.2. Dùng biến áp riêng Dùng biến áp riêng cho phụ tải có đặc tính phi tuyến và phụ tải có đặc tính tuyến tính. Linear Load 2 Non-linear Load 1 MV network Hình 2.2 Dùng biến áp riêng Dùng các máy biến áp có đấu dây đặc biệt Dùng các máy biến áp có đấu dây đặc biệt đấu Y/D, đấu Zig- zag... Hình 2.3 Dùng cách đấu dây đặc biệt 2.2. Thực hiện lắp các bộ lọc sóng hài Các bộ lọc thụ động song song tạo ra hiện tượng ngắn mạch đối với các dòng sóng hài. Đây là một phương pháp phổ biến vì tính kinh tế cũng nhu khả năng nâng cao hệ số công suất cho mạng. Các bộ lọc mắc nối tiếp với hệ thống có trở kháng rất lớn với các thành phần sóng hài nên chúng bị giữ lại. Tuy nhiên bộ này ít được sử dụng vì điện áp trên tải bị sai lệch nhiều. 2.2.1. Bộ lọc thụ động 2.2.1.1 Bộ lọc sóng hài điều hưởng đơn Hình 2.4 Bộ lọc sóng hài điều hưởng đơn Bộ lọc sóng hài điều hưởng đơn để lọc những tần số đặc biệt. Mạch cộng hưởng nối tiếp tạo ra trở kháng thấp cho các sóng hài dòng điện và giữ lại bất kì sóng hài dòng điện nào tại tần số điều khiển đó. Đây là một bộ lọc sóng hài đơn giản nhất. Khi xảy ra sự tác động giữa bộ lọc và trở kháng của nguồn nguồn (LS) thì sẽ xảy ra sự cộng hưởng song song tại giá trị trở kháng đỉnh. Cộng hưởng song song xảy ra tại tần số sau: (2.1) Chú ý rằng tần số này có thể thay đổi khi bất kì thành phần nào của bộ lọc L hoặc C hay của nguồn LS thay đổi. Chẳng hạn việc ngắt hay đóng máy biến áp ở trạm làm thay đổi trạng thái của nguồn. Việc thêm vào tụ bù trên đường dây tại nơi lắp đặt bộ lọc cũng gây nên tác động này. Một vấn đề có thể phát sinh nữa là: Nếu bộ lọc được điều chỉnh tại một tần số nào đó nhưng sau đó điểm cộng hưởng nối tiếp lại dịch chuyển đến điểm có tần số lớn. Chẳng hạn do sự già hoá của tụ mà điện dung của tụ bị giảm thì điểm cộng hưởng song song sẽ thẳng hàng với tần số sóng hài của tải làm sự khuyếch đại điện áp trở nên rất xấu vì nó tạo sự ứng suất trên cáp hoặc trên các cuộn dây của động cơ. Nếu coi trở kháng của nguồn là cố định thì dễ dàng điều chỉnh tần số bộ lọc thấp hơn giá trị tần số mong muốn một chút khoảng từ 3 đến 5%. Điều này sẽ giúp bộ lọc vẫn tạo ra trở kháng thấp nếu tần số điều hưởng dịch chuyển lên giá trị cao hơn một chút. Ngoài ra ta có thể sử dụng mạch phát hiện không cân bằng để bảo vệ bộ tụ cũng như đảm bảo bộ lọc hoạt động đúng yêu cầu. 2.2.1.2. Bộ lọc cao tần Bộ lọc này giảm trở kháng của hệ thống tại các sóng hài bậc cao. Nó có hiệu quả hơn khi dùng nó để giảm các loại sóng hài trên toàn bộ phổ tần số. Tuy bộ lọc này không lọc được tần số điều hưởng nhưng nó có thể điều chỉnh được tần số sóng hài trên một khoảng rộng. Như chúng ta quan sát thì bộ lọc này làm giảm trở kháng ở những sóng hài bậc cao. ở tần số cơ bản điện trở tiêu hao một lượng năng lượng đáng kể. Hình 2.5 Sơ đồ bộ lọc cao tần 2.2.1.3. Bộ lọc phối hợp Đôi khi trong hệ thống cũng có một vài tần số sóng hài nổi bật. Nếu để điều chỉnh các tần số như bậc 5, bậc 7 thì sẽ sử dụng bộ lọc điều hưởng tần số đơn. Nhưng với những tần số sóng hài bậc 11 và cao hơn nữa thì chúng ta sẽ sử dụng bộ lọc cao tần. Hình 2.6 sau là một ví dụ về việc phối hợp các bộ lọc. Trong đó, L1 và C1 để kiểm soát sóng hài ở một tần số đặc biệt nào đó. Còn