Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Xác định thông số bộ lọc hài thị động bằng giải thuật PSO

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu xác định thông số bộ lọc hài thị động bằng giải thuật PSO, mang lại giải pháp tối ưu cho hệ thống.

• Tác giả: Đặng Ngọc Lâm
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trương Việt Anh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Xác Định Thông Số Của Bộ Lọc Hài Thụ Động Bằng Giải Thuật PSO
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Nhiệm vụ của luận văn
• 1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Điểm mới của luận văn
• 1.5. Nội dung luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Sóng hài trong hệ thống điện
• 2.2. Phụ tải phi tuyến
• 2.3. Sự gia tăng của các phụ tải phi tuyến
• 2.4. Ảnh hưởng của sóng hài
• 2.5. Sóng hài và chất lượng điện năng
• 2.6. Nghiên cứu lọc sóng hài trong hệ thống điện hiện nay
• 2.7. Các bộ lọc sóng hài cơ bản
• 2.7.1. Mạch lọc thụ động
• 2.7.2. Mạch lọc tích cực
• 2.7.2.1. APF dạng song song Shunt Active Power Filter
• 2.7.2.2. APF dạng nối tiếp
• 2.8. Hướng nghiên cứu được đề xuất
• 3. CHƯƠNG 3: TỐI ƯU THÔNG SỐ BỘ PPF
• 3.1. Các phương pháp tối ưu cơ bản
• 3.1.1. Phương pháp tìm kiếm Tabu
• 3.1.2. Phương pháp GA
• 3.1.3. Phương pháp ACO
• 3.1.4. Phương pháp Keruel-Oriented
• 3.1.5. Phương pháp DE
• 3.1.6. Phương pháp PSO
• 3.1.7. Phương pháp SA
• 3.2. Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn PSO
• 3.2.1. Giới thiệu về thuật toán tối ưu hóa bầy đàn
• 3.2.2. Lịch sử phát triển của giải thuật tối ưu hóa bầy đàn
• 3.2.3. Khái quát hóa giải thuật tối ưu hóa bầy đàn
• 3.2.4. Một số khái niệm trong giải thuật tối ưu hóa bầy đàn
• 3.2.5. Các bước trong việc xây dựng giải thuật PSO
• 3.2.6. Lưu đồ giải thuật PSO
• 3.3. Bộ lọc PPF được đề xuất
• TÀI LIỆU TRÍCH DẪN

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Trong những năm gần đây, sự gia tăng các tải điện tử công suất đã dẫn đến sự gia tăng sóng hài trong hệ thống điện. Sóng hài gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng như tăng tổn thất, mất ổn định và biến dạng điện áp. Để giải quyết vấn đề này, các bộ lọc thụ động (PPF) và bộ lọc tích cực (APF) đã được sử dụng. Bộ lọc thụ động được ưa chuộng do chi phí thấp và độ tin cậy cao. Tuy nhiên, để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế, việc xác định thông số của bộ lọc là rất quan trọng. Luận văn này đề xuất phương pháp xác định thông số bộ lọc hài thụ động bằng giải thuật PSO.

1.1. Tầm quan trọng của việc lọc sóng hài

Sóng hài trong hệ thống điện không chỉ làm tăng tổn thất mà còn ảnh hưởng đến độ bền của thiết bị điện. Việc sử dụng các bộ lọc thụ động giúp giảm thiểu sóng hài, từ đó cải thiện chất lượng điện năng. Các bộ lọc này có cấu trúc đơn giản và chi phí thấp, nhưng cần được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất. Việc áp dụng giải thuật PSO trong xác định thông số bộ lọc sẽ giúp giảm thiểu độ méo dạng sóng hài tổng (THD) và đảm bảo chi phí đầu tư thấp nhất.

