Nghiên cứu điều khiển mạch lọc tích cực đa bậc 3 pha 4 dây

I H C QU C GIA TP P H CHÍ MINH M I H C BÁ BÁCH KHO HOA N NGUY N MINH H THÀNH NH NGH GHIÊN C M CH L C TÍCH T C U KHI HI N C PHA A DÂY CHU HUYÊN NGÀ GÀNH: THI T B , M N MÃ Ã NGÀNH:: 6605250 LU TP P H CS 20 2014 Cơng trình Cán b c hoàn thành t i: i h c Bách Khoa – ng d n khoa h c: PGS.TS Nguy -HCM ……………………… Cán b ch m nh n xét 1: Cán b ch m nh n xét 2: Lu cs cb ov t ih 2014 Thành ph n H cs m: Xác nh n c a Ch t ch H ngành sau lu ã CH T CH H ng Khoa qu n lý chuyên c s a ch a (n u có) NG N- NT i I H C QU C GIA TP.HCM C NG HÒA XÃ H I CH NGH I H C BÁCH KHOA T NAM c l p -T -H nh phúc NHI M V LU CS H tên h c viên: Nguy n Minh Thành MSHV: 12180122 22/06/1976 Tây Ninh Chuyên ngành: Thi t b , M ng N n TÀI: NGHIÊN C B C PHA DÂY Mã s : 605250 U KHI N M CH L C TÍCH C NHI M V VÀ N I DUNG: Nghiên c u n m ch l c tích c c pha dây II NGÀY GIAO NHI M V : 10/2/2014 III NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 20/06/2014 IV CÁN B CÁN B NG D N: PGS TS Nguy NG D N Tp HCM, ngày tháng 06 CH NHI M B N– NT 14 O ii LỜ I CẢ M ƠN Em xin chân thành g i l i c n q Th ã t n tình gi ng d y em su t th i gian qua i h c Bách c bi t, em xin bày t lịng kính tr ng c n Th y – PGS TS Nguy ã t n tình h ng d n, trình th c hi tài Chân thành c ình b ã giúp em th i gian qua Nguy n Minh Thành iii TÓM T T LU Lu t p trung nghiên c u v sóng hài ngu n phát sinh h th n s d ng m ch l c tích c c pha dây dùng ngh c NPC (neutral point clamped) cho t i không cân b ng phi n Áp d ng lý thuy t khung tham chi ng b (SRF - Reference Frame Theory tính dịng bù Trong mơ hình u n áp t c hi u ch nh b u n PI, dòng nc c hi u ch nh b ng b u n PI repetitive Ngoài ra, v m t cân b n áp t c gi i quy t m t cách hi u qu b ng k thu u n m i s d ng u ch r ng xung áp d ng cho ngh pha nhánh NPC Mô ph ng c th c hi n b ng Matlab/Simulink K t qu c kh ng nh tính hi u qu mơ hình u n tính kh thi c a k thu xu t v u ki n áp DC không cân b ng SUMMARY The thesis focuses on studying of harmonics and generator sources in power systems and the use of three phase four wire active power filter (APF) with a three-level neutral point clamped (NPC) inverter for nonlinear, unbalanced loads For obtaining the desired reference current, the method of Voltage Source Converter (VSC) of the Shunt Active Power Filter (SAPF) using Synchronous Reference Frame Theory (SRF) is employed In the controlling model, the Proportion-Integral (PI) controller regulates the DC voltage in the outer-loop controller and the PI and repetitive controller regulates the compensating current Furthermore, the