Nghiên cứu tổng quan lọc tích cực, xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song

MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SÓNG ĐIỀU HÒA 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SÓNG ĐIỀU HÒA .4 1.3 CÁC NGUỒN SINH SĨNG ĐIỀU HỊA 1.3.1 Máy điện 1.3.2 Các đèn huỳnh quang 1.3.3 Các thiết bị hồ quang 1.3.4 Thiết bị điện tử công suất 1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA SĨNG ĐIỀU HỊA BẬC CAO 14 1.4.1 Với máy biến áp 15 1.4.2 Động điện 17 1.4.3 Với tụ điện .17 1.4.4 Dây trung tính 19 1.4.5 Dây dẫn điện 19 1.4.6 Nhiễu điện từ 20 1.4.7 Ảnh hưởng đến thiết bị khác .20 1.5 MỘT SỐ TIÊU CHUẨN GIỚI HẠN THÀNH PHẦN SÓNG HÀI TRÊN LƯỚI .21 1.5.2 Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4 23 CHƯƠNG CÁC BỘ LỌC SĨNG ĐIỀU HỊA .24 2.1 BỘ LỌC THỤ ĐỘNG 24 2.1.1 Dùng cuộn kháng triệt sóng hài .24 2.1.2 Bộ lọc RC 27 2.1.3 Bộ lọc LC 28 2.1.4 Mạch lọc cản 28 2.1.5 Mạch lọc kép 29 2.1.4 Mô lọc thụ động cho tải phi tuyến 29 2.2 BỘ LỌC TÍCH CỰC 33 2.2.1 Gới thiệu lọc tích cực .33 2.2.2 Các phạm vi công suất mạch lọc tích cực 33 2.2.3 Phân loại mạch lọc tích cực .34 2.3 DÙNG BỘ CHUYỂN ĐỔI XUNG TRONG THIẾT BỊ ĐỔI ĐIỆN, ĐIỀU KHIỂN 40 2.3 BỘ LỌC HỖN HỢP .40 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC SONG SONG 42 3.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CHỈNH LƯU PWM 42 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch lực .42 3.1.2 Một số cấu trúc điều khiển 44 3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC 45 3.2.1 Phương pháp dựa miền tần số 45 3.2.2 Các phương pháp dựa miền thời gian 47 3.3 CẤU TRÚC MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG SỬ DỤNG CHỈNH LƯU PWM 52 3.3.1 Nguyên lý điều khiển .52 3.3.2 Phương pháp điều khiển PWM dòng điện .53 3.3 THIẾT KẾ MẠCH LỌC TÍCH CỰC SỬ DỤNG CHỈNH LƯU PWM .58 3.3.1 Xây dựng mơ hình mơ 58 3.3.2 Khảo sát với nguồn điện lý tưởng 64 3.3.3 Thiết kế thi cơng mơ hình mạch lọc tích cực 70 3.3.4 So sánh kết thực nghiệm với kết mô .80 KẾT LUẬN .85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 MỞ ĐẦU Tổn thất điện nước ta thuộc loại cao khu vực Nhiều vùng nước ta tổn thất điện lên tới hàng chục phần trăm Điều gây sức ép cho ngành điện buộc ngành điện phải vào nhằm giảm tổn thất điện tới mức thấp Trên thực tế đó, em lựa chọn tền đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu tổng quan lọc tích cực, xây dựng điều khiển cho lọc tích cực song song” Đây công nghệ đại ứng dụng rộng rãi nước tiên tiến giới mẻ với nước ta Nội dung đồ án sâu vào xây dựng cấu trúc thuật toán điều khiển để lọc sóng điều hòa bậc cao Để thực điều nội dung đồ án cần phải giải vấn đề sau: - Nghiên thành phần sinh sóng điều hòa ảnh hưởng sóng điều hòa - Tìm hiểu lọc sóng điều hòa thơng dụng ưu nhược điểm loại - Nghiên cứu lý thuyết lọc