Kỹ thuật điện, Tin tức

Sóng hài trong hệ thống điện: Tác hại và giải pháp-Phần 2

Posted on by Admin
15
Apr

Sóng hài trong Hệ thống thống điện được tạo ra như thế nào? Tác hại do sóng hài gây ra cho các thiết bị điện, các dây chuyền sản xuất mức độ như thế nào? Giải pháp nào làm giảm thiểu thiệt hại do sóng hài gây ra?

Tác giả: ThS. BÙI VĂN TRÌNH
Trưởng nhóm chuyên gia
về chất lượng nguồn điện

I.GIẢI PHÁP NÀO KHẮC PHỤC SÓNG HÀI? 

Giảm thiểu thiệt hại của sóng hài có thể thực hiện theo hai phương án: thay đổi thông số thiết bị để giảm tác hại của sóng hài hoặc kiểm soát, triệt tiêu sóng hài trong hệ thống.

Giải pháp lọc sóng hài

Thay đổi thông số thiết bị để giảm tác hại của sóng hài

Ý tưởng đầu tiên cho giải pháp này là điều chỉnh lại toàn bộ hệ thống để làm giảm sự nhạy cảm của thiết bị đối với sóng hài. Phương pháp này thường chỉ yêu cầu thay đổi thông số kỹ thuật của thiết bị (chẳng hạn như thay đổi công suất máy biến áp hay kích thước dây dẫn), và không cần thiết phải bổ sung bất kỳ thiết bị phụ trợ nào như bộ lọc. Do đó, nhà máy sẽ tiết kiệm chi phí, nhưng sóng hài vẫn còn tồn tại trong hệ thống.

Một trong những giải pháp thực tế là tăng kích thước dây dẫn để hạn chế ảnh hưởng của sóng hài triplen (triplen harmonic). Loại sóng hài này có bậc là tích của một số lẻ với 3 (ví dụ bậc 3, 9, 15, …). Dòng điện hài triplen cộng dồn vào dây trung tính của hệ thống 3 pha 4 dây. Kết quả là dòng điện trong dây trung tính có độ lớn cao hơn đến 1.73 lần so với dòng điện cơ bản. Hậu quả không chỉ gây hư hỏng thiết bị mà còn tăng nguy cơ mất an toàn điện. Giải pháp thông thường để hạn chế ảnh hưởng của sóng hài triplen là tăng kích thước của dây trung tính lên gấp đôi so với dây pha.

Tụ điện làm tăng ảnh hưởng của sóng hài. Ý tưởng giải quyết vấn đề đơn giản nhất là loại bỏ tụ điện trong hệ thống, và nhà máy sẽ phải chịu phạt từ Điện Lực vì không đảm bảo hệ số công suất. Giải pháp này xem qua có vẻ như ngớ ngẩn. Nhưng nếu chi phí thiệt hại trong mức cho phép thì đó cũng không phải là gợi ý tồi.

Tóm lại vấn đề, tăng kích thước của dây dẫn và loại bỏ tụ điện với mục đích duy nhất là bảo vệ thiết bị trước ảnh hưởng của sóng hài. Tiếc thay, sóng hài vẫn tồn tại và di chuyển đến khu vực khác trong hệ thống để thực hiện nhiệm vụ của mình – phá hoại.

Kiểm soát, triệt tiêu sóng hài trong hệ thống

Giảm thành phần sóng hài là giải pháp phổ biến và được áp dụng phổ biến cho hầu như tất cả các nhà máy và khu công nghiệp. Có rất nhiều biện pháp để làm giảm và kiểm soát sóng hài. Tuy nhiên, bộ lọc sóng hài thụ động (passive filter) và chủ động (active filter) đang là giải pháp được quan tâm nhất. Giải pháp này yêu cầu kết hợp nhiều thiết bị, do đó làm tăng chi phí lắp đặt, nhưng đổi lại là sự biến mất của sóng hài. Chi phí cho bộ lọc sẽ thay đổi tùy vào từng ứng dụng cụ thể và phụ thuộc vào mức độ nghiêm trọng của sóng hài.

