CHƯƠNG I. MO DAU ccceccccccsscscssssssssessssssssssssssssssssssssssssssssesssssessssssesssssssssseees 1 LL T6mg quan .2 Mục đích và đối tượng nghiên CỨu.3 Y nghĩa khoa học và thực tiễn của dé tài nghiên cứu.----¿-5s5s5xes¿ 2 CHƯƠNG II. SÓNG HAI - NGUYÊN NHÂN, ANH HUONG CÁC GIẢI PHÁP KHÁC PHUC. 5-5-5 << %9 999EeEeEeEeE xxx xxx 52 3 2.1 Khái niệm vé sóng hài.-- «+ sex S331 E18E5E 1 1111 11v ng greg 3 2.2 Ảnh hưởng của sóng hài bậc CaO.
- - - k1 SESEExEkSkcv cv rerreg 6 2.3 Các ngudn tạo ra sóng hài.- «s11 1181515 1 1111 xxx ng greg 7 2.4 Các giải pháp loc công suất .--- cv S11 E115 5 1 E11 xxx greg 9 CHUONG IIL. CAU TRÚC MACH LỌCC.1 Sơ đồ khối hệ thong occ cceescseesesscscsesescscscececsvsvsvevscsvsessececececacasavavavens 11 3.2 Xác định các tham số bộ nghịch ưu .---- 55555 ssseeeereess 13 CHUONG IV. GIẢI THUẬT DIEU KHIỂN .1 MO hình fOáñ.-- - - - - LEc G0920 9 9009 nu ng 18 4.2 So đồ giải thuật điều khién ooo eececscsesesescecscscscscsssvevevevsvscssessenenenens 23 4.3 Xác định dòng bù.5 Bộ điều khiển dòng điện.---- «+ s11 SE SE Exrkrkrkrkrkekred 27 4.6 Chuyển đổi hệ tọa độ.7 Biến đồi điện áp tham chiếu ra điện áp điều khiễn.8 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung dùng sóng mang.9 Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (Modified PWM).10 Cân bằng áp 2 tu điện.--- k1 H11 1111 1xx 46 CHƯƠNG V. MÔ HÌNH MACH LOC TÍCH CỰC SONG SONG 3 PHA 4 DAY TRONG MATLAB/SILMULINK.4 Khối APF: mach động lực và các tín hiệu đo đạc .5 Khối điều khiỂn:.--¿- - + SE ES SE SEE191511 1111511111111 1111k.6 Cân bang áp tu Cl và C2.
- th E1 1115151111111 11111111 0 re rv. KHAO SÁT DAP UNG MACH LỌC.1 Các mục tiêu khảo Sát.2 Khảo sat đáp ứng mạch ÏỌC .--- +5 2222222211111 15EESSsssssssss 64 CHƯƠNG VIL.1 Nhiệm vụ của luận AN.2 Tính khả thi của dé tai.3 Những van đề tồn tại va hướng phat triỂn.-- eseeesesesesesececseeees 81 TÀI LIEU THAM IKKHÁO. << 5 5 5s 559g cscscscsgse 83 PHU LUC Lu. 86 PHU LUC 2unccccesssssccscscsssccscccssscsssccssccsssccssecssccssscsssecsseesssecsssesscessesenseersesenssesee 87 oes 1i et , tb, tensa, pilesont “4 fr 0 SD “4M0, woeror tu att yrgees 1.1 Tong quan Chất lượng điện năng ngày càng được quan tâm do yêu cầu ngày càng khắc khe của các thiết bị tiêu thụ điện hiện đại.
Bên cạnh các thiết bị bù công suất phản khang, các thiết bị lọc sóng hài ngày càng được quan tâm, nghiên cứu và sử dụng. Các tải chính tiêu thụ công suất trên lưới điện thường là các tải tuyến tính. Tuy nhiên, ngày nay các tải hiện đại thường chứa các thiết bị điện tử. Dòng tiêu thụ bởi các thiết bị mới này thường phi tuyến và do đó chứa các sóng hài dòng điện.
Việc xuất hiện các sóng hải dòng điện từ các tải phi tuyến phát sinh vẫn đề nghiêm trọng trong hệ thống 1a: hệ số công suất thấp, tăng ton hao, giảm hiệu suất hoạt động thiết bị, tăng tổng thể méo dạng do các sóng hài. Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của linh kiện, thiết bị và kỹ thuật điều khiển trong lĩnh vực điện tử công suất, các bộ biến đôi công suất ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Với sự phát triển của công nghệ và tốc độ xử lý tín hiệu số, vi xử lý thì việc thực thi và điều khiển các bộ biến đôi điện tử công suất cũng trở nên dễ dàng và chính xác hơn. Có thé giải quyết van dé này bằng một thiết bị lọc được lắp đặt song song với tải.
