(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu mạch lọc tích cực 3 pha 3 dây bằng hệ biến tần đa bậc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ BẢO LÂN NGHIÊN CỨU MẠCH LỌC TÍCH CỰC PHA DÂY BẰNG HỆ BIẾN TẦN ĐA BẬC S K C 0 9 NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ BẢO LÂN NGHIÊN CỨU MẠCH LỌC TÍCH CỰC PHA DÂY BẰNG HỆ BIẾN TẦN ĐA BẬC ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIÊN TỬ - 605270 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2013 Luan van Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Trong năm gần đây, việc sử dụng nhiều linh kiện chuyển mạch bán dẫn mạch chỉnh lưu diode, thyristor tải phi tuyến điều khiển tốc độ động cơ, lò điều nhiệt, nguồn ngắt dẫn kết mạng điện cung cấp bị nhiễu dịng điện hài, đơi cịn làm méo dạng điện áp nguồn cung cấp Các kết không mong muốn trở nên chấp nhận thành phần hài vượt qua ngưỡng cho phép làm suy giảm chất lượng điện hệ thống phân phối Các lọc tích cực gần nghiên cứu rộng rãi cho việc triệt sóng hài dịng điện, bù cơng suất phản kháng nâng cao hệ số công suất hệ thống phân phối điện Các lọc tích cực hoạt động nguồn dòng lý tưởng nhằm cung cấp đáp ứng động giải pháp điều chỉnh để triệt dịng điện hài bù cơng suất phản kháng Các lọc chia thành loại: lọc tích cực nguồn áp lọc tích cực nguồn dịng Bộ nghịch lưu khơng phải khái niệm mẻ Nó hữu tất quốc gia giới đóng vai trị quan trọng ngành công nghiệp ngành điện Đối với ngành công nghiệp, khả biến đổi lượng từ lượng điện sang lượng cơ, từ nguồn điện có tần số sang nguồn điện có tần số khác đóng vai trị quan trọng chiếm ưu tính đặc trưng vượt trội Đối với ngành điện khả lọc, bù, điều khiển hộ tiêu thụ, khả tái tạo lượng… có ý nghĩa quan trọng Các nghịch lưu đa bậc có ưu điểm sóng hài điện áp có biên độ thấp hơn, kích thước lọc nhỏ hơn, tổn hao chuyển mạch thấp hơn, nhiễu điện từ thấp hơn, điện áp ngược bán dẫn công suất thấp gây tiếng ồn -1- Luan van Việc nghiên cứu điều khiển nghịch lưu có từ 30 năm qua Trong năm gần đây, việc nghiên cứu phương pháp điều khiển nghịch lưu thực ngày nhiều Đối tượng nghiên cứu này, thời kỳ đầu, thường nghiên cứu nghịch lưu theo phương pháp điều chế độ rộng xung sóng mang (CPWM) Đầu năm 1990 trở nghiên cứu có nhiều hướng chuyển đổi mà hướng thu nhiều thành nghiên cứu điều chế độ rộng xung theo phương pháp vector không gian (SVPWM) Một số cơng trình nghiên cứu nước giới: Bài báo [11] trình bày dùng mạch lọc tích cực pha dây dùng nghịch lưu NPC ba bậc điều khiển phương pháp vector khơng gian để khử sóng hài bù cơng suất phản kháng cho tải phi tuyến không cân bằng, cơng thức tính tốn thơng số cho lọc Bài báo [12] trình bày thiết kế lọc tích cực song song làm nhiệm vụ triệt tiêu sóng điều hịa dịng điện bậc cao bù cơng suất phản kháng cho nguồn lị Năm 2006, tạp chí IEE Proceedings Electric Power Applications đăng tải nghiên cứu PGS TS.Nguyễn Văn Nhờ Myung Joong Youn [10], viết tác giả nêu lý thuyết cho phép giải tích hóa tương quan SVPWM CPWM Kết nghiên cứu