Điều khiển Mờ-PI cải tiến cho mạch nghịch lưu áp đa bậc

1

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1 Lý do chọn đề tài :

Vấn đề chất lượng điện năng đã trở thành một trong những tiêu chí
quan trọng trong ngành công nghiệp, hệ thống điện và đời sống của con
người. Nguyên nhân dẫn đến chất lượng điện năng kém (méo dạng hài, độ
méo dạng hài tổng lớn và hệ số công suất nhỏ…) là do ngày càng nhiều các
tải phi tuyến được kết nối vào lưới điện.
Hiện nay, ở nước ta chỉ dùng tụ bù để nâng cao hệ số công suất. Mặc
dù vậy phương pháp dùng tụ bù thì không mang lại hiệu quả cao, không có
khả năng cải thiện độ méo dạng hài, không linh hoạt trong bù công suất phản
kháng, dễ gây mất ổn định trong hệ thống điện….
Theo đó, để giải quyết các vấn đề trên, thì các mạch lọc thụ động
thường được sử dụng để khử hài và bù công suất phản kháng. Mặc dù các
mạch lọc thụ động có cấu trúc đơn giản, rẻ tiền và dễ sử dụng nhưng cũng
tồn tại nhiều khuyết điểm như là: dễ xảy ra cộng hưởng với lưới điện, mất ổn
định, khó để cải thiện độ méo dạng hài tổng và khả năng bù không linh
hoạt….
Từ đó, mạch lọc tích cực (APF) ra đời để giải quyết các khuyết điểm
của mạch lọc thụ động [5-37]. APF có các ưu điểm như là bù online theo tải
phi tuyến, có khả năng đáp ứng được cho tất cả các dạng tải và đặc biệt là
khắc phục được hiện tượng cộng hưởng ở mạch lọc thụ động.
Hiện nay hầu hết các nghiên cứu về APF chỉ dùng bộ nghịch lưu
nguồn áp hai bậc [10-34]. Với bộ nghịch lưu nguốn áp thì khó ứng dụng cho
tải công suất lớn, quá trình đóng mở của các khóa bán dẩn tạo ra nhiều thành
phần hài bậc cao xuất hiện bù lên lưới. Do đó ảnh hưởng đến hiệu quả của
mạch lọc tích cực.

2

Tuy nhiên hiệu quả làm việc của APF tùy thuộc vào nhiều yếu tố như:
phương pháp điều khiển, chiến lược điều khiển, lựa chọn các thông số, ổn
định điện áp bus DC….Trong đó phương pháp điều khiển đóng vai trò rất
quan trọng quyết định hiệu quả của mạch lọc.
Hiện nay, các phương pháp điều khiển đã được sử dụng cho APF có
thể liệt kê như sau: Phương pháp điều khiển PI truyền thống [9][37], Fuzzy
[12-14], Neural [15-17], Hysteresis[33][35],…. Với bộ điều khiển PI truyền
thống có ưu điểm là dể sử dụng và thực nghiệm, tuy nhiên nó không có khả
năng bù online, sai số ở xác lập lớn. Bộ điều khiển Hysteresis có ưu điểm là
thời gian đáp ứng nhanh, nhưng sai số ở xác lập lớn. Còn bộ điều khiển Mờ
có ưu điểm là dễ sử dụng, dể định nghĩa, không cần mô hình toán, mặc dù
vậy nó cũng có khuyết điểm là phụ thuộc vào kinh nghiệm và kết quả tạm
chấp nhận được chưa hoàn toàn tốt.
Bộ điều khiển Neural có ưu điểm là có khả năng tự học, tự thích nghi
và khả năng điều khiển online rất tốt. Mặc dù vậy nó cũng tồn tại khuyết
điểm như: thời gian quá độ lớn, đáp ứng chậm, phụ thuộc tập mẩu, kinh
nghiệm.
Căn cứ vào những phân tích ở trên, luận văn này ứng dụng bộ nghịch
lưu đa bậc (ba bậc)vào APF, đồng thời sử dụng bộ điều khiển Mờ kết hợp
với bộ điều khiển PI cải tiến nhầm mục đích cải thiện các mục tiêu: cực
tiểu sai số ở xác lập, giảm THD và nâng cao hệ số công suất.
Các kết quả mô phỏng đã chứng minh được rằng: phương pháp sử
dụng bộ điều khiển Mờ_PI cải tiến có sai số ở xác lập nhỏ hơn, THD của
dòng nguồn nhỏ hơn so với phương pháp dùng bộ điều khiển PI truyền thống
và bộ điều khiền PI cải tiến.
Kết quả mô phỏng cũng so sánh hiệu quả của APF sử dụng bộ nghịch
lưu áp ba bậc với APF sử dụng bộ nghịch lưu áp hai bậc.

