Luận văn Mô hình hóa và mô phỏng bộ lọc tích cực ba pha ba dây (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Mô hình hóa và mô phỏng bộ lọc tích cực ba pha ba dây (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ HOÀNG LAN KHUÊ MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG BỘ LỌC TÍCH CỰC BA PHA BA DÂY NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520202 S K C0 0 5 2 0 1 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ HOÀNG LAN KHUÊ MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG BỘ LỌC TÍCH CỰC BA PHA BA DÂY NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ HOÀNG LAN KHUÊ MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG BỘ LỌC TÍCH CỰC BA PHA BA DÂY NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THU HÀ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016
4. LUẬN VĂN THẠC SĨ LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ và tên: Võ Hoàng Lan Khuê Giới tính: Nữ. Ngày, tháng, năm sinh: 24/09/1982 Nơi sinh: Kon Tum. Quê quán: TP. Huế - Thừa Thiên Huế Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: B711, CC. An Bình, P. An Bình, TX. Dĩ An, Bình Dương. Điện thoại: 0987250939. E-mail: vohoanglankhue@gmail.com. II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: chính quy. Thời gian đào tạo: 1998 đến 2001. Nơi học (trường, thành phố): Trường Trung Học Công Nghiệp Huế, T.T Huế Ngành học: Điện tử. 2. Đại học: Hệ đào tạo: chính quy. Thời gian đào tạo: 2003 đến 2007. Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, TP. HCM. Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử. Môn thi tốt nghiệp: PLC, Truyền hình số, Quản lý dự án, Vi Xử lý và giao tiếp với máy tính. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC. Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao 09/2007 - 2012 Giảng viên. Thắng – TP. Hồ Chí Minh. Trường Cao đẳng Công Nghệ Thủ 09/2014 - nay Giảng viên. Đức – TP. Hồ Chí Minh. Trang i
5. LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2016 Người cam đoan Võ Hoàng Lan Khuê Trang ii
6. LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn cô PGS.TS. Trần Thu Hà đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM đã giảng dạy tôi trong suốt hai năm học. Xin cám ơn các anh chị học viên cùng lớp đã giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Và cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình đã động viên tôi trong suốt quá trình học tập. Trang iii
7. LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT Với sự phát triển của ngành công nghiệp hiện đại, các tải phi tuyến như động cơ, các thiết bị điện tử ( biến tần, bộ chỉnh lưu và chuyển mạch công suất) được sử dụng rộng rãi. Các tải phi tuyến hoạt động tạo ra các sóng hài trên lưới điện và dẫn đến dạng sóng dòng điện và điện áp nguồn cung cấp bị biến dạng và chất lượng điện năng giảm. Sóng hài làm tăng nhiệt độ hệ thống, giảm công suất và gây nhiễu lên lưới điện. Bộ lọc thụ động có thể được sử dụng để giảm sóng hài, cải thiện chất lượng điện năng, nhưng đây là những giải pháp tốn kém, cồng kềnh và chỉ sử dụng cho tải không đổi. Những vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng các bộ lọc tích cực. Có hai loại bộ lọc được sử dụng, bộ lọc tích cực nối tiếp và song song. Bộ lọc tích cực nối tiếp sử dụng để triệt tiêu điện áp hài, còn bộ lọc tích cực song song để triệt tiêu dòng điện hài. Luận văn này nghiên cứu bộ lọc tích cực song song ba pha ba dây, lọc sóng hài do tải phi tuyến (bộ chỉnh lưu tải RL) gây ra. Sơ đồ điều khiển bộ lọc đề xuất thuật toán điều khiển dòng điện trực tiếp, có khâu điều khiển trượt. Sơ đồ mạch điện được mô phỏng trên phần mềm MATLAB-SIMULINK. THD của dòng điện nguồn được giảm từ 26,80% xuống còn 2,30%. Kết quả chỉ ra rằng bộ lọc tích cực thiết kế làm giảm đáng kể lượng sóng đòng điện, hoạt động đáp ứng yêu cầu đề ra. Trang iv