giúp thống hai trường phái nghiên cứu thịnh hành CPWM SVPWM, hoàn thiện kỹ thuật đa điều chế cho phép điều khiển toàn diện nghịch lưu đa bậc Bài báo [4] trình bày điều chế sóng mang dựa kỹ thuật PWM trạng thái cho vector áp lỗi nhỏ nghịch lưu đa bậc kỹ thuật cho kỹ thuật điều khiển nghịch lưu làm giảm tổn hao chuyển mạch mà kết chấp nhận được, tác giả tiến hành nghiên cứu mạch lọc tích cực pha dây hệ biến tần 11 bậc điều khiển trạng thái để khử bỏ sóng hài, bù công suất phản kháng làm giảm tổn hao chuyển mạch điều cần thiết cho việc tiết kiệm điện tăng tuổi thọ linh kiện -2- Luan van Đến nay, cơng trình nghiên cứu nghịch lưu đa bậc xuất phát từ phịng thí nghiệm điện phịng thí nghiệm điện tử công suất nước Mỹ, Nhật, Úc, Hàn Quốc, Trung Quốc … theo hướng 1.2 Tính cấp thiết đề tài, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ngày lọc tích cực cơng suất lớn dùng kỹ thuật PWM kinh điển cho nghịch lưu áp thực vector yêu cầu trật tự chuỗi trạng thái vector đỉnh gần chu kỳ lấy mẫu Phương pháp cho phép đạt kết vector áp trung bình xác Tuy nhiên giải pháp gần điều khiển PWM sử dụng vector chu kỳ lấy mẫu, giảm cơng suất đóng ngắt chu kỳ lấy mẫu Điều có lợi cho ứng dụng cơng suất lớn Giải pháp có tính xác chấp nhận số bậc cao Với ưu điểm kỹ thuật PWM vector tác giả áp dụng kỹ thuật điều khiển vào hệ thống mạch lọc tích cực song song pha dây để khảo sát đáp ứng mạch lọc 1.3 Mục tiêu, khách thể đối tƣợng nghiên cứu Ứng dụng nghịch lưu áp đa bậc dùng kỹ thuật điều khiển PWM vector vào hệ thống lọc tích cực Các nghịch lưu áp đa bậc điều khiển trạng thái, mạch lọc tích cực pha dây dùng nghịch lưu áp NPC 11 bậc điều khiển thông thường Khảo sát đáp ứng mạch lọc tích cực pha dây nghịch lưu áp đa bậc dùng kỹ thuật điều khiển PWM vector đưa kết so sánh với kỹ thuật điều khiển PWM phương pháp SFOPWM 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu phương pháp giải thuật điều khiển nghịch lưu áp đa bậc NPC điều khiển1 trạng thái (1 vector) Xây dựng mơ hình mạch lọc tích cực song song pha dây hệ biến tần đa bậc điều khiển trạng thái môi trường Matlab/Simulink -3- Luan van Thực mô phỏng, đánh giá kết luận 1.4.2 Giới hạn đề tài Thời gian nghiên cứu có hạn nên tác giả tập trung nghiên cứu mạch lọc tích cực pha dây dùng hệ biến tần 11 bậc NPC dùng kỹ thuật điều rộng xung sóng mang trạng thái 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu, báo liên quan đến trình nghiên cứu đề tài: chất lượng điện năng, lý thuyết công suất tức thời, phương pháp điều khiển biến đổi cơng suất, mạch lọc tích cực (APF), Matlab/Simulink… Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến, trao đổi kinh nghiệm khóa cao học trước người có kinh nghiệm lĩnh vực nâng cao chất lượng lưới điện điều khiển biến đổi công suất Phương pháp thực nghiệm: Sau phần nghiên cứu kiểm chứng việc thực mô phỏngvà đánh giá phần mềm Matlab/Simulink -4- Luan van Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sóng hài 2.1.1 Các khái niệm sóng hài Hệ thống phân phối cấp