1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM THỊ THU THỦY
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO
LƯỚI CUNG CẤP VÀ PHÂN PHỐI ĐIỆN
Chuyên ngành : Thiết bị, mạng & Nhà máy điện
Mã số : 60.52.50
THÁI NGUYÊN - 2013
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp
Thái Nguyên.
Cán bộ HDKH : PGS-TS. Nguyễn Như Hiển
Phản biện 1 : TS. Ngô Đức Minh
Phản biện 2 : TS. Nguyễn Văn Vỵ
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao
học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 15 giờ 30 phút ngày 24 tháng 01 năm 2013.
Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên
và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
2
MỞ ĐẦU
Điện năng cung cấp cho phụ tải không chỉ phải đảm bảo yêu cầu về số lượng
mà chất lượng điện năng cũng phải được đảm bảo. Trong điều kiện vận hành,
truyền tải điện năng, do trên lưới có nhiều phần tử phi tuyến dẫn tới làm xuất hiện
các thành phần sóng điều hòa bậc cao. Các thành phần sóng điều hòa bậc cao này
gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng như làm tăng tổn hao, làm giảm hệ số công
suất, ảnh hưởng tới các thiết bị tiêu dùng điện, làm giảm chất lượng điện năng
Giải pháp để hạn chế sóng điều hòa bậc cao trên lưới có nhiều giải pháp
khác nhau, một trong số đó là sử dụng bộ lọc tích cực và bù công suất phản

1.2 Tổng quan về sóng điều hòa

Sóng chu kỳ không sin có thể coi như là tổng của các dạng sóng điều hoà
mà tần số của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản.
Với điều kiện vận hành cân bằng các sóng điều hòa bậc cao có thể chia thành
các thành phần thứ tự thuận, nghịch và không.
Sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện nên cần
phải chú ý khi tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao lớn hơn mức độ cho phép.
Hệ số méo dạng (THD - Total Harmonic Distortion): là tham số quan trọng
nhất dùng để đánh giá sóng điều hòa bậc cao.
2
2
1
n
n
X
THD
X
∞
=
=
∑
(1.4)
 Hệ số méo dạng dòng điện:
2
2
1
n
n
I

SC
/I
tả
i
)
h<11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h THD
<20 4,0 2,0 1,5 0,6 0,3 5,0
Từ 20 đến 50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8,0
Từ 50 đến 100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0
Từ 100 đến 1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0
Trên 1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0
∗ Hài bậc chẵn được giới hạn tới 25% của giới hạn bậc lẻ ở bảng trên
∗ h: Bậc của sóng điều hòa
Bảng 1.3: IEC 1000-3-4
Bậc sóng điều
hòa (n)
Giá trị (%)
chấp nhận.
Bậc sóng điều
hòa (n)
Giá trị (%)
chấp nhận.
3 19 19 1,1
5 9,5 21 ≤0,6
7 6,5 23 0,9
9 3,8 25 0,8
11 3,1 27 ≤0,6
5
13 2,0 29 0,7
15 0,7 31 0,7

2.1 Bộ lọc sóng điều hòa bậc cao
2.1.1 Bộ lọc thụ động [9]
*. Bộ lọc RC
*. Bộ lọc LC
2.1.2 Bộ lọc chủ động (bộ lọc tích cực) :
2.1.2.1 Nhiệm vụ của bộ lọc tích cực:
a. Bù công suất:
b. Bù sóng điều hòa bậc cao điện áp:
c. Bù sóng điều hòa bậc cao dòng điện:
2.1.2.2 Giới hạn công suất của bộ lọc tích cực:
a. Các ứng dụng phạm vi công suất thấp (<100kVA): Chủ yếu phục vụ các
khu dân cư, các tòa nhà kinh doanh, bệnh viện, các hệ truyền động công suất vừa
và nhỏ.
7
R
C
Hình 2.1: Bộ lọc RC
Đầu nguồn
Đến phụ tải
L
C
Hình 2.2: Bộ lọc LC
Đầu nguồn
Đến phụ tải
b. Các ứng dụng phạm vi công suất trung bình (100kVA -> 10MVA): Các
mạng cung cấp điện trung và cao áp và các hệ thống truyền động điện công suất
lớn mắc vào nguồn áp lớn.
c. Các ứng dụng phạm vi công suất lớn và rất lớn:
Dãy công suất rất lớn thường gặp trong hệ thống truyền tải hoặc truyền động .
2.2 Phân loại và nguyên lý làm việc của bộ lọc tích cực