từ xây dựng cấu trúc thuật điều khiển cho lọc tích cực - Đánh giá chất lượng điện lưới sau xử dụng lọc Các yêu cầu làm rõ giải đồ án Các vấn đề trình bày ba chương: Chương Tổng quan sóng điều hòa Chương Các lọc sóng điều hòa Chương Thiết kế lọc tích cực song song Trong q trình nghiên cứu, với nỗ lực thân giúp đỡ thầy giáo, cô giáo Bộ môn Điện tự động Cơng nghiệp đặc biệt hai thầy Đồn Văn Tuân thầy Vũ Ngọc Minh, với giúp đỡ bạn em hoàn thành đồ án Tuy nhiên thời gian tương đối ngắn trình độ chun mơn hạn chế nên đổ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận góp ý thầy giáo để đồ án hồn thiện CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SÓNG ĐIỀU HÒA 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Chất lượng điện bao gồm tần số, điện áp Tần số thông số mang tính hệ thống giữ ổn định Một tiêu chất lượng quan trọng điện áp thành phần sóng hài Trước thành phần sóng hài khơng ý đến u cầu chất lượng điện chưa cao, mặt khác thiết bị gây sóng hài Hiện chất lượng điện yêu cầu cao hơn, thiết bị điện tử công suất lớn sử dụng nhiều, dẫn tới tăng tỷ lệ sóng điều hòa so với sóng Các thiết bị sử dụng điện hoạt động tốt chất lượng điện đảm bảo Sóng điều hòa sinh lưới điện tồn phần tử phi tuyến, gây bất lợi như; gây méo tín hiệu sin lưới điện, làm giảm hệ số công suất, tăng tổn thất, giảm độ tin cậy cung cấp điện, làm giảm chất lượng điện Nên việc lọc bỏ thành phần sóng hài cần giải Tiếp theo ta tìm hiểu chung sóng điều hòa bậc cao 1.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SĨNG ĐIỀU HỊA Sóng điều hòa hay sóng hài coi tổng dạng sóng sin mà tần số bội số nguyên tần số 40 30 20 I (A) 10 -10 -20 -30 -40 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Time (s) 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 Hình 1.1 Dạng sóng sin dạng sóng điều hòa Ở chế độ vận hành đối xứng sóng điều hòa bậc cao chia thành thành phần thứ tự thuận, nghịch, khơng: - Thành phần thứ tự thuận: Các sóng điều hòa bậc 4, 7, 11, … - Thành phần thứ tự nghịch: Các sóng điều hòa bậc 2, 8, … - Thành phần thứ tự khơng: Các sóng điều hòa bậc 3, 6, 9, … Khi vận hành khơng đối xứng sóng điều hòa bao gồm ba thành phần thứ tự nói Sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lưới điện phải ý tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao mức độ cho phép Sóng điều hòa dòng điện bậc cao dòng điện có tần số bội số ngun lần tần số Ví dụ 150(Hz) lưới 50 (Hz) dòng điều hòa bậc 3, dòng 150(Hz) dòng khơng sử dụng với thiết bị lưới Vì chuyển sang dạng nhiệt gây tổn hao Sử dụng chuỗi Furier với chu kỳ T(s), tần số f=1/T(s) (Hz) hay ω=2πf (rad) biểu diễn sóng điều hòa với biểu thức sau: f(ωt) = + Fsin(nωt+ϕn) (1.1) Trong đó: : Giá trị trung bình F: Biên độ sóng điều hòa bậc n chuỗi Furier F1sin(ωt+ϕ) : Thành phần sóng Fnsin(nωt+ϕn): Thành phần sóng điều hòa bậc n ϕn: Góc pha sóng điều hòa bậc n Ta viết lại sau: Fsin(nωt+ϕ) = F(sinnωt.cosϕ+sinϕ.cosnωt) Quy ước sau: Fsinϕ = b, Fcosϕ = a Hình 1.2 Phân tích F thành a b Khi ta viết sau: f(ωt) = +acosnωt+bsinnωt (1.2) Hay viết (1.2) dạng sau: f(ωt) = + (1.3) Ví dụ phổ sóng điều hòa: Hình 1.3 Phổ sóng điều hòa THD tham số quan trọng để đánh giá sóng điều hòa gọi hệ số méo dạng (Total Harmonic Distortion) THD = (1.4) Trong đó: X: Là biên độ thành phần X: Là biên độ thành phần điều hòa bậc n Theo từ (1.4) ta đánh giá độ méo dòng điện điện áp qua hệ số méo dạng dòng điện hệ số méo dạng điện áp Hệ số méo dạng điện áp: THD = (1.5) Trong đó: U: Là biên độ thành phần điện áp U: Là biên độ thành phần áp điều hòa bậc n 1.3 CÁC NGUỒN SINH SĨNG ĐIỀU HỊA Trong năm gần đây, thiết bị điện tử (như điều chỉnh tốc độ động cơ, chỉnh lưu điều khiển, máy vi tính,…) gây nhiều vấn đề liên quan đến sóng họa tần lưới điện Đối với hệ thống truyền tải điện ảnh chủ yếu cảm kháng từ hóa phi tuyến máy biến áp, thiết bị hồ quang như: lò điện hồ quang, máy hàn, cuộn kháng điện thiết bị hoạt động sở cảm ứng điện từ Đối với điều kiện vận hành không cân pha điện áp hệ thống không cân bằng, tổng trở hệ thống hay tải không cân thành phần sóng hài xảy ba thành phần (thuận, nghịch, khơng) Ngồi tụ bù lưới điện thường kết hợp với cảm kháng lưới tạo mạch cộng hưởng làm khuếch đại dòng hài có tần số lân cận tần số cộng hưởng tồn lưới Sau xem xét chi tiết nguồn họa tần 1.3.1 Máy điện a.Máy biến áp Trong vận hành máy biến áp xuất hiện tượng bão hòa lõi thép tải máy biến áp phải làm việc với điện áp cao điện áp định mức sinh sóng điều hòa bậc cao [3] Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, mạch từ bão hòa làm xuất tượng mà số trường hợp ảnh hưởng đến trạng thái làm việc máy biến áp Ở xét ảnh hưởng đáng kể máy biến áp làm việc không tải Ta biết đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin sinh dòng điện khơng tải I chạy nó, dòng điện không tải I sinh từ thông φ chạy lõi thép Ở không kể đến tổn hao lõi thép dòng điện khơng tải I túy dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép Khi quan hệ φ =f(I) quan hệ từ hóa B=F(H) Trên sở lý thuyết mạch, tượng bão hòa lõi thép, φ hình sin I khơng hình sin có dạng nhọn đầu trùng pha với φ, nghĩa dòng điện I ngồi thành phần sóng có thành phần sóng hài bậc cao 3, 5, 7…, đáng ý thành phần hài bậc lớn đáng kể cả, thành phần khác nhỏ Hình 1.4 Hiện tượng từ trễ bão hòa mạch từ làm méo dạng sóng dòng điện b Động điện Tương tự máy biến áp động xoay chiều hoạt động sinh sóng điều hòa bậc cao Các sóng điều hòa bậc cao phát sinh máy điện quay liên quan chủ yếu đến biến thiên từ trở gây khe hở roto stato Các máy điện đồng sản sinh sóng điều hòa bậc cao dạng từ trường, bão hòa mạch đường dò dây quấn dùng để