từ nguồn điện áp pha hình sin Một đặc tính quan trọng mơt hệ thống cung cấp nguồn dạng sóng phải gần với sóng sin Tuy nhiên ảnh hưởng nhiễu sóng hài dịng, áp thiết bị tạo nguồn hài hồ quang điện từ lị luyện kim, biến đổi cơng suất, hệ thống đèn chiếu sáng dẫn đến dạng sóng khơng cịn sin mong muốn - Thành phần hài: Có dạng hình sin với tần số bội số tần số Biên độ sóng hài thường nhỏ biên độ thành phần Hình 2.1: Thành phần hài - Bậc hài: Được xác định tỉ số: n  fn f1 (2.1) Trong đó: n số bậc, f n tần số hài bậc n, f1 tần số hài bậc (hài bản) - Phổ: Là dãy biên độ bậc hài khác -5- Luan van Hình 2.2: Phổ sóng hài - Biểu diễn dạng sóng nhiễu: hàm số có dạng khơng sin biểu diễn chuỗi Fourier sau: n  f (t )  H   H n 2cos(nt   n ) (2.2) n 1 Trong đó: + H biên độ thành phần DC + H n giá trị hiệu dụng thành phần hài bậc n +  n góc pha thành phần hài bậc n Khi tần số tăng biện độ hài giảm Vì ta xem với hài có bậc 40 trở lên biên độ không đáng kể - Giá trị hiệu dụng sóng nhiễu: Giá trị hiệu dụng Hn hài dạng sóng sin giá trị cực đại chia cho Ở trạng thái xác lập, lượng phát sinh theo định luật Joule: RI 2t  RI12t  RI 22t   RI n2t Trong đó: I  I12  I 22   I n2 Đặt I  (2.3) (2.4) n  I n 1 n (2.5) -6- Luan van Nếu điện trở xem số giá trị hiệu dụng sóng nhiễu đo trực tiếp dụng cụ đo lường chuyên dụng phân tích qua máy phân tích phổ - Tỉ số hài thành phần độ méo dạng toàn phần THD: + Tỉ số hài thành phần tỉ số biên độ sóng hài bậc n sóng hài bản: In I1 + Độ méo dạng toàn phần THD tỉ số giá trị hiêu dụng tất cá sóng hài so với trị số xác định dựa vào tiêu chuẩn sau:  Tiêu chuẩn IEC 61000-2-2: n  THD  H n2 n (2.6) H1  Dựa số lượng dạng sóng hài đo (0 < THD < 1): n  THD  H n2 n (2.7) n  H n 1 n Việc tính tốn THD áp dụng theo tiêu chuẩn IEC 61000-2-2 Tiêu chuẩn áp dụng có yêu cầu 2.1.2 Ảnh hƣởng nhiễu sóng hài dịng điện sóng hài điện áp 2.1.2.1 Ảnh hƣởng tức thời - Hài điện áp gây nhiễu thiết bị điều khiển điện tử (ảnh hưởng đóng cắt Thyristor), gây sai số dụng cụ đo lường cảm ứng - Các thu tín hiệu thiết bị “Ripple control” relay sử dụng để điều khiển đóng cắt thiết bị hộ tiêu thụ từ trung tâm điều khiển bị nhiễu sóng hài điện áp có tần số gần với tần số điều khiển - Lực điện động phát sinh dịng tức thời có liên quan đến sóng hài gây dao động phát sinh tiếng ồn thiết bị điện tử, đặc biệt thiết bị điện từ MBA, cuộn kháng -7- Luan van - Đối với thiết bị điện tử viễn thông mạch điều khiển bị nhiễu mạch điều khiển chạy song hành với mạch phối có mang dịng hài Cấp độ nhiễu tín hiệu phụ thuộc vào khoảng cách, chiều dài song hành mạch tần số sóng hài 2.1.2.2 Ảnh hƣởng lâu dài Sự tồn sóng hài làm giảm chất lượng điện gây số vấn đề sau: Sự phát nóng tụ điện tượng từ trễ chất điện môi Các tụ dễ bị hư hỏng tải, tần số vượt tần số hài điện áp Sự phát nóng nhiệt dẫn đến già hóa đánh thủng chất điện môi Tổn thất máy điện quay: máy phát cung cấp cho tải phi tuyến, dòng hài bậc cao tạo tổn thất phát sinh stator (tổn thất đồng sắt) rotor (cuộn cảm, mạch từ) máy phát gây sai lệch vận tốc từ trường quay cảm ứng rotor Sóng hài dịng điện gây nên tượng rung động từ trường đập mạch phát sinh dòng thứ tự khơng Khi tần số sóng hài trùng với tần số dao động học máy điện dẫn đến máy điện bị phá hủy Tổn thất MBA tượng từ trễ dòng điện xốy (tổn hao sắt từ), gây bão hịa mạch từ làm cho MBA bị tải Tổn thất dây dẫn điện hiệu ứng bề mặt (gia tăng điện trở cuộn dây theo tần số) gây phát nóng mức cho phép giá trị hiệu dụng dòng điện tăng 2.2 Các giới hạn tiêu chuẩn sóng hài 2.2.1 Giới hạn chung sóng hài - Động đồng bộ: dòng nhiễu Stator cho phép từ 1,3% đến 1,4% - Động không đồng bộ: dòng nhiễu Stator cho phép từ 1,5% đến 3,5% - Cáp dẫn điện: nhiễu điện áp lõi cách điện cho phép từ 10% -8- Luan van  Chapter 1: Overview The first chapter introduces an overview of the research directions of the subject, purpose, and research methods  Chapter 2: Theoretical basis This chapter presents harmonics, active power filter, the basic structure of the multilevel inverters, PWM control methods, the instantaneous power theory to control active power filter  Chapter 3: Building a model of three phase three wire active power filter with multilevel inverter control a state This chapter presents components of active power filter with unbalanced / balanced source, unbalanced and distortion source with non-linear load  Chapter 4: Simulation results of the reponse of active power filter This chapter presents simulation results of active power filter with unbalanced / balanced source, unbalanced and distortion source with non-linear load  Chapter 5: Conclusion The last chapter presents the results of the thesis, the problems exists and development of the subject - vi - Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác Nhận Của Cán Bộ Hướng Dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv ABSTRACT vi Mục Lục viii Danh sách chữ viết tắt xiii Danh sách hình xv Danh sách bảng xx Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Tính cấp thiết đề tài, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - vii - Luan van 1.3 Mục tiêu, khách thể đối tượng nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.4.2 Giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sóng hài 2.1.1 Các khái niệm sóng hài 2.1.2 Ảnh hưởng nhiễu sóng hài dịng điện sóng hài điện áp 2.1.2.1 Ảnh hưởng tức thời 2.1.2.2 Ảnh hưởng lâu dài 2.2 Các giới hạn tiêu chuẩn sóng hài 2.2.1 Giới hạn chung sóng hài 2.2.2 Các tiêu chuẩn sóng hài 2.3 Mạch lọc tích cực 2.3.1 Nhiệm vụ mạch lọc tích cực 10 2.3.1.1 Bù công suất 10 2.3.1.2 Bù sóng hài điện áp 10 2.3.1.3 Bù sóng hài dịng điện 10 2.3.2 Phạm vi cơng suất mạch lọc tích cực 10 2.3.2.1 Các ứng dụng phạm vi công suất thấp 10 2.3.2.2 Các phạm vi ứng dụng công suất vừa 10 2.3.2.3 Các phạm vi ứng dụng công suất lớn 11 2.4 Phân loại mạch lọc tích cực 11 2.4.1 Phân loại theo biến đổi công suất 11 2.4.2 Phân loại theo sơ đồ 12 2.5 Bộ nghịch lưu áp đa bậc 13 2.6 Cấu trúc nghịch lưu áp đa bậc 14 2.6.1 Cấu trúc Diode kẹp (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter) 14 - viii - Luan van 2.6.2 Cấu trúc dạng ghép tầng (Cascade H-Bridge Multilevel Inverter) 15 2.6.3 Cấu trúc dùng tụ điện thay đổi (Floating Capacitor Multilevel Inverter) 16 2.7 Phương pháp điều khiển nghịch lưu áp 17 2.7.