2.4 Các thiết bị bù công suất phản kháng
2
.4.1 Tụ điện tĩnh

2.4.2 Máy bù đồng bộ
2.4.3 Một số thiết bị bù trong FACTS [11]
2.4.3.1 Nhóm mắc nối tiếp
9
Lọc thụ
động
Tải phi
tuyến
Lọc chủ động
AF
n
Nguồn
điện
Tải phi
tuyến
Lọc thụ
động
Lọc chủ động AF
S
Nguồn
điện
a)
b)
Hình 2.17: Cấu trúc bộ lọc hỗn
hợp với bộ lọc tích cực có 2 loại:
a) song song và b) nối tiếp

U
2
X
P, Q
Hình 2.23 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Statcom
Hình 2.22: Cấu trúc Stacom
Q
C
SV
C
U
1
U
2
Hình 2.24: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực
~
Q
P
X
L
I
U
S
U
i
θ
S
θ
i
δ

s
s
s s i
L
P 0
U
Q (U U )
X
=



= −


(2.7)
*. Khi U
S
= U
i
thì Q
S
= 0 bộ bù không phát hay thu CSPK.
*. Khi U
S
> U
i
thì Q
S
> 0 tồn tại thành phần điện áp U

- Đã tìm hiểu và nghiên cứu được các bộ lọc sóng điều hoà bậc cao.
- Nghiên cứu các phương pháp bù công suất phản kháng lên lưới nhằm nâng
cao hệ số công suất và đánh giá được ưu nhược điểm của các phương pháp đó.
- Từ đó lựa chọn phương pháp lọc tích cực để thiết kế hệ thống bù công suất
phản kháng cho lưới phân phối và cung cấp điện.
12
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO TẢI PHI TUYẾN CỦA
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
3.1 Đặt vấn đề
Nội dung trình bày trong chương này sẽ giải quyết các vấn đề sau:
- Xây dựng thuật toán thiết kế bộ lọc tích cực.
- Xây dựng mô hình tải phi tuyến.
- Xây dựng cấu trúc bộ lọc tích cực theo lý thuyết p-q.
3.2 Lý thuyết về phương pháp lọc tích cực.
3.2.1 Các phương pháp lọc tích cực dựa trên miền tần số
Xây dựng bộ lọc tích cực dựa trên miền tần số chủ yếu dựa vào việc phân tích
chuỗi Fourier. Tách thành phần sóng cơ bản. Sau đó tính dòng bù cho các thành
phần sóng còn lại.
3.2.1.1 Phương pháp DFT (Discrete Fourier Transform)
Thuật toán của phương pháp này là biến đổi cho các tín hiệu rời rạc, kết quả
của phép phân tích đưa ra cả biên độ và pha của thành phần sóng điều hoà mong
muốn theo công thức sau:
h hr hi
hi
hr
2 2
h hr hi
X X jX
X

Biến đổi từ hệ dq sang hệ abc như sau:
a
d
b
q
c
2 2
i
cos cos( ) cos( )
i
2
3 3
i
i
2 2
3
-sin sin( ) sin( )
i
3 3
π π
 
 
θ θ − θ +
 
 
 
=
 
 
 

-
i
q
=i
q
*
+i
q
-
dq
abc
HPF
Filtering
dq
abc
PLL
θ
θ
- θ
u
a
u
b
i
*
c

Hình 3.3: Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù trong hệ dq
i
-

5
- θ
5
u
a
u
b
u
c
dq
5
abc
LPF
Filtering
dq
7
abc
dq
k
abc
LPF
Filtering
dq
k
abc
i
d7
=i
d
*

qk
=i
-
qk
+i
~
qk
i
-
dk
i
-
qk
θ
k
- θ
k
θ
i
a
i
b
i
c
i
*
a
i
*
b

 
 
 
 
−
 
 
a
b
c
u u
u u
u u
α
β
(3.4)
0
1 1 1
2 2 2
2 1 1
1
3 2 2
3 3
0
2 2
 
 
 
 
 

2
2 2
3
3 3
0
2 2
 
 
− −
 
 
 
 
=
 
 
 
 
 
−
 
 
 
a
b
c
u
u
u
u

c
i
i
i
i
i
α
β
(3.7)
- Công suất tải được tính theo công thức:
 
 
 
=
 
 
 
−
 
 
 
 
u u
i
p
i
q u u
α β
α
β

(3.10)
Công
suất
cung cấp bởi mạch lọc:
−
 
 
=
 
 
−
 
 
AF
AF
p
p
q q
(3.11)
và dòng cần bù:
2 2
1
 
 
−
 
=
 
 
 

− −
 
=
 
 
 
−
−
+
 
 
 
 
 