3

Cấu trúc luận văn chia làm 6 chương:
Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu.
Chương 2: Tổng quan về mạch lọc ,phương pháp xác định dòng hài
Chương 3: Nghịch lưu hai , ba bậc và các phương pháp điều khiển
Chương 4: Điều khiển cho APF song song
Chương 5: Mô phỏng và thảo luận kết quả
Chương 6: Đánh giá kết quả đạt được và hướng phát triển của đề tài
1.2 . Cơ sở khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Cơ sở khoa học của đề tài là đề xuất bộ điều khiển Mờ_PI cải tiến mới
nhằm các mục đích:
•
•
•

Cực tiểu sai số ở xác lập
Giảm THD cho dòng nguồn
Nâng cao hệ số công suất
Đề tài nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển Mờ_PI cải tiến cho mạch

lọc tích cực (APF) nhằm nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện.
1.3. Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
 Trong nước

Những năm gần đây ở một số trường đại học như: Bách Khoa
TPHCM, Bách Khoa Đà Nẳng, Sư Phạm Kỉ Thuật TPHCM, Bách Khoa Hà
Nội,…. đã có những nghiên cứu lý thuyết và có những công trình thực

nghiệm với công suất vừa và nhỏ như:
•

Nguyễn Văn Phục “Kỹ thuật PWM sóng mang cho nghịch lưu đa bậc
lai” năm 2006

•

Nguyễn Quốc Thái, PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ “Ứng dụng bộ nghịch
lưu áp đa bậc dùng kỹ thuật PWM 1 trạng tháivào mạch lọc tích cực 3
pha 4 dây” năm 2011


4

•

Nguyễn Ngọc Dũng “Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển Mờ lai điều
khiển bộ lọc tích cực cho tải là biến tần” năm 2011

•

Võ Tuấn “Ứng dụng hệ Mờ_Nơron điều khiển bộ lọc tích cực cho lò
nấu thép cảm ứng” năm 2011

•

Nguyễn Lê Bảo Lân “Nghiên cứu mạch lọc tích cực ba pha ba dây
bằng hệ biến tầng đa bậc điều khiển một trạng thái” năm 2013

 Ngoài nước
•

Chen Wei., LI Qin., Lu Tingjin., Rong Penghui., Zhao Yanqing.:
‘Method of Event Detection Based on Dynamic Hybrid Fuzzy Logic
System’. International

Conference

on Intelligent

Computation

Technology and Automation, 2010, pp. 661-663
•

F. Ruixiang., L.An.,

and L.Xinran.: ‘Parameter design and

applicationresearch of shunt hybrid active power filter’, Proc. CSEE.,
2006, 26, (2), pp. 106-111
•

K.

Çağatay

Bayındır.,

M.

Uğraş

Cuma.,

Mehmet

Tümay.:

‘Hierarchical neuro-fuzzy current control for a shunt active power
filter’, Neural Computing and Applications., 2006, 15, (3), pp. 223-238
•

J. H. Marks and T. C. Green, “Predictive transient-following control of
shunt and series active power filters,” IEEE Trans. Power Electron.,
vol. 17, no. 4, pp. 574–584, Jul. 2002

•

Hideaki Fujita, Takahiro Yamasaki and Hirofumi Akagi. “A Hybrid
Active Filter for Damping of Harmonic Resonance in Industrial Power
Systems”. IEEE Trans. on Power Electronics. 2000,15(2):215-222.

•

W. Guo, F. Lin, and T. Zheng, “Nonlinear PI control for three-phase
PWM AC–DC converter,” in Proc. IEEE 31st Annu. Conf. Ind.
Electron. Soc., 2005, pp. 1093–1097.