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM 17 2.7.1.1 Các tiêu chí đánh giá nghịch lưu áp 17 2.7.1.2 Các dạng sóng mang dùng kỹ thuật PWM 18 2.7.1.3 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Subharmonic PWM) 19 2.7.1.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (Modified PWM) 20 2.7.1.5 Phương pháp điều khiển PWM theo dòng điện 21 2.7.2 Phương pháp điều khiển SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation) 23 2.7.3 Phương pháp điều khiển Carrier Based Single-state PWM Technique 25 2.8 Mạch lọc tích cực song song pha dây 29 2.8.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình mạch lọc tích cực song song pha dây 29 2.8.2 Mơ hình tốn học mạch lọc 30 Chƣơng XÂY DỰNG MƠ HÌNH MẠCH LỌC TÍCH CỰC PHA DÂY BẰNG HỆ BIẾN TẦN ĐA BẬC ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI …32 3.1 Chiến lược điều khiển công suất tức thời số (Constant Instantaneuos Power Strategy) Trường hợp điện áp nguồn cân 32 3.1.1 Nguồn cung cấp pha dây cân 32 3.1.2 Mô hình tải phi tuyến khơng cân 33 3.1.3 Mơ hình nghịch lưu áp NPC 11 bậc nhánh 34 3.1.4 Các cuộn kháng 36 3.1.5 Các khối lấy tín hiệu 37 3.1.6 Khối điều khiển (controller) 37 3.1.6.1 Khối chuyển trục tọa độ abc sang  37 3.1.6.2 Khối tính tốn cơng suất 38 3.1.6.3 Khối tính dịng điện bù tham chiếu hệ tọa độ  39 3.1.6.4 Khối biến đổi dòng bù từ hệ tọa độ  sang abc 40 3.1.6.5 Khối điều khiển nghịch lưu 41 - ix - Luan van 3.2 Chiến lược điều khiển dịng điện hình sin (Sinusoidal Current Control Strategy): Trường hợp điện áp nguồn cân méo dạng 42 3.2.1 Nguồn cung cấp pha dây không cân 42 3.2.2 Nguồn cung cấp pha dây không cân méo dạng 43 3.2.3 Khối phát điện áp thứ tự thuận 45 Chƣơng KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG CỦA MẠCH LỌC 46 4.1 Khảo sát làm việc hệ thống nguồn cân 46 4.1.1 Khi tải phi tuyến không cân không đổi 46 4.1.1.1 Thiết lập thơng số cho mơ hình mô 46 4.1.1.2 Kết mô 46 4.1.2 Khi tăng góc kích  chỉnh lưu cầu pha 48 4.1.2.1 Thiết lập thơng số cho mơ hình mơ 48 4.1.2.2 Kết mô 48 4.2 Khảo sát hệ thống nguồn không cân 50 4.2.1 Khi tải phi tuyến không cân không đổi 50 4.2.1.1 Thiết lập thơng số cho mơ hình mơ 50 4.2.1.2 Kết mô 50 4.2.2 Khi tăng góc kích  chỉnh lưu cầu pha 52 4.2.2.1 Thiết lập thông số cho mô hình mơ 52 4.2.2.2 Kết mô 53 4.3 Khảo sát làm việc hệ thống nguồn không cân méo dạng 55 4.3.1 Khi tải phi tuyến không cân không đổi 55 4.3.1.1 Thiết lập thông số mô 55 4.3.1.2 Kết mô 55 4.3.2 Khi tăng góc kích chỉnh lưu cầu pha 57 4.3.2.1 Thiết lập thông số mô 57 4.3.2.2 Kết mô 57 4.4 Phân tích FFT nguồn cân bằng, thay đổi góc kích tải 59 4.4.1 Khi góc kích  = 00 59 -x- Luan van 4.4.2 Khi góc kích  = 300 61 4.5 