Chiến lược kết nối bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động để loại bỏ dòng điện bậc cao và cải thiện hệ số công suất trong hệ thống điện 3 pha

PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 597 
CHIẾN LƯỢC KẾT NỐI BỘ LỌC TÍCH CỰC VÀ BỘ LỌC 
THỤ ĐỘNG ĐỂ LOẠI BỎ DÒNG ĐIỆN BẬC CAO VÀ CẢI THIỆN 
HỆ SỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 3 PHA 
Ngô Việt Hưng 
Tổng công ty Phát điện 2 
Tóm tắt: Báo cáo trình bày một giải pháp mới trong việc xây dựng cấu trúc và kỹ thuật 
điều khiển cho bộ lọc sóng hài lai kiểu song song (HPAPF: hybrid parallel active power 
filter). Giải pháp này kết hợp giữa bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động truyền thống 
được sử dụng cho việc loại bỏ dòng điện hài cũng như bù công suất phản kháng cho 
những phụ tải công nghiệp có tính chất phi tuyến mạnh. Thuật toán điều khiển hệ 
thống lọc được xây dựng trong miền tần số trên cơ sở phân tích chuỗi Fourier để tìm 
ra từng bộ số gồm biên độ và góc pha cho từng bậc hài. Ưu điểm của phương pháp 
này là cho phép bộ lọc có thể lựa chọn chính xác những bậc hài cần loại bỏ, điều này 
không thể thực hiện được nếu thuật toán được xem xét trong miền thời gian. Trong 
giải pháp đề xuất này, bộ lọc thụ động có chức năng loại bỏ vài dòng điện hài có biên 
độ lớn ở tần số thấp (như bậc 3, 5, 7 tùy theo tính chất của phụ tải) và bù nền một 
phần công suất phản kháng (CSPK) cho lưới (phần CSPK cố định); bộ lọc tích cực có 
chức năng loại bỏ hầu hết các thành phần sóng hài còn lại và bù thêm một phần CSPK 
liên tục dao động theo quá trình làm việc của phụ tải. Sự kết hợp giữa bộ lọc thụ động 
và bộ lọc tích cực cho phép giảm đáng kể công suất doanh định của bộ lọc tích cực cái 
mà có chi phí đầu tư lớn. Chính vì thế, giải pháp này hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả 
kinh tế nhiều hơn so với các phương pháp chỉ dựa hoàn toàn vào bộ lọc tích cực kiểu 
truyền thống. 
1. HIỆN TRẠNG 
Phụ tải công nghiệp rất đa dạng, trong số đó có rất nhiều thành phần có công suất 
lớn và tính chất phi tuyến mạnh. Có thể kể ra ở đây như là: lò điện hồ quang, lò cảm 
ứng trung tần, chỉnh lưu điện cho nạp ắc quy và cho động cơ một chiều, biến tần. Ngoài 
ra, trong lĩnh vực dân dụng cũng tồn tại khá phổ biến những phụ tải có tính chất trên, 
như: điều hòa, tủ lạnh, đèn huỳnh quang, trung tâm điện toán, hệ thống tàu điện,... 
Chúng ta biết rằng, trong một dây chuyền sản xuất, động cơ điện AC và/hoặc DC 
chiếm từ 90% đến 95% trong số các thiết bị sinh ra các chuyển động. Để điều chỉnh tốc 
độ, hệ phụ tải động cơ điện AC biến tần hoặc động cơ điện DC chỉnh lưu thường 
được sử dụng. Khi những thiết bị này vận hành, nó sẽ làm méo dạng dòng điện (và dẫn 
đến méo dạng điện áp) nguồn khoảng từ 20% đến gần 140% tùy thuộc vào cấu trúc của 
bộ biến đổi. Ngoài ra, động cơ điện là đối tượng có nhu cầu tiêu thụ CSPK rất lớn, 
chính vì thế nó làm cho hệ số công suất (HSCS) khá thấp, đặc biệt những động cơ có 
công suất lớn. Bộ ba tham số độ méo dạng tổng của dòng điện, điện áp và hệ số công 
suất (HSCS) tại điểm kết nối giữa tải và nguồn liên tục biến đổi theo sự thay đổi công 
suất của phụ tải. 
598 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Hệ thống vận hành ở HSCS thấp dẫn đến tổn gây thất thoát điện năng và làm 
thăng giáng điện áp trên thanh cái. Trong khi hậu quả của sóng hài thường mang lại rất 
nhiều vấn đề phức tạp cho nguồn điện cục bộ, cho lưới và cho các phụ tải lân cận, như: 
gây nóng trên cáp điện; gây rung, ồn và nóng máy biến áp (MBA), bão hòa mạch từ làm 
giảm hiệu quả của việc truyền tải; làm cháy nổ tụ bù tại chỗ, thiết bị đo và đóng tụ bù 
làm việc kém chính xác khi có sóng hài lớn; gây cộng hưởng mạch L C giữa MBA và 
các tủ tụ bù; làm mất ổn định và giảm tuổi thọ cho các thiết bị điện tử (máy tính, PLC, 
thiết bị điều khiển động cơ, điều khiển van thông minh, cảm biến,...) ngay bản thân bên 
trong nhà máy và một số nhà máy lân cận; gây nhiễu điện từ trường đối với các thiết bị 
đo lường, điều khiển và truyền số liệu. Hậu quả này gây thiệt hại trực tiếp không những 
đến hoạt động sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp mà còn cho ngành điện. 
