intTypePromotion=3

Mô hình mô phỏng bộ lọc tích cực 3 pha dưới tác động của tải phi tuyến

Chia sẻ: ViVatican2711 ViVatican2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

0
7
lượt xem
0
download

Mô hình mô phỏng bộ lọc tích cực 3 pha dưới tác động của tải phi tuyến

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài viết này, một mô hình đơn giản về Bộ lọc tích cực trong hệ thống có tải phi tuyến ba pha được đề xuất. Sơ đồ điều khiển bộ lọc là điện áp đầu ra bộ nghịch lưu làm việc như là nguồn cung cấp điện AC.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Mô hình mô phỏng bộ lọc tích cực 3 pha dưới tác động của tải phi tuyến

  1. TAÏP CHÍ KHOA HOÏC ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 30 (55) - Thaùng 7/2017 Mô hình mô phỏng bộ lọc tích cực 3 pha dưới tác động của tải phi tuyến Simulation model of three-phase active filter under the impact of nonlinear loads ThS. Huỳnh Lê Minh Thiện, Trường Đại học Sài Gòn Huynh Le Minh Thien, M.Sc., Saigon University TS. Hồ Văn Cừu, Trường Đại học Sài Gòn Ho Van Cuu, Ph.D., Saigon University TS. Trần Thanh Vũ, Trường Đại học Sài Gòn Tran Thanh Vu, Ph.D., Saigon University ThS. Đỗ Đăng Trình, Trường Đại học Tây Đô Do Dang Trinh, M.Sc., Tay Do University Tóm tắt Trong bài báo này, một mô hình đơn giản về Bộ lọc tích cực trong hệ thống có tải phi tuyến ba pha được đề xuất. Sơ đồ điều khiển bộ lọc là điện áp đầu ra bộ nghịch lưu làm việc như là nguồn cung cấp điện AC. Mô hình phi tuyến của hệ thống bao gồm bộ lọc LC trong khung tham chiếu đồng bộ d-q-0. Sau đó, các dòng phản hồi đầu vào-đầu ra được điều khiển bỡi khối điều khiển PI để tránh những tính toán phức tạp và đơn giản hóa thêm cấu trúc bộ điều khiển. Ngoài ra, một bộ lọc thấp qua và một bộ lọc cao qua được sử dụng để loại bỏ sóng hài gây ra bởi tải phi tuyến để nâng cao chất lượng nguồn. Hiệu quả của phương pháp điều khiển đã được chứng minh bằng các kết quả mô phỏng. Từ khóa: lọc nguồn tích cực, tải phi tuyến, bộ lọc nguồn tích cực mắc song song, bộ lọc tích cực 3 pha, bộ điều khiển PI, tải không cân bằng. Abstract In this paper, a simple model of Active filter to regulate the three-phase nonlinear loads is proposed. The control scheme is output line-to-neutral voltages of a split-capacitor inverter as an AC power supplies. First, the nonlinear model of the system consisting of LC filter is obtained in the d-q-0 synchronous reference frame. Then, the input-output feedback currents are applied through the PI approach, which avoids the complex calculations and simplifies the controller structure. Also, a low- pass filter and a high-pass filter are employed for the PI controller to eliminate the harmonic wave caused by nonlinear loads to improve the source quality. The validity of the control method has been verified by simulation results. Keywords: active power filter, nonlinear load, SAPF (Shunt Active Power Filter), three-phase active filter, PI controller, unbalanced load. 10