Khảo sát THD dòng điện nguồn mạch lọc tích cực pha dây hệ biến tần NPC 11 bậc nhánh điều khiển vector Trường hợp nguồn cân bằng, thay đổi góc kích chỉnh lưu cầu pha 63 4.5.1 Khi góc kích  = 00 63 4.5.2 Khi góc kích  = 300 64 4.5.3 Tổng hợp kết phân tích FFT mạch lọc tích cực pha dây hệ biến tần NPC 11 bậc nhánh điều khiển vector điều khiển vector 66 4.6 Kết luận kết mô 66 Chƣơng KẾT LUẬN 68 5.1 Kết đạt luận văn 68 5.2 Những vấn đề tồn hướng phát triển đề tài 68 5.2.1 Những vấn đề tồn đề tài 68 5.2.2 Hướng phát triển đề tài 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC A 71 A.1 Code matlab thuật toán PWM trạng thái cho nghịch lưu 11 bậc 71 A.2 Code matlab khối tạo xung ……………………………………… 72 - xi - Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT iS_abc: Dòng điện pha nguồn iL_abc: Dòng điện pha tải iF_abc: Dịng điện bù pha mạch lọc tích cực iL_rms: Trị hiệu dụng dòng điện tải iS_rms: Trị hiệu dụng dòng điện nguồn iS_a: Dòng điện nguồn pha a iL_a: Dòng điện tải pha a iF_a: Dòng điện bù pha a iS_: Dòng điện pha nguồn hệ tọa độ  iL_: Dòng điện pha tải hệ tọa độ  Iref_abc: Dòng điện bù tham chiếu pha mạch lọc pS: Công suất tác dụng nguồn pL: Công suất tác dụng tải qS: Công suất phản kháng nguồn qL: Công suất phản kháng tải THD iS_abc: Tổng độ méo dạng hài dòng điện nguồn THD iL_abc: Tổng độ méo dạng hài dòng điện tải vS_a: Điện áp nguồn pha a vS_: Điện áp pha nguồn hệ tọa độ  Vđk_abc: Áp điều khiển nghịch lưu NPC 11 bậc APF: Active Power Filter APOD: Alternative Phase Opposition Disposition BJT: Bipolar Juntion Transistor - xii - Luan van CB: Circuit Breaker CPWM: Carriers Pulse Width Modulation DC: Direct Curent FFT: Fast Fourier Transform GTO: Gate Turn off Thyristor IGCT: Integrated Gate Commutated Thyristor IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor IEC: International Electrotechnical Commission IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers LPF: Low Pass Filter MOSFET: Metal Oxide Simiconductor Field Effect Transistor NPC: Neutral Point Clamped PD: Phase Disposition POD: Phase Opposition Disposition PF: Power Factor PI: Proportional Integral PLL: Phase Locked Loop PWM: Pulse Width Modulation SCR: Sillicon Controllrd Rectifier SH-PWM: Subharmonic Pulse Width Modulation SFO-PWM: Switching Frequency Optimal Pulse Width Modulation SPF: Source Power Factor SVPWM: Space Vector Pulse Width Modulation THD: Total Harmonic Distortion DANH SÁCH CÁC HÌNH - xiii - Luan van HÌNH TRANG Hình 2.1: Thành phần hài Hình 2.2: Phổ sóng hài Hình 2.3: Cấu hình VSI 11 Hình 2.4: Cấu hình CSI 12 Hình 2.5: Mạch lọc tích cực song song 12 Hình 2.6: Mạch lọc tích cực nối tiếp 12 Hình 2.7: Bộ nghịch lưu áp đa bậc NPC 15 Hình 2.8: Bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng tụ điện thay đổi 16 Hình 2.9: Bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng Cascade H-Bridge 17 Hình 2.10: Dạng sóng mang APOD 18 Hình 2.11: Dạng sóng mang PD 18 Hình 2.12: Dạng sóng mang POD 18 Hình 2.13: Quan hệ biên độ sóng mang sóng điều khiển 20 Hình 2.14: Quan hệ biên độ sóng mang sóng điều khiển 21 Hình 2.15: Điều khiển theo dịng điện sử dụng mạch kích trễ 22 Hình 2.16: Điều khiển theo dòng điện sử dụng mạch hiệu chỉnh 22 Hình 2.17: Biểu đồ vector khơng gian nghịch lưu bậc 24 Hình 2.18: Vùng điều khiển tuyến tính biên độ điện áp hài lớn phương pháp sin PWM SVPWM 24 Hình 2.19: Giản đồ thời gian chuyển mạch nghịch lưu đa bậc 26 Hình 2.20: Nguyên lý PWM trạng thái 27 Hình 2.21: Giải thuật điều khiển nghịch lưu 28 Hình 2.22: Mơ hình mạch lọc tích cực song song 29 Hình 2.23: Mơ hình luồng công suất tối ưu tọa độ  29 Hình 2.24: Sơ đồ khối tính tốn dịng u cầu mạch lọc 30 Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch lọc tích cực pha dây nguồn cân 32 Hình 3.2: Nguồn xoay chiều pha dây cân 32 - xiv - Luan van Hình 3.3: Tải phi tuyến 33 Hình 3.4: Các tham số tạo xung đồng 33 Hình 3.5: Khâu điều khiển góc kích chỉnh lưu cầu pha 34 Hình 3.6: Tham số khâu Step1 34 Hình 3.7: Các tham số tải DC chỉnh lưu cầu pha 34 Hình 3.8: Bộ nghịch lưu NPC 11 bậc nhánh 35 Hình 3.9: Các tham số IGBT 35 Hình 3.10: Các tham số tụ điện 36 Hình 3.11: Tham số cuộn kháng Lf_load 36 Hình 3.12: Tham số cuộn kháng Lf_APF 36 Hình 3.13: Sử dụng khối Goto để lưu liệu vào vùng nhớ 37 Hình 3.14: Khâu biến đổi trục tọa độ từ abc sang  38 Hình 3.15: Sơ đồ chuyển đổi điện áp vS_abc sang vS_ 38 Hình 3.16: Sơ đồ chuyển đổi dòng điện nguồn iS_abc sang iS_ 38 Hình 3.17: Khâu tính tốn cơng suất tải 38 Hình 3.18: Tính tốn dịng bù hệ tọa độ  39 Hình 3.19: Tham số mạch lọc thơng thấp 40 Hình 3.20: Khâu biến đổi dịng điện bù từ hệ tọa độ  sang abc 40 Hình 3.21: Khối điều khiển nghịch lưu 41 Hình 3.22: Tham số khâu hiệu chỉnh PI 41 Hình 3.23: Tham số khâu Saturation 41 Hình 3.24: Sơ đồ nguồn pha dây không cân 42 Hình 3.25: Tham số nguồn áp Va1 42 Hình 3.26: Tham số nguồn áp Vb1 43 Hình 3.27: Tham số nguồn áp Vc1 43 Hình 3.28: Nguồn pha dây không cân méo dạng 43 Hình 3.29: Tham số nguồn áp Va2 44 Hình 3.30: Tham số nguồn áp Vb2 44 Hình 3.31: Tham số nguồn áp Vc2 44 - xv - Luan van Hình 3.32: Sơ đồ khối phát điện áp thứ tự thuận 45 Hình 3.33: Sơ đồ khối mạch khóa pha PLL circuit 45 Hình 4.1: Điện áp nguồn pha dây 46 Hình 4.2: Dịng điện pha nguồn 47 Hình 4.3: Điện áp nguồn, dịng điện nguồn, dòng điện tải pha a 47 Hình 4.4: Cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng nguồn 47 Hình 4.5: Hệ số cơng suất tải nguồn 47 Hình 4.6: THD dòng điện nguồn 48 Hình 4.7: Dịng điện pha nguồn 48 Hình 4.8 Điện áp nguồn, dịng điện nguồn, dòng điện tải pha a 49 Hình 4.9: Cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng nguồn 49 Hình 4.10: Hệ số cơng suất tải nguồn 49 Hình 4.11: THD dòng điện nguồn 50 Hình 4.12: Điện áp nguồn pha dây không cân 50 Hình 4.13: Dịng điện pha nguồn 51 Hình 4.14: Điện áp nguồn, dịng điện nguồn, dòng điện tải pha a 51 Hình 4.15: Cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng nguồn 51 Hình 4.16: Hệ số công suất tải nguồn 52 Hình 4.17: THD dịng điện