DC-voltages imbalance is resolved effectively by a novel PWM control technique for phases leg NPC inverter Simulations are implemented by Matlab/Simulink The obtained results will confirm the effectiveness of the controlling model and the feasibility of the proposed technique under conditions of DC-voltages imbalance iv L k t qu nêu lu trình khác ình nghiên c u c a riêng Các s li u, c công b công Sinh viên th c hi n NGUY N MINH THÀNH v CH APF AC DC IGBT IEEE LPF HPF NPC PWM SPF THD VSI IMP PID PI RC PCC PLL VI T T T Active Power Filter Alternating Current Direct current Insulated Gate Bipolar Transistor Institute of Electrical and Electronics Engineers Low Pass Filter High Pass Filter Neutral Point Clamped Pules Width Modulation Source Power Factor Total Harmonic Distortion Voltage Source Inverter Internal Model Principle Proportional Integral Derivative Proportional Integral Repetitive Controller Point of Common Coupling Phase Locked Loop vi M CL C Trang Nhi m v lu cs i L ic ii Tóm t t lu iii L iv Ch vi t t t v U 1.1 T ng quan 1.2 M ng nghiên c u 1.3 Ý ngh c th c ti n c tài nghiên c u G HÀI - NGUYÊN NHÂN, NG CÁC GI I PHÁP KH C PH C 2.1 Khái ni m v sóng hài 2.2 ng c a sóng hài b c cao 2.3 Các ngu n t o sóng hài 2.4 Các gi i pháp l c công su t U TRÚC M CH L C 11 kh i h th ng 11 nh tham s b ngh 13 I THU U KHI N 18 4.1 Mơ hình tốn 18 4.2 gi i thu u n 23 nh dòng bù 24 u n áp DC 26 4.5 B u n dòng n 27 4.6 Chuy ih t 40 4.7 Bi i n áp tham chi u n u n 41 4.8 r ng xung dùng sóng mang 43 4.9 u ch r ng xung c i bi n (Modified PWM) 45 4.10 Cân b ng áp t n 46 ÌNH M CH L C TÍCH C C SONG SONG PHA DÂY TRONG MATLAB/SIMULINK 57 t ng quát 57 5.2 Kh i ngu n 57 5.3 T i 58 5.4 Kh i APF: m ng l c tín hi c 59 5.5 Kh u n: 61 5.6 Cân b ng áp t C1 C2 64 NG M CH L C 66 vii 6.1 Các m c tiêu kh o sát 64 6.2 Kh ng m ch l c 64 T LU N 81 7.1 Nhi m v c a lu n án 81 7.2 Tính kh thi c tài 81 7.3 Nh ng v t nt ng phát tri n 81 TÀI LI U THAM KH O 83 PH L C 86 PH L C 87 M 1.1 U T ng quan Ch khe c a thi t b tiêu th kháng, thi t b l n hi Các t i tiêu th cơng su Tuy nhiên, ngày t i hi b i thi t b m ng phi c quan tâm yêu c u ngày kh c i Bên c nh thi t b bù công su t ph n c quan tâm, nghiên c u s d ng ng t i n tính ng ch a thi t b n t Dòng tiêu th a sóng hài dịng n Vi c xu t hi n sóng hài dịng n t t i phi n phát sinh v nghiêm tr ng h th ng là: h s công su t th n hao, gi m hi u su t ho ng thi t b ng th méo d ng sóng hài Nh s phát tri n m nh m c a linh ki n, thi t b k thu u n l n t công su t, b bi i công su c ng d ng r ng rãi V i s phát tri n c a cơng ngh t x lý tín hi u s , vi x