  2. HUỲNH LÊ MINH THI N - HỒ VĂN CỪU - TRẦN THANH VŨ - ĐỖ ĐĂNG TRÌNH 1. Giới thiệu lượng nguồn. Tác giả và nhóm của tác giả Việc sử dụng các tải phi tuyến như bộ vẫn tiếp tục tìm kiếm phương pháp điều biến đổi tốc độ động cơ, máy hàn hồ quang khiển mới cho bộ lọc tích cực. điện, và nguồn điện sử dụng chuyển mạch Trong những năm gần đây, các bộ lọc điện tử gây ra một lượng lớn dòng điện hài tích cực (APF) dựa trên bộ chuyển đổi trong hệ thống phân phối điện. Những PWM được phát triển rộng rãi và được coi dòng hài này làm méo dạng điện áp, tăng là một giải pháp khả thi. Tuy nhiên, hầu tổn thất điện năng và làm nóng máy biến hết chúng đều dựa trên các sóng hài cảm áp, gây mất ổn định trong hoạt động của ứng và các yêu cầu về điện áp xung không thiết bị điện tử. tải tuyến tính [4-6] và đòi hỏi hệ thống Để cải thiện chất lượng nguồn cho điều khiển phức tạp. Duke and Round đã mạng lưới phân phối, các bộ lọc thụ động đề xuất một chương trình trong đó dòng truyền thống như điện cảm (L), điện dung điện bù yêu cầu được xác định bằng cách điện cảm (LC) và điện cảm điện dung điện sử dụng một kỹ thuật Sinusoid tổng hợp cảm (LCL) đã được sử dụng để loại bỏ các bằng cảm biến dòng. Nghiên cứu này sóng hài dòng và nâng cao công suất tải hệ được phát triển thêm bằng cách chỉ dùng số. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, cảm biến dòng [8], đơn giản và dễ thực thi các bộ lọc bậc hai thụ động này có nhiều mô hình. nhược điểm như vấn đề lão hóa và điều 2. Mô hình hệ thống sử dụng bộ lọc chỉnh, cộng hưởng song song, và yêu cầu tích cực phải thực hiện một bộ lọc riêng cho mỗi Mô hình đơn giản được trình bày như tần số sóng hài cần được loại bỏ. hình 1 mô tả hệ thống nguồn 3 pha tải phi Để khắc phục những vấn đề này, các tuyến có sử dụng bộ lọc tích cực mắc song bộ lọc tích cực đã được đề xuất trong [1, 2] song, bảng 1 mô tả các tín hiệu được ký để nghiên cứu về khả năng cải thiện chất hiệu trong hình 1. Bảng 1. Mô tả tín hiệu Tín hiệu Mô tả I_sa Dòng điện của pha a I_sb Dòng điện của pha b I_sc Dòng điện của pha c I_a Dòng điện trên tải của pha a I_b Dòng điện trên tải của pha b I_c Dòng điện trên tải của pha c I_afa Dòng điện trên bộ lọc của pha a I_afb Dòng điện trên bộ lọc của pha b I_afc Dòng điện trên bộ lọc của pha c 11
  3. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG B LỌC TÍCH CỰC 3 PHA DƯỚI TÁC Đ NG CỦA TẢI PHI TUYẾN 3-Phase Active Filter Nonlinear Load A Source I_a I_b I_c Active Filter I_afa I_afb I_afc I_a I_b I_c Hình 1. Mô hình bộ lọc tích cực đơn giản 2.1. Mô hình khối nguồn Trong đó   11200  e j (2 /3) Hệ thống nguồn được mô tả bởi các Ma trận biểu diễn điện áp thứ tự công thức toán học như (1) đới với nguồn nghịch được biểu diễn như công thức (6) áp và (2) đối với nguồn dòng [1].  Van  1 1 1  V0 n  Vk (t )   2Vkn sin(nt  k n )      k  (a, b, c) (1) Vbn   1  2   V n  (6) n1   2    Vcn  1    V n  I k (t )   2 I kn sin(nt  k n ) k  (a, b, c) (2) n1 Triển khai ma trận điện áp trên ta được Trong đó n là bậc hài. chi tiết các phương trình như (7) Hai phương trình trên được viết lại dạng biên độ và pha như (3) và (4), bao van (t )  2V0n sin(nt  0n )  2V n sin(nt   n )  gồm hài cơ bản (n=1) và hài bậc n [1].  2V n sin(nt   n ) .   . V k  Vkn k n  V kn k  (a, b, c) (3) 2 n1 n1 vbn (t )  2V0n sin(nt  0n )  2V n sin(nt   n  ) 3   . 2 . I k   I kn k n   I kn k  (a, b, c) (4)  2V n sin(nt   n  ) (7) n1 n1 3 Biểu diễn ma trận cho mỗi bậc hài của 2 vcn (t )  2V0n sin(nt  0n )  2V n sin(nt   n  ) 3 pha a, b, c, áp thứ tự không, thứ tự thuận 3 và thứ tự nghịc [2]. 2  2V n sin(nt   n  ) V0 n  1 1 1  Van  3   1   Tương tự như vậy, ta được dòng điện  2  Vbn  (5)   n  3 1  V  V n  1  2   Vcn  như (8)   12