5

•

An Luo, Zhikang Shuai, Wenji Zhu, Ruixiang Fan, and Chunming Tu
“Development of Hybrid Active Power Filter, Based on the Adaptive
Fuzzy Dividing, Frequency-Control Method” IEEE Transactions On
Power Delivery, Vol. 24, No.1, January 2009

 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm của An Luo, Zhikang Shuai, Wenji

Zhu, Ruixiang Fan, and Chunming Tu “Development of Hybrid Active
Power Filter, Based on the Adaptive Fuzzy Dividing, Frequency-Control
Method”

Hình 1.1 Topology of the Shunt Novel HAPF


6

Hình 1.2 Topology of the novel HAPF

Hình 1.3 Configuration of the adaptive fuzzy dividing frequency controller

Kết quả mô phỏng:


7



Hình 1.4 Kết quả mô phỏng HAPF
Mô hình thực nghiệm và các kết quả thu được

Hình 1.5 Mô hình thực nghiệm HAPF


8


9

Hình 1.6 Các kết quả thực nghiệm HAPF


10

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ MẠCH LỌC, PHƯƠNG
PHÁP XÁC ĐỊNH DÒNG HÀI
2.1 . Ảnh hưởng của sóng hài và bù công suất phản kháng
2.1.1

Ảnh hưởng của sóng hài
Sự tồn tại sóng hài bậc cao gây ảnh hưởng tới tất cả các thiết bị và

đường dây truyền tải điện. Chúng gây ra quá áp, méo điện áp lưới làm giảm
chất lượng điện năng. Nói chung chúng gây ra tăng nhiệt độ trong các thiết
bị và ảnh hưởng tới cách điện, làm tăng tổn hao điện năng, làm giảm tuổi thọ
của thiết bị, trong nhiều trường hợp thậm chí còn gây hư hỏng thiết bị.

Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng hài bậc cao đó là việc làm tăng
giá trị hiệu dụng cũng như giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp, cụ thể thấy
rõ qua công thức sau:

Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu dòng điện hay điện
áp tăng do sóng hài bậc cao sẽ gây ra một số vấn đề:
•

Làm tăng phát nóng của dây dẫn điện, thiết bị điện.

•

Gây ảnh hưởng đến độ bền cách điện của vật liệu, làm giảm khả năng
mang tải của dây dẫn điện.

•

Với máy biến áp: Các sóng điều hòa bậc cao gây ra tổn thất đồng, tổn
thất từ thông và tổn thất sắt từ làm tăng nhiệt độ máy biến áp do đó
làm tăng tổn thất điện năng.

•

Động cơ điện: Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép động cơ tăng, làm
méo dạng moment, giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn, các sóng hài bậc
cao còn có thể sinh ra moment xoắn trục động cơ hoặc gây ra dao
động cộng hưởng cơ khí làm hư hỏng các bộ phận cơ khí trong động
cơ.

11

Gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ (tác động sai):

•

các sóng hài bậc cao cao thể làm moment tác động của relay biến dạng
gây ra hiện tượng nháy, tác động ngược, có thể làm méo dạng điện áp,
dòng điện dẫn đến thời điểm tác động của relay sai lệch, gây cảnh báo
nhầm của các UPS.
Với các thiết bị đo: ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị đo, làm cho

•

kết quả đo bị sai lệch.
Với tụ điện: làm cho tụ bị quá nhiệt và trong nhiều trường hợp có thể

•

dẫn tới phá hủy chất điện môi.
Các sóng điều hòa bậc cao còn làm các thiết bị sử dụng điện và đèn
chiếu sáng bị chập chờn ảnh hưởng đến con người.
Gây ảnh hưởng tới các thiết bị viễn thông: các sóng điều hòa bậc cao
có thể gây sóng điện từ lan truyền trong không gian làm ảnh hưởng đến thiết
bị thu phát sóng.
2.1.2

Phân tích sóng hài trên tải
Sóng hài có thể coi như là tổng của các dạng sóng sin mà tần số của nó

là bội số nguyên của tần số cơ bản được biểu dạng dưới dạng sóng ở hình
2.1
.