lý vi c th u n b bi n t công su t c nên d dàng Có th gi i quy t v b ng m t thi t b l cl t song song v i t i B g m m t b l c công su t pha tích c c (APF) m t b ngh pha dây Thi t b l c cơng su t tích c c APF m t nh ng ng d ng quan tr ng c a b ngh s d ng cho h th n So v i th ng (passive filter PF), b l c cơng su t tích c m l c PF có m t s gi i h n, ch c thi t k lo i tr t n s nh nh, không th u ch nh m u có th gây c ng h th ng gi a t i b l c b l c th ng l n bù thành ph n sóng hài dòng ph n kháng m t c nh l c tích c c APF có u n ph c t p khuy 1.2 M ng nghiên c u: tài nghiên c u k thu u ch r ng xung PWM cho b l c cơng su t tích c c m c song song (Shunt Active power filter - SAF) s d ng cho h th ng pha dây 86 PH Mã c ình tính voffset: function voffset = fcn(Vabcd,iabcd,Vc1,Vc2) iNP_ref = 0; eps = 0.01;% so sanh ap VC1 va VC2 Vc = Vc1 - Vc2; delta = abs(Vc); iNP = 0; va=Vabcd(1); vb=Vabcd(2); vc=Vabcd(3); vd=Vabcd(4); ia=iabcd(1); ib=iabcd(2); ic=iabcd(3); id=iabcd(4); vtemp=sort(Vabcd,1,'descend');%sort Vabcd Max=vtemp(1); Mid1=vtemp(2); Mid2=vtemp(3); Min=vtemp(4); imax = ia*(va==Max)+ib*(vb==Max)+ic*(vc==Max) + id*(vd==Max); imid1 = ia*(va==Mid1)+ib*(vb==Mid1) + ic*(vc==Mid1) + id*(vd==Mid1); imin = ia*(va==Min)+ib*(vb==Min) + ic*(vc==Min) + id*(vd==Min); imid2 = ia*(va==Mid2)+ib*(vb==Mid2)+ ic*(vc==Mid2) + id*(vd==Mid2); % Vung (Max - Min < 1) % (1a) % v0 = -Min v0_1a = -Min; X0max_1a = 1+Min-Max; iNP1_1a = Max*imax + Mid1*imid1 + Mid2*imid2 + Min*imin; iNP2_1a = iNP1_1a; % (1b) % v0 = 1-Max v0_1b = 1-Max; X0max_1b = Max-Mid1; iNP1_1b = (Mid1-Max)*imid1 + (Mid2-Max)*imid2 + (Min-Max)*imin; iNP2_1b = iNP1_1b-X0max_1b*(2*imax); X0_1b = (iNP_ref-iNP1_1b)/(-2*imax); % (1c) % v0 = 1-Mid1 v0_1c = 1-Mid1; X0max_1c = Mid1-Mid2; iNP1_1c = -(Max-Mid1)*imax + (Mid2-Mid1)*imid2 + (Min-Mid1)*imin; iNP2_1c = iNP1_1c-X0max_1c*(2*(imax+imid1)); X0_1c = (iNP_ref-iNP1_1c)/(-2*(imax+imid1)); % (1d) % v0 = 1-Mid2 v0_1d = 1-Mid2; X0max_1d = Mid2-Min; iNP1_1d = -(Max-Mid2)*imax - (Mid1-Mid2)*imid1 + (Min-Mid2)*imin; iNP2_1d = iNP1_1d+X0max_1d*(2*imin); X0_1d = (iNP_ref-iNP1_1d)/(2*imin); % (1e) 87 % v0 = 1-Min v0_1e = 1-Min; X0max_1e = 1+Min-Max; iNP1_1e = -Max*imax - Mid1*imid1 - Mid2*imid2 - Min*imin; iNP2_1e = iNP1_1e; % Vung (Max - Min >= 1, Mid1 - Min < 1) % (2a) (Max-Mid1 > 1) % v0 = -Min, v0_2a = -Min; X0max_2a = 2+Min-Max; iNP1_2a = -(Max-Min)*imax + (Mid1-Min)*imid1 + (Mid2-Min)*imid2 +2*imax; iNP2_2a = iNP1_2a-X0max_2a*(2*imax); X0_2a = (iNP_ref-iNP1_2a)/(-2*imax); % (2b) (Max-Mid1 < 1, Max - Mid2 > 1) % v0 = -Min v0_2b = -Min; X0max_2b = 1+Min-Mid1; iNP1_2b = -(Max-Min)*imax + (Mid1-Min)*imid1 + (Mid2-Min)*imid2+ 2*imax; iNP2_2b = iNP1_2b-X0max_2b*(2*imax); X0_2b = (iNP_ref-iNP1_2b)/(-2*imax); % (2c) % v0 = 1-Mid1 v0_2c = 1-Mid1; X0max_2c = 1+Mid1-Max; iNP1_2c = -(Max-Mid1)*imax + (Mid2-Mid1)*imid2 + (Min-Mid1)*imin; iNP2_2c = iNP1_2c-X0max_2c*(2*(imax+imid1)); X0_2c = (iNP_ref-iNP1_2c)/(-2*(imax+imid1)); % (2d) (Max-Mid1 < 1, Max - Mid2 < 1) % v0 = -Min v0_2d = -Min; X0max_2d = 1+Min-Mid1; iNP1_2d = -(Max-Min)*imax + (Mid1-Min)*imid1 + (Mid2-Min)*imid2 + 2*imax; iNP2_2d = iNP1_2d-X0max_2d*(2*imax); X0_2d = (iNP_ref-iNP1_2d)/(-2*imax); % (2e) % v0 = 1-Mid1 v0_2e = 1-Mid1; X0max_2e = Mid1-Mid2; iNP1_2e = -(Max-Mid1)*imax + (Mid2-Mid1)*imid2 + (Min-Mid1)*imin; iNP2_2e = iNP1_2e-X0max_2e*(2*(imax+imid1)); X0_2e = (iNP_ref-iNP1_2e)/(-2*(imax+imid1)); % (2f) % v0 = 1-Mid2 v0_2f = 1-Mid2; X0max_2f = 1+Mid2-Max; iNP1_2f = -(Max-Mid2)*imax - (Mid1-Mid2)*imid1 + (Min-Mid2)*imin; iNP2_2f = iNP1_2f+X0max_2f*(2*imin); X0_2f = (iNP_ref-iNP1_2f)/(2*imin); % Vung (Mid1 - Min >= , Mid2 - Min < 1) % (3a) (Max-Mid2 < 1) % v0 = -Min, v0_3a = -Min; X0max_3a = 1+Min-Mid2; 88 iNP1_3a = -(Max-Min)*imax - (Mid1-Min)*imid1 + (Mid2-Min)*imid2 + 2*(imax+imid1); iNP2_3a = iNP1_3a-X0max_3a*(2*(imax+imid1)); X0_3a = (iNP_ref-iNP1_3a)/(-2*(imax+imid1)); % (3b) % v0 = 1-Mid2 v0_3b = 1-Mid2; X0max_3b = 1+Mid2-Max; iNP1_3b = -(Max-Mid2)*imax - (Mid1-Mid2)*imid1 + (Min-Mid2)*imin; iNP2_3b = iNP1_3b+X0max_3b*(2*imin); X0_3b = (iNP_ref-iNP1_3b)/(2*imin); % (3c) (Max-Mid2 > 1) % v0 = -Min, v0_3c = -Min; X0max_3c = 2+Min-Max; iNP1_3c = -(Max-Min)*imax - (Mid1-Min)*imid1 + (Mid2-Min)*imid2 + 2*(imax+imid1);% iNP2_3c = iNP1_3c-X0max_3c*(2*(imax+imid1)); X0_3c = (iNP_ref-iNP1_3c)/(-2*(imax+imid1)); % Vung (Mid2 - Min >= 1) % (4a) % v0 = -Min, v0_4a = -Min; X0max_4a = 2+Min-Max; iNP1_4a=-(Max-Min)*imax - (Mid1-Min)*imid1 - (Mid2-Min)*imid2-2*imin; iNP2_4a = iNP1_4a+X0max_4a*(2*imin); X0_4a = (iNP_ref-iNP1_4a)/(2*imin); %% ======================================================================== v0=0; X0=0; %Vung if ( Max-Min < 1) traidau = 0; if(delta X0 %====================================================================== if(iNP1_1b*iNP2_1b iNP = iNP1_1b; end end if(((min(iNP1_1c,iNP2_1c)0))||((max(iNP1_1c, iNP2_1c)>iNP)&&(max(iNP1_1c,iNP2_1c)=iNP2_1c) X0 = X0max_1c; iNP = iNP2_1c; else X0 = 0; iNP = iNP1_1c; end end if(((min(iNP1_1d,iNP2_1d)0))||((max(iNP1_1d, iNP2_1d)>iNP)&&(max(iNP1_1d,iNP2_1d)=iNP2_1d) X0 = X0max_1d; iNP = iNP2_1d; else X0 = 0; iNP = iNP1_1d; end end if(((iNP1_1e0))||((iNP1_1e>iNP)&&(iNP1_1eeps) %Vc1>Vc2 Can Bang