%
*
c
*
c
u u
i
p p
u u
q
u u
i
α β
α
β α
α β

ca
*
c
*
cb
*
c
*
cc
i
i
i
i
i
α
β
(3.14)
3.3 Mô hình tải phi tuyến
17
i
+
-
i_A2
in 1in 2
Tai (400kW)
Conn1
Conn3
Conn5
Conn2
Conn4

Bộ lọc tích
cực
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bộ lọc
Hình 3.8: Sơ đồ mạch lực của bộ lọc
A
B
C
R
C
L
S
1
S
2
S
3
S
4
S
5
i
h
S
6

3.4.1 Cấu trúc điều khiển
3.4.2 Khâu tạo xung SVM (Space vector modulation method) [1]
Bộ điều chế không gian vectơ SVM thực hiện các công việc sau:
*. Xác định góc lệch pha
θ

p
, u
s
tựa theo hướng của hai vector chuẩn u
1
, u
2
. Các ký
hiệu nhỏ bên phải được chỉ dẫn như sau:
p: vector bên phải.
t: vector bên trái.
19
Đo dòng điện tải, điện áp nguồn, dòng điện nguồn, điện áp tụ
Chuyển đổi trục tạo độ abc
Tính công suất p và q
Lọc thành phần p cơ bản
Tính toán dòng bù
Chuyển đổi trục tọa độ  abc
Hình 3.10: Lưu đồ thuật toán tính dòng bù theo lý
thuyết p-q

Hình 3.11: Thực hiện véc tơ u
s
bất kỳ bằng 2 vector điện áp chuẩn
Ta có công thức sau:

max 1 6
2

3

(3.24)
u
s
= u
p
+ u
t
+ u
0
(u
7
) =
1 2 0 7
( )
. . . ( )
p p t
t
T T T T
T
u u u u
T T T
− +
+ +
(3.25)
Nếu trạng thái cuối cùng là u
0
, trình tự thực hiện sẽ là:
u
1
→ u

α
= − =
(3.26)
Bảng 3.1: Modul vector biên trái, biên phải bằng các thành phần điện áp u
s
α

, u
s
β
Công thức tổng quát sau:
a =
1
3
s s
u u
α β
+
; b =
1
3
s s
u u
α β
−
; c =
2
3
s
u

α β
+
1
3
s s
u u
α β
− +
Q
2
1
3
s s
u u
α β
− +
1
3
s s
u u
α β
+
S
3
Q
3
2
3
s
u

α β
+
1
3
s s
u u
α β
− +
Q
4
1
3
s s
u u
α β
− +
1
3
s s
u u
α β
+
S
6
Q
4
2
3
s
u

Q
2
Q
3
Q
4
β < 0 ? β <
0 ?
β < 0 ? β < 0 ?
Sai Đúng Đúng Sai Sai Đúng Đúng Sai
S
1
S
2
/Q
1
S
2
/Q
2
S
3
S
4
S
5
/Q
3
S
5

N
s
mc
u
u
U
β
β
=
(3.28)
3.5. Kết luận chương 3
Chương 3 đã giải quyết được các vấn đề sau:
- Đã đưa ra được thuật toán thiết kế bộ lọc tích cực.
- Đề xuất mô hình tải phi tuyến tiêu thụ điện trong hệ thống lưới điện phân
phối.
- Đưa ra được cấu trúc điều khiển với phương pháp điều chế véc tơ không
gian trong hệ thống lưới điện phân phối sử dụng bộ lọc tích cực có bù công suất
phản kháng .
22
CHƯƠNG 4
MÔ HÌNH HOÁ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
I.1
4.1 Xây dựng mô hình bộ lọc trên phần mềm Matlab/Simulink [4]
4.1.1 Nguồn xoay chiều 3 pha
Nguồn xoay chiều 3 pha có giá trị hiệu dụng pha U
p
=220V, tần số
50Hz, giá trị góc pha của các pha a,b,c lệch nhau 120
0
.

I d , r
I q , r
R _ id
R _ iq
T i n h d o n g
I_abc
V_abc
U_L
theta
IL_d*
IL_q*
Tinh bu PQ
t h e t a
U d
U q
U d c
E n a b le
g a t e s
S V M
2 .4
.4 3
-K -
-K -
t h e ta
I _ a np h a
I _ b et a
I _ d
I _ q
D o i h e to a d o d q
I F _ a b

I_S_beta
Doi he toa do anphabeta
Hình 4.5:
Chuyển hệ toạ

độ từ abc -> αβ
V _ a n p h a
V _ b e t a
I _ a n p h a
I _ b e t a
P
Q
t i n h P Q
2
Q
1
P
4
I_beta
3
I_anpha
2
V_beta
1
V_anpha
Q
P
Hình 4.6: Khâu tính công suất pq
V_anpha
V_beta