Mô phỏng sóng hài và biện pháp giảm trừ sóng hài trong các tòa nhà cao tầng thương mại hỗn hợp

ày càng nhiều. 
Đặc biệt đối với các tòa nhà thương mại 
hỗn hợp, các thiết bị điện sử dụng các bộ 
chỉnh lưu và nghịch lưu ngày càng tăng 
lên do những yêu cầu cao trong vận hành, 
khai thác thiết bị với hiệu suất cao nhất. 
Điều này dẫn tới mức độ phát sinh sóng 
hài cũng khá cao [1-6]. Thậm chí ở những 
thiết bị như đèn compact, đèn huỳnh 
quang, máy vi tính, lò nướng đã gây ra 
sóng hài làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến 
chất lượng điện năng của toàn tòa nhà, và 
nếu không hạn chế tốt sẽ ảnh hưởng lên 
phía trên lưới hệ thống [7]. 
Nhiều giải pháp như bộ lọc thụ động và 
tích cực, điều hòa điện áp và dòng điện 
cũng đã được để cập. Tuy nhiên, việc xác 
định các loại nguồn phát sinh sóng hài và 
vị trí của nó trong hệ thống điện sẽ quyết 
định chủng loại thiết bị lọc, và ngăn chặn 
sóng hài phù hợp [8-10]. 
Hiện tại, trong nước vấn đề sóng hài trong 
tòa nhà cao tầng cũng đã và đang được 
quan tâm nhiều. Tuy nhiên các công trình 
nghiên cứu được công bố còn hạn chế, và 
thường tập trung về đánh giá ảnh hưởng, 
cũng như giảm tổn thất [11] với sự kết 
hợp của tụ bù cosφ. 
Để hiểu rõ hơn về đặc điểm sóng hài của 
nhóm phụ tải trên trước khi thực hiện các 
nội dung về đo đạc và đánh giá, bước mô 
phỏng về đối tượng là quan trọng và cần 
thiết để giảm thiểu chi phí đánh giá và đề 
xuất phương án. Trong các phần tiếp theo, 
các nguồn gây sóng hài sẽ được mô 
phỏng sử dụng công cụ Matlab/Simulink, 
mô phỏng các giải pháp để giảm trừ ảnh 
hưởng của chúng trong lưới điện. 
2. SÓNG HÀI KHÔNG CÂN BẰNG 
Một đặc điểm của hệ thống điện tòa nhà 
thương mại hỗn hợp là sự mất cân bằng 
pha do lượng phụ tải một pha lớn. Sử 
dụng lý thuyết về các thành phần đối 
xứng để phân tích một hệ 3 pha không đối 
xứng (abc) thành 3 hệ đối xứng (012): 
 Thứ tự không (0): gồm 3 vectơ bằng 
nhau về biên độ và trùng pha nhau; 
 Thứ tự thuận (1): gồm 3 vectơ có biên 
độ bằng nhau, lệch nhau 120o điện, thứ tự 
pha trùng với thứ tự pha abc. 
 Thứ tự nghịch (2): gồm 3 vectơ có biên 
độ bằng nhau, lệch pha nhau 120o điện, 
thứ tự pha ngược với thứ tự pha abc. 
Với các sóng hài dòng điện 3 pha: 
0
0
0
0
0
os
os 120
os 120
ah ah ah
bh bh bh
ch ch ch
i t I c t
i t I c h t
i t I c h t
 
 
 
(1) 
Mô tả theo dạng ma trận có dạng: 
0
2 0
1
2
0
2
1 1 1
1
1 120
3 1 120
ah ahh
h bh bh
h
ch ch
II
I a a I h
I a a I h



  
  
  
(2) 
trong đó o1 120 a và 2 o1 120  a . 
Từ (2), giả sử 3 pha đối xứng 
ah bh ch hI I I I , nếu các sóng hài 
3 1h n thì chỉ có 1h h hI I   , với các 
sóng hài 3 1h n thì chỉ có 2h h hI I   
và với 3h n thì chỉ có 0h h hI I   ; 
trong đó n = 0, 1, 2, Trường hợp 3 pha 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 23 3 
không đối xứng, dòng hài thứ tự thuận - 
nghịch - không sẽ có thể có các sóng hài 
khác xuất hiện trong dây trung tính [10] 
ngoài các sóng bội 3. 