8. LUẬN VĂN THẠC SĨ ABSTRACT With the growing and development of modern industry, a various nonlinear and time-varying electronic devices such as inverters, rectifiers, and switching power supplies are widely utilized. These solid-state converters inject harmonics into the power lines and result in serious distortion in the supply current and voltage and decrease the power quality. Harmonics increase the conduction losses, eddy current losses and also have bad impacts on other loads connected to the same voltage source. Passive filters can be used to improve the power quality, but these are expensive and bulky solutions. These problems can be overcome by use of active power filter (APF). Two types of APFs exist; shunt APFs and series APFs. Shunt APFs are used to compensate current harmonics, while series APFs are used to compensate the voltage harmonics caused by nonlinear loads. This thesis presents a three-phase three-wire shunt active filter configuration. The proposed scheme implements simplified control algorithms depending on the direct current control (DCC) techniques for designing trajectories in sliding mode control based shunt active power filter (SAPF). The performances of the AF were verified through a simulation with MATLAB-SIMULINK. The THD of source current is reduced from 26,80% to 2,30%. The results indicate that proposed active filter can reduce the current harmonics. Trang v
9. LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt viii Danh sách các hình ix Danh sách các bảng xii Chương 1. TỔNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Các công trình nghiên cứu liên quan 2 1.3 Mục tiêu đề tài 4 1.4 Giới hạn đề tài 4 1.5 Phương pháp nghiên cứu 5 1.6 Nội dung đề tài 5 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1 Sóng hài trong hệ thống điện 6 2.2 Các phương pháp lọc sóng hài 16 2.3 Điều khiển trượt 20 Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG BA PHA BA DÂY TRÊN MATLAB SIMULINK 25 3.1 Cấu hình bộ lọc ba pha 26 3.2 Kỹ thuật điều khiển cho bộ lọc 27 3.3 Thiết kế mạch lọc tích cực song song ba pha ba dây 29 3.4 Xây dựng mô hình mô phỏng trên matlab simulink 37 Trang vi
10. LUẬN VĂN THẠC SĨ Chương 4. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 44 4.1 Khảo sát hệ thống khi chưa có mạch lọc 45 4.2 Khảo sát hệ thống khi mạch lọc AF đóng điện vào lưới 50 4.3 Khảo sát hệ thống khi mạch lọc tích cực có bộ điều khiển trượt (SMAF) 56 4.4 Đánh giá kết quả mô phỏng 63 4.5 So sánh với mô hình của Juntao Fie [4] 64 Chương 5. KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Trang vii
11. LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT APF : Active power filter (bộ lọc tích cực) AF : Active filter (bộ lọc tích cực) PF : Passive filter (bộ lọc thụ động) CSPK : Công suất phản kháng THD : Total Harmonic Distortion (độ méo sóng hài tổng) TDD : Total Demand Distortion (độ méo yêu cầu tổng) PWM : Pulse Width Modulation (điều chế độ rộng xung) SMC : Sliding mode controller (bộ điều khiển chế độ trượt) RCG : Reference current generator (máy phát dòng điện tham chiếu) REF : Reference (tham chiếu) PLL : Phase-locked loop (vòng khóa pha) Trang viii
12. LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Dạng sóng sin và dạng sóng hài 6 Hình 2.2: Hình ảnh minh họa về sóng hài 7 Hình 2.3: Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp 17 Hình 2.4: Nhiều bộ lọc điều chỉnh nối tiếp mắc song song 18 Hình 2.5: Cấu trúc bộ lọc hài tích cực 19 Hình 2.6: Quỹ đạo pha của hệ thống điều khiển trượt 23 Hình 2.7: Dạng sóng hàm sign() và sat() 24 Hình 3.1: Cấu trúc bộ lọc hài tích cực (AF) 25 Hình 3.2: Cấu hình mạch lọc tích cực (AF) ba pha ba dây 26 Hình 3.3: Kỹ thuật điều khiển dòng điện gián tiếp 27 Hình 3.4: Kỹ thuật điều khiển dòng điện trực tiếp 28 Hình 3.5: Sơ đồ khối của bộ lọc tích cực ba pha ba dây 29 Hình 3.6: Kỹ thuật điều khiển tạo xung kích cho các IGBT 31 Hình 3.7: Mạch Hysteresis và Logic chuyển mạch 32 Hình 3.8: Quĩ đạo của bộ điều khiển trượt 35 Hình 3.9: Sơ đồ của bộ lọc tích cực trong Matlab – Simulink 36 Hình 3.10: Mô hình của mạch nguồn ba pha 37 Hình 3.11: Thông số cài đặt nguồn ba pha 37 Hình 3.12: Mô hình tải không cân bằng 38 Hình 3.13: Thông số cài đặt tải không cân bằng 38 Hình 3.14: Mô hình bộ nghịch lưu 39 Hình 3.15: Thông số cài đặt bộ nghịch lưu 39 Hình 3.16: Bộ tạo xung cho mạch nghịch lưu 40 Hình 3.17: Mạch Hysteresis và Logic chuyển mạch cho các IGBT 41 Hình 3.18: Mạch Hysteresis tạo xung cho các IGBT của SMAF 42 Hình 4.1: Mô hình hóa mạch lọc tích cực ba pha ba dây trong Matlab/Simulink 44 Trang ix
13. LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 4.2: Dạng sóng điện áp nguồn cung cấp 46 Hình 4.3: THD của điện áp nguồn cung cấp pha a tại t = 0,05s 46 Hình 4.4: Dạng sóng điện áp tải 47 Hình 4.5: THD của điện áp tải pha a tại t = 0,05s 47 Hình 4.6: Dạng sóng dòng điện nguồn khi chưa có mạch lọc AF 48 Hình 4.7: THD của dòng điện nguồn pha a tại t = 0,05s 48 Hình 4.8: Dạng sóng dòng điện tải khi chưa có mạch lọc AF 49 Hình 4.9: THD của dòng điện tải pha a t = 0,05s 49 Hình 4.10: Dạng sóng điện áp bộ lọc lọc AF tại điểm kết nối vào mạng 50 Hình 4.11: Dạng sóng điện áp bộ lọc lọc AF pha a tại điểm kết nối vào mạng 50 Hình 4.12: Dạng sóng dòng điện bộ lọc AF tại điểm kết nối vào mạng 51 Hình 4.13: Dạng sóng dòng điện bộ lọc AF pha a tại điểm kết nối vào mạng 51 Hình 4.14: Dạng sóng của dòng điện tham chiếu pha a của bộ lọc AF 51 Hình 4.15: Dạng sóng của dòng điện nguồn pha a khi có bộ lọc AF 52 Hình 4.16: Sai lệch giữa dòng điện tham chiếu và dòng điện nguồn pha A 52 Hình 4.17: Dạng sóng điện áp của tụ của bộ lọc AF 52 * Hình 4.18: Tín hiệu ngõ vào I F mạch Hysteresis 53 Hình 4.19: Tín hiệu ngõ vào IF mạch Hysteresis 53 Hình 4.20: Sai lệch giữa dòng điện I*F và IF 53 Hình 4.21: Xung kích một pha, ngõ ra mạch Hysteresis 54 Hình 4.22: Ngõ vào và ra mạch Hysteresis 54 Hình 4.23: Dạng sóng dòng điện tải pha a khi có mạch lọc AF 54 Hình 4.24: Dạng sóng dòng điện nguồn pha a khi có mạch lọc AF 54 Hình 4.25: Dạng sóng dòng điện nguồn và tải trên cùng đồ thị 55 Hình 4.26: THD của dòng điện nguồn pha a khi có mạch lọc AF 55 Hình 4.27: Dạng sóng điện áp bộ lọc lọc SMAF tại điểm kết nối vào mạng 56 Hình 4.28: Dạng sóng điện áp bộ lọc lọc SMAF pha a tại điểm kết nối vào mạng 57 Hình 4.29: Dạng sóng dòng điện bộ lọc SMAF tại điểm kết nối vào mạng 57 Hình 4.30: Dạng sóng dòng điện bộ lọc SMAF pha a tại điểm kết nối vào mạng 57 Trang x
14. LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 4.31: Dạng sóng của dòng điện tham chiếu pha a của bộ lọc SMAF 58 Hình 4.32: Dạng sóng của dòng điện nguồn pha a khi có SMAF 58 Hình 4.33: Sai lệch giữa dòng điện tham chiếu và dòng điện nguồn khi có SMAF 58 Hình 4.34: Dạng sóng điện áp của tụ của bộ lọc SMAF 59 * Hình 4.35: Tín hiệu ngõ vào I F mạch Hysteresis của SMAF 59 Hình 4.36: Tín hiệu ngõ vào IF mạch Hysteresis của SMAF 59 Hình 4.37: Sai lệch giữa dòng điện I*F và IF của SMAF 60 Hình 4.38: Xung kích một pha, ngõ ra mạch Hysteresis của SMAF 60 Hình 4.39: Ngõ vào và ra mạch Hysteresis của SMAF 60 Hình 4.40: Dạng sóng dòng điện tải pha a khi có mạch lọc SMAF 61 Hình 4.41: Dạng sóng dòng điện nguồn pha a khi có mạch lọc SMAF 61 Hình 4.42: Dạng sóng dòng điện nguồn và tải khi có mạch lọc SMAF 61 Hình 4.43: THD của dòng điện nguồn pha a khi có mạch lọc SMAF 62 Hình 4.44: THD của dòng điện nguồn pha a của mô hình Juntao Fie 65 Hình 4.45: THD của dòng điện nguồn pha a của mô hình đề tài 66 Trang xi
15. LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Dạng sóng của một số loại phụ tải phi tuyến 12 Bảng 2.2: Giới hạn độ méo của dòng điện đối với lưới từ 120 V đến 69 KV 13 Bảng 2.3: Giới hạn độ méo của dòng điện đối với lưới từ 69 kV đến 161 kV 13 Bảng 2.4: Giới hạn độ méo của dòng điện đối với lưới điện áp lớn hơn 161kV 14 Bảng 2.5: Qui định về sóng hài của Bộ Công Thương 14 Bảng 3.1: Trạng thái đóng ngắt 36 Bảng 4.1: Thông số cài đặt của mô hình 45 Bảng 4.2: Thông số mô phỏng của hai mô hình 64 Trang xii
16. LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Hệ thống lưới điện có thể bị gây hại bởi nhiều tác nhân, trong đó một nguy cơ tiềm ẩn làm cản trở hoạt động và làm hao mòn thiết bị nhưng ít người nhận biết được chính là sóng hài - mối nguy cơ tiềm ẩn được phát hiện ngay đầu thập niên 1890. Sóng hài là dòng điện không mong muốn làm quá tải đường dây và biến áp, làm tăng nhiệt độ hệ thống (hoặc thậm chí gây hỏa hoạn) và gây nhiễu lên lưới điện. Trong trường hợp chạy nhiều động cơ cùng lúc, nếu không có biện pháp kiểm soát sóng hài có thể làm quá tải hệ thống điện, tăng công suất nhu cầu (power demand) và làm máy ngừng chạy (do nguồn bị quá tải). Tác hại của sóng hài với lưới điện khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng điện tăng do sóng hài sẽ kéo theo một loạt những nguy hại xảy ra với toàn bộ hệ thống lưới điện như làm tăng phát nóng của dây dẫn điện, thiết bị điện sinh ra nhiệt cao gây hư hỏng thiết bị, hỏa hoạn và nguy cơ cháy nổ; làm cho tụ điện bị quá nhiệt và trong nhiều trường hợp có thể dẫn tới phá hủy chất điện môi. Các sóng điều hòa bậc cao còn có thể làm momen tác động của rơle biến dạng gây ra hiện tượng nhảy rơle dẫn đến thời điểm tác động của rơle sai lệch, gây cảnh báo nhầm của các UPS đồng thời gây ra tổn thất đồng, tổn thất từ thông tản và tổn thất sắt làm tăng nhiệt độ MBA dẫn đến làm tăng tổn thất điện năng. Ngoài ra, sóng hài còn làm tổn hao trên cuộn dây và lõi thép động cơ tăng, làm méo dạng momen, giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn, ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị đo, làm cho kết quả đo bị sai lệch. Nguy hại hơn, các sóng điều hòa bậc cao còn có thể sinh ra momen xoắn trục động cơ hoặc gây ra dao động cộng hưởng cơ khí làm hỏng các bộ phận cơ khí trong động cơ; làm các thiết bị sử dụng điện và đèn chiếu sáng bị chập chờn ảnh hưởng Trang 1
17. LUẬN VĂN THẠC SĨ đến con người đồng thời gây sóng điện từ lan truyền trong không gian làm ảnh hưởng đến thiết bị thu phát sóng. Nếu phải thay thế thiết bị hư hỏng nguyên nhân gây ra do sóng hài, điều này có thể làm tăng kinh phí đầu tư đến 15% và kinh phí vận hành đến 10%. Trong ngành công nghiệp, bảo vệ lợi nhuận là ưu tiên hàng đầu, kiểm soát được thiết bị và kinh phí vận hành là nhân tố quan trọng. Muốn đạt được mục tiêu này các doanh nghiệp, tổ chức cần lưu tâm và làm tốt công tác hạn chế tác hại của sóng hài. Việc sử dụng các thiết bị để lọc bỏ thành phần sóng hài, đã và đang được quan tâm trong những năm gần đây. Một trong các phương pháp lọc sóng hài là sử dụng bộ lọc tích cực. Điều khiển dòng điện phát ra từ bộ lọc để triệt tiêu dòng điện hài. Do đó người thực hiện chọn đề tài “Mô hình hóa và mô phỏng bộ lọc tích cực ba pha ba dây”. 1.2 Các công trình nghiên cứu liên quan Trên thế giới và cả trong nước đã có rất nhiều trường đại học, nhóm nghiên cứu đi sâu vào nghiên cứu mô hình bộ lọc tích cực như bộ lọc tích cực một pha, bộ lọc tích cực ba pha ba dây, bộ lọc tích cực ba pha bốn dây, các nghiên cứu rất đa dạng, sử dụng các thuật toán điều khiển hiện đại như điều khiển PID, điều khiển trượt, điều khiển logic mờ - nơron . Mỗi đề tài nghiên cứu đều có đặc điểm riêng tương ứng với các mục đích nghiên cứu và thiết kế, chế tạo. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Kim Ánh [1] nghiên cứu sự ảnh hưởng của lò nấu thép cảm ứng lên nguồn cung cấp và trên cơ sở đó thiết kế bộ lọc tích cực song song (AF) để làm nhiệm vụ triệt tiêu sóng điều hòa dòng điện bậc cao và bù CSPK cho nguồn lò. Đặc điểm của lò là loại tải công suất lớn, mức độ phi tuyến mạnh và là gánh nặng cho nguồn cung cấp về công suất phản kháng (CSPK). Đề tài này đi nghiên cứu sự ảnh hưởng của lò nấu thép cảm ứng lên nguồn cung cấp và trên cơ sở đó thiết kế bộ lọc tích cực song song (AF) để làm nhiệm vụ triệt tiêu sóng điều hòa dòng điện bậc cao và bù Trang 2
18. LUẬN VĂN THẠC SĨ CSPK cho nguồn lò, tác giả sử dụng thuật toán thuyết công suất tức thời p – q làm thuật toán điều khiển cho bộ AF. Quá trình tính toán và mô hình hóa bộ lọc trên phần mềm matlab/simulink, tác giả nhận thấy với cấu trúc, phương pháp, thuật toán điều khiển đã lựa chọn cho thấy bộ lọc làm việc rất tốt (về chỉ tiêu chất lượng ổn định tĩnh, tốc độ và chất lượng đáp ứng quá độ), dòng điện sau khi lọc có độ méo dạng đạt được tiêu chuẩn cho phép của IEEE std 519 và IEC 1000-3-4, hệ số công suất PF có giá trị xấp xỉ bằng 1 nghĩa là CSPK đã được bộ lọc bù một lượng đáng kể. Lê Thi Thu Uyên [5] nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhà máy xi măng Tây Ninh có sử dụng các động cơ công suất lớn lên lưới điện, các động cơ công suất lớn có tốc độ thay đổi sinh ra sóng điều hòa bậc cao và làm tổn thất công suất, làm ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ điện khác. Sóng điều hòa bậc cao sẽ làm méo dạng (THD) dòng điện và điện áp của hệ thống điện, cần phải có biện pháp lọc để trả lại tín hiệu dòng điện và điện áp hình sin cho lưới, nâng cao chất lượng điện của hệ thống. tác giả sử dụng thuật toán điều khiển mờ làm thuật toán điều khiển cho bộ AF. Võ Tuấn [12] nghiên cứu sự ảnh hưởng của lò nấu thép cảm ứng lên nguồn cung cấp và trên cơ sở đó thiết kế bộ lọc tích cực ứng dụng hệ mờ nơron điều khiển bộ lọc tích cực cho lò nấu thép cảm ứng, nhằm giảm sóng hài do lò thải ra để nâng cao chất lượng điện năng cho lưới điện. Quá trình tính toán và mô hình hóa bộ lọc trên phần mềm matlab/simulink, kết quả cho thấy bộ lọc tích cực đã thiết kế làm việc rất tốt, dòng điện sau khi lọc có tổng độ méo dạng THD đạt tiêu chuẩn cho phép của IEEE std 519 và IEC 1000-3-4. Qua quá tình thiết kế và sử dụng hệ mờ nơron cho thấy phương pháp này rất khả quan. J. Fei [4] đã nghiên cứu bộ lọc tích cực ba pha điều khiển dòng điện gián tiếp áp dụng phương pháp điều khiển trượt. Trong đề tài này, phương pháp điều khiển trượt mới được thiết kế để thực hiện giám sát dòng điện tham chiếu trong điều khiển dòng gián tiếp. Ưu điểm của việc sử dụng bộ điều khiển trượt mới cho bộ lọc tích cực song Trang 3
