Đề xuất giải pháp thiết bị bù lai trong lọc sóng hài trong hệ thống điện phân phối

. Do tổn 
thất nhỏ (nhưng giá thành cao hơn nhiều so với thiết bị lọc 
thông cao) nên thiết bị này chưa phổ biến rộng rãi. 
Có thể thấy rằng, với tất cả các loại thiết bị lọc thụ động 
hiện có, chưa có loại nào có thể điều chỉnh được tần số 
cộng hưởng. Trên thực tế, biên độ và tỷ lệ của sóng hài phụ 
thuộc rất lớn vào việc điều khiển công suất của phụ tải. ví 
dụ xét trường hợp của thiết bị chỉnh lưu 6 cực. 
Bảng 1. Sóng hài của thiết bị chỉnh lưu 6 cực có điều khiển trên thực tế 
Alpha (αo) 0 15 30 45 60 90 110 130 
THD (%) 23,0 193,5 12,4 63,2 40,0 26,1 25,2 138,9 
I3/I1 (A) 0,03 0,43 7,09 58,52 35,94 0,02 0,03 1,18 
I5/I1 (A) 18,89 125,69 6,15 12,34 0,18 21,2 20,23 83,9 
I6/I1(A) 0,11 0,84 4,34 0,07 14,82 0,11 0,12 0,74 
I7/I1 (A) 11,69 105,48 4,99 16,42 0,15 12,57 12,72 81,5 
I9/I1 (A) 0,02 0,66 3,77 9,52 9,52 0,04 0,03 1,15 
I11/I1 (A) 5,95 102,48 2,58 7,65 0,17 8,7 7,88 74,8 
Trong trường hợp này, sóng hài thay đổi rất phức tạp 
theo góc mở của thyristor. Để sử dụng bộ lọc sóng hài dạng 
thụ động, ta cần đặt thiết bị lọc ở tần số 3, 5, 6, 7, 9 và 11. Tuy 
nhiên, có thể nhận thấy là việc đặt nhiều bộ lọc sóng hài có 
thể không mang lại hiệu quả cao vì tại những thời điểm khác 
nhau thì chỉ có 2 hoặc 3 sóng hài có biên độ lớn (những sóng 
hài còn lại có biên độ rất nhỏ so với tần số cơ bản). Nếu ta 
đặt bộ lọc ở cả 6 sóng hài thì giá thành thiết bị sẽ tăng rất 
cao. Ngoài ra, khi tính toán với những sóng hài bậc cao nhất, 
các thiết bị lọc tần số thấp sẽ còn gây ra thêm sóng hài lên 
bộ lọc tần số cao hơn và dễ gây quá tải cho thiết bị này, làm 
giảm khả năng lọc sóng hài của thiết bị. 
Như vậy, có thể thấy với những thiết bị điện tử có điều 
khiển công suất tác dụng, phổ của sóng hài thay đổi rất 
phức tạp cả về biên độ cũng như tần số. Chính vì vậy, để lọc 
sóng hài đảm bảo tiêu chuẩn, nếu sử dụng các thiết bị lọc 
sóng hài truyền thống, (chỉ lọc hiệu quả với một tần số lọc 
duy nhất) thì ta cần sử dụng rất nhiều bộ lọc với tần số 
cộng hưởng khác nhau. Việc bố trí nhiều bộ lọc sẽ khiến 
cho giá thành thiết bị tăng cao, làm giảm tính kinh tế của 
các thiết bị. Ngoài ra, do các thiết bị lọc thụ động đều có 
khả năng bù công suất phản kháng nên tổng công suất của 
thiết bị này bị giới hạn bởi công suất bù lớn nhất. Việc bố trí 
nhiều bộ lọc sẽ khiến công suất của từng bộ lọc giảm đi, 
dẫn tới việc giảm khả năng lọc sóng hài của từng bộ lọc. Do 
đó, nếu thiết kế được một bộ lọc sóng hài với tần số biến 
đổi sẽ giúp giảm giá thành sản phẩm, đồng thời nâng cao 
hiệu quả của việc lọc sóng hài của các phụ tải phi tuyến vì 
số lượng bộ lọc sẽ giảm đi và công suất mỗi bộ lọc tăng lên. 
3. PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT LỌC SÓNG HÀI VỚI TẦN SỐ 
BIẾN ĐỔI 
Mục đích của phương pháp là xây dựng thiết bị lọc sóng 
hài dạng thụ động với tần số cộng hưởng thay đổi theo yêu 
cầu của phụ tải qua đó nâng cao hiệu suất lọc sóng hài 
trong hệ thống điện. Ngoài ra thiết bị lọc sóng hài với tần 
số lọc biến đổi theo phụ tải sẽ làm giảm giá thành sản 
phẩm vì chỉ cần bố trí ít cuộn kháng hơn [13]. Các phần tử 
chính của thiết bị lọc với tần số biến đổi được thể hiện trên 
hình 3. 
Hình 3. Thiết bị lọc sóng hài thụ động với tần số biến đổi 
Thiết bị lọc thụ động với tần số biến đổi thực chất là 
thiết bị lọc dạng đơn có kết hợp thêm với các tụ điện mắc 
song song có thể điều khiển đóng cắt bằng hệ thống 
tyristor. Việc sử dụng các thuật toán điều khiển đóng cắt 
bằng thyristor sẽ giúp cho thiết bị này giảm được những 
ảnh hưởng của quá trình quá độ khi đóng cắt. Giúp tăng 
tuổi thọ thiết bị và tránh hỏng tụ điện. 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 2 (4/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 18
KHOA HỌC P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
Thiết bị lọc với tần số biến đổi trong hình 4 bao gồm 3 
tụ điện 1, 2, 3, có công suất khác nhau mắc song song, mỗi 
tụ điện này được điều khiển đóng cắt bằng các cặp gồm 
hai tyristo song song ngược chiều 41, 42, 43 nhằm thực 
hiện chức năng điều khiển thay đổi tần số cộng hưởng của 
thiết bị. 
Tần số cộng hưởng của thiết bị khi đóng 1 tụ vào như 
theo công thức: 
C1
1
L
Xv
X
 (1) 
Khi đóng tụ thứ hai vào, lúc này hai tụ song song sẽ có 
giá trị điện trở tương đương như sau: 
 dCt 2
C1 C2
1X 1 1
X X
khi đó tần số cộng hưởng của thiết bị lọc biến đổi sẽ là: 
dCt 2 C1 C2
2
L L
1
1 1
X X Xv
X X
 (2) 
Cũng tương tự như vậy, khi đóng tụ thứ ba vào, tần số 
cộng hưởng của thiết bị sẽ là 
d3Ct C1 C2 C3
3
L L
1
1 1 1
X X X Xv
X X
 (3) 
Tần số cộng hưởng trị số của các giá trị , XC1, XC2, XC3 và XL sẽ được lựa chọn sao cho phù hợp với biên độ sóng hài 
do phụ tải gây ra khi thay đổi công suất. Ví dụ: nếu ta cần 
thay đổi tần số cộng hưởng của thiết bị tại sóng hài bậc 3, 
5, 7 ta sẽ chọn v1 = 7, v2 = 5, v3 = 3. 
Sơ đồ khối nguyên lý bộ điều khiển thiết bị bù lọc với 
tần số biến đổi trong hình 4 [13]. 
Hình 4. Sơ đồ khối của bộ điều khiển thiết bị lọc sóng hài thụ động với tần số 
biến đổi [13] 
Hình 5. Đặc tính tần số của thiết bị lọc sóng hài thụ động với tần số biến đổi 
Quá trình điều khiển thiết bị bù lai được thực hiện như 
trong hình 6. 
Hình 6. Thuật toán điều khiển của thiết bị lọc thụ động với tần số biến đổi [13] 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 2 (Apr 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 19
Trong khoảng thời gian nhất định, tiến hành so sánh 
các giá trị công suất phụ tải và điện áp điều khiển. Nếu 
không thỏa mãn thì kết thúc quá trình và tách thiết bị ra 
khỏi lưới điện (tránh hỏng hóc). Nếu thỏa mãn điều kiện 
điều khiển (công suất tải lớn hơn ngưỡng, điện áp trong dải 
cho phép) thì tiến hành tính toán, phân tích phổ sóng hài. 