12

Hình 2.1: Thành phần cơ bản và các hài
Sử dụng chuỗi Furier với chu kỳ T(s), tần số cơ bản f=1/T(Hz) hay
ω=2πf (rad/s) có thể biểu diễn một sóng hài f (t) với biểu thức sau:
∞

∞

∞

n =1

n =1

n =1

f ( t ) = F0 + ∑ Fn cos(nωt + θ n ) = F0 + ∑ a n cos(nωt ) + ∑ bn sin(nωt )

(1)
Trong đó:
Fn cos(nωt + θ n ) = Fn cos(nωt ) cos(θ n ) + Fn sin(nωt ) sin(θ n ) = a n cos(nωt ) + bn sin(nωt )

(2)
a n = Fn cos(θ n ); bn = Fn sin(θ n )

(3)
n: bậc hài, với n = 1 là hài cơ bản
F0 : là giá trị DC của hàm sóng hài f(t)
Fn: biên độ đỉnh của sóng điều hòa bậc n trong chuỗi Fourier
θn : là giá trị góc pha của sóng điều hòa bậc n.
Phổ của sóng hài được thể hiện theo hình (2.2).


13

Hình 2.2: Phổ của sóng hài


Hệ số méo dạng tổng do sóng hài (total harmonic distortion - THD):
THD là tham số quan trọng nhất dùng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của

sóng hài lên lưới điện .
Để đáng giá độ méo dòng điện và điện áp ta dựa hệ số méo dạng dòng
điện và hệ số méo dạng điện áp:
•

Hệ số méo dạng dòng điện.
∞

THD =
Trong đó:

∑ I(
n=2

I ( 1)

2
n)


14

I(1) là biên độ dòng điện thành phần hài cơ bản
I(n) là biên độ dòng điện thành phần hài bậc n
•

Hệ số méo dạng điện áp
∞

THD =

∑U ( )
n=2

2
n

U ( 1)

Trong đó:
U(1) là biên độ điện áp thành phần hài cơ bản
U(n) là biên độ điện áp thành phần hài bậc n


Các nguồn tạo sóng hài .
Sóng hài được tạo ra bởi tất cả các tải phi tuyến, một số nguồn tạo

sóng hài phổ biến trong công nghiệp:
•

Máy biến áp

•

Động cơ điện

•

Thiết bị điện tử công suất

•

Đèn huỳnh quang

•

Các thiết bị hồ quang
Sự tồn tại sóng hài gây ra quá áp, méo điện áp lưới làm giảm chất

lượng điện năng. Chúng gây ra tăng nhiệt trong các thiết bị giảm cách điện,
làm tăng tổn hao điện năng, làm giảm tuổi thọ của thiết bị và trong nhiều
trường hợp gây hỏng thiết bị.
2.1.3

Các tiêu chuẩn hài
Với những tác hại to lớn đã được đề cập ở phần trên, việc quy định

một tiêu chuẩn thống nhất về các thành phần sóng hài bậc cao trên lưới cần
được đưa ra để hạn chế ảnh hưởng của chúng tới các thiết bị tiêu dùng điện
khác và đảm bảo chất lượng điện năng cho lưới điện.


15

Ở nước ta hiện chưa có tiêu chuẩn nào về việc hạn chế thành phần
sóng hài trên lưới. Với sự phát triển mạnh mẽ về công nghiệp ở nước ta hiện
nay, việc xây dựng và áp dụng các tiêu chuẩn giới hạn sóng hài trên lưới
điện là vấn đề tất yếu trong thời gian tới đây.
Trên thế giới đã xây dựng và áp dụng một số tiêu chuẩn như tiêu
chuẩn IEEE std 519, IEC 1000-4-3 để giới hạn các thành phần sóng hài trên
lưới điện.
Sau đây sẽ giới thiệu một số tiêu chuẩn trên thế giới về giới hạn các
thành phần sóng hài trên lưới điện mà Việt Nam được phép áp dụng.