Với tính chất phức tạp như đã liệt kê ở trên, trong những năm gần đây, nhiều công 
trình nghiên cứu liên quan đến chất lượng điện năng chất lượng hệ thống điện tập 
trung giải quyết vấn đề này và đã đưa ra nhiều phương án xử lý. Trong phạm vi của 
sáng kiến này, tôi sẽ đề xuất một cấu trúc liên kết các bộ lọc tích cực và bộ lọc thụ động 
để loại bỏ sóng hài dòng điện, điện áp và cải thiện hệ số công suất trong mạng điện phân 
phối nơi có những phụ tải phi tuyến mạnh và công suất lớn. 
2. NỘI DUNG THỰC HIỆN 
Khảo sát chi tiết thông số, đặc tính của phụ tải gồm hệ hai động cơ điện DC 
chỉnh lưu (công suất 1.15 MW) trong tất cả các chế độ vận hành cũng như tỉ số ngắn 
mạch của nguồn cung cấp để đưa ra cấu trúc và tính chọn cấu hình của hệ thống 
HPAPF. 
Thuật toán bộ lọc trong miền tần số được xây dựng trên cơ sở phân tích Fourier 
cho phép bộ lọc có thể lựa chọn chính xác những sóng hài cần loại bỏ. Việc kết hợp 
giữa thành phần bộ lọc thụ động và bộ lọc tích cực cho phép giảm đáng kể công suất 
trên thành phần lọc tích cực; mang lại lợi ích kinh tế cao so với các phương pháp sử 
dụng bộ lọc tích cực truyền thống. 
Hình 1: Hệ thống chỉ có thành phần lọc thụ động 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 599 
Việc thiết kế và kiểm tra tính khả thi của bộ lọc trong những tình huống vận hành 
khác nhau của hệ thống được kiểm chứng trên phần mềm Matlab/Simulink. 
Những kết quả đạt được cho thấy tỉ lệ dòng bù của bộ lọc này chỉ bằng 32% so 
với phương pháp chỉ dùng bộ lọc tích cực truyền thống, kết quả là công suất của thành 
phần lọc tích cực giảm hon 2/3 so với giải pháp cũ. 
Hình 2: Hệ thống chỉ có thành phần lọc tích cực 
Hình 3: Thuật toán điều khiển thành phần lọc tích cực 
3. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG 
HPAPF có khả năng ứng dụng hiệu quả để triệt sóng hài và bù CSPK nhanh cho 
các phụ tải phi tuyến trong mạng điện nhà máy, tòa nhà lớn, khách sạn cao cấp, trung 
tâm dữ liệu, trung tâm viễn thông, khu vui chơi giải trí, 
Ngoài ra, HPAPF còn có khả năng cân bằng dòng điện trong các pha và khử dòng 
điện trên dây trung tính cho các toàn nhà như: công viên phần mềm, tòa nhà hành chính 
Đà Nẵng, khách sạn cao cấp. 
600 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
4. HIỆU QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 
Giảm đáng kể chi phí đầu tư. Kết quả nghiên cứu cho thấy dòng điện hiệu dụng 
(RMS) trong hệ thống HPAPF chỉ bằng có 32% so với phương pháp chỉ dùng hoàn toàn 
giải pháp sử dụng bộ lọc tích cực truyền thống. 
Công trình về vấn đề này đã được công bố tại Tạp chí Jurnal Teknologi: “Hybrid 
active power filter method in frequency domain for quality improvement in variable 
frequency drive applications” vào ngày 16/01/2016 (thông tin chi tiết vui lòng xem tại địa chỉ: 
Một số công trình điển hình có liên quan đến vấn đề lọc tích cực và lọc thụ động 
đã được triển khai áp dụng hiệu quả tại một số dự án như: 
 Năm 2014: 
 Công ty Cổ phần Xi măng Vicem Hải Vân – Đà Nẵng: Hệ thống bù ứng động 
trung thế MVC – 1 MVAr. 
 Công ty TNHH Thép Việt – Pháp: Hệ thống bù và lọc sóng hài 22 kV cho nhà 
máy thép. 
 Năm 2015: 
 Tổng công ty Điện lực EVNCPC và EVNNPC: Hệ thống lọc sóng hài trạm 110 
kV cho 3 tỉnh miền Trung và 14 tỉnh miền Nam. 