Thiết bị phổ biến được sử dụng để kiểm soát sóng hài dòng điện là bộ shunt filter. Bộ lọc này thuộc nhóm passive filter và là thiết bị có chi phí thấp nhất trong các giải pháp lọc sóng hài. Ý tưởng hoạt động của shunt filter là hút dòng hài vào nó (tạo điểm ngắn mạch) tại vị trí gần nguồn phát hài để sóng hài không đi vào hệ thống.
Có nhiều loại shunt filter, trong đó loại single-tuned, 1st order high-pass, 2nd order high-pass và 3rdorder high-pass là những loại phổ biến nhất. Trong những loại trên thì single-tuned filter, hay còn gọi là notch filter. Cấu trúc của thiết bị này khá đơn giản khi đó là sự kết hợp của tụ điện và cuộn kháng đấu nối tiếp vào hệ thống. Tuy nhiên nhược điểm của nó là giới hạn khả năng lọc sóng hài khi chỉ có thể kiểm soát một số lượng bậc sóng hài nhất định.

Khác với bộ lọc sóng hài thụ động, active filter có khả năng lọc tất cả các bậc sóng hài trong hệ thống bằng cách đưa vào hệ thống các tín hiệu ngược pha (out-of-phase) với sóng hài đang tồn tại trong hệ thống.

Bộ lọc active filter bao gồm bốn nhóm chính, đó là series voltage, parallel voltage, series current và parallel current. Thiết kế của nhóm series/parallel phụ thuộc vào cách chúng đưa tín hiệu triệt sóng hài vào hệ thống. Ví dụ như bộ lọc series voltage sử dụng tín hiệu điện áp đầu vào. Dựa vào tín hiệu này, bộ lọc sẽ đưa vào hệ thống loại tín hiệu điện áp ngược pha để triệt sóng hài. Tín hiệu lọc này được đưa vào hệ thống thông qua máy biến áp nối tiếp với hệ thống. Trong bộ lọc parallel current, tín hiệu dòng điện từ hệ thống được dùng để tạo ra tín hiệu lọc sóng hài. Tín hiệu này được đưa vào hệ thống thông qua máy biến dòng đấu sóng song với hệ thống. Hai bộ lọc còn lại có cách hoạt động tương tự.

Sử dụng bộ lọc active filter để lọc sóng hài trong hệ thống điện có nhiều ưu điểm vượt trội. Ưu điểm lớn nhất là nó không làm tăng hiện tượng cộng hưởng trong khi bộ passive filter gây cộng hưởng trong hệ thống nếu không được tính toán công suất phù hợp. Một ưu điểm vượt trội khác của bộ lọc active filter là nó có khả năng triệt mọi loại sóng hài với nhiều bậc khác nhau, và cũng đồng thời làm tăng hệ số công suất của hệ thống.

Tất nhiên, mọi ưu điểm trên đều đi kèm với giá cả tương đối cao. Một nhược điểm khác của bộ lọc active filter là nó có thiết kế phức tạp và hoạt động dựa trên việc sử lý tín hiệu nên yêu cầu cao về chất lượng của CT và VT. Các thuật toán lọc sóng hài vẫn được đang phát triển, tuy nhiên với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày nay đa đưa ra nhiều kết quả khả quan. Khi các thuật toán và kỹ thuật đã phát triển, giá thành của sản phẩm sẽ giảm mạnh. Và do đó bộ lọc active filter sẽ trở nên vô cùng phổ biến.

