So sánh hiệu suất của các bộ lọc hài trong hệ thống điện công nghiệp để giảm méo hài.
Được xuất bản bởi 1. Estifanos Dagnew Mitiku1, 2. Gebrie Teshome Aduye23. S. Abdul Rahman3, 4. Mahilet Mentesinot Abuhay4, Khoa Kỹ thuật Điện & Máy tính, Viện Công nghệ, Đại học Gondar, Ethiopia (1, 2, 3), Khoa Kỹ thuật Công nghiệp, Viện Công nghệ, Đại học Gondar, Ethiopia (4) ORCID. 1. 0000-0002-6613-3979, 2. 0000-0003-1184-9184, 3. 0000-0003-0134-8028, 4. 0000-0001-7554-8562
Từ khóa: Bộ lọc hài hòas, Méo hài, Tổng méo hài, MATLAB/SIMULINK.
Từ khóa:bộ lọc, sóng hài, THD
Giới thiệu
Chất lượng điện năng (PQ) là một vấn đề đối với cả các công ty điện lực và người tiêu dùng điện ở mọi mức độ sử dụng. Một trong những vấn đề của PQ là sóng hài, là thành phần hình sin của sóng hoặc đại lượng tuần hoàn có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản, tức là 50Hz hoặc 60Hz [1]. Điện áp sóng hài xảy ra do sóng hài dòng điện, được tạo ra và tiêu thụ bởi các tải điện tử phi tuyến tính, được đưa vào hệ thống cung cấp [2].
Đo độ méo hài trong ngành công nghiệp
Để đánh giá mức độ méo hài trong hệ thống điện công nghiệp, việc giám sát phải được thực hiện tại các điểm vào dịch vụ của ngành công nghiệp tại các Điểm đấu nối chung (PCC), điểm đấu nối trên các đường dây cấp điện 15kV. Tuy nhiên, do khoảng cách và trở kháng đường dây từ PCC đến cuộn sơ cấp của máy biến áp là không đáng kể nên các cuộn sơ cấp được coi là PCC như thể hiện trong hình 1 [2].
Sự biến dạng hài hòa trong ngành công nghiệp được đo khi tất cả các máy móc đang hoạt động cùng một lúc, để quan sát các đặc tính tích lũy của tải công nghiệp và việc thu thập dữ liệu được thực hiện thông qua phép đo trực tiếp. Sau khi thực hiện phân tích thích hợp, dữ liệu thu thập được sẽ được tính toán và so sánh với các giá trị chấp nhận được do các tiêu chuẩn của IEEE khuyến nghị thực hành kiểm soát hài hòa đặt ra [28].
Bảng 1: Giới hạn biến dạng hiện tại cho hệ thống phân phối chung (120V đến 69 000V) [2]. Hình 1: Vị trí giám sát và điểm nối chung. Biến dạng hài trong ngành được đo khi tất cả các máy móc hoạt động cùng một lúc, để quan sát các đặc tính tích lũy của tải công nghiệp và việc thu thập dữ liệu được thực hiện thông qua phép đo trực tiếp. Sau khi phân tích thích hợp, dữ liệu thu thập được sẽ được tính toán và so sánh với các giá trị chấp nhận được do các tiêu chuẩn của IEEE khuyến nghị thực hành kiểm soát hài đặt ra [28].
Dòng điện ngắn mạch và dòng điện định mức của đường dây 15kV tại điểm kết nối lưới (PCC) trung bình lần lượt là 10kA và 1000A, cho ra I.SC/TÔILTỷ lệ nằm trong khoảng
Bảng 3 thể hiện hàm lượng sóng hài điện áp và dòng điện tối đa của ngành công nghiệp khi hoạt động ở tải trọng tối đa.
Dữ liệu ghi nhận cho thấy dòng điện hài chủ đạo là dòng điện số 5.thvà 7thTổng méo hài (THD) của dòng điện ba pha lần lượt là 18,10%, 18,33% và 18,44% tại điểm kết nối lưới (PCC), vượt quá tiêu chuẩn IEEE, tức là 5%. Do giá trị THD dòng điện vượt quá tiêu chuẩn, nên các bộ lọc hài đơn tần, kép tần, thông cao và loại C với các thông số thiết kế được áp dụng để giảm méo hài và hiệu suất của chúng được so sánh dựa trên giá trị phần trăm THD dòng điện khi mỗi bộ lọc hài được áp dụng.
Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ mạch dùng để giảm méo hài được thể hiện trong hình 2. Nó bao gồm các công tắc, bộ lọc hài đơn tần, bộ lọc hài kép tần, bộ lọc thông cao và bộ lọc hài kiểu C, cùng với tải. Do tải phi tuyến của hệ thống điện công nghiệp, khi dòng điện hài được đưa vào hệ thống, dạng sóng điện áp và dòng điện bị biến dạng. Các bộ lọc hài với các giá trị thiết kế và các công tắc tương ứng được áp dụng độc lập để so sánh hiệu suất của chúng, và chúng được bật và tắt để giảm méo hài. Đầu tiên, công tắc bộ lọc đơn tần được bật trong khi các công tắc khác tắt. Sau đó, công tắc bộ lọc thông cao được bật trong khi các công tắc khác tắt. Tiếp theo, công tắc bộ lọc kép tần được bật trong khi các công tắc khác tắt. Cuối cùng, công tắc bộ lọc kiểu C được bật trong khi các công tắc khác tắt. Để đơn giản, chỉ xem xét một pha trong ba pha vì nguồn điện được lấy từ cùng một pha để giảm thiểu méo hài và thể hiện mạch điều khiển.
Kết quả mô phỏng
Các biến dạng hài đã được mô phỏng bằng phần mềm MATLAB/SIMULINK. Các bộ lọc hài như bộ lọc đơn điều chỉnh, bộ lọc kép điều chỉnh, bộ lọc thông cao và bộ lọc kiểu C được mô phỏng với các giá trị thiết kế để so sánh hiệu suất của chúng trong việc giảm biến dạng hài xảy ra trong hệ thống điện công nghiệp do tải phi tuyến. Dạng sóng điện áp và dòng điện từ cả phía nguồn và phía tải trước và sau khi áp dụng bộ lọc hài được trình bày bên dưới để so sánh. Ngành công nghiệp có các tải phi tuyến được cung cấp bởi lưới điện từ trạm biến áp gần đó và các tải phi tuyến này tạo ra dòng điện hài có dạng sóng bị méo. Mô phỏng được thực hiện với các giá trị thiết kế của bộ lọc hài với điện áp lưới danh nghĩa là 400V, tần số hoạt động là 50Hz, công suất phản kháng danh nghĩa là 50KVAR, hệ số phẩm chất là 7 và tần số điều chỉnh được đặt là 5.thvà 7thsóng hài.
Hình 3 thể hiện dạng sóng điện áp và dòng điện trước khi áp dụng bộ lọc hài.
Ngành công nghiệp này có các tải phi tuyến được cung cấp bởi lưới điện và các tải này tạo ra dạng sóng điện áp và dòng điện hài bị méo mó như thể hiện trong hình 3. Từ phân tích biến đổi Fourier nhanh (FFT) như thể hiện trong hình 4, giá trị THD là 18,33%, cao hơn giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn IEEE, tức là 5% cho nghiên cứu này. Do đó, để giảm méo hài, các bộ lọc hài đơn điều chỉnh, kép điều chỉnh, thông cao và loại C được thiết kế và đặt ở vị trí thích hợp trong hệ thống điện công nghiệp; kết quả là, méo hài được giảm thiểu và hiệu suất của chúng được so sánh.
Bộ lọc hài hòa điều chỉnh đơn
Bộ lọc hài thông cao
Bộ lọc hài hòa điều chỉnh kép
Bộ lọc hài loại C
Phần kết luận
Bài báo này nghiên cứu so sánh hiệu suất của các bộ lọc hài trong hệ thống điện công nghiệp để giảm méo hài. Méo hài do tải phi tuyến trong công nghiệp tạo ra có giá trị THD là 18,33%. Khi sử dụng bộ lọc hài đơn điều chỉnh, THD giảm xuống còn 5,08%. Trong khi đó, việc sử dụng bộ lọc hài thông cao cho THD là 5,09%. Bộ lọc hài kép điều chỉnh cho giá trị THD là 4,00%. Cuối cùng, sử dụng bộ lọc hài kiểu C cho giá trị THD là 4,68%. Kết quả từ các kết quả mô phỏng và phân tích FFT cho thấy bộ lọc hài kép điều chỉnh cho hiệu suất tốt hơn so với bộ lọc đơn điều chỉnh, bộ lọc thông cao và bộ lọc kiểu C trong việc giảm méo hài xuống mức chấp nhận được theo tiêu chuẩn IEEE, tức là nhỏ hơn 5% trong nghiên cứu này. Do đó, khuyến nghị sử dụng bộ lọc hài kép điều chỉnh ở phía thứ cấp của máy biến áp để loại bỏ hiện tượng quá nhiệt, ngắt mạch sai và trục trặc thiết bị do hài gây ra, dẫn đến tổn thất sản xuất trong ngành.
Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn chuyên nghiệp:
Để biết thêm thông tin về cách thức... Bộ lọc hài chủ độngVàMáy phát điện biến đổi tĩnh có thể cải thiện chất lượng điện năng: sales@intonepower.com
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] IEEE,Tiêu chuẩn IEEE 1159 1995: Hướng dẫn thực hành khuyến nghị về giám sát chất lượng điện năng.1995.
[2] W. Are et al., 'Chất lượng hệ thống điện, Phiên bản thứ hai'.
[3] MS Almutairi và S. Hadjiloucas, 'Giảm thiểu sóng hài dựa trên việc giảm thiểu dòng điện phi tuyến trong hệ thống điện', 2019.
[4] A. Bagheri và M. Alizadeh, 'Thiết kế bộ lọc thụ động để giảm méo hài trong lưới điện vi mô lai bao gồm tuabin gió, pin mặt trời và tải phi tuyến', số 12, trang 10–13, 2019.
[5] Y. Cho, H. Cha, Y. Cho, và H. Cha, 'Thiết kế bộ lọc hài thụ động điều chỉnh đơn có xét đến sự thay đổi của điều chỉnh và hệ số chất lượng', tập 8972, 2014.
[6] R. Dua và A. Agrawal, 'Tác động của bộ lọc điều chỉnh đơn lên hệ thống PV nối lưới', tập 08, số 06, trang 213–217, 2019.
[7] M. Awadalla, M. Orner và A. Mohamed, 'Thiết kế bộ lọc điều chỉnh đơn để giảm thiểu và tối ưu hóa hài hòa với các ngân hàng tụ điện', số tháng 9 năm 2015, 2019.
[8] IOPC Series và M. Science, 'Giảm sóng hài bằng cách sử dụng bộ lọc thụ động điều chỉnh đơn trong ngành công nghiệp chế biến nhựa', 2018.
[9] YK Haur, TJ Son, LK Yun, W. Jee và K. Raymond, 'Thiết kế bộ lọc hài thụ động điều chỉnh đơn để đáp ứng tiêu chuẩn IEEE-519 bằng cách thao tác hệ số chất lượng', tập 29, số 1, trang 1364–1379, 2020.
[10] KR Cheepati, S. Ali và A. Rangampet, 'Tổng quan về bộ lọc hài điều chỉnh kép trong việc cải thiện chất lượng điện năng trong điều kiện tải phi tuyến', tập 10, số 7, trang 11–26, 2017.
[11] HE Yi-hong và SU Heng, 'Một phương pháp mới để thiết kế bộ lọc điều chỉnh kép', số Iccsee, trang 206–209, 2013.
[12] KR Cheepati, S. Ali và SK M, 'Phân tích hiệu suất của bộ lọc thụ động điều chỉnh kép cho chất lượng điện năng', tập 9, số 7, trang 3295–3305, 2016.
[13] P. Control và G. Mishra, 'Thiết kế bộ lọc thông cao thụ động cho các ứng dụng bộ lọc công suất chủ động lai Khoa Kỹ thuật Điện Viện Công nghệ Quốc gia Thiết kế bộ lọc thông cao thụ động cho các ứng dụng bộ lọc công suất chủ động lai'.
[14] B. Park, J. Lee, H. Yoo và G. Jang, 'Giảm thiểu sóng hài bằng cách sử dụng bộ lọc sóng hài thụ động: Nghiên cứu trường hợp trong hệ thống điện của một nhà máy thép', 2021.
[15] ZA Memon, MA Uqaili và MA Unar, 'Giảm thiểu sóng hài của hệ thống điện công nghiệp bằng cách sử dụng bộ lọc thụ động', số tháng 7 năm 2016.
[16] IA Shah và RK Ali, 'Thiết kế bộ lọc thụ động loại C để giảm méo hài và bù công suất phản kháng', tập 4, số 12, trang 38–47, 2016.
[17] R. Klempka, 'Một phương pháp mới cho thiết kế bộ lọc thụ động kiểu C', số 7, trang 277–281, 2012.
[18] A. Lò nung, 'Lựa chọn bộ lọc loại C để bù công suất phản kháng và lọc sóng hài bậc cao', 2020.
[19] A. Muchtar và WM Muttaqin, 'So sánh giữa bộ lọc điều chỉnh đơn và bộ lọc loại c trên mạng phân phối điện', 2019.
[20] SA Rahman, 'DVR dựa trên bộ chuyển đổi trực tiếp để giảm thiểu sự cố mất điện một pha', số tháng 9 năm 2019, 2021.
[21] A. Rahman, 'Giảm thiểu sụt áp, tăng áp và mất điện mà không cần bộ chuyển đổi', số tháng 10 năm 2019, 2021.
[22] SA Rahman, SB Mule, ED Mitiku, GT Aduye và C. Gopinath, 'Bù sụt và tăng điện áp cao nhất bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi ma trận một pha với bốn công tắc điều khiển', số 4, trang 134–138, 2021.
[23] C. Reads, 'Thực hiện bộ chuyển đổi ma trận một pha sử dụng 4 công tắc điều khiển', số tháng 10 năm 2019, 2021.
[24] SA Rahman và G. Teshome, 'Bù sụt áp tối đa bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi trực tiếp bằng cách điều chế tín hiệu sóng mang', tập 10, số 4, trang 3936–3941, 2020.
[25] SA Rahman và E. Dagnew, 'Bù sụt áp bằng cách sử dụng DVR dựa trên bộ chuyển đổi trực tiếp bằng cách điều chế tín hiệu lỗi', tập 19, số 2, trang 608–616, 2020.
[26] SA Rahman, ED Mitiku, SB Mule, GT Aduye, MA Huluka và S. Mesfin, 'Giảm thiểu sụt áp điện áp bằng cách sử dụng DVR dựa trên bộ chuyển đổi trực tiếp mà không có tín hiệu lỗi', không. 12, trang 34–37, 2021.
[27] SA Rahman, S. Birhan, ED Mitiku, GT Aduye và P. Somasundaram, 'Một cấu trúc DVR mới để bù đắp hiện tượng tăng, giảm điện áp và mất điện một pha', tập 17, số 4, trang 1–10, 2021.
[28] CRCP Llc,Chất lượng điện năng © 2002.2002.
Tác giả:Giảng viên, ông Estifanos Dagnew Mitiku, Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính, Viện Công nghệ, Đại học Gondar, Gondar, Ethiopia, Email: est7eced@gmail.com; Giảng viên, ông Gebrie Teshome Aduye, Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính, Viện Công nghệ, Đại học Gondar, Gondar, Ethiopia, Email: gebrie.415@gmail.com; Phó Giáo sư, Tiến sĩ Abdul Rahman, Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính, Viện Công nghệ, Đại học Gondar, Gondar, Ethiopia, Email: msajce.abdulrahman@gmail.com; Giảng viên, bà Mahilet Mentesinot Abuhay, Khoa Kỹ thuật Công nghiệp, Viện Công nghệ, Đại học Gondar, Ethiopia, Email: mahiletme@gmail.com.
Mã định danh nguồn và nhà xuất bản: TẠP CHÍ KỸ THUẬT ĐIỆN, SỐ ISSN 0033-2097, NĂM 98, SỐ 3/2022. doi:10.15199/48.2022.03.12