 Năm 2016: 
 Bà Nà Hills: 2 hệ thống lọc sóng hài và bù công suất phản kháng động ADF 
cho 3 hệ thống cáp treo. 
Ngoài ra, HPAPF có tiềm năng đáng kể trong việc lắp đặt ở vị trí hạn chế, cách ly 
về không gian như: tàu du lịch, giàn khoan dầu, 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Akagi, H. 2006. Modern Active Filters And Traditional Passive Filters. Bulletin of the Polish 
Academy of Sciences Technical Sciences. 54(3): 255 269. 
[2] Nguyen, K.A. and Bui, Q.K. 2009. An Active Filters Design For The Reduction Of Current 
Harmonic And The Compensation Of Reactive Power For Induction Melting Furnace 
Power. Journal Of Science & Technology, the University of Danang. 4(33): 35 42. 
[3] Yasir, M., Kazemi, S., Lehtonen, M. and Fotuhi Firuzabad, M. 2012. Optimal Selection Of 
Voltage Sag Mitigation Solution Based On Event Tree Method. Proc. on Electric Power 
Quality and Supply Reliability Conference (PQ).1 6. 
[4] Grady, W. M., Samotyj, M. J. and Noyola, A. H. 1992. The Application Of Network 
Objective Functions For Actively Minimizing The Impact Of Voltage Harmonics In Power 
Systems. IEEE Transactions on Power Delivery. 7(3): 13791386. 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 601 
[5] Godbole, P. 2014. Effect Of Harmonics On Active Power Flow And Apparent Power In The 
Power System. IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering (IOSR JECE): 
39 43. 
[6] Singh, B., Al Haddad, K. and Chandra, A. 1999. A Review of Active Filters for Power 
Quality Improvement. IEEE Transactions On Industrial Electronics. 46(5). 
[7] Tupsa ard, J., Chamchoy, C. and Tayjasanant, T. 2011. High voltage passive harmonic filter 
design. Proc. on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and 
Information Technology (ECTI CON) International Conference. 804 807. 
[8] Das, J. C. 2003. Passive Filters Potentialities And Limitations. Proc. on Pulp and Paper 
Industry Technical Conference, Conference Record of the 2003 Annual, IEEE.187 197. 
[9] Tang, Y., et al. 2012. Generalized Design of High Performance Shunt Active Power Filter 
with Output LCL filter. IEEE Transactions on Industrial Electronics 59(3): 14431452. 
[10] Akagi, H., Akira N. and Satoshi A. 1986. Control Strategy Of Active Power Filters Using 
Multiple Voltage Source PWM converters. IEEE Transactions on Industry Applications. 3: 
460 465. 
[11] Bhavaraju, V. B. and Prasad, N. E. 1993. Analysis And Design Of An Active Power Filter For 
Balancing Unbalanced Loads. IEEE Transactions on Power Electronics. 8(4): 640 647. 
[12] Demirdelen, T., et al. 2013. Review of hybrid active power filter topologies and 
controllers. Proc. of Fourth International Conference on Power Engineering, Energy and 
Electrical Drives (POWERENG), IEEE. 
[13] Kim, S. and Prasad N. E. 2002. A new hybrid active power filter (APF) topology. IEEE 
Transactions on Power Electronics 17(1): 48 54. 
[14] Luo, A. et al. 2009. Development of hybrid active power filter based on the adaptive fuzzy 
dividing frequencycontrol method. IEEE Transactions on Power Delivery. 24(1): 424 432. 
[15] Tzung Lin, L., Yen Ching, W., Jian Cheng, L. and Guerrero, J.M. 2015. Hybrid Active Filter 
With Variable Conductance for Harmonic Resonance Suppression in Industrial Power 
Systems. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 62(2): 746 756. 
[16] Susila, D.J. and Rajathy, R. 2013. Power Quality Enhancement Using Hybrid Active Filter. 
International Journal of Engineering Science and Innovative Technology (IJESIT). 
2(3):81 89. 
[17] Asadi, M. and Jalilian, A.R. 2012. A Hybrid Active Power Filter Comprising an Active 
Electromagnetic Filter. Przeglad Elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 0033 2097. R. 
88 NR 10a. 
[18] Peeran, S. M., and Creg, W. P. C 1995. Application, Design, And Specification Of Harmonic 
Filters For Variable Frequency Drives. IEEE Transactions on Industry Applications. 31(4): 
841 847. 
GIỚI THIỆU TÁC GIẢ 
Họ và tên: Ngô Việt Hưng. 
Năm sinh: 1981. 
Chức vụ: Trưởng ban KTSX. 
Nơi công tác: Tổng công ty Phát điện 2. 
Email: hungnv@evngenco2.vn và ngoviethung81@yahoo.com 
Điện thoại liên hệ: 0966.446.666