NĂM PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT DÒNG HÀI VÀ GIẢM ĐỘ MÉO DẠNG SÓNG HÀI TRONG HỆ THỐNG
Kỹ thuật điều khiển sóng hài sử dụng các bộ lọc đơn nhằm tạo ra đường dẫn trở kháng thấp hay nói cách khác là cân bằng giữa phần dung kháng và cảm kháng giúp hạn chế dòng hài. Trong công nghiệp, không khó để tìm thấy các thành phần tải phi tuyến, các thành phần tạo ra sóng hài công suất cao có thể lên đến hàng MVA mà không có bộ lọc hài. Đây được xem là vấn đề khó kiểm soát đối với các đơn vị cung cấp điện vì các văn bản hiện hành thương mang tính chất tham khảo hơn là quy định chặt chẽ.
Các dòng hài chưa được lọc thông thường sẽ lan truyền tự do ngược dòng và xuôi dòng tờ các điểm PCC theo quy luật lan truyền tự nhiên. Chúng có thể xuất hiện tại các thiết bị lân cận hoặc thỉnh thoảng có thể đi đến máy biến áp của nhà máy.
Hình 1- Kiểm soát và giảm méo dạng hài trong hệ thống
Việc kiểm soát dòng hài tại nhà máy công nghiệp thường được thực hiện thông qua 06 hình thức sau
1. Cấu hình lại cấu trúc liên kết mạng
Biện pháp đầu tiên nghĩ tới để giảm ảnh hưởng của sóng hài khi không được lọc là cấu hình lại mạng lưới thiết bị. Ở đây, ta cần phải xác định được khu vực hoặc thiết bị trong hệ thống sinh ra hài dòng lớn trong hệ thống để điều chỉnh lại tần số của nó.
Thường đối với các hệ thống lắp đặt dân dụng, việc phân bổ lại tải bằng cách sử dụng cùng hệ thống dây hoặc thông qua mạch bổ sung được xem là giải pháp kinh tế giúp giảm thiểu đáng kể nhiễu loạn điện trong hệ thống.
Nếu bộ lọc sóng hài không phải là lựa chọn ưu tiên để xem xét, có thể trôn tải tuyến tính và tải phi tuyến trên một bộ nap (feeder) có thể giúp giảm thiểu biến dạng sóng hài sinh ra do tải phi tuyến vì tải tuyến tính hoạt động như bộ suy giảm tự nhiên các đỉnh cộng hưởng song song.
Tuy vậy cần chú ý rằng, giải pháp này không phù hợp khi tải tuyến tính được kết nối với các thiết bị điện tử nhạy cảm hoặc quy trình công nghiệp vì có thể gây ra gián đonạ nếu tổng méo dạng sóng hài THD tại một điểm nào đó của thành phần tăng lên.
2. Cải thiện nguồn cấp- thay máy biến áp công suất cao hơn
Việc tăng tỷ số giữa dòng ngắn mạch và dòng tải danh định làm cho điểm nút của nguồn cấp được cải thiện. Điều này xảy ra bất cứ khi nào công ty điện lực tăng kích thước và công suất máy biến áp của họ. Điều này cũng xảy ra khi khách hàng công nghiệp thêm một một số nguồn cấp để giúp nhà máy hoát động trong thời gian cao điểm sử dụng.
Nguồn xoay chiều AC công suất lớn làm tăng dòng ngắn mạch khả dụng, tỷ lệ giữa dòng ngắn mạch và dòng tải thường được dùng là thước đo độ mạnh của nguồn cấp. Các nút nguồn mạnh (công suất cao) có thể làm giảm các tác động của dòng khởi động máy biến áp lớn, cấp điện cho cáp và khởi động tải động cơ lớn.
Khi đó dòng ngắn mạch cao được liên kết với nguồn có trở kháng thấp liên quan kích thước, công suất máy biến áp. Có thể minh họa bằng cách tính toán sự thay đổi trở kháng khi một máy biến cũ có công suất MVA1 được thay thế bởi máy biến áp mới, công suất MVA2.
Điều này nghĩa là tỷ số trưởng kháng của máy biến áp mới so với máy biến áp cũ thay đổi theo tỷ lệ nghịch giữa công suất máy biến cũ trên máy biến áp mới.
Tại tần số sóng hài, trở kháng và dung kháng của hệ thống thay đổi theo hàm tần số: X_Lh = h*ω_L; X_Ch=1/(h*ω_C); Trong đó: h=2πfH
Nguồn công suất lớn sẽ chủ yếu ảnh hưởng đến thành phần cảm ứng của hệ thống. Dòng điện hài sinh ra sụt áp ảnh hưởng bởi điện cảm của hệ thống, bao gồm các thành phần trung chuyển (feeder) và trạm biến áp.
3. Loại bỏ sóng hài thông qua việc sử dụng bộ chuyển đổi đa xung (multipulse converter)
Bộ chuyển đổi 01 pha được sử dụng trong các ứng dụng tải nhỏ. Để tiết kiệm chi phi, ban đầu bộ chỉnh lưu nửa sóng có thể được sử dụng trong hệ tải nhỏ. Chỉnh lưu nửa sóng tạo thành phần DC bão hòa máy biến áp. Để hạn chế điều này, bộ chỉnh lưu toàn sóng được khuyến khích sử dụng.