nguồn 52 Hình 4.18: Điện áp nguồn pha dây không cân 53 Hình 4.19: Dịng điện pha nguồn 53 Hình 4.20: Điện áp nguồn, dòng điện nguồn, dòng điện tải pha 53 Hình 4.21: Cơng suất tác dụng công suất phản kháng nguồn 54 Hình 4.22: Hệ số cơng suất tải nguồn 54 Hình 4.23: Điện THD dịng điện nguồn 54 Hình 4.24: Điện áp pha dây không cân méo dạng 55 Hình 4.25: Dòng điện pha nguồn 55 Hình 4.26: Điện áp nguồn, dòng điện nguồn, dòng điện tải pha a 56 Hình 4.27: Cơng suất tác dụng công suất phản kháng nguồn 56 - xvi - Luan van Hình 4.28: Hệ số công suất tải nguồn 56 Hình 4.29: THD dịng điện nguồn 57 Hình 4.30: Điện áp pha dây khơng cân méo dạng 57 Hình 4.31: Dịng điện pha nguồn 58 Hình 4.32: Điện áp nguồn, dòng điện nguồn, dòng điện tải pha a 58 Hình 4.33: Cơng suất tác dụng công suất phản kháng nguồn 58 Hình 4.34: Hệ số cơng suất tải nguồn 59 Hình 4.35: THD dịng điện nguồn 59 Hình 4.36: Phần trăm hài thành phần THD dòng điện nguồn pha a 60 Hình 4.37: Phần trăm hài thành phần THD dòng điện nguồn pha b 60 Hình 4.38: Phần trăm thành phần hài THD dòng điện nguồn pha c 60 Hình 4.39: Phần trăm thành phần hài THD dòng điện nguồn pha a 61 Hình 4.40: Phần trăm thành phần hài THD dịng điện nguồn pha b 61 Hình 4.41: Phần trăm thành phần hài THD dòng điện nguồn pha c 62 Hình 4.42: Dạng sóng, phổ hài THD dòng điện nguồn pha a 63 Hình 4.43: Dạng sóng, phổ hài THD dòng điện nguồn pha b 63 Hình 4.44: Dạng sóng, phổ hài THD dòng điện nguồn pha c 64 Hình 4.45: Dạng sóng, phổ hài THD dịng điện nguồn pha a 64 Hình 4.46: Dạng sóng, phổ hài THD dịng điện nguồn pha b 65 Hình 4.47: Dạng sóng, phổ hài THD dòng điện nguồn pha c 65 - xvii - Luan van DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 21: Các giới hạn độ méo dạng hài dòng điện hệ thống phân phối (120 V – 69 kV) Bảng 2.2: Các giới hạn độ méo dạng hài điện áp Bảng 2.3: Giải thuật PWM trạng thái 28 Bảng 4.1: So sánh kết phân tích FFT ( = 00) với tiêu chuẩn IEEE 519-1992 61 Bảng 4.2: So sánh kết phân tích FFT ( = 300) với tiêu chuẩn IEEE 5191992 62 Bảng 4.3: So sánh kết phân tích FFT ( = 00) với tiêu chuẩn IEEE 5191992 64 - xviii - Luan van Bảng 4.4: So sánh kết phân tích FFT ( = 300)với tiêu chuẩn IEEE 5191992 65 Bảng 4.5: THD dòng điện kỹ thuật vector kỹ thuật vector 66 - xix - Luan van Luan van ... nghịch lưu - 31 - Luan van Chƣơng XÂY DỰNG MƠ HÌNH MẠCH LỌC TÍCH CỰC PHA DÂY BẰNG HỆ BIẾN TẦN ĐA BẬC ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI 3. 1 Các thành phần mạch lọc tích cực pha dây hệ biến tần đa bậc điều khiển... cấu trúc đa bậc 2.4.2 Phân loại theo sơ đồ Căn vào sơ đồ có hai loại: mạch lọc tích cực song song mạch lọc tích cực nối tiếp Hình 2.5: Mạch lọc tích cực song song Đặc điểm mạch lọc tích cực song... LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN LÊ BẢO LÂN NGHIÊN CỨU MẠCH LỌC TÍCH CỰC PHA DÂY BẰNG HỆ BIẾN TẦN ĐA BẬC ĐIỀU KHIỂN TRẠNG THÁI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIÊN TỬ - 605270 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN NHỜ