Giải pháp lọc sóng hài của Schneider

Giải pháp lọc sóng hài Schneider

Như đã giới thiệu ở phần giải pháp lọc sóng hài, việc phổ biến sử dụng bộ lọc active filter vì những ưu điểm của nó là điều không thể tránh khỏi cho các ứng dụng trong nhà máy và khu công nghiệp. Nắm bắt được điều đó, Schneider – chuyên gia hàng đầu về cung cấp các giải pháp quản lý năng lượng – đã đưa ra thị trường bộ lọc hài AccuSine+. Khả năng giải quyết vấn đề về sóng hài cũng như các tính năng khác tích hợp trong AccuSine+ đã được chứng nhận đảm bảo và được trao tặng giải thưởng 2016 Frost & Sullivan New Product Innovation cho những thiết bị có khả năng hoạt động hiệu quả và đổi mới trong công nghệ. Bộ lọc AccuSine+ được chia thành ba nhóm chính, đó là AccuSine PCS+, AccuSine PCSn và AccuSine PFV+. Mỗi nhóm có một ứng dụng cụ thể và được tóm tắt trong Bảng 1 dưới đây.

Phương pháp lọc sóng hài Schneider

AccuSine PFV+ là thiết bị bù công suất phản kháng (electronic VAR compensation) sử dụng công nghệ IGBT đa bậc với những cải tiến trong hệ thống điều khiển để bù cho hệ số công suất vượt trước (leading) hay chậm sau (lagging) và hạn chế nhấp nháy điện (flicker). Đây là giải pháp lý tưởng để giải quyết vấn đề hệ số công suất cho những hệ thống không ổn định về điện áp cũng như công nghệ sạc nhanh.

AccuSine PCSn và AccuSine PCS+ có nhiều ứng dụng linh hoạt, khả năng đáp ứng nhanh để giải quyết sự mất ổn định trong hệ thống điện do sóng hài gây ra.

AccuSine PCS+ phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp nặng.

Bên cạnh các giải pháp lọc sóng hài ba pha, AccuSine PCSn có khả năng bù sóng hài cho dây trung tính, với các ứng dụng trong thương mại và các hệ thống tải phi tuyến một pha.

Thiết bị lọc sóng hài chủ động của Schneider với các ưu điểm nổi trội:

 

Trước lắp bộ lọc sóng hài tích cực

 

Sau khi lắp bộ lọc sóng hài tích cực

 

V.KẾT LUẬN

Với những ảnh hưởng và thiệt hại trực tiếp mà sóng hài gây ra cho việc sản xuất và sử dụng điện, việc lọc sóng hài và nâng cao chất lượng điện năng là điều mà những nhà máy, doanh nghiệp thương mại lớn đều hướng tới. Hiện nay, trên thị trường Schneider Electric tự hào là một trong những nhà cung cấp hàng đầu toàn cầu cho giải pháp giám sát và nâng cao chất lượng điện năng. Tại Việt Nam, cũng có rất nhiều khách hàng lớn đang sử dụng giải pháp này của Schneider, với độ tin cậy khá cao và hiệu quả mang lại cũng khá to lớn. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

  1. G.T. Heydt, Electric Power Quality, 2nd ed. West LaFayette, IN: Stars in a Circle Publications, 1994.
  2. IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants, IEEE Standard 141-1993. New York: The IEEE Red Book, 1994.
  3. R.C. Dugan, M.F. McGranaghan, and H.W. Beaty, Electrical Power Systems Quality. New York: McGrawHill, 1996.
  4. J.C. Whitaker, AC Power Systems Handbook, 2nd ed. Boca Raton, FL: CRC Press, 1999.
  5. G.N.C. Ferguson, “Power Quality Improvement in a Harmonic Environment,” from a paper presented at the Inter National Electrical Testing Association (NETA) Annual Technical Conference, Mar. 19, 1997.
  6. IEEE Task Force, “Effects of Harmonics on Equipment,” IEEE Trans. Power Delivery, vol. 8, pp. 672-680, 1993.
  7. C. Sankaran, “Effects of Harmonics on Power Systems—Part 1,” EC&M, pp. 33-42, Oct. 1995

Theo Seea.vn