L2 và C2 có tác dụng với sóng hài ở tần số khác. L3, R và C3 tạo thành một bộ lọc cao tần để lọc sóng hài trên một dải tần số. Hình 2.6 Sơ đồ bộ lọc phối hợp Sau đây là hình ảnh về đặc tính tần số-điện áp của một hệ thống điện khi có tụ bù nhưng không lắp bộ lọc và khi có cả tụ bù lẫn bộ lọc Hình 2.7 Khi chưa có bộ lọc Hình 2.8 Khi có bộ lọc tách đông Trong đó: - Đường thẳng là đặc tính của hệ thống khi không có tụ bù. - Đường cong là đặc tính của hệ thống khi có tụ bù nhưng không lắp bộ lọc xảy ra hiện tượng khuyếch đại điện áp tại tần số 13f. 2.2.2. Bộ lọc tích cực Có nhiều phương pháp khử và hạn chế các sóng hài như dùng bộ lọc thụ động ( Pasive filter ), sử dụng máy biến thế đấu Y/r,Nhưng phương pháp sử dụng bộ lọc tích cực là phương pháp hiện đại và đang được áp dụng nhiều nhất trong lĩnh vực khử sóng hài. Nguyên lí hoạt động của các bộ lọc tích cực là khả năng chủ động phát ra các thành phần bù cùng độ lớn nhưng nguợc pha với sóng hài. 2.2.2.1. Phân loại theo bộ biến đổi công suất Căn cứ vào cấu hình của bộ biến đổi công suất được sử dụng trong bộ lọc, ta có 2 loại bộ lọc tích cực : VSI - bộ biến đổi nguồn áp và CSI- bộ biến đổi nguồn dòng điện. a. Cấu trúc bộ lọc tích cực VSI Hình 2.10 Cấu hình VSI Đặc điển của cấu trúc của cấu hình VSI là có thể mở rộng ra cấu trúc đa bậc b. Cấu trúc bộ lọc tích cực CSI Hình 2.11 Cấu hình CSI Đặc điển của cấu trúc của cấu hình VSI là tổn hao do đóng cắt linh kiện cao, không thể mở rộng ra cấu trúc đa bậc. 2.2.2.2. Phân loại theo sơ đồ Phân loại theo sơ đồ ta có bộ lọc tích cực nối tiếp và bộ lọc tích cực song song. a. Bộ lọc tích cực nối tiếp Điện áp Vf được bơm nối tiếp vào mạng và nó bù sự sai lệch điện áp do tải phi tuyến. Đặc tính của bộ bù nối tiếp bị tác động của trở kháng hệ thống và tải. Điều này giống với bộ lọc thụ động, tuy nhiên bộ lọc tích cực nối tiếp có đặc tính bù tốt hơn chống lại sự biến đổi của trở kháng và tần số của sóng hài dòng điện. Tuy nhiên giá thành ban đầu của nó khá cao. Bộ lọc tích cực nối tiếp được thể hiện như hình 2.12 Nguồn AC Tải phi tuyến Bộ lọc tích cực nối tiếp Hình 2.12 Bộ lọc tích cực nối tiếp b. bộ lọc tích cực song song Bộ lọc này bù các sóng hài dòng điện bằng cách bơm vào mạch dòng điện bù bằng nhau nhưng ngược dấu. Trong trường hợp này bộ lọc hoạt động như một nguồn dòng. Kết quả là dòng cấp bởi nguồn là hình sin. Nếu dòng sóng hài cao hơn giá trị định mức của bộ lọc thì bộ lọc sẽ tự động giới hạn điện áp ở đầu ra của nó đến giá trị định mức lớn nhất, bộ lọc sẽ không bị quá tải và sẽ tiếp tục bù đến giá trị dòng lớn nhất có thể. Hơn nữa nó có thể làm việc lâu dài trong điều kiện này mà không bị hư hỏng. Nguồn AC Tải phi tuyến Bộ lọc tích cực song song Hình 2.13 Bộ lọc tích cực song song 2.2.2.3 Bộ lọc kết hợp Là bộ lọc kết hợp giữa bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động, bộ lọc tích cực song song kết hợp với bộ lọc tích cực nối tiếp vvsau đây là một số sơ đồ về bộ lọc kết hợp:Bộ lọc tích cực song song kết hợp với bộ lọc thụ động để tăng khả năng lọc những thành phần hài. Hình 2.14 Bộ lọc tích cực song song kết hợp với bộ lọc thụ động Bộ lọc tích cực song song và bộ lọc tích cực nối tiếp được kết hợp để hạn chế sóng