Bộ này gồm một bộ lọc công suất 3 pha tích cực (APF) là một bộ nghịch lưu 3 pha 4 dây. Thiết bị lọc công suất tích cực APF là một trong những ứng dụng quan trọng của bộ nghịch lưu áp sử dụng cho hệ thống điện. So với thụ động (passive filter PF), bộ lọc công suất tích cực APF có ưu điểm hơn. Bộ lọc PF có một số giới hạn, chỉ được thiết kế dé loại trừ tần số nhất định, không thé điều chỉnh một cách linh động được, điều này có thé gây cộng hưởng hệ thống giữa tải và bộ lọc.
Ngoài ra, thông thường kích thước bộ lọc thụ động thường lớn. Trong khi đó APF có thể bù các thành phần sóng hải và dòng phản kháng một cách linh động hơn và có kích thước nhỏ hơn. Tuy nhiên, bộ lọc tích cực APF có khuyết điểm là điều khiến phức tap.2 Mục đích và đối tượng nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM cho bộ lọc công suất tích cực mắc song song (Shunt Active power filter - SAF) sử dụng cho hệ thống 3 pha 4 dây. Nghiên cứu cấu trúc 3 bậc NPC diode kẹp 4 nhánh (4 legs).
Áp dụng phương pháp dq (Synchronous Reference Frame) dé tính dòng bù, sử dụng kỹ thuật hiệu chỉnh PI để 6n định điện áp tụ. Thiết kế bộ điều khiến dòng điện kiểu Repetitive dé chuyền đổi tín hiệu dòng thành tín hiệu áp. Áp dung kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang để kích các chuyển mach. Áp dụng giải thuật mới dựa trên nguyên lý hàm offset để điều khiến cân bằng áp tụ [3].
Khảo sát, mô phỏng đánh giá kết quả.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu Trong nhiều tài liệu nghiên cứu hệ thống mạch lọc tích cực sử dụng nghịch lưu 3 pha 3 dây hoặc 4 dây. Trường hợp sử dụng dạng 4 dây mạch NPC thường được ứng dụng ở dạng 3 nhánh NPC [13-14], trong đó dây trung tính của tải sẽ mắc vào điểm trung tính NP của bộ nghịch lưu và điều khiến hệ thống được kết hợp với điều khiến cân bằng điện áp tụ DC như hình 3. Giải pháp này có ưu điểm là giảm bớt 1 nhánh NPC, giảm chi phí. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cho thay, do không kiểm soát nhánh thứ 4 nên chất lượng của cau trúc nay bi han chế.
Bộ nghịch lưu NPC phát sinh van dé nghiêm trong là sự không cân bang điện áp hai tụ trong quá trình hoạt động làm anh hưởng chất lượng điều khiến, gây nguy hiểm cho hệ thống. Việc áp dụng thành công giải thuật mới vào cân bằng áp tụ cho hệ thống mạch lọc tích cực 3 pha 4 dây góp phan nâng cao chất lượng điều khiến cho cau trúc nảy, đặc biệt cho các ứng dụng có kiểm soát dòng điện nhánh thứ 4. 3 CHƯƠNG II. SÓNG HAI - NGUYÊN NHÂN, ANH HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC 2.1 Khai niém vé song hai Điện áp được tao ra tại các nha máy điện, trạm điện lớn có dạng sóng sin rat tốt.
Tuy nhiên, càng di chuyển về phía phụ tải, đặc biệt là các phụ tải phi tuyến thì các dạng sóng cảng bị méo dạng. Khi đó dạng sóng không còn sin.1a thể hiện dang sóng sin, hình 2.1b thé hiện dạng sóng bị méo dang, không sin. Dang song sin LÍ ve ce | 1U Hình 2.2- Dạng sóng bị biến dạng do các sóng hài. Tín hiệu không sin, tuần hoàn có thé được phân tích Fourier thành tổng các thành phan sóng sin có các tần số dao động là bội số của tần số cơ bản.2 là vi dụ về dang sóng không sin, tuần hoàn chu kỳ cơ bản 50Hz là tong của các tin hiệu sin có tần số dao động 50Hz (cơ bản), 150Hz (hai bậc 3), 250Hz (hài bậc 5).