  4. HUỲNH LÊ MINH THI N - HỒ VĂN CỪU - TRẦN THANH VŨ - ĐỖ ĐĂNG TRÌNH ian (t )  2 I 0 n sin(nt   0 n )  2 I  n sin(nt    n )  thụ thành phần phản kháng. 2 I  n sin(nt    n ) Dòng không đối xứng. Tiêu thụ bởi ba 2 (8) dòng tải không bằng nhau trong cả ba pha. ibn (t )  2 I 0 n sin(nt   0 n )  2 I  n sin(nt    n  ) 3 Sóng hài. Được tạo ra bởi các tải 2 2 I  n sin(nt    n  ) không tuyến tính, ví dụ: Một bộ chỉnh lưu 3 icn (t )  2 I 0 n sin(nt   0 n )  2 I  n sin(nt    n  2 ) diode, với kết quả là dòng điện không hoàn 3 toàn sinusoidal. 2 2 I  n sin(nt    n  ) 2.3. Mô hình mạch lọc tích cực 3 Với tải phi tuyến trong hệ thống năng Bộ điều khiển tổng quát trong đó thể lượng điện, hệ thống nguồn sẽ tồn tại sóng hiện các biến tham chiếu được tính toán hài và giảm chất lượng điện, gây nguy hại trên hệ quy chiếu d-q như hình 3[1]. cho các thiết bị điện và điện tử có trong hệ thống. 2.2. Mô hình tải Một trong những mô hình phổ biến của tải phi tuyến là tải chỉnh lưu bán dẫn như hình 2. Hình 3. Sơ đồ nguyên lý điều khiển mạch lọc tích cực Phase A RL Các tín hiệu ia, ib, ic là các dòng điện tải ứng với 3 pha, va, vb, vc áp tải 3 pha Phase B LL Phase C tương ứng. Chuyển đổi sang hệ tọa độ αβ như công thức (9) và (10): 1 1 1  Hình 2. Tải phi tuyến  v0   2 2 2  va  Tải không lý tưởng: Tải không thuần   2 1  1 .v    v  . 1 (9) 3 2 2   b trở gây ra hiện tượng tiêu thụ công suất v     3  vc    3 phản kháng phi tuyến; hoặc tải biến đổi về  0 2 2  thời gian hoặc pha nên có chứa nhiều thành Dòng điện ứng trên hệ trục αβ : phần dòng điện họa tần; hoặc tải độ lớn 1 1 1   i0   2 2  ia  khác nhau ở mỗi pha sẽ tạo ra dòng điện   2 2 1  1 .i  thứ tự nghịch. i   3 . 1 2 2   b (10) i    3  ic  Các vấn đề của tải không lý tưởng là    0 3 2 2  bất kỳ tải ba pha nào tiêu thụ năng lượng Theo đó, công thức công suất được khác với một tải điện ba pha đối xứng với tính bỡi công thức (11): hệ số công suất là 1 (không có độ trễ pha giữa điện áp và dòng điện) và tần số cơ bản  p0  v0 0 0   i0        p   . 0 v v .i  là không lý tưởng. (11) Dòng tải không lý tưởng có ít nhất một  q   0  v v  i  trong các thành phần sau:  Dòng phản kháng. Tải có chứa các Công thức (12) là dòng điện càn phải thành phần điện cảm hoặc điện dung tiêu có được trên bộ lọc [2]: 13
  5. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG B LỌC TÍCH CỰC 3 PHA DƯỚI TÁC Đ NG CỦA TẢI PHI TUYẾN ic*  1 v v   p  pLoss  p  Khâu giữ bậc 2 lọc thông thấp (15): *  2 2 v .  (12) ic  v  v   v   q  kc2 GLPF ( s)  2 (15) Chuyển lại hệ tọa độ thực theo hệ s  2c s  c2 phương trình (13) [2]: Trong đó: ica*  1 2 1 0   i0  * 2   *  (13) Gain k icb   3 .1 2  1 / 2 3 / 2 . ic  icc*  1 2  1 / 2  3 / 2  i *  Damping ratio       c  Để sine hóa dòng điện nguồn, yêu cầu Cut-off frequency fc, in Hz (fc=wc/(2 p)) các dòng điện ica*, ica*, ica* và dòng hồi tiếp Modified PI (Proportional-integral) phải được xử lý bỡi khâu PI của bộ lọc tích controller: cực. Điện áp điều khiển được yêu cầu so 1 1 sánh với sóng tam giác tần số cao để tạo GPI _ Modify ( s)  k (1  )( ) (16) sT 1  sTp xung điều khiển các khóa bán dẫn trong bộ nghịch lưu. Trong công thức (16): 3. Hệ thống điều khiển của SAPF Hình 4 mô tả mạch điều khiển cho một Gain k pha, trong đó HPF, LPF và bộ điều khiển Time constant of the T, in second