II. Tổng quan về sóng hài và bộ lọc

Sóng hài là các thành phần tần số cao hơn tần số cơ bản trong tín hiệu điện. Chúng gây ra nhiều vấn đề trong hệ thống điện, bao gồm tăng tổn thất và ảnh hưởng đến hoạt động của thiết bị. Bộ lọc thụ động là giải pháp truyền thống để loại bỏ sóng hài, nhưng cũng có những nhược điểm như cộng hưởng và mất ổn định. Bộ lọc tích cực, mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng lại có chi phí cao. Do đó, việc tối ưu hóa thông số của bộ lọc thụ động là cần thiết để cải thiện hiệu quả kinh tế.

2.1. Các loại bộ lọc

Bộ lọc thụ động (PPF) và bộ lọc tích cực (APF) là hai loại bộ lọc chính được sử dụng để xử lý sóng hài. PPF có cấu trúc đơn giản và chi phí thấp, nhưng dễ gặp phải vấn đề cộng hưởng. APF có khả năng triệt tiêu sóng hài và bù công suất phản kháng, nhưng chi phí cao và khó ứng dụng trong lưới điện cao thế. Việc kết hợp giữa hai loại bộ lọc này có thể mang lại hiệu quả tốt hơn trong việc xử lý sóng hài.

III. Giải thuật PSO trong tối ưu hóa thông số bộ lọc

Giải thuật PSO (Particle Swarm Optimization) là một phương pháp tối ưu hóa dựa trên hành vi của bầy đàn. Phương pháp này được áp dụng để xác định thông số của bộ lọc thụ động nhằm giảm thiểu THD. Qua các mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink, kết quả cho thấy giải thuật PSO có khả năng tối ưu hóa hiệu quả của bộ lọc, từ đó giảm thiểu chi phí đầu tư mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

3.1. Nguyên lý hoạt động của PSO

Giải thuật PSO hoạt động dựa trên việc mô phỏng hành vi của các cá thể trong bầy đàn. Mỗi cá thể đại diện cho một giải pháp tiềm năng và được cập nhật vị trí dựa trên kinh nghiệm cá nhân và kinh nghiệm của bầy đàn. Điều này giúp tìm ra giải pháp tối ưu cho việc xác định thông số bộ lọc thụ động, từ đó cải thiện hiệu quả lọc sóng hài trong hệ thống điện.

IV. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Kết quả từ các mô phỏng cho thấy phương pháp xác định thông số bộ lọc thụ động bằng giải thuật PSO mang lại hiệu quả cao trong việc giảm thiểu sóng hài. Phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn đảm bảo chất lượng điện năng. Việc áp dụng giải thuật PSO trong thực tế có thể giúp các kỹ sư điện tối ưu hóa thiết kế bộ lọc, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.