[Xn \ [_X | LX XS Ta. \ xxx UY / WY 0.2 — Tin hiệu không sin, tuần hoàn là tổng các tin hiệu sin Phân tích Fourier một sóng hai f(t) tần số cơ bản f (Hz), tần số góc cơ bản w=2nf (rad/s): ƒZ0)=Cy+ ¥C,cos(nat +6,) (2.1) n=1 Trong đó Co là giá tri DC của sóng hài. C, là giá trị đỉnh của thành phan dao động bậc n có tần số góc no, 6, là góc pha. Dé đánh giá sóng hai dòng hoặc áp, người ta sử dụng hệ số THD - (Total Harmonic Distortion) được định nghĩa là trị hiệu dụng (RMS) của tổng các sóng hài, chia cho trị hiệu dụng của tín hiệu cơ bản: Ker THD=-———— (2.2) C Trong đó; C, = trị hiệu dụng thành phần cơ bản.
C, = trị hiệu dụng thành phan hai bậc n. THD =0 nếu tín hiệu thuần sin (dòng hoặc áp). Một định nghĩa khác về THD nhưng ít được ủng hộ sử dụng là trị hiệu dụng (RMS) của tổng các sóng hai, chia cho trị hiệu dụng của tổng tat cả tín hiệu (công thức (2.3) Trong luận van, giá tri THD dòng và áp sẽ được tính theo công thức (2. Tiêu chuẩn sóng hài qui định ở IEEE STD 519-1992 bảng 2.1 Giới han méo dang điện áp Điện áp tại PCC Méo dạng điện áp riêng biệt | Tổng méo dạng điên áp (%) THD (%) Từ 69 kV trở xuống 3.001 kV đến 161 kV 1.001 kV trở lên 1.2 Giới hạn méo dang dòng điện cho hệ thống phân phối 120V đến 69000 V Phân trăm giới hạn méo dạng dòng điện so với I, Méo dạng riêng lẻ các hài bậc lẻ Ise/1i, <1] 11<h<17 | 17<h<23 | 23<h<35 | 35<h TDD <20 4.0 Cac hài bậc chăn có giới hạn băng 259% các gia tri trên Isc = dòng ngắn mạch 3 pha tại PCC I, = dòng tải yêu cầu lớn nhất tại PCC TDD = Tổng méo dạng yêu câu (Total Demand Distortion), phần trăm méo dạng hài dòng điện đối với dòng tải yêu cầu lớn nhất.
PCC = Điểm kết nối chung (Point of common coupling.) Theo đó, ở mức điện áp dưới 69kV, THD điện áp cho phép là nhỏ hơn 5%. Các thành phan hài điện áp riêng lẻ nhỏ hơn 3%. Đối với méo dạng dòng điện, qui định theo tỉ lệ dòng ngắn mạch/dòng tải Isc/1¡. Tiêu chuẩn không đánh giá dựa vào THD (méo dạng so với dòng co bản) ma dựa vào TDD, khi đó đánh giá méo dang so với I,, I; là trị hiệu dụng lớn nhất của tai.
TDD được định nghĩa theo công thức (2.4) L trong đó I, = tri hiệu dung hài dong điện bậc n. Khi THD nhỏ (nhỏ hon 10%) thi TDD va THD là tương đương nhau (sai lệch nhỏ hon 0.2 Anh hướng của sóng hài bậc cao Gay cộng hưởng Sự hiện diện của các tụ điện trên hệ thống, chăng hạn như sử dụng để chỉnh hệ số công suất, có thể dẫn đến cộng hưởng hệ thống cục bộ, dẫn đến dòng vượt mức cho phép và có thé gây thiệt hại cho các tụ điện. Điều này ảnh hưởng đến tính toán công suất thiết kế các tụ bù. Ảnh hướng đến động cơ điện Có thé minh họa qua vi dụ tai động cơ xoay chiều.
Khi động cơ được cấp bởi điện áp nguồn không sin, ton hao phat sinh lớn hơn so với trường hợp nguồn dạng sin, gây ra do tác dụng của các sóng hai bậc cao của áp nguồn. Động cơ giảm hiệu suất rất ít trong giới hạn cho phép nếu méo dạng sóng hài điện áp van còn trong giới hạn 5% theo khuyến cáo. Quá giới hạn trên, động cơ thường gặp van dé là quá nhiệt.