3. CÁC NGUỒN PHÁT SINH SÓNG HÀI 
TRONG TÒA NHÀ 
Các phụ tải trong tòa nhà thương mại hỗn 
hợp được phân loại bao gồm các phụ tải 
chiếu sáng, văn phòng, sinh hoạt, thang 
máy và hệ thống thông gió, làm mát 
(HVAC). 
Với những tòa nhà xây dựng mới, đèn 
chiếu sáng có thể sử dụng đèn huỳnh 
quang có chấn lưu điện tử, đèn compact, 
hoặc đèn led có dạng sóng dòng điện có 
độ nhiễu sóng hài cao, như hình 1 và 2. 
Hình 1. Sóng dòng điện của một số loại đèn [2] 
Hình 2. Phổ sóng hài của một đèn compact [4] 
Mạch chiếu sáng thường là mạch 1 pha - 
trung tính, cùng với các thiết bị phi tuyến 
khác trong nhóm phụ tải sinh hoạt. Ngoài 
các phụ tải đèn còn có các phụ tải phi 
tuyến khác như tủ lạnh, lò vi sóng, bếp từ, 
điều hòa, tivi, bộ sạc pin, máy vi tính... 
[2] Việc đi chung dây trung tính của các 
thiết bị này sẽ dẫn tới dòng hài trong dây 
trung tính tăng cao có thể gây phát nóng. 
Các thiết bị điện dân dụng phi tuyến chứa 
các phần tử điện từ như động cơ, máy 
biến áp (như trong tủ lạnh, điều hòa). 
Nhiễu dòng điện phụ thuộc vào thiết kế 
của động cơ và thay đổi theo cấp điện áp. 
Các tải phi tuyến này được mô phỏng như 
là các nguồn bơm dòng điện hài. 
Trong khi đó các phụ tải 3 pha lớn như 
thang máy, HVAC thường được cấp điện 
tập trung từ tủ điện có công suất lớn. 
Chúng có đặc điểm phát sinh sóng hài 
khác với phụ tải 1 pha nên ảnh hưởng của 
chúng cũng sẽ khác [4]. Cùng với các 
thiết bị phi tuyến khác, chúng được mô 
phỏng như là các nguồn điện áp hài. 
Trong đó có bộ chỉnh lưu điôt với bộ lọc 
tụ điện phía đầu ra DC, kết nối giữa phụ 
tải điện tử với lưới AC (bộ nguồn chuyển 
mạch SMPS). Với loại mạch này xuất 
hiện chủ yếu trong tất cả các phụ tải phi 
tuyến dân dụng và thương mại như là máy 
vi tính, màn hình, ti vi, chấn lưu điện tử 
của đèn huỳnh quan, bộ sạc pin... 
4. GIẢI PHÁP GIẢM TRỪ SÓNG HÀI 
4.1. Chặn sóng hài bậc 3 trong dây 
trung tính 
Trong mạng điện tòa nhà, mạch cấp đến 
tủ điện các tầng thường là mạch 3 pha với 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
4 Số 23 
công suất vài chục đến trăm kW. Trong 
phạm vi các tầng, chỉ có phụ tải một pha 
là chính, chúng có phát sinh sóng hài như 
đã phân tích, và khả năng cân bằng các 
pha là rất khó thực hiện, xuất hiện dòng 
điện trong dây trung tính. 
Hình 3. Sơ đồ đấu nối NCF vào dây trung tính 
Bên cạnh đó, các thành phần sóng bậc 3, 
và tất cả các sóng hài khác là bội số của 3, 
của dòng điện dây đều cùng pha với nhau, 
tổng của chúng sẽ là một giá trị lớn. Một 
giải pháp được đề ra để hạn chế ảnh 
hưởng của nó là bộ lọc khóa thành phần 
bậc 3 trong dây trung tính (NCF - Neutral 
Current Filter) [9]. NCF được đặt nối tiếp 
với dây trung tính từ máy biến áp đến 
tủ điện tầng hoặc trung tâm tải. Nó được 
đặt tại tủ điện tầng để chặn dòng điện 
hài bậc 3 chạy trong dây trung tính. NCF 
tạo ra mạch LC cộng hưởng song song 
với tổng trở vô cùng lớn ở tần số 3f1. 