Tiêu chuẩn IEEE std 519

•

Tiêu chuẩn IEEE std 519 giới hạn nhiễu điện áp trên lưới điện (IEEE std
519, Recommend Practices for Ultilities) được trình bài ở bảng 2.1
Điện áp tại điểm nối
Nhiễu điện áp từng

Nhiễu điện áp tổng
chung
loại
cộng
(Point Common
Sóng điều hòa
Các loại sóng hài
Couping)
(%)=/
THD (%)
69kv và thấp hơn
3.0
5.0
Trên 69kv tới 161kv
1.5
2.5
Trên 161kv
1.0
1.5
Bảng 2.1 Giới hạn nhiễu điện áp theo tiêu chuẩn IEEE std 519

•

Tiêu chuẩn IEEE std 519 giới hạn nhiễu dòng điện trên lưới điện (IEEE
std 519, Recommend Practices for Individual Comsumer) được trình bài ở
bảng 2.2. Tiêu chuẩn này giới hạn nhiễu dòng điện cho hệ thống phân
phối chung quy định cho cấp điện áp từ 120V tới 69KV.

Nhiễu dòng điện tối đa (% của Itải) (maximum Harmonic current
Distortion)

16

Tỷ số ngắn
h<11
11≤h
17≤ h
23≤h<
h≤35
THD
mạch
17
<23
35
(SCR=/)
Dưới 20
4,0
2,0
1,5
6,0
0,3
5,0
20 tới 50
7,0
3,5
2,5
1,0
0,5
8,0

50 tới 100
10,0
4,5
4,0
1,5
0,7
12
100 tới 1000
12,0
5,5
5,0
2,0
1,0
15
Trên 1000
15,0
7,0
6,0
2,5
1,4
20,0
Hai bậc chẵn được giới hạn tới 25% của giới hạn bậc lẻ ở trên
h: bậc của sóng điều hòa
Bảng 2.2 Giới hạn nhiễu điện áp theo tiêu chuẩn IEEE std 519
Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4
Bảng 2.3 trình bày tiêu chuẩn IEC 1000-3-4, quy phạm tiêu chuẩn có tính



bắt buộc cho thiết bị trên 75A dòng đầu vào mỗi pha:

Bậc sóng
điều hòa
(n)
3
5
7
9
11
13
15
17

2.1.4

Dòng điều hòa có thể
chấp nhận được /(%)

Bậc sóng
điều hòa (n)

19
19
9,5
21
6,5
23
3,8
25
3,1
27

2,0
29
0,7
31
1,2
Sóng hài bậc chẵn: 4/n hoặc 0,6
Bảng 2.3 Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4

Dòng điều hòa có
thể chấp nhận được/
(%)
1,1
0,9
0,8
0,6
0,7
0,7
0,6

Bù công suất phản kháng
Công suất truyền từ nguồn đến tải luôn tồn tại 2 thành phần: Công suất

tác dụng và công suất phản kháng.


17

Công suất tác dụng P đặc trưng cho khả năng sinh ra công hữu ích của
thiết bị, đơn vị W hoặc kW.
Công suất phản kháng Q không sinh ra công hữu ích nhưng nó lại cần

thiết cho quá trình biến đổi năng lượng, đơn vị VAR hoặc kVAR.
Công suất tổng hợp cho 2 loại công suất trên được gọi là công suất
biểu kiến S, đơn vị VA hoặc KVA:
S = P+Q

(6)
Trong đó: P = Scosφ ; Q = Ssinφ
Ta có hệ số công suất:

(7)

Xét trên phương diện nguồn cung cấp, ta thấy cùng một dung lượng
máy biến áp hoặc công suất của máy phát điện. Hệ số công suất càng cao thì
thành phần công suất tác dụng càng cao và máy sẽ sinh ra được nhiều công
hữu ích. Để nâng cao hệ số công suất, ta cần giảm tối đa công suất phản
kháng nguồn cung cấp.
Nếu xét ở phương diện đường dây truyền tải ta lại quan tâm đến sự sụt
áp trên đường dây ở những nơi xa nguồn cung cấp, ta có công thức:
∆U =

PR + QX PR QX
=
+
U
U
U

(8)
Phần tổn hao điện áp do 2 thành phần tạo ra. Thành phần do công suất
tác dụng thì ta không thể giảm, nhưng thành phần do công suất phản kháng

thì ta hoàn toàn có thể giảm được.
Để tải hoạt động tốt thì công suất tác dụng và công suất phản kháng
cần phải đáp ứng đủ. Để tránh truyền tải một lượng công suất phản kháng
lớn mà tải vẩn hoạt động tốt, người ta đặt gần các tải tiêu thụ các thiết bị sinh