hài. Hình 2.15 Kết hợp giữ bộ lọc tích cực song song và bộ lọc tích cực nối tiếp Ngoài ra các bộ lọc thụ động kết hợp với nhau để lọc bỏ những thành phần hài đặc biệt và lọc theo dải tần. 2.3. Nghiên cưu bộ lọc tích cực song song 2.3.1 Nhiêm vụ bộ lọc tích cực [2] a. Bù công suất : Việc thực hiện bù công suất 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 bằng SVC - đóng ngắt bằng thyritor. b. Bù sóng hài điện áp : Bù điện áp không được chú ý nhiều trong hệ thống điện vì nguồn thường có trở kháng thấp và điện áp tiêu thụ tại điển đầu dây chung thường duy trì trong phạm vi giới hạn cơ bản đối với các sự cố trôi hoặc giảm áp. Vấn đề bù điện áp chỉ được xem xét đến khi tải nhạy cảm với sự xuất hiện sóng hài điện áp trong lưới nguồn như các thiết bị bảo vệ hệ thống điện, Superconducting magnetic energy storge. c. Bù sóng hài dòng điện : 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 điển đấu dây chung 2.3.2 Phạm vi công suất của bộ lọc tích cực a. Các ứng dụng phạm vi công suất thấp : Các ứng dụng có công suất nhỏ hơn 100kVA, chủ yếu phục vụ các khu dân cư, các tòa nhà kinh doanh, bệnh viện, các hệ truyền động công suất nhỏ và vừa. Tính chất của các hệ thống tải này đòi hỏi hệ thống bộ lọc tích cực tương đối phức tạp có đáp ứng động học cao, thời gian đáp ứng nhanh hơn nhiều bộ lọc tích cực ở dãy công suất cao hơn thay đổi trong khoảng chục us đến vài ms. b. Các phạm vi ứng dụng công suất vừa : Phạm vi công suất hoạt động của các thiết bị này nằm trong khoảng từ 100kVA đến 10MVA. Ví dụ các mạng cung cấp điện trung và cao áp và các hệ thồng truyền động điện công suất lớn mắc vào nguồn áp lớn. Mục đích chính của các bộ lọc tích cực là khử bỏ hoặc hạn chế các sóng hài dòng điện. Tốc độ đáp ứng bù lọc trong hệ thống ở khoảng hàng chục ms. c. Các phạm vi ứng dụng công suất rất lớn Dãy công suất rất lớn thường gặp trong hệ thống truyền tải hoặc truyền động động cơ DC công suất rất lớn hoặc hệ thống truyền tải điện DC. Bộ bù lọc tích cực cho phạm vi công suất rất lớn là rất tốn kém vì đòi hỏi đến việc sử dụng các linh kiện công suất có khả năng đòng ngắt dòng điện với công suất rất lớn. Điều thuận lợi là đối với dãy công suất lớn hơn 10MVA, lượng sóng hài bậc cao xuất hiện nhỏ nên các yêu cầu đối với nó không còn nghiêm ngặt như dãy công suất nhỏ. Thời gian đáp ứng đòi hỏi trong các trường hợp trên ở mức hàng chục giây, đủ để các hệ thống điều khiển relay lựa chọn và tác động một cách phu hợp. 2.3.3 .Nguyên lý họat động lọc tích cực song song Hình 2.17 Nguyên lý làm việc của bộ lọc Chức năng của nghịch lưu làm nhiệm vụ của bộ lọc tích cực là tạo ra ở phía xoay chiều của nghịch lưu một thành phần dòng điện để bù sóng hài của dòng điện tải itải của tải phi tuyến. Để thực hiện điều này thì thành phần hài itải,h của dòng itải được tách ra bởi một bộ tách sóng thích hợp và khi sử dụng itải,h thì dạng chuẩn i*h cho thành phần bù của dòng xoay chiều i là: (2.2) Để tạo được dòng này thì nghịch lưu phải tạo ra một thành phần điện áp cho bởi phương trình: (2.3) Điện áp U*ih là dạng chuẩn cho thành phần bù của điện áp phía xoay chiều của chỉnh lưu. Để xác định các sóng hài dòng điện người ta chuyển các đại lượng điên áp , dòng điện ba pha sang hệ tọa độ a-b. Điện áp các pha a , pha b, pha c khi chuyển sang toa độ đứng a-b như sau: (2.4) Dòng điện tải ở các pha chuyển sang tạo độ a-b như sau : (2.5) Khi đó công suất tải được tính toán như sau: (2.6) Mặt khác ta lại có: (2.7) Trong đó : - ,là thành phần công suất DC của tải. - ,là công suất xoay chiều của tải. Công suất pL, qL này được cung cấp bởi mạch lọc tích cực - APF như sau: (2.8) Dòng điện yêu cầu của mạch lọc được tính toán: ( 2.9 ) Chuyển sang tọa độ thực ta được các thành phần của dòng điện yêu cầu như sau: (2.10) 2.3.4. Phương pháp đo dòng sóng hài Đo dòng điện tải iAF = iLh : đây là phương pháp thích hợp cho bộ lọc tích cực song song khi nó được mắc gần tải phi tuyến. Đo dòng điện hài tại nguồn cung cấp iAF= KS.iSh: đây phương pháp cơ bản nhất để phát hiện sóng hài cho bộ lọc tích cực nối tiếp. Phương pháp đo điện áp tại điểm nắp bộ lọc tích cực nó được sử dụng cho bộ lọc tích cực song song khi bộ lọc kết hợp với bộ xử lý chất lượng điện năng iAF = Kv.vh 2.3.5. Mô hình toán học bộ lọc Từ phân tích ở phần 2.3.3 và 2.3.4 ta xây dung mô hình toán bộ lọc như sau: Hình 2.18 Mô hình toán của bộ lọc tích cực song song Điện áp ba va, vb, vc và dòng tải ba pha iLa, iLb, iLc được chuyển đổi qua hệ tọa độ ab được đưa tới khâu tính toán công suất pq. Hai thành phần công suất này qua mạch lọc tần số cao HPF để phân tích thành những thành phần xoay chiều là và . Thành phần xoay chiều này được đưa tới khâu tính toán dòng điện yêu cầu của mạch lọc ,. Sau đó thành phần dòng điện yêu cầu của mạch lọc này được chuyển về hệ tọa độ thực tạo thành các giá trị ia*, ib*, ic* . Các tín hiệu dòng điện yêu cầu so sanh với tín hiệu hồi tiêp của mạch lọc từ đó tạo ra đóng ngắt các xung cho bộ điều khiển. 2.3.6. Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu nguồn áp Điều khiển bộ lọc tích cực song song thực chất là cầu nghịch lưu có khả năng phát ra bất kì dạng sóng điện áp theo phương pháp điều chế độ rộng xung hoặc điều chế vector không gian ( spase vector modulation). Cầu này sử dụng nguồn một chiều để phát ra tín hiệu xoay chiều theo một tần số điều khiển cho trước. Điện áp một chiều được phóng ra từ tụ một chiều, vì vậy không cần nguồn phát bên ngoài. Tất nhiên mức điện áp một chiều này phải lớn hơn điện áp đỉnh của mạng điện thì mới có thể bơm được dòng vào mạng điện. 2.3.6.1. Phương pháp điều chế độ rộng xung [1] Luật điều khiển PWM được sử dụng nhiều nhất là luật so sánh hai điện áp: + Điện áp chuẩn tần số là fr thể hiện điện áp mong muốn. + Điện áp mang, ký hiệu là up có dạng tam giác đối xứng, tần số là fp (fp>fr) Khi xếp chồng ur lên up, chúng cắt nhau tại các hoành độ và . Các giao điểm của chúng quyết định giá trị chung bình của điện áp ra. (2.11) Mặt khác ta có: , Do đó ta có: . ur up E a1 a2 0’ q q Ur0 Hình 2.19 Nguyên lý điều khiển theo phương pháp PWM Hình 2.20 Giản đồ điều khiển theo phương pháp PWM 2.3.6.2. Phương pháp điều chế vector không gian [5] Nghịch lưu băm xung nguồn áp là dạng thiết bị điện tử công suất rất quan trọng, được sử dụng để điều khiển các máy điện xoay chiều ba pha, các bộ lọc tích cực và điều khiển các thiết bị công suất trên hệ thống truyền tải điện. nghịch lưu có nhiệm vụ tạo ra một