Từ đây tìm ra một (hoặc một số sóng hài) có biên độ lớn 
nhất, đưa ra quyết định lựa chọn tần số lọc tối ưu và ra lệnh 
điều khiển đóng hoặc cắt thêm tụ điện nếu tổng công suất 
bù không vượt quá lượng công suất bù lớn nhất. Nếu tổng 
công suất bù vượt quá công suất bù max thì sẽ giảm lượng 
công suất bù của các thiết bị lọc bằng cách tách bớt tụ điện 
ra khỏi lưới (thay đổi tần số lọc) của từng bộ lọc. Do thiết bị 
lọc với tần số biến đổi là thiết bị thay đổi tần số lọc theo 
yêu cầu của phụ tải nên thiết bị này cần có bộ điều khiển 
với các thuật toán có khả năng phân tích sóng hài và tính 
toán để lựa chọn đóng cắt tụ điện (các thiết bị lọc thụ động 
hiện có không có thiết bị điều khiển). Do đó nó cũng phức 
tạp hơn so với những thiết bị lọc thụ động hiện có. 
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 
Kết quả nghiên cứu được mô phỏng trên phần mềm 
Matlab Simulink 2014 trên cấu hình máy tính Dell Core i7 - 
4Gb Ram và được thực hiện cho sơ đồ lưới điện như trong 
hình 7. 
Xem xét một thiết bị chỉnh lưu công suất 200kVA (phụ tải 
phi tuyến) tại một nhà máy có tổng công suất phụ tải là 
800kVA (600kVA còn lại là phụ tải tuyến tính như hình 7) [13]. 
Hình 7. Sơ đồ nguyên lý của nhà máy có lắp đặt điều khiển lọc sóng hài 
Thiết bị chỉnh lưu này thay đổi công suất rất phức tạp 
theo từng giờ. Bộ chỉnh lưu dạng cầu 3 pha, điều khiển một 
nửa chu kỳ. Lượng sóng hài chủ yếu gây ra là sóng hài bậc 
2, 4, 5, 7, 8 và 10. Tình hình thay đổi công suất và sóng hài 
của thiết bị như trong bảng 2. 
Có thể thấy lượng sóng hài của bộ chỉnh lưu thay đổi rất 
phức tạp theo công suất (góc mở điều khiển). Ở công suất 
định mức 200kVA, chỉ có sóng hài bậc 5 và bậc 7 là đáng kể 
trong khi ở 90 độ, sóng hài bậc 2, bậc 5 là lớn nhất nhưng ở 
45 độ thì sóng hài bậc 2 và 4 là lớn nhất. Với lượng sóng hài 
bậc 2, 4, 5, 7, 8 rất lớn thì thiết bị này đòi hỏi phải đặt các bộ 
lọc sóng hài. 
Đối với công suất của tải và bậc của sóng hài sinh ra đối 
với sơ đồ trên sử dụng 3 bộ lọc sóng hài với tần số biến đổi. 
Bộ thứ nhất có tần số lọc là 2, 5. Bộ thứ 2 có tần số lọc là 4, 5 
và 7. Bộ thứ 3 có tần số lọc là 5, 7, 8 như trong hình 8. 
Hình 8. Sơ đồ tính toán của thiết bị lọc thụ động với tần số biến đổi có 
điều khiển 
Kết quả tính toán các thông số của bộ lọc thứ nhất cho 
trong bảng 3, 4, 5. 
Hiệu quả của từng phương pháp sẽ được tính toán dựa 
trên tổn thất điện năng do: công suất phản kháng của thiết 
bị lọc sinh ra, tổn thất trong thiết bị lọc, tổn thất do sóng 
hài chạy vào hệ thống điện. Tổn thất điện năng do công 
suất phản kháng của thiết bị lọc sinh ra được tính theo 
công thức: 
d( ) ..
2
loc t
pk 2
dm
Q Q R T
A kWh
1000U
 (4) 
Tổn thất điện năng trong thiết bị 
lọc được tính theo công thức: 
. .
8
loc loc
i 1
A Q K T kWh
  (5) 
Tổn thất điện năng do sóng hài 
gây ra trong hệ thống điện được tính 
theo công thức: 
d( ). . .
14
2
h t
h 2
A I h R h T
  (6) 
trong đó, h
là hệ số tăng điện trở 
theo tần số do hiệu ứng bề mặt (skin 
effect). 