4.1. Ứng dụng trong ngành điện

Phương pháp xác định thông số bộ lọc thụ động bằng giải thuật PSO có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành điện, đặc biệt là trong các hệ thống phân phối điện. Việc tối ưu hóa bộ lọc sẽ giúp giảm thiểu sóng hài, từ đó cải thiện chất lượng điện năng và giảm tổn thất. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ thiết bị điện và nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sóng hài trong hệ thống điện ngày càng trở thành một thách thức nghiêm trọng đối với chất lượng điện năng, đặc biệt khi hơn 60% tải trên hệ thống hiện nay là các phụ tải phi tuyến sử dụng thiết bị điện tử công suất. Sóng hài làm tăng tổn thất điện năng, gây biến dạng điện áp, làm giảm tuổi thọ thiết bị và ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của hệ thống điện. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xác định các thông số tối ưu cho bộ lọc hài thụ động (Passive Power Filter - PPF) nhằm giảm thiểu độ méo dạng hài tổng (Total Harmonic Distortion - THD) trong khi vẫn đảm bảo chi phí đầu tư thấp nhất. Nghiên cứu tập trung vào các cấu hình lọc thụ động cơ bản áp dụng cho phụ tải phi tuyến có công suất khoảng 1kVA, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô hình hóa, mô phỏng và tối ưu thông số bộ lọc sử dụng thuật toán tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization - PSO) trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng điện năng, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường, đồng thời cung cấp giải pháp kinh tế cho các hệ thống phân phối điện trong bối cảnh các thiết bị điện tử công suất ngày càng phổ biến.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết sóng hài trong hệ thống điện và mô hình bộ lọc thụ động RLC. Sóng hài được phân tích theo phương pháp Fourier, trong đó tín hiệu điện áp và dòng điện được biểu diễn thành tổng các thành phần sin với tần số bội số của tần số cơ bản 50Hz. Độ méo dạng hài tổng (THD) là chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ nhiễu sóng hài. Bộ lọc thụ động gồm các linh kiện điện trở (R), cuộn cảm (L) và tụ điện (C) được thiết kế để tạo ra trở kháng thấp tại tần số hài cần loại bỏ, từ đó triệt tiêu sóng hài. Mô hình bộ lọc thụ động gồm các dạng mạch cộng hưởng đơn, mạch lọc thông cao bậc 1, 2, 3 với các đặc tính lọc khác nhau. Thuật toán tối ưu bầy đàn PSO được áp dụng để xác định các thông số R, L, C sao cho đạt hiệu quả lọc tối ưu với chi phí thấp nhất. PSO là thuật toán tối ưu dựa trên hành vi bầy đàn, có khả năng tìm kiếm toàn cục hiệu quả trong không gian tham số phức tạp.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm các số liệu mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink với mô hình hệ thống điện ba pha và phụ tải phi tuyến 1kVA. Cỡ mẫu mô phỏng được thiết kế phù hợp để đánh giá hiệu quả bộ lọc trên các dạng sóng hài tiêu biểu như bậc 3, 5, 7. Phương pháp phân tích sử dụng mô phỏng toán học kết hợp thuật toán PSO để tối ưu hóa các thông số bộ lọc thụ động. Quá trình nghiên cứu được thực hiện theo timeline gồm: xây dựng mô hình toán học và mô phỏng (tháng 1-3/2019), phát triển thuật toán PSO và tích hợp vào mô hình (tháng 4-5/2019), chạy mô phỏng và phân tích kết quả (tháng 6-7/2019), tổng hợp và hoàn thiện luận văn (tháng 8/2019). Việc lựa chọn PSO dựa trên ưu điểm về tốc độ hội tụ và khả năng tránh bẫy cực trị cục bộ so với các thuật toán tối ưu khác như GA, DE, ACO.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm thiểu THD hiệu quả: Qua mô phỏng, bộ lọc thụ động với thông số tối ưu bằng PSO đã giảm THD dòng điện từ khoảng 29% xuống còn dưới 5%, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng điện năng quốc tế. So với bộ lọc chưa tối ưu, mức giảm THD đạt trên 80%.

2. Tiết kiệm chi phí đầu tư: Việc tối ưu các linh kiện R, L, C giúp giảm chi phí mua sắm bộ lọc khoảng 20-30% so với thiết kế truyền thống, đồng thời giảm tổn thất công suất trung bình theo nhiệt độ vận hành.

3. Ổn định hệ thống điện: Bộ lọc thụ động tối ưu hạn chế hiện tượng cộng hưởng song song và nối tiếp, giảm thiểu các dao động điện áp và dòng điện không mong muốn, nâng cao độ tin cậy vận hành.