PI_Modify được mô tả chi tiết bỡi (14), controller (15) và (16) Frequency of the pole fp , in Hz Khâu giữ bậc 2 lọc thông cao. ks 2 Mô tả tín hiệu trong sơ đồ khối điều GHPF ( s)  (14) khiển hình 4: s 2  2c s  c2 Trong đó: Tín Mô tả Ghi chú Gain k hiệu I_a Dòng điện trên Damping ratio  tải pha a Cut-off frequency fc, in Hz (fc=wc/(2 p)) k Khâu tỉ lệ Vout = k * Vin V_h Dạng tín hiệu V I_a Vh K sóng hài Vhold1 V hold2 Ia HPF LPF HPF LPF V_ma Tín hiệu để tạo xung điều khiển To the V I_fa V V ma converter s pulse cho pha a PI modify V ka controll K V af_a controller voltage for phase a V_ka Xung điều khiển K V carr i_afa pha a I_afa Dòng điện lọc của pha a V_carr Sóng mang tần Hình 4. Mạch nguyên lý điều khiển của số cao pha a 14
  6. HUỲNH LÊ MINH THI N - HỒ VĂN CỪU - TRẦN THANH VŨ - ĐỖ ĐĂNG TRÌNH Tương tự cho pha b và pha c. 5. Kết luận 4. Kết quả mô phỏng Kết quả dạng sóng sine đã được cải Tín hiệu dòng điện tải qua 2 lần khâu giữ thiện độ méo hài, hình 8, cùng với bảng kết bậc 2 thông cao cao và thông thấp, hình 5. quả TDH. Hình 5. Dạng sóng của I_La và V_hold2 Hình 8. Dạng sóng dòng điện nguồn sau lọc Bảng 2. Kết quả giảm méo hài THD Fundamental Frequency 6.0000000e+001 Hz I(i_sa) 5.4928609e-003 I(i_sb) 5.3634647e-003 I(i_sc) 5.3283370e-003 Với mô hình mô phỏng đơn giản đã trình bày, khâu điều khiển PI_modify trong bộ lọc tích cực đã làm tốt nhiệm vụ triệt Hình 6. Sóng hài V_h sóng hài do tải không lý tưởng gây ra, kết V_h là dòng điện sóng hài sau khi tín quả làm giảm THD như đã trình bày trong hiệu I_La đi qua hai lần khâu giữ bậc hai Bảng 2. mạch lọc thông cao và lọc thông thấp, mô tả trong phương trình (17). TÀI LIỆU THAM KHẢO i_La – v_hold2 = V_h (17) 1. Le Minh Thien Huynh, Thanh Vu Tran, Van Cuu Ho, “Optimization Problem of Compensated Current in Electrical Power Systems Using General Three-Phase Active Power Filter”, AETA, Dec 2015. 2. Tan Luong Van, Le Minh Thien Huynh, Thanh Trang Tran and Duc Chi Nguyen, “Improved Control Strategy of Three-Phase Four-Wire Inverters using Sliding Mode Input-Ouput Feedback Linearization under Unbalanced and Nonlinear Load Conditions”, AETA, Dec 2015. 3. N.V.Nho, M.J. Youn, “Carrier PWM algorithm with optimized switching loss for Hình 7. Tín hiệu sine của nguồn điện sau three-phase four-leg multilevel khi có sử dụng bộ lọc tích cực. inverters”, IEEE Letters, UK, vol.41, pp.43- 15
  7. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG B LỌC TÍCH CỰC 3 PHA DƯỚI TÁC Đ NG CỦA TẢI PHI TUYẾN 44, vo.1, ISSN 0013-5194, Jan. 2005 Electronics, vol.58, no. 9, Sep. 2011. 4. Nguyễn Văn Nhờ, Myung- Bok Kim, Gun- 6. Alessandro Cavini, Fabio Ronchi, Andrea Woo Moon, Myung- Joong Youn, “A Novel Tilli, “Four - Wire Shunt Active Filters: Carrier Based PWM Method in Three-phase Optimized Design Methodology”, IEEE 2003. Four-Wire Inverters”, IEEE 2004. 7. H. Akagi, Y. Kanazawa, A. Nabae, 5. N.V. Nho, N.X. Bac and H-H. Lee, "An “Generalized Theory of the Instantaneous Optimized Discontinuous PWM Method to Reactive Power in Three-Phase”, IPEC'83 - Minimize Switching Loss for Multilevel Int. Power Electronics Conf., Tokyo, Japan, Inverters”, IEEE Transactions on Industrial 1983, pp. 1375-1386. Ngày nhận bài: 02/6/2017 Biên tập xong: 15/7/2017 Duyệt đăng: 20/7/2017 16

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản