THIẾT KẾ MẠCH LỌC TÍCH CỰC LAI GHÉP DẠNG SONG SONG

THIẾT KẾ MẠCH LỌC TÍCH CỰC LAI GHÉP DẠNG SONG SONG (DESIGN OF SHUNT HYBRID ACTIVE POWER FILTER) CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Trong năm gần đây, thiết bị điện tử công suất ngày sử dụng nhiều cơng nghiệp Điều có nghĩa ngày có nhiều tải phi tuyến nối vào hệ thống Kết làm cho chất lượng điện xấu Nội dung chương đưa vấn đề cần quan tâm như: chất lượng điện năng, độ méo dạng hài tổng, tiêu chuẩn hài IEEE [1-2] Bên cạnh đó, ảnh hưởng hài vấn đề chất lượng điện nhấn mạnh Để giải vấn đề hài, chương giới thiệu tóm lược phương pháp loại trừ hài bao gồm: mạch lọc thụ động (Passive Power Filter - PPF) [3], mạch lọc tích cực (Active Power Filter - APF) [4-12] mạch lọc tích cực dạng lai ghép (Hybrid Active Power Filter - HAPF) [1356] Các PPF thường sử dụng cấu trúc đơn giản có chi phí thấp, lại có số bất lợi cộng hưởng với trở kháng hệ thống, dễ ổn định Do mạch lọc tích cực (APF) đời để khắc phục nhược điểm PPF APF thường kết nối song song với tải phi tuyến, có khả bù online theo thay đổi tải phi tuyến Tuy nhiên, bị giới hạn chi phí cao, cơng suất thấp khó sử dụng lưới điện cao thế, công suất lớn Từ đây, HAPF phát triển, kết hợp mạch lọc thụ động mạch lọc tích cực Vì vậy, có lợi PPF APF Cuối cùng, mục tiêu phương pháp nghiên cứu đưa 1.2 Chất lượng điện Hầu hết tải hệ thống điện tải phi tuyến, dẫn đến dòng nguồn méo dạng theo dòng tải trễ pha so với điện áp nguồn Sự méo dạng so sánh với sóng Sin tần số 50Hz Theo phân tích Fourier dạng sóng phân tích thành tổng dạng sóng Sin có tần số biên độ khác hình 1.1 -1- Hình 1.1 cho thấy rằng: từ dạng sóng biểu diễn tổng hợp thành phần sin, bao gồm: thành phần (f=50Hz) thành phần bội số thành phần ( gọi thành phần hài), thành phần làm cho dạng sóng méo dạng so với sóng Sin tần số 50Hz Độ méo dạng hài tổng (Total Harmonic Distortion - THD) số đo phổ biến để méo dạng hài dạng sóng Giá trị THD áp dụng cho dòng điện điện áp định nghĩa tỷ số tổng bậc hai bình phương giá trị hiệu dụng (rms) tất sóng hài chia cho giá trị rms thành phần bản, sau nhân với 100% minh họa phương trình sau:  THD  I h h 1 I1 100% (1.1) Ih giá trị RMS thành phần hài I1 giá trị RMS thành phần Giá trị THD thay đổi từ vài phần trăm lên 100% Giá trị THD điện áp thường thấp 5% THD điện áp 5% chấp nhận rộng rãi, giá trị 10% chắn chấp nhận Hình 1.1 Phân tích Fourier dạng sóng méo dạng Thuật ngữ ‘‘power quality’’ hệ thống điện hiểu bao gồm: tần số điện áp xác lập, điện áp sags, nối đất, hài, độ, giám sát đo lường…Do vậy, để đánh giá chất lượng hệ thống điện, quốc gia tổ chức quốc tế phát triển -2- chuỗi tiêu chuẩn chất lượng Theo để đảm bảo hệ thống hoạt động an tồn, để bảo vệ mơi trường điện bảo vệ người dùng điện tổ chức American Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc (IEEE) năm 1992 phát triển yêu cầu đặc trưng điều khiển hài hệ thống điện (IEEE Std.519-1992) [12], chất lượng giám sát năm 1999 IEEE Recommended Practice for Monitoring Power Quality" (IEEE Std 1159-1999) [2] Một tiêu chuẩn khác đưa là: International Electrotechnical Commission (IEC) Tiêu chuẩn IEC bao gồm: tiêu chuẩn hài, đo lường kiểm tra (IEC 61000-4-7), (IEC 61000-4-15) (IEC 61000-430) IEC 61000-4-30 định nghĩa tiêu chuẩn đo đạc chất lượng điện cho lưới 50Hz 60Hz Trong luận văn này, tiêu chuẩn hài IEEE 519-1992 [1] lựa chọn để đánh giá chất lượng điện hiệu chiến lược điều khiển hay phương pháp điều khiển Các bảng từ 1.1 đến bảng 1.3 biểu diễn giới hạn dòng hài theo IEEE 519-1992 cho mức điện áp khác Bảng 1.4 biểu diễn mức điện áp hài Trong ISC dòng cố IL dòng yêu cầu lớn nhất, h bậc hài, THD độ méo dạng hài tổng Bảng 1.1 Các giới hạn méo dạng dòng điện cho hệ thống phân phối 120 V–69 kV Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of IL Individual Harmonic Order h (Odd Harmonics)  11 11 h  1 h  23 23 h  35 h 35 THD% ISC/IL  20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0 20-50 7.0 3.5 2.5 1.0 0.5 8.0 50-100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0 100-1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0 1000 15.0 Bảng 1.2 Các giới hạn méo dạng dòng điện cho hệ thống phân phối 69–161 kV -3- Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of IL Individual Harmonic Order h (Odd Harmonics)  11 11 h  1 h  23 23 h  35 h 35 THD% ISC/IL  20 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5 20-50 3.5 1.75 1.25 0.5 0.25 4.0 50-100 5.0 2.25 2.0 0.75 0.35 6.0 100-1000 6.0 2.75 2.5 1.0 0.5 7.5 1000 7.5 3.5 3.0 1.25 0.7 10.0 Bảng 1.3 Các giới hạn dòng điện cho hệ thống truyền tải > 161 kV Maximum Harmonic Current Distortion in Percent of IL Individual Harmonic Order h (Odd Harmonics)  11 11 h  1 h  23 23 h  35 h 35 THD% ISC/IL 50 2.0 1.0 0.75 0.3 0.15 2.5 50 3.0 1.5 1.15 0.45 0.22 3.75 Bảng 1.4 Các giới hạn méo dạng điện áp Bus Voltage Individual Total Voltage at PCC Harmonic Distortion (THD in %) 69kV Magnitude (%) 3.0 5.0 69-161kV 1.5 2.5 161kV 1.0 1.5 1.3 Ảnh hưởng méo dạng hài đến chất lượng điện Các hài tạo trình truyền tải, phân phối điện Các thiết bị điện đa phần tải phi tuyến Các tải nguyên nhân làm cho méo dạng dòng điện điện áp Dưới tác hại méo dạng hài gây hệ thống điện: - Tăng tổn thất công suất đường dây truyền tải - Sai lệch điện áp - Sai lệch tần số lưới điện - Dao động điện áp -4- 1.4 Các phương pháp loại trừ hài Bởi ảnh hưởng hài hệ thống nghiêm trọng, cần phải loại trừ hài hệ thống điện Các phương pháp loại trừ hài bao gồm: Các mạch lọc thụ động (Passive Power Filters) [3] Mạch lọc tích cực (Active Power Filter) [4-12] Mạch lọc tích cực dạng lai ghép (Hybrid Active Power Filter) [13-56] 1.4.1 Các mạch lọc thụ động Đây giải pháp truyền thống đơn giản để loại trừ vấn đề hài hệ thống điện Giải pháp sử dụng phổ biến tính đơn giản, giá thành thấp dễ sử dụng Các mạch lọc thụ động (PPFs) có hai dạng là: tuned filter high-pass filter Các mạch lọc tuned filters bao gồm single double-tuned filter (Hình 1.2 (a) (b)) High-pass filters bao gồm st-order high-pass hình 1.2 (c), 2nd-order high-pass hình 1.2 (d), 3rd-order high-pass hình 1.2 (e) C-type filter hình 1.2 (f) C1 C L1 (a) L2 R3 C1 C1 C2 R1 L R C C L R C2 R L R C2 R L R2 (b) (c) (d) (e) (f) Hình 1.2 Các kiểu mạch lọc thụ động Mạch lọc cộng hưởng đơn (single-tuned filter) dạng phổ biến kinh tế mạch lọc thụ động Nó bao gồm điện dung C mắc nối tiếp với cuộn dây L Chức cho các tín hiệu có tần số thấp tần số cộng hưởng qua chặn lại tín hiệu có tần số cao tần số cộng hưởng Trở kháng mạch lọc cộng hưởng đơn bậc hài nth Z Tn  R  j (n s L  Trong đó: ω0 tần số góc -5- ) n s C (1.2) Khi tần số cộng hưởng mạch lọc f0  2 LC (1.3) Và hệ số chất lượng mạch lọc định nghĩa là: Q 0 L  R 0 RC (1.4) Giá trị R lựa chọn cách chọn giá trị thích hợp hệ số chất lượng phạm vi 30 0.05) svgen1.Tb=-0.95; -60- //else if (dB < 0.05) svgen1.Tb=0.95; //if (dC > 0.05) svgen1.Tc=-0.95; //else if (dC < 0.05) svgen1.Tc=0.95; //Xuat pwm ya=dA*1/3; yb=dB*1/3; yc=dC*1/3; if((VI.Iainv>0.9)||(VI.Ibinv>0.9)||((0-VI.Iainv-VI.Ibinv)>0.9)){ EALLOW; EPwm1Regs.TZFRC.bit.OST=1; EPwm2Regs.TZFRC.bit.OST=1; EPwm3Regs.TZFRC.bit.OST=1; EDIS; } else if((VI.Iainv