Thông số mạch LC của NCF có thể tính 
toán như sau: 
2.
r
Q
C
U
 (3) 
Bộ lọc thụ động 
Lọc thụ động bao gồm các phần tử R, L, 
C được ghép nối với nhau và được lựa 
chọn cho một tần số lọc xác định. Nguyên 
lý làm việc của bộ lọc loại này là tạo ra 
mạch có tổng trở vô cùng nhỏ ở tần số cần 
lọc để sóng điều hòa ở tần số đó "chảy" ra 
khỏi hệ thống. 
Hình 4. Cấu hình bộ lọc đơn và đôi 
Trong các cấu hình bộ lọc, bộ lọc đơn và 
lọc đôi thường được lựa chọn vì có ưu 
điểm là kết cấu đơn giản, vận hành ổn 
định. Đối với bộ lọc thụ động đơn, lọc 
một bậc sóng hài h được thiết kế để có tần 
số cộng hưởng là : 
1
0 1
1
1
.
2 .
C
L
X
f f
X L C 
(4) 
Hệ số chất lượng của bộ lọc: 
1 1 1h L Lq
R h RC R C


(5) 
5. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 
Mô hình mô phỏng của hệ thống được thể 
hiện như trong hình 5. Hệ thống điện cấp 
22 kV, công suất ngắn mạch điểm đấu là 
30 MVA cấp điện tới máy biến áp (MBA) 
2000 kVA, 22/0,4 kV của tòa nhà. Phía 
sau MBA có các phụ tải: 3 pha tuyến tính, 
phi tuyến 1 pha và phi tuyến 3 pha. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 23 5 
Phụ tải sinh hoạt 1 pha của các hộ gia 
đình được mô phỏng theo sơ đồ kết dây 
của hệ thống điện căn hộ. Các phụ tải là 
các nguồn phát sinh sóng hài được mô tả 
là xếp chồng của các sóng hài như trong 
hình 6. Trong đó đặc tính sóng hài được 
mô phỏng như mô tả trong mục 2 theo 
[4]. Để đảm bảo tính tổng quát, sự xuất 
hiện các bậc sóng hài và độ lớn của chúng 
được mô tả với các giá trị ngẫu nhiên. Kết 
quả mô phỏng cho thấy phổ hài sát với 
kết quả thực nghiệm trong [4] như hình 7. 
Hình 5. Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện 
Hình 6. Mô hình phụ tải đèn compact 
Các phụ tải phi tuyến khác của nhóm 
động cơ, phụ tải trong trung tâm thương 
mại được mô tả qua bộ chỉnh lưu điôt 3 
pha và một pha. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
6 Số 23 
Dạng sóng ngẫu nhiên của phụ tải sinh 
hoạt 1 pha có thể thấy như hình 8 với đủ 
các thành phần sóng hài bậc 3, 5, 7, 
Đối với các phụ tải phi tuyến khác cấp 
điện từ các bộ chỉnh lưu cầu điôt, dạng 
sóng điển hình như hình 9 với nhiều bậc 
sóng hài nhưng chủ yếu là bậc 5 lớn nhất. 
Hình 7. Phổ hài dòng điện đèn compact 
mô phỏng 
Hình 8. Phổ hài dòng điện 1 pha phụ tải 
sinh hoạt 
Hình 9. Phổ hài dòng điện 3 pha phụ tải 
phi tuyến 
Từ hình 11 có thể thấy dạng sóng dòng 
điện có độ méo lớn và xuất hiện sự mất 
cân bằng giữa các pha. Chính sự không 
cân bằng này làm cho dòng điện trong dây 
trung tính xuất hiện các sóng hài bậc 5, 
7,... bên cạnh các thành phần hài bội 3. 