giảm dao động đặt không đối xứng Máy phát cấp cho tải không đối xứng: Trong q trình cung cấp điện xảy trường hợp tải pha không Như máy phát điện đồng làm việc tải không đối xứng, máy điện đồng sinh số tượng bất lợi điện áp không đối xứng, sóng hài sức điện động dòng điện bậc cao Và đặc biệt có dòng họa tần phát sinh mạch tác động lên đầu cực máy phát từ có biến thiên từ trở phản ứng khe hở stator rotor máy làm chuyển đổi bậc dòng họa tần lan truyền vào hệ thống 1.3.2 Các đèn huỳnh quang Ngày đèn huỳnh quang sử dụng rộng rãi có ưu điểm tiết kiệm chi phí Tuy nhiên sóng điều hòa bậc cao sinh đèn huỳnh quang lớn 1.3.3 Các thiết bị hồ quang Các thiết bị thường gặp hệ thống điện lò hồ quang cơng nghiệp, máy hàn… Theo thống kê điện áp lò hồ quang cho thấy sóng điều hòa bậc cao đầu biến thiên lớn ví dụ sóng điều hòa bậc 8% bắt đầu nóng chảy, 6% cuối gian đoạn nóng chảy 2% giai đoạn suốt thời gian tinh luyện.[3] Trong thực tế lò quang thường dùng ngành cơng nghiệp thép có sơ đồ ngun lý hình 1.5 Với lò hồ quang xoay chiều, sóng hài tạo phi tuyến, bất đối xứng không ổn định Nó sinh dòng hài bậc chẵn, lẻ phổ liên tục Với lò hồ quang chiều, cấp điện qua chỉnh lưu tĩnh dùng thyristor sinh dòng hài bậc cao chỉnh lưu tính liên tục phổ dòng điện mức nhỏ lò hồ quang dùng điện AC Hình 1.5 Lò hồ quang cấp nguồn xoay chiều chiều 1.3.4 Thiết bị điện tử công suất Bản thân biến đổi điện tử công suất (chỉnh lưu, nghịch lưu, điều áp xoay chiều…) cấu thành từ thiết bị bán dẫn diode, thyristor, MOSFET, IGBT, GTO… phần tử phi tuyến nguồn gốc gây sóng điều hòa bậc cao Tùy thuộc vào cấu trúc biến đổi mà sóng điều hòa sinh khác Các mạch chỉnh lưu biến tần thường chỉnh lưu cầu ba pha có ưu điểm đơn giản, rẻ, chắn thành phần đầu vào chứa nhiều sóng điều hòa Do để giảm bớt sóng điều hòa dùng hai mạch chỉnh lưu cầu ba pha ghép lại với tạo thành chỉnh lưu 12 xung ghép chỉnh lưu cầu ba pha vào tạo thành chỉnh lưu 24 xung cho dòng điện trơn hơn, giảm Discrete, Ts = 1e- 005 s thành phần điều hòa Từ thấy muốn giảm sóng điều powergui Scope hòa dòng điện ta tăng số van mạch chỉnh lưu lên Tuy nhiên i + - A gây số bất lợi cồng kềnh, nặng, điều khiển phức tạp, tổn thất công + B suất sinh sóng điều hòa dòng điện bậc cao tải không đối xứng C Universal Bridge C A B điện áp không đối xứng - N Ta xét dạng sóng điều hòa gây số biến đổi công suất: Xét cầu chỉnh lưu pha khơng điều khiển có mơ sau: i + - Hình 1.6 Mơ hình chỉnh lưu cầu pha khơng điều khiển Dòng điện đường dây cấp nguồn cho chỉnh lưu: Selected signal: cycles FFT window (in red): cycles -1 0.02 0.04 0.06 Time (s) 0.08 0.1 ` Hình 1.7 Dòng điện lưới gây chỉnh lưu pha không điều khiển Fundamental (50Hz) = 1.535 , THD= 15.21% damental) 14 12 10 10 U 3 VC C V IN VO U T G N D H 1 -5 V D _12V R _P ower D _5V R _ P o w e r1 D _ ,3 V