INP < X0 = 0; v0 = v0_1a; iNP = iNP1_1a; if(min(iNP1_1b,iNP2_1b)iNP) v0 = v0_1e; 91 X0 = 0; iNP = iNP1_1e; end end %Vung elseif((Max-Min>=1)&&(Mid1-Min =1 if(Max-Mid1>=1) if(delta=0))||((iNP1_2aVc2 Can Bang INP < v0 = v0_2a; if(iNP1_2a=iNP2_2a) X0 = 0; iNP = iNP1_2a; else X0 = X0max_2a; iNP = iNP2_2a; end end %Sub 2.2 : Max-Mid1=1 elseif((Max-Mid1=1)) if(deltaVc2 Can Bang INP < v0=v0_2b; if(iNP1_2b=iNP2_2c) X0 = 0; iNP = iNP1_2c; else X0 = X0max_2c; iNP = iNP2_2c; end end end %Sub 2.3 : Max-Mid1< , Max-Mid2 < elseif((Max-Mid1 < 1)&&(Max-Mid2 < 1)) 93 if(deltaVc2 Can Bang INP < v0=v0_2d; if(iNP1_2d=iNP2_2f) X0 = 0; iNP = iNP1_2f; else X0 = X0max_2f; iNP = iNP2_2f; end end end end %Vung elseif((Mid1-Min>=1)&&(Mid2-Min 1 ) traidau = 0; if(delta=0))||((iNP1_4aVc2 Can Bang INP < v0 = v0_4a; if(iNP1_4a=iNP2_4a) X0 = 0; iNP = iNP1_4a; else X0 = X0max_4a; iNP = iNP2_4a; end end end voffset = v0 + X0; end LÝ L CH KHOA H C I LÝ L C: H tên: Nguy n Minh Thành Gi i tính: Nam Ngày, tháng, n m sinh: 22/06/1976 N i sinh: Tây Ninh Quê quán: Long An Dân t c: Kinh Ch hi n ho c t nh Tây Ninh a ch liên l c: E2/7C p Hi p Long xã Hi p Tân huy n Hòa Thành Email: nmthanh@gmail.com Di II QUÁ TRÌNH H O: i h c: t o: Chính qui Th i gian t : 09/1994 N i h c (tr Ngành h c: Tên ng, thành ph n– n 05/1999 i H c Bách Khoa TP H Chí Minh nT án, lu n án ho c môn thi t t nghi p: T Ngày n i b o v Khoa TP H Chí Minh án, lu n án ho c thi t t nghi p: 1999, t i i H c Bách Ng ih ng d n: Ng ih ng d n: Trình c p: K ng: 0962.522.008 ng Anh Tu n ngo i ng (bi t ngo i ng gì, m c H c v , h c hàm, ch c v k thu t n– nt ): Ti ng Anh c th c c p; s b ng, ngày c p n i III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN T KHI T T NGHI Th i gian N i công tác 2000-2005 Công ty CP vi n thông VTC Nhân viên 2005-2014 Công t Nhân viên n L c Tây Ninh Công vi c I H C: m nhi m NG VÀ K LU T TRONG QUÁ TRÌNH H C CAO H C: V CÁC CƠNG TRÌNH KHOA H Ã CƠNG B : Ngày tháng 06 n m 2014 Nguy n Minh Thành ... PDC=Psource tr (4. 29) (3/ 2).vd_source.id_source= VDC.iDC T 4. 28) (4 .30 ) ta th DC có th id_source DC Bi ình (4. 27 (4 .30 ) áp VDC Gía hi VDC I DC CDC / 2.s (4 .31 ) 23 4. 2 T hình 4. 1 gi i thu u n... ngh o theo cơng th c (4 .35 ) (4 .36 ) kh i ình bày hình 4. 4 xa xb xc T xd xq x0 sin( ) T sin( sin( (4 .35 ) cos ) cos( ) cos( ) ) (4 .36 ) 26 Hình 4. 4 – kh i nh dòng bù theo h th ng dây nên dòng th c suy... N u 25 góc quay (hình 4 .3) , giá tr chuy 4 . 34 ): id iq i0 nh ngh sau (công th c ia T ib ic (4 . 34 ) nh ngh (4. 13) ; id, iq, i0 ký hi u dòng ib, ic ký hi u dịng n t abc Hình 4 .3 Gi n t dq0; ia, qui