Hình 10. Sóng và phổ hài dòng điện 
trong dây trung tính 
Từ những phân tích trên, ta lựa chọn 2 
giải pháp đặt bộ lọc chặn sóng hài bậc 3 
trong dây trung tính và bộ lọc đơn bậc 5 
tại thanh cái tổng. 
Vì không có yêu cầu về công suất phản 
kháng, ta chọn loại tụ 1 pha 5 kVAR, 
230 V để từ đó tính toán ra bộ lọc chặn 
bậc 3 với kháng điện 3,54 mH, hệ số chất 
lượng q = 40. 
Bộ lọc đơn bậc 5 được tính toán dựa trên 
mức công suất phản kháng bù. Mạch lọc 
đơn LC khi cộng hưởng sẽ có dòng điện 
tăng lên rất lớn và do đó có thể gây quá 
tải. Vì vậy trong thực tế người ta chọn 
kháng để tần số cộng hưởng gần sát nhất 
với tần số sóng hài cần lọc, tức là: 
0 1 1
1 1 1
C C
L L
f X X
h
f X X
(6) 
0.5 0.55 0.6
-500
0
500
Time (s)
A
m
p
lit
u
d
e
 (
A
)
0 5 10 15 20 25
0
100
Harmonic order
A
m
p
lit
u
d
e
 (
%
)
I
o
 : THD= 192.2677 %, I1=100%, I3=174.0841%
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 23 7 
Với bộ lọc bậc 5, h = 5, ta có 
1 14%L CX X . Như vậy để giảm thiểu 
ảnh hưởng (lọc) sóng hài bậc 5 mà không 
gây quá tải cho mạch lọc thì có thể chọn 
kháng 6%. 
Hình 10. Sóng dòng điện và phổ hài dòng điện tổng 
Hình 11. Sóng dòng điện và phổ hài dòng điện tổng sau bù 
Hình 12. Sóng dòng điện và phổ hài dòng điện 
dây trung tính sau bù 
Kết quả sau khi đặt bộ lọc ta có dạng sóng 
và phổ hài dòng điện tại thanh cái tổng và 
trong dây trung tính như hình 12 và hình 
13. Có thể thấy phía sau bộ lọc chặn sóng 
bậc 3 thì các thành phần hài bội 3 đã giảm 
đi rất nhỏ. Tổng độ méo dòng điện các 
pha đều nằm trong qui định cho phép 
[12]. 
6. KẾT LUẬN 
Sóng hài phát sinh trong các tòa nhà 
thương mại hỗn hợp do các phụ tải phi 
tuyến sử dụng nhiều thiết bị điện tử công 
0.5 0.51 0.52 0.53 0.54 0.55 0.56 0.57 0.58 0.59 0.6
-1000
0
1000
Time (s)
A
m
p
lit
u
d
e
 (
A
)
0 10 20
0
2
4
Harmonic order
A
m
p
lit
u
d
e
 (
%
)
I
a
 : THD= 4.7626 %
0 10 20
0
1
2
3
Harmonic order
I
b
 : THD= 3.9495 %
0 10 20
0
1
2
Harmonic order
I
c
 : THD= 2.6454 %
0.5 0.52 0.54 0.56 0.58 0.6
-50
0
50
Time (s)
A
m
p
lit
u
d
e
 (
A
)
0 5 10 15 20 25
0
50
100
Harmonic order
A
m
p
lit
u
d
e
 (
%
)
I
o
 : THD= 49.5223 %, I1=100%, I3=11.6181%
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
8 Số 23 
suất. Do đặc điểm với nhiều phụ tải một 
pha, khả năng cân bằng là khó được đảm 
bảo, điều đó dẫn tới sự xuất hiện nhiều 
thành phần sóng hài khác bên cạnh sóng 
hài bội 3 trong dây trung tính. 