18

công suất phản kháng để cung cấp trực tiếp cho tải, việc thực hiện như vậy
gọi là bù công suất phản kháng(CSPK).
2.1.5

Nguyên lý hoạt động của mạch lọc tích cực (Active Power Filter –
APF)
Mạch lọc tích cực được giới thiệu lần đầu tiên năm 1976 bởi L. Gyugyi

và E.C. Strycula và có dang như hình 2.3

Hình 2.3: Nguyên lý mạch lọc tích cực
Ngày nay, mạch lọc tích cực không còn là một ước muốn mà đã trở
thành hiện thực, rất nhiều dạng mạch lọc tích cực đã được nghiên cứu và
thương mại hóa trên toàn thế giới.
Như đã trình bày ở phân trên, khi một tải phi tuyến được nối với nguồn
(một pha hoặc ba pha), sẽ tạo ra một dòng điện phi tuyến không sin, dòng
này kết hợp với trở kháng nguồn sẽ làm méo dạng áp nguồn, giảm chất
lượng điện áp.


19

Hình 2.4: Các đại lượng dòng nguồn, dòng tải và dòng cần bù của
mạch lọc.
Tác dụng của mạch lọc tích cực là cung cấp một dòng điện vào hệ
thống, mục tiêu là duy trì dòng nguồn hình sin, triệt tiêu các thành phần sóng
hài không mong muốn, bên cạnh đó, mạch lọc tích cực còn có tác dụng nâng
hệ số công suất của mạch ba pha.
2.2 Phân loại mạch lọc tích cực

Có nhiều cấu hình khác nhau cho mạch lọc tích cực, có thể phân loại
theo dạng mạch nghịch lưu, cấu trúc kết nối, đặc điểm của nguồn hoặc giải
thuật điều khiển.


Phân loại theo cấu trúc mạch nghịch lưu ta có hai loại mạch lọc tích cực:
cấu trúc VSI (bộ nghịch lưu nguồn áp) và CSI (bộ nghịch lưu nguồn
dòng).


20

•

Cấu trúc mạch lọc tích cực VSI: Đặc điểm của cấu trúc VSI là có thể mở
rộng ra cấu trúc đa bậc.

Hình 2.5: Cấu trúc mạch lọc tích cực VSI
•

Cấu trúc mạch lọc tích cực CSI:

Hình 2.6: Cấu trúc mạch lọc tích cực CSI


21

Đặc điểm cấu trúc mạch lọc CSI là có tần số đóng cắt hạn chế, tổn hao
đóng cắt lớn, không thể mở rộng ra cấu trúc đa bậc.


Phân loại theo cấu trúc kết nối: mạch lọc tích cực song song (Shunt APF
hoặc Parallel APF) hoặc kết hợp (unified APF or universal APF), mạch
lọc tích cực nối tiếp (Series APF), ngoài ra còn có cấu hình lai (Hybrid)

•

giữa mạch lọc tích cực và mạch lọc thụ động.
Mạch lọc tích cực song song (Shunt APF):

Hình 2.7: Cấu hình mạch lọc tích cực song song (shunt APF)
Các phần tử trên sơ đồ hình 2.7 gồm: Tải phi tuyến có thể là cầu chỉnh
lưu diode hoặc thyristor. Dòng đầu vào tải phi tuyến iL bao gồm nhiều thành
phần bậc cao. Nếu dòng ra i apf của bộ APF cũng sinh ra các bậc cao như vậy
nhưng ngược pha thì dòng ở phía lưới is sẽ chỉ còn chứa thành phần sóng sin
bậc nhất.
Đặc điểm của mạch lọc tích cực song song: bù sóng điều hòa dòng
điện, bù công suất phản kháng.