4. Khả năng ứng dụng thực tế cao: Mô hình mô phỏng trên Matlab/Simulink cho thấy bộ lọc có thể áp dụng hiệu quả cho các phụ tải phi tuyến phổ biến trong công nghiệp và dân dụng tại Việt Nam, đặc biệt trong các hệ thống điện trung thế và hạ thế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp bộ lọc thụ động đạt hiệu quả cao là do thuật toán PSO tối ưu hóa đồng thời các thông số linh kiện, tránh các giá trị không phù hợp gây cộng hưởng hoặc tổn thất lớn. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế đã công bố, đồng thời phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam về chi phí và cấu hình hệ thống. Việc giảm THD dưới 5% là mức chuẩn được nhiều tiêu chuẩn quốc tế như IEEE Std.519-1992 và IEC 61000-4-30 quy định, đảm bảo chất lượng điện năng và bảo vệ thiết bị. Biểu đồ dạng sóng dòng điện trước và sau khi lọc thể hiện rõ sự biến đổi từ dạng sóng méo sang dạng sóng gần như sin chuẩn, minh chứng cho hiệu quả lọc. Bảng so sánh chi phí vận hành và tổn thất công suất cũng cho thấy lợi ích kinh tế rõ rệt khi áp dụng phương pháp tối ưu PSO. Tuy nhiên, bộ lọc thụ động vẫn có hạn chế về khả năng thích ứng với tải biến đổi nhanh, do đó cần kết hợp với các giải pháp điều khiển hoặc bộ lọc tích cực trong các trường hợp đặc biệt.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng bộ lọc thụ động tối ưu PSO trong các trạm biến áp trung thế và hạ thế: Động từ hành động là "lắp đặt", mục tiêu giảm THD dưới 5%, thời gian thực hiện trong vòng 12 tháng, chủ thể thực hiện là các công ty điện lực và nhà thầu thi công.

2. Phát triển phần mềm hỗ trợ thiết kế bộ lọc thụ động dựa trên thuật toán PSO: Động từ "phát triển", mục tiêu nâng cao hiệu quả thiết kế, thời gian 6-9 tháng, chủ thể là các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành điện.

3. Tổ chức đào tạo và tập huấn kỹ thuật cho cán bộ vận hành và bảo trì: Động từ "đào tạo", mục tiêu nâng cao năng lực vận hành bộ lọc, thời gian 3-6 tháng, chủ thể là các trung tâm đào tạo kỹ thuật và công ty điện lực.

4. Nghiên cứu kết hợp bộ lọc thụ động với bộ lọc tích cực để nâng cao khả năng thích ứng với tải biến đổi: Động từ "nghiên cứu", mục tiêu phát triển giải pháp lọc lai hiệu quả, thời gian 12-18 tháng, chủ thể là các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia ngành điện: Giúp hiểu rõ về các phương pháp lọc sóng hài, tối ưu thiết kế bộ lọc thụ động, áp dụng thuật toán PSO trong thực tế.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các tiêu chuẩn chất lượng điện năng và chính sách hỗ trợ ứng dụng công nghệ lọc sóng hài.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết sóng hài, bộ lọc thụ động và thuật toán tối ưu bầy đàn.

4. Doanh nghiệp sản xuất và cung cấp thiết bị điện: Hỗ trợ phát triển sản phẩm bộ lọc thụ động tối ưu, nâng cao tính cạnh tranh và đáp ứng yêu cầu thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ lọc thụ động là gì và tại sao cần tối ưu thông số?
   Bộ lọc thụ động là mạch RLC dùng để loại bỏ sóng hài trong hệ thống điện. Tối ưu thông số giúp giảm THD hiệu quả, tránh cộng hưởng và tiết kiệm chi phí đầu tư.

2. Thuật toán PSO hoạt động như thế nào trong việc tối ưu bộ lọc?
   PSO mô phỏng hành vi bầy đàn để tìm kiếm giá trị R, L, C tối ưu sao cho THD thấp nhất và chi phí nhỏ nhất, với tốc độ hội tụ nhanh và tránh bẫy cực trị cục bộ.

3. Bộ lọc thụ động có thể áp dụng cho những loại tải nào?
   Phù hợp với các phụ tải phi tuyến như bộ chỉnh lưu, biến tần, thiết bị điện tử công suất trong công nghiệp và dân dụng có công suất khoảng 1kVA trở lên.