Bài báo đã xây dựng mô hình của một tòa 
nhà với các loại phụ tải khác nhau, đảm 
bảo tính ngẫu nhiên trong tiêu thụ công 
suất và phát sinh sóng hài. Giải pháp giảm 
trừ ảnh hưởng của sóng hài được lựa chọn 
trên quan điểm đơn giản, hiệu quả đã 
được đề xuất nhằm giảm thiểu ảnh hưởng 
của chúng trong dây trung tính; loại trừ 
thành phần sóng hài có biên độ lớn với bộ 
lọc đơn. 
Kết quả cho thấy hiệu quả giảm sóng hài 
rõ rệt làm cơ sở cho việc nghiên cứu các 
vị trí đặt khác nhau để đạt được yêu cầu 
của đơn vị vận hành hệ thống điện. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] J. Arrillaga, N.R. Watson, Power System Harmonics, pp:(61-67), John Wiley & Son, England, 
Second Edition, 2003. 
[2] V. Ćuk, J.F.G. Cobben, W.L. Kling and R.B. Timens, An analysis of diversity factors applied to 
harmonic emission limits for energy saving lamps, Proceedings of 14th International Conference 
on Harmonics and Quality of Power - ICHQP 2010, Bergamo, 2010, pp. 1-6. 
[3] Z. Shan, Y. Huang and J. Jatskevich, "Using LED lighting drivers for harmonic current cancellation 
in intelligent distribution power systems," 2016 IEEE 17th Workshop on Control and Modeling for 
Power Electronics (COMPEL), Trondheim, 2016, pp. 1-5.. 
[4] Angela Iagar, and others, The influence of home nonlinear electric equipment operating modes 
on power quality, WSEAS Transactions on Systems, Vol.13, pp: (357-367), 2014. 
[5] P. Chiradeja, A. Ngaopitakkul, C. Jettanasen, Energy savings analysis and harmonics reduction for 
the electronic ballast of T5 fluorescent lamp in a building's lighting system, Energy and Buildings, 
Volume 97, 2015, Pages 107-117. 
[6] Chang-Song Li, and others, Research of Harmonic Distortion Power for Harmonic Source 
Detection, 17th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), pp. 214-
218, 2016. 
[7] Torquato, Wilsun Xu, W. Freitas, J. Lepka and R. Pascal, Propagation characteristics of high-
frequency harmonics in distribution systems, 2016 IEEE Power and Energy Society General 
Meeting (PESGM), Boston, MA, 2016, pp. 1-5. 
[8] A. Kalair, N. Abas, A.R. Kalair, Z. Saleem, N. Khan, Review of harmonic analysis, modeling and 
mitigation techniques, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 78, 2017, Pages 
1152-1187, 
[9] Jih-Sheng Lai, Thomas S. Key, Effectiveness of Harmonic Mitigation Equipment for Commercial 
Office Buildings, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 33, No. 4, pp: (1104-1110), 
1997. 
[10] S. Kim, Active zero-sequence cancellation technique in unbalanced commercial building power 
system, Nineteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2004. 
APEC '04., Anaheim, CA, USA, 2004, pp. 185-190 Vol.1. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 23 9 
[11] Hoàng Trân Thành, Bạch Quốc Khánh, Về hiệu quả giảm tổn thất điện năng do sóng hài trong 
HTCCĐ tòa nhà do tụ bù cosφ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, số 3 (124), 
pp. 69-73, 2018. 
[12] Thông tư 30/2019/TT-BCT, ngày 18/11/2019 của Bộ trưởng Bộ Công Thương về Sửa đổi, bổ 
sung một số điều của TT số 25/2016/TT-BCT và TT số 39/2015/TT-BCT. 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Nguyễn Phúc Huy tốt nghiệp đại học và nhận bằng Thạc sĩ tại Trường Đại 
học Bách khoa Hà Nội vào các năm 2003 và 2010. Năm 2015 nhận bằng Tiến sĩ 
ngành hệ thống điện và tự động hóa tại Trường Đại học Điện lực Hoa Bắc, Bắc 
Kinh, Trung Quốc. 
Lĩnh vực nghiên cứu: chất lượng điện năng, ứng dụng điện tử công suất, độ tin cậy 
của hệ thống điện. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
10 Số 23