19. LUẬN VĂN THẠC SĨ song với kỹ thuật dòng điện gián tiếp là nó không cần bộ phận phát hiện sóng hài. Bộ lọc tích cực được thiết kế có hiệu quả triệt tiêu sóng hài tốt và giảm nhỏ sóng hài trong dãi rộng của dòng điện tải của tải phi tuyến khác nhau. Farid Hamoudi [2] đã nghiên cứu bộ lọc tích cực ba pha bốn dây áp dụng phương pháp điều khiển trượt. Mục đích cải thiện dạng sóng dòng điện pha, giảm dòng điện trung tính hiện tại, bù công suất phản kháng trong hệ thống phân phối. 1.3 Mục tiêu đề tài Nghiên cứu các phương pháp lọc sóng hài do tải phi tuyến sinh ra, các thuật toán điều khiển bộ lọc tích cực. Từ đó, luận văn thiết kế bộ lọc tích cực song song ba pha ba dây, lọc sóng hài do tải phi tuyến (bộ chỉnh lưu tải RL) gây ra. Đề xuất thuật toán điều khiển dòng điện trực tiếp cho bộ lọc, có khâu điều khiển trượt, làm giảm lượng sóng hài do tải phi tuyến gây ra trên lưới. Đề tài có so sánh với mô hình của tác giả Juntao Fie [4]. 1.4 Giới hạn đề tài Với mục tiêu đề tài đã nêu, luận văn được giới hạn nghiên cứu những thành phần sau đây: Tìm hiểu về các thành phần gây ra sóng hài. Nghiên cứu các phương pháp lọc sóng hài. Tìm hiểu phương pháp điều khiển trượt. Thiết kế bộ lọc tích cực song song ba pha ba dây. Mô phỏng và đánh giá kết quả. Trang 4
20. LUẬN VĂN THẠC SĨ 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu tham khảo tài liệu, luận văn, bài báo trong và ngoài nước. Tính toán lý thuyết. Thiết kế mô hình và mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink (Matlab 2013B). Đánh giá kết quả, chất lượng hệ thống và hiệu chỉnh. 1.6 Nội dung đề tài Nội dung của đề tài gồm 5 chương: Chƣơng 1: Tổng quan Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các công trình nghiên cứu liên quan, và đề xuất hướng nghiên cứu. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Giới thiệu tổng quan về lý thuyết liên quan đến đề tài: Sóng hài, qui định về sóng hài, các biện pháp lọc sóng hài, phương pháp điều khiển trượt. Chƣơng 3: Xây dựng mô hình mạch lọc tích cực song song ba pha ba dây trên matlab simulink Xây dựng thuật toán điều khiển của bộ lọc, từ đó thiết kế và xây dựng mô hình trên phần mềm Matlab Simulink. Chƣơng 4: Mô phỏng và đánh giá kết quả Chạy mô phỏng và đánh giá kết quả mô phỏng. Chƣơng 5: Kết luận. Kết luận, đánh giá điểm đạt được và tồn tại. Đưa ra hướng phát triển. Trang 5
21. LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sóng hài trong hệ thống điện 2.1.1 Sóng hài là gì? Chúng ta biết rằng, các dạng sóng điện áp sin được tạo ra tại các nhà máy điện, trạm điện lớn thì rất tốt. Tuy nhiên, càng di chuyển về phía phụ tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng càng bị méo dạng. Khi đó dạng sóng không còn sin. Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng điện năng, cần được chú ý khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ cho phép. Hình 2.1: Dạng sóng sin (a) và dạng sóng hài (b). Sóng hài là các điện áp hay dòng điện hình sin có tần số là bội số của tần số công nghiệp (tần số cơ bản), do hiện diện của các tải phi tuyến trong lưới điện. Ví dụ dòng điện hài có tần số 250Hz trên lưới điện 50Hz là sóng hài bậc 5. Trang 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4