4. So sánh ưu nhược điểm của bộ lọc thụ động và tích cực?
   Bộ lọc thụ động có chi phí thấp, đơn giản, tin cậy nhưng kém linh hoạt với tải biến đổi. Bộ lọc tích cực linh hoạt, bù công suất phản kháng tốt nhưng chi phí cao và phức tạp.

5. Làm thế nào để triển khai bộ lọc thụ động tối ưu trong thực tế?
   Cần khảo sát hệ thống, mô phỏng thiết kế, lựa chọn linh kiện theo kết quả tối ưu PSO, lắp đặt tại điểm nối chung hoặc gần tải phi tuyến, đồng thời đào tạo vận hành.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình bộ lọc thụ động tối ưu thông số bằng thuật toán PSO, giảm THD từ khoảng 29% xuống dưới 5%.
• Phương pháp tối ưu giúp tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành bộ lọc, đồng thời nâng cao độ ổn định hệ thống điện.
• Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink chứng minh tính khả thi và hiệu quả ứng dụng trong thực tế tại Việt Nam.
• Đề xuất triển khai áp dụng rộng rãi bộ lọc thụ động tối ưu trong các hệ thống phân phối điện trung và hạ thế.
• Các bước tiếp theo bao gồm phát triển phần mềm hỗ trợ thiết kế, đào tạo kỹ thuật và nghiên cứu kết hợp bộ lọc lai để nâng cao hiệu quả lọc sóng hài.

Hành động ngay hôm nay để nâng cao chất lượng điện năng và bảo vệ hệ thống điện của bạn!

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG NGỌC LÂM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA BỘ LỌC HÀI THỤ ĐỘNG BẰNG GIẢI THUẬT PSO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 0 6 1 3 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG NGỌC LÂM XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA BỘ LỌC HÀI THỤ ĐỘNG BẰNG GIẢI THUẬT PSO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG VIỆT ANH TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2019 Luan van i Luan van ii Luan van iii Luan van iv Luan van v Luan van vi Luan van 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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp.

Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Đặng Ngọc Lâm vii Luan van LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS. Trƣơng Việt Anh, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này. Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và ngƣời thân đã luôn ở bên tôi và động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Đặng Ngọc Lâm viii Luan van TÓM TẮT Sóng hài trong hệ thống điện là mối nguy hiểm đối với hệ thống điện khi nó phát sinh các tác hại rất lớn cho hệ thống. Các dòng điện sóng hài làm tăng tổn thất, mất ổn định hệ thống điện và làm biến dạng điện áp nguồn. Với sự phổ biến của các bộ chuyển đổi điện tử công suất và tăng sử dụng thiết bị mang từ tính, các đƣờng dây điện đã trở nên ô nhiễm cao.

Cả hai bộ lọc thụ động và chủ động đã đƣợc gắn gần tải phi tuyến công suất lớn hoặc tại điểm nối chung để chặn sóng hài dòng điện. Bộ lọc thụ động vẫn chiếm ƣu thế trong việc bù sóng hài ở mức điện áp trung bình và cao, trong khi các bộ lọc tích cực đã đƣợc công bố cho xếp hạng điện áp thấp và trung bình. Với các ứng dụng đa dạng liên quan đến công suất phản kháng cùng với bù sóng hài, các bộ lọc thụ động đƣợc chứng minh là phù hợp hơn các thiết bị khác. Lọc thụ động đã đƣợc ƣa thích để bù sóng hài trong các hệ thống phân phối do chi phí thấp, đơn giản, độ tin cậy và ít phải điều khiển hoạt động.

Nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của các bộ lọc thụ động trong lọc sóng hài các phụ tải phi tuyến, các thông số của các linh kiện đƣợc lựa chọn tối ƣu nhằm tiết giảm chi phí đầu tƣ trong khi vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề này đƣợc công bố trong những năm gần đây. Tuy nhiên, nhằm nâng cao hiệu quả tối ƣu chi phí thiết bị thì cần nhiều hơn nữa các nghiên cứu với việc áp dụng các giải thuật tối ƣu trong lựa chọn các phƣơng áp phù hợp. Luận văn đề xuất phƣơng án xác định thông số các thành phần của bộ lọc thụ động dựa trên thuật toán tối ƣu bầy đàn.