Một bộ chuyển đổi nhiều pha cơ bản là đơn vị sáu xung (06-pulse unit). Về mặt lý thuyết, đơn vị 12 xung thể hiện trong hình 1 (1) sẽ loại bỏ các sóng hài bậc thấp hơn (bậc 5 và bậc 7), mà sẽ là các sóng hài bậc 11 và 13.
Hình 2 – Máy biến áp kết nối với bộ chuyển đổi 12 xung
Thông qua phép nhân pha bổ sung, có thể giảm các dòng sóng hài khác. Ví dụ, một khối 24 xung được xây dựng từ bốn cầu chỉnh lưu 06 xung, mỗi cầu có độ lệch pha 15oC so với các cầu chỉnh lưu khác. Điều này đạt được bằng cách sử dụng máy biến áp dịch pha với các cuộn dây bổ sung riêng biệt được kết nối theo hình Zig-zag hoặc theo hình đa giác (polygon) như minh họa.
Nếu một đơn vị 06 xung không còn hoạt động, một số hiệu quả giảm sóng hài vẫn còn được thiết lập với với hai trong số sáu đơn vị xung lệch pha với nha 15oC. Tuy nhiên, đơn vị thứ ba sẽ hiển thị tất cả các sóng hài điển hình của bộ chuyển đổi sáu xung trong hệ thống.
Hình 3- Máy biến áp kết nối đơn vị chuyển đổi 24 xung
Điều kiện để loại bỏ thành phần sóng hài trên bộ chỉnh lưu 06 xung bao gồm N phần bằng cách sử dugnj phương pháp phân pha như sau:
- Các máy biến áp đều cùng tỷ số biến và có cùng trở kháng rò như nhau (leakage impedance)
- Tải được chia thành các phần như nhau giữa các bộ chuyển đổi
- Góc lệch pha giống nhau ở các bộ chuyển đổi
- Độ lệch pha điện giữa các máy biến áp là 60/N
Đặc tính hài của sơ đồ giảm sóng hài thông qua công thức:
H= kq±1
Trong đó:
* h là bậc hài
* q =6*N
* N là số bộ chỉnh lưu 06 xung
* k là số nguyên chạy từ 1,2,3..
4. Bộ Reactor nối tiếp được sử dụng như phần tử là suy giảm sóng hài
Reactor nối tiếp được sử dụng trong công nghiệp trong thời gian dài như một cách để kiểm soát về mức dòng điện ngắn mạch, nhất là các nhà máy luyện gang, luyện thép và trong các trạm biến áp điện lực hoặc máy biến áp điện. Reactor nối tiếp cũng được sử dụng như bộ làm suy giảm hài trong các ứng dụng công nghiệp.
Thông thường, các cuộc kháng trở kháng 5% được lắp đặt ở phía nguồn của bộ chuyển đổi được thấy trong một số ứng dụng. Điều này giúp loại bỏ và giảm bớt các sự kiện điện áp thoáng qua (transitent) hoặc sự nhiễu loạn điện tạm thời tạo ra sự cố đường dây bên cạnh việc là giảm dòng điện hài.
Hình 4- Bộ chỉnh lưu 18 xung
5. Cân bằng pha
Một số công ty điện lực sử dụng hệ thống phân phối 03 pha 04 dây với máy biến áp được nối đất sơ cấp và máy biến áp một pha cấp điện cho phụ tải một pha như lắp đặt tại các khu dân cư, hệ thống chiếu sáng đường phố.. Dòng đinệ trong dây dẫn bap ha, tạo ra sự sụt giảm điện áp không giống nhau trong bap ha và làm phát sinh sự mất cân bằng điện áp pha-pha.
Sự mất cân bằng điện áp pha-pha hoặc pha-đất có thể gây hậu quả nghiệm trọng ở phía đầu cuối của bộ cấp điện phân phối, nơi điện áp có thể bị sụt giảm đáng kể trong điều kiện tải lớn, đặc biệt khi không có biện pháp bù điện áp thích hợp.
Một hệ thống cân bằng hoàn hảo rất khó đạt được do tải 01 pha thay đổi liên tục, tạo ra sự mất cân bằng liên tự của điện áp pha và cuối cùng gây ra sự sóng hài không đặc trưng trong hệ thống.
- Cân bằng pha tốt giúp hạn chế sự hiện diện sóng hài.
Ảnh hưởng của mất cân bằng pha
Khi điện áp pha không cân bằng cung cấp cho động cơ ba pha, làm phát sinh dòng điện thứ tự âm và sẽ lưu thông trong cuộn dây các động cơ, làm tăng tổn thất nhiệt. Tình trạng nghiêm trọng nhất xảy ra dưới tình trạng hở pha hoặc mất pha.
Tất cả các động cơ điện đều rất nhạy cảm với sự mất cân bằng điện áp pha và dễ sinh ra lỗi trong quá trình vận hành. Do vậy, đối với động cơ việc kiểm tra sự cân bằng pha được xem như là việc quan trọng nhất trước khi kiểm tra các lỗi khác liên quan.
Hình 5- Quan hệ khả năng sinh công và độ mất cân bằng điện áp tương ứng
Theo Lê Viết Quân – Chuyên Viên Kiểm Toán Năng Lượng BCT – Diễn Giả RCMI