Bảng 2. Công suất và sóng hài làm việc của bộ chỉnh lưu công suất 
Góc mở 
(αo) 
Giờ làm 
việc T 
P 
kW 
Q 
kVAr 
S 
kVA 
I2 
(A) 
I4 
(A) 
I5 
 (A) 
I7 
(A) 
I8 
 (A) 
I10 
 (A) 
I11 
 (A) 
I13 
 (A) 
I14 
 (A) 
0 3 160 120 200 0,0 0,0 57,7 41,2 0,0 0,0 26,2 22,2 0,0 
15 3 159 120 199 37,4 36,1 45,8 25,1 31,3 27,9 3,4 2,9 19,9 
30 3 155 117 194 72,2 62,5 14,9 10,7 31,3 14,4 25,3 21,4 10,3 
45 3 145 109 182 102,1 72,2 22,1 38,1 0,0 20,4 10,0 8,5 14,6 
60 3 129 97 161 125,0 62,5 50,0 35,7 31,3 25,0 22,7 19,2 17,9 
90 3 80 60 100 144,3 0,0 40,8 29,2 0,0 28,9 18,6 15,7 20,6 
110 3 46 34 57 125,0 62,5 28,9 20,6 31,3 25,0 13,1 11,1 17,9 
130 3 19 15 24 110,6 71,1 47,3 3,6 12,3 27,1 26,1 12,7 3,6 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 2 (4/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 20
KHOA HỌC P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
Bảng 3. Thông số của bộ lọc thứ nhất 
TT Tụ Công suất (kVAr) XC (Ω) XL(Ω) Tần số cộng hưởng 
1 Xc1 22,4 7,1429 
0,143 
5,00 
2 Xc2 117,6 1,3605 2,18 
3 Xc1 + Xc2 140,0 1,1429 2,00 
Bảng 4. Thông số của bộ lọc thứ hai 
TT Tụ Công suất 
(kVAr) 
XC (Ω) XL 
(Ω) 
Tần số 
cộng hưởng 
1 Xc3 46,3 3,4581 
0,143 
4,92 
2 Xc4 23,7 6,7422 6,87 
3 Xc3 + Xc4 70,0 2,2857 4,00 
Bảng 5. Thông số của bộ lọc thứ ba 
TT Tụ Công suất 
(kVAr) 
XC (Ω) XL (Ω) Tần số cộng 
hưởng 
1 Xc5 30,6 5,2267 
0,107 
7,00 
2 Xc6 23,4 6,8267 8,00 
3 Xc7 6,0 26,8896 15,88 
4 Xc5 + Xc6 54,0 2,9602 5,27 
5 Xc5 + Xc7 36,6 4,3761 6,41 
6 Xc6 + Xc7 29,4 5,4444 7,14 
7 Xc5 + Xc6 + Xc7 60,0 2,6667 5,00 
(a) 
(b) 
Hình 9. (a) trường hợp không có bộ lọc sóng hài (b) trường hợp có bộ lọc 
sóng hài, lọc sóng hài bậc 3, bậc 7 
Trong hình 9 cho thấy chất lượng điện áp đầu ra của bộ lọc 
sóng hài bậc 3 bậc 7 có điện áp sin hơn và không nhấp nhô. 
Kết quả tính toán của khi sử dụng các thiết bị được so 
sánh trong hình 10. 
Hình 10. Kết quả so sánh giữa bộ lọc tần số cố định và tần số biến đổi 
Kết quả tính toán cho thấy, việc sử dụng thiết bị lọc với 
tần số biến đổi sẽ làm giảm tổn thất khoảng 10% so với 
thiết bị lọc với tần số cố định. Ngoài ra, do sử dụng ít cuộn 
kháng hơn, giá thành thiết bị lọc với tần số biến đổi sẽ giảm 
so với thiết bị lọc với tần số cố định. 
5. KẾT LUẬN 
Qua nghiên cứu này, nhóm tác giả đã đề xuất phương 
pháp lọc sóng hài qua việc tính toán dung lượng tụ bù 
tương ứng dựa trên thuật toán điều khiển tưng ứng việc 
góc mở của Thysirtor sao cho phù hợp với dung lượng tụ 
bù mong muốn, để giảm tối đa sóng hài gây ra trên lưới 
điện phân phối hạ áp. Với một thuật toán điều khiển riêng 
biệt, việc điều chỉnh trơn công suất phản kháng của thiết bị 
bù lai có thể được thực hiện bằng cách lần lượt đóng mở 
từng tụ điện kết hợp với điều chỉnh góc mở α của của cuộn 
kháng L. Tuy thuật toán điều khiển có phức tạp hơn nhưng 
vẫn sẽ giúp chúng ta giảm công suất của điện kháng L 
xuống rất thấp dẫn tới giảm chi phí giá thành của thiết bị 
đồng thời cũng làm giảm tổn thất công suất tác dụng của 
thiết bị bù và sóng hài do quá trình điều chỉnh trơn công 
suất phản kháng gây ra. Như vậy, các thuật toán điều khiển 
có khả năng phân tích sóng hài và tính toán để lựa chọn 
thời điểm đóng cắt tụ điện có ý nghĩa quyết định đến hiệu 
quả của phương pháp này. 
Kết quả nghiên cứu được kiểm tra trên một sơ đồ lưới 
thực tế, kết quả cho thấy, lượng sóng hài bậc cao giảm 
đáng kể, tổn thất công suất của phương pháp đề xuất giảm 
10% so với việc sử dụng bộ điều khiển lọc tần cố định. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. ECPE Europen Center for Power Electronics, 2007. EPE European Power 
Electronics and Drives Association, Position paper on energy efficiencythe role of 
powerelectronics. in European Workshop on Energy Efficiencythe Role of Power 
Electronics. 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 2 (Apr 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 21
[2]. D. O. Abdeslam, P. Wira, J. Merckle, D. Flieller, and Y. A. Chapuis, 2007. A 
unified artificial neural network architecture for active power filters. IEEE Trans. 
Industr. Electron., vol. 54, no. 1, pp. 61-76. 
[3]. F. S. dos Reis, J. Ale, F. D. Adegas, R. Tonkoski, S. Slan, and K. Tan, 2006. 
Active shunt filter for harmonic mitigation in wind turbines generators. in Proc. 
37th IEEEPower Electronics Specialists Conf., Jeju, Korea, pp. 1-6. 
[4]. L. Asiminoael, F. Blaabjerg, and S. Hansen, 2007. Detection is key-
harmonicdetection methods for active power filter applications. IEEE Ind. 
Appl.Mag., vol. 13, no. 4, pp. 22-33. 
[5]. L. Marconi, F. Ronchi, and A. Tilli, 2007. Robust nonlinear control of 
shuntactive filters for harmonic current compensation. Automatica, vol. 43,no. 2, 
pp. 252-263. 
[6]. IEEE recommended practice and requirements for harmonic control 
inelectric power systems, IEEE Standard 519-2014, 2014, pp. 1-29. 
[7]. J. Vazquez and P. Salmeron, 2003. Active power filter control using 
neuralnetwork technologies. IEEE Proc. Electr. Power Appl., vol. 150, no. 2.pp. 
139-145. 
[8]. Trần Đình Long, 2014. Sách tra cứu về chất lượng điện năng. NXB Bách 
khoa, Hà Nội. 
[9]. Priyadharshini, N.Devarajan, AR.Uma saranya, R.Anitt, 2012. Survey of 
Harmonics in Non Linear Loads. International Journal of Recent Technology 
andEngineering (IJRTE) ISSN: 2277-3878, Volume-1, Issue-1. 
[10]. Tiêu chuẩn IEEE-519/2014. 
[11]. Hoàng Đăng Khoa, Lê Việt Cường, Bùi Anh Tuấn, Đinh Ngọc Quang, 
2014. Nghiên cứu, chế tạo thiết bị bù công suất phản kháng tronglưới điện hạ áp 
dựa trên nguyên lý lai. Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ Công Thương. 
[12]. George J. Wakileh, 2011. Power Systems Harmonics - Fundamentals, 
Analysis And Filters Design. Springer. 
[13]. Đinh Ngọc Quang. Bằng sáng chế Thiết bị bù lai, Số bằng: 1-0015397, 
ngày cấp: 11 tháng 4 năm 2016. 
AUTHORS INFORMATION 
Le Viet Cuong1, Nguyen Tung Linh2, Bui Anh Tuan3, Dinh Ngoc Quang4 
1Science and Technology Department, Ministry of Industry and Trade 
2Electric Power University 
3Hanoi Industrial Textile Garment University 
4Inovative Grid Solutions Vietnam JSC