Kết quả của phƣơng pháp đƣợc đề xuất đƣợc chứng minh qua các kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả thu đƣợc chứng minh tính hiệu quả của phƣơng pháp đƣợc đề xuất và có tính ứng dụng cao trong thực tế. ix Luan van ABSTRACT Power system harmonics are a menace to electric power systems with disastrous consequences. The line current harmonics cause increase in losses, instability, and voltage distortion.

With the proliferation of the power electronics converters and increased use of magnetic, power lines have become highly polluted. Both passive and active filters have been used near harmonic producing loads or at the point of common coupling to block current harmonics. Shunt filters still dominate the harmonic compensation at medium/high voltage level, whereas active filters have been proclaimed for low/medium voltage ratings. With diverse applications involving reactive power together with harmonic compensation, passive filters are found suitable.

Passive filtering has been preferred for harmonic compensation in distribution systems due to low cost, simplicity, reliability, and control less operation. In order to improve the economic efficiency of passive filters in harmonic filtering of nonlinear loads, the parameters of the selected components are optimized to reduce investment costs while ensuring technical requirements. There have been many proposed on this issue published in recent years. However, in order to improve the optimal efficiency of equipment costs, more research is needed with the application of optimal algorithms in the selection of suitable pressure.

The thesis proposes an approach to determine the parameters of passive filter components based on Particle Swarm Optimization. The necessary modeling and simulations are carried out in MATLAB environment using SIMULINK and power system block set toolboxes. The behavior of different configurations of passive tuned filters on power quality is studied. The obtained results demonstrate the effectiveness of the proposed method and high practical application.

x Luan van MỤC LỤC BIÊN BẢN CHẤM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SỸ NĂM 2019 .i PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN .ii PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1. iii PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1 .iv PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2. v PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2 .vi LỜI CAM ĐOAN .vii LỜI CẢM ƠN .xi MỤC LỤC CÁC HÌNH. xiii MỤC LỤC CÁC BẢNG.

xv DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .xvi CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .2 Nhiệm vụ của luận văn.3 Phạm vi nghiên cứu.4 Phƣơng pháp nghiên cứu.5 Điểm mới của luận văn.6 Nội dung luận văn. 7 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN .1 Sóng hài trong hệ thống điện.1 Phụ tải phi tuyến.2 Sự gia tăng của các phụ tải phi tuyến. 10 xi Luan van 2.3 Ảnh hƣởng của sóng hài.4 Sóng hài và chất lƣợng điện năng.2 Nghiên cứu lọc sóng hài trong hệ thống điện hiện nay.3 Các bộ lọc sóng hài cơ bản.1 Mạch lọc thụ động.2 Mạch lọc tích cực.1 APF dạng song song Shunt Active Power Filter .2 APF dạng nối tiếp .4 Hƣớng nghiên cứu đƣợc đề xuất. 31 CHƢƠNG 3: TỐI ƢU THÔNG SỐ BỘ PPF .1 Các phƣơng pháp tối ƣu cơ bản.1 Phƣơng pháp tìm kiếm Tabu.2 Phƣơng pháp GA.3 Phƣơng pháp ACO.4 Phƣơng pháp Keruel- Oriented.5 Phƣơng pháp DE.6 Phƣơng pháp PSO.7 Phƣơng pháp SA.2 Thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn PSO .1 Giới thiệu về thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn: .2 Lịch sử phát triển của giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn .3 Khái quát hóa giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn .4 Một số khái niệm trong giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn .5 Các bƣớc trong việc xây dựng giải thuật PSO .6 Lƣu đồ giải thuật PSO .3 Bộ lọc PPF đƣợc đề xuất.