22

•

Bộ lọc tích cực nối tiếp (Series APF):

Hình 2.8: Cấu hình mạch lọc tích cực nối tiếp (Series APF)
Cấu hình mạch lọc tích cực nối tiếp như hình (2.8). Trên một đường
dây nối giữa 2 bus hệ thống có điện áp U s và Uhài. Phía bus Uhài có thể có một
hay nhiều phụ tải phi tuyến làm cho U hài chứa nhiều thành phần sóng bậc
cao. Bộ lọc nối tiếp bao gồm một chỉnh lưu tích cực, cung cấp thành phần
một chiều cho một bộ nghịch lưu, đầu ra nghịch lưu thông qua một máy biến
áp đưa ra điện áp Uapf , mắc nối tiếp giữa hai bus hệ thống.
Có thể hiệu chỉnh giá trị, góc pha cũng như thành phần sóng hài của
điện áp Uapf sao cho ngược pha với các tác động gây nhiễu của điện áp Uhài
mà các sóng bậc cao sẽ không ảnh hưởng được sang bus hệ thống Us.
•

Mạch lọc kết hợp (UPQC): Khi kết hợp mạch lọc tích cực song song

(Shunt APF) và mạch lọc tích cực nối tiếp (Series APF) ta được mạch lọc kết
hợp UPQC (Unified Power Quality Conditioner) kết hợp được cả tính năng
của 2 mạch lọc trên.
Trong bộ lọc kết hợp (UPQC) [4] trong hình 2.9, bộ lọc tích cực nối
tiếp có chức năng cách ly sóng hài giữa tải và nguồn, điều chỉnh điện áp,


23

giảm dao động giữ điện áp cân bằng. Bộ lọc tích cực song song có chức
năng lọc sóng điều hòa. Mặc dù vậy, giá thành đắt và điều khiển phức tạp.
Hình 2.9: Cấu hình bộ lọc kết hợp (UPQC)

•

Mạch lọc hỗn hợp (Hybrid): Thực chất là sự kết hợp của mạch lọc chủ
động và mạch lọc thụ động được trình bài như hình 2.10.
Hình 2.10: Cấu hình mạch lọc hổn hợp (hybrid)
Mục đích là giảm chi phí đầu tư ban đầu và cải thiện hiệu quả của bộ

lọc thụ động. Bộ lọc thụ động sẽ lọc những sóng hài bậc cao còn lại các hài
bậc thấp sẽ do mạch lọc tích cực phụ trách.
Do đó, công suất của mạch lọc tích cực công suất của mạch lọc tích
cực sẽ được giảm đáng kể, qua đó giảm được chi phí.
2.3 Phương pháp xác định dòng bù cho mạch lọc tích cực


24

2.3.1. Xây dựng mô hình toán của hệ thống APF

Hình 2.11: Mô hình APF dùng bộ nghịch lưu áp ba bậc

Theo hình 2.11 ta có:
is=iL-iapf

(9)

Giả thiết dòng tải phi tuyến có thể là được viết như là tổng của thành phần
dòng cơ bản iLf và các thành phần dòng hài iLh, chúng ta có:
iL=iLf + iLh

(10)


25

Thì dòng bù thêm vào bởi APF song song phải là iapf = iLh , và kết quả dòng
nguồn is là:
is = iL-iapf = iLf

(11)

Từ đó, chúng ta có thể thấy rằng, nó chỉ chứa thành phần cơ bản của
dòng tải phi tuyến và do đó loại trừ được các phần hài. APF song song có
khả năng loại trừ một cách hoàn toàn các hài dòng điện từ tải phi tuyến, kết
quả là dòng nguồn không có các thành phần hài.
2.3.1

Xác định dòng hài của tải
Các phương pháp xác định dòng hài [8-16] của tải chỉ cho kết quả tốt

trong trường hợp nguồn 3 pha đối xứng và không bị méo dạng, chỉ dùng cho
mạng ba pha. Thông thường là sử dụng lý thuyết p-q hoặc ip-iq như sau:
Sự biến đổi từ hệ trục a-b-c sang hệ trục α-β được biểu diễn như ở
hình 2.1.2.

Hình 2.12: Hệ trục a-b-c và α-β
Từ hình 2.1.2 chúng ta có thể thấy rằng
ea 
eα 
 

e  = C32 eb 
 β
ec 

trong đó

và

ia 
iα 
 
i  = C32 ib 
 β
ic 