hệ thống xoay chiều ba pha có biên độ, tần số và góc pha theo như ý muốn. nghịch lưu nguồn áp bao giờ cũng được nuôi bởi một nguồn điện áp một chiều UMC như hình 2.21 Hình 2.21 Sơ đồ mạch nghịch lưu nguồn áp Mỗi pha của tải có thể nhận một trong hai trạng thái: 1 (nối với cực “+” của UMC) hoặc 0 (nối với cực âm “-” của UMC). Do có 3 pha (3 cặp van bán dẫn) nên sẽ tồn tại 23 = 8 khả năng nối các pha của tải với UMC như trong bảng 2.1. Bảng 2.1 Số thứ tự Cuộn dây pha 0 1 2 3 4 5 6 7 Pha A 0 1 1 0 0 0 1 1 Pha B 0 0 1 1 1 0 0 1 Oha c 0 0 0 0 1 1 1 1 Ta thử xét kỹ một trong tám khả năng đó, ví dụ khả năng thứ 4 của bảng 2.1 với sơ đồ nối trong hình 2.22. Ta dễ dàng tính được điện áp rơi trên từng phụ tải pha A, B hoặc C. Trên hình 2.22a là sơ đồ hình học của ba cuộn dây pha trên mặt phẳng, ta thấy rằng tổ hợp thứ 4 đó tương đương với trường hợp ta áp đặt lên ba pha tải vector điện áp us với modul 2UMC/3 như trong hình 2.22b. Để tìm điện áp thực sự rơi trên từng pha, ta chỉ việc tìm hình chiếu của của vector us lên trục của cuộn dây. Hình 2.22 Sơ đồ 3 cuộn dây ứng với khả năng thứ 4 của bảng 2.1 (a) và vector không gian ứng với khả năng thứ 4 (b) + - UMC Ua Ub Uc a) Cuộn dây pha b Cuộn dây pha a Cuộn dây pha c us Từ hình 2.22 ta có: ua=-UMC ; ub=uc=UMC. Mô đun của vector |us| =UMC Tương tự như đối với khả năng thứ 4, ta dễ dàng xây dựng được vector điện áp tương ứng cho tất cả các trường hợp còn lại (hình 2.23). Các vector chuẩn đó được đánh số u0, u1, ..., u7 như số thứ tự của bảng. ở đây cần lưu ý đến hai trường hợp đặc biệt: u0 cả ba cuộn dây pha nối với cực “-” của nguồn một chiều u7 cả ba cuộn dây pha nối với cực “+” của nguồn một chiều. Q1 Q2 Q3 Q4 S1 S2 S3 S4 S5 S6 u1 u2 u3 u4 u5 u6 u7 u0 a Tải pha a Tải pha b Tải pha c Hình 2.23 Tám vector chuẩn do 3 cặp van bán dẫn của biến tần tạo nên. Hai vector này có modul bằng không và giữ một ý nghĩa rất quan trọng sau này. Hình 2.23 cho thấy rõ ràng vị trí của từng vector chuẩn trong hệ tọa độ ab. Ngoài quy ước thông thường về các góc phần tư Q1... Q4 (Q: quadrant) phân chia bởi hai trục của hệ tọa độ, các vector chuẩn chia toàn bộ không gian thành các góc phần sáu S1... S6 (S: sector). Chỉ bằng tám vector chuẩn của hình 2.23, ta phải tạo nên điện áp 3 pha với biên độ, góc pha bất kỳ mà khâu thực hiện truyền động điện sau này yêu cầu. Vector điện áp us quay với tốc độ w xác định bằng tần số nào đó. Để thực hiện điều chế vector điện áp chúng ta xét như sau: Giải sử ta phải thực hiện vector us bất kỳ như trong hình 2.24. Vector đó có thể nằm ở góc phần sáu bất kỳ nào đó, ví dụ us nằm ở S1. Ta có thể tách vector us thành hai vector con up, ut tựa theo hướng của hai vector chuẩn u1, u2. Chỉ số p chỉ vector bên phải, còn t-vector bên trái. u1 u2 up ut a b us Hình 2.24 Thực hiện vector us bằng 2 vector điện áp up và ut Ta đã biết rằng điện áp sẽ phải được tính đổi thành thời gian đóng ngắt van trong phạm vi một chu kỳ cắt xung nào đó. Giả thiết, toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có ích, được phép dùng để thực hiện vector, mà modul tối đa của chúng cũng không thể vượt qua UMC. Do vậy ta có công thức sau: | us max |=|u1|....=....| u6 | = UMC (2.12) Nếu thời gian tối đa (v