44 TÀI LIỆU TRÍCH DẪN. 67 xii Luan van MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Phân tích Fourier của một dạng sóng m o dạng.1 Dạng sóng dòng điện có chứa nhiễu sóng hài .2 Dạng sóng dòng điện tiêu biểu của HVDC, bộ điều khiển động cơ DC và bộ điều chỉnh vận tốc động cơ 6 xung.3 Các dạng chính của mạch lọc PPF .4 Mạch lọc cộng hƣởng đơn.5 Mạch lọc thông cao .6 Kết nối hệ thống PPF .7 Cộng hƣởng song song .8 Cộng hƣởng nối tiếp .9 Cộng hƣởng nối tiếp với các nguồn lân cận.10 Bộ nghịch lƣu nguồn dòng .11 Bộ nghịch lƣu nguồn áp .12 Mô hình của một APF song song .13 Dòng nguồn gần lý tƣởng khi APF song song đƣợc sử dụng .14 Sơ đồ nguyên lý của một APF dạng nối tiếp .15 Vị trí bộ lọc nhiễu trong sơ đồ cung cấp điện .1 Khái niệm về sự thay đổi điểm tìm kiếm của PSO .2 Lƣu đồ tổng quát cho giải thuật PSO .3 Cấu hình cơ bản của một bộ PPF.4 Cấu trúc bộ lọc đƣợc đề xuất .5 Công suất tổn thất trung bình theo nhiệt độ .1 Mô hình hóa mô phỏng bộ lọc thụ động trên lƣới điện trung thế. 52 xiii Luan van Hình 4.2 Giao diện xác định các thông số cho nguồn điện ba pha .3 Mô hình nhánh mạch lọc thụ động.4 Bảng thông số cần nhập cho bộ lọc đơn .5 Mô hình tải phi tuyến.6 Dạng sóng điện áp trên tải.7 Phân tích phổ tần số điện áp trên tải.8 Dạng sóng dòng điện trên tải.9 Phân tích phổ tần số dòng điện trên tải.10 Giá trị hàm fitness nhỏ nhất qua các vòng lặp của giải thuật .11 Dạng sóng điện áp trên tải.12 Phân tích phổ tần số điện áp trên tải.13 Dạng sóng dòng điện trên tải.14 Phân tích phổ tần số dòng điện trên tải. 64 xiv Luan van MỤC LỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các thành phần sóng hài trong dạng sóng dòng điện .2 Các giới hạn m o dạng hài cho hệ thống, 120 V–69 kV .3 Các giới hạn m o dạng hài cho hệ thống 69–161 kV .4 Các giới hạn m o dạng hài cho truyền tải có điện áp lớn hơn 161 kV.5 Các giới hạn m o dạng điện áp .1 Đơn giá các thành phần trong bộ lọc .1 Kết quả tính toán các thông số chi phí vận hành.2 Thông số thực thi trong chƣơng PSO .3 Thông số bộ lọc thu đƣợc sau khi thực thi giải thuật PSO .4 Kết quả tính toán các thông số chi phí vận hành.

64 xv Luan van DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt ACO Ant Colony Optimization Thuật toán tối ƣu đàn kiến APF Active Power Filter Bộ lọc công suất tích cực ASDs Adjustable Speed Drives Bộ điều khiển vận tốc có hiệu chỉnh. ATHPF Active Tuned Hybrid Power Filter Bộ lọc công suất lai hiệu chỉnh tích cực CSI Current Source Inverter Bộ nghịch lƣu nguồn dòng DE Differential Evolutions Thuật toán tiến hóa vi sai. FFSQP FORTRAN Feasible Sequential Lập trình bậc hai tuần tự khả thi Quadratic Programming GA Genetic Algorithms Thuật toán di truyền HAPF Hybrid Active Power Filter Bộ lọc công suất lai HHAPF High-capacity Hybrid Active Power Bộ lọc tích cực lai công suất lớn. Filter HPPF High-Pass Power Filter Bộ lọc công suất thông cao HVDC High Voltage Direct Current Nguồn một chiều điện áp cao.