R _ P o w e r2 +12V C P_VC C C _N PVC C +12V VC C C AP_P1 C _N P1 U V33 V IN VO U T V 33 G N D H 1 -3 V C P_33 C _N P33 Hình 3.42 Sơ đồ nguyên lý module nguồn nuôi Module cung cấp nguồn 5V 3.3V cho IC điều khiển IGBT Trong module sử dụng IC H1117-5V H1117-3V, hai IC có tác dụng tạo điện áp ổn định (V) (V) cung cấp nguồn nuôi cho IC điều khiển Module điều khiển IGBT: D A13_1 VC A13 IN A R e s e t3 Vcc P r1 R A13_3 EA 13 V33 P r2 D A13_3 F a u lt _ A C A 13_2 D A13_4 VEEA13 10 R A 13_2 C A 13_3 H C P L _316J_A6 V in + Ve V in - V le d + Vcc1 D eS at G N D Vcc2 R ESET Vc F AU LT Vout V le d + Vee V le d - Vee 16 C A13_4 C A 13_5 C A 13_6 C A 13 EA 13 15 R A13_4 14 VC A 13 13 12 C A 13_7 R A 13_5 Q up13 R A 13_6 100 11 10 VC A13 D SA13_5 D SA13_4 R A 13_1 D SA13_2 C A 13_1 D A13_2 D SA13_1 D SA13_3 BX_C G A 13 VEEA13 Q dn13 IN A IN A R e s e t3 VEEA13 EA 23 IN A R e s e t3 Vcc R A23_3 V33 F a u lt _ A C A 23_2 R A 23_2 D A23_4 10 D A23_3 VEEA23 C A 23_3 V in + Ve V in - V le d + Vcc1 D eS at G N D Vcc2 R ESET Vc F AU LT Vout V le d + Vee V le d - Vee C A 23_5 16 C A 23_6 EA 23 15 R A23_4 14 F a u lt _ A F a u lt _ A VC A23 Q up23 R A 23_6 VC A 23 13 12 C A 23 D SA23_5 R A 23_1 C A23_4 D SA23_2 C A 23_1 P r2 R F a u lt _ C C A 23_7 11 D SA23_4 P r1 D A23_2 H C P L _316J_A5 D SA23_1 G N D F a u lt _ A F a u lt _ A R F a u lt _ C F a u lt _ C VC A23 D SA23_3 BX_C F a u lt _ C V33 D A23_1 JC _FAU LT JC 1_C O N TR O L C E13 G N D J C _ S IG N A L G A13 EA13 C A13 R A 13_7 G A 23 10 G A23 EA23 C A23 R A 23_7 JC 2_C O N TR O L R A 23_5 C E23 VEEA23 Q dn23 V EE A 23 Hình 3.43 Sơ đồ nguyên lý module điều khiển IGBT Module có chức điều khiển việc đóng mở IGBT, ngồi có chức bảo vệ cho IGBT Để làm điều module sử dụng IC HCPL 316J HCPL 316J thiết bị điều khiển công suất tích hợp cao kết hợp chặt chẽ tất thành phần cần thiết cách đầy đủ, cách ly cực điều khiển IGBT với bảo vệ lỗi phản hồi IC kiểu SO-16 Mức logic đầu vào chuẩn TTL cho phép giao tiếp trực tiếp với vi điều khiển, cách ly quang với đầu điều khiển IGBTs với công suất tối đa lên đến 150A 1200V Với cách ly quang tốc độ cao giảm thiểu tối đa chậm trễ việc chuyền dẫn vi điều khiển IGBT cho phép hai hệ thống để hoạt 72 động nhiều chế độ điện áp khác phổ biến động công nghiệp ứng dụng chuyển đổi lượng khác Một vi mạch đầu cung cấp bảo vệ cho IGBT để tránh hỏng hóc q dòng, cách ly quang thứ phản hồi trạng thái lỗi tín hiệu phản hồi cho vi điều khiển Mạch giám sát điện áp cung cấp điện áp làm đóng IGBT điện áp điều khiển cực điều khiển không đủ Cực điều khiển IGBT tích hợp thiết kế để tăng hiệu suất độ tin cậy điều khiển mà tốn chi phí, kích thước độ phức tạp điều khiển thiết kế rời rạc Module tạo xung áp: R _C H AR G E1 +12V D _ c h a rg e IR Q 1 VC C VB C C VR T1 C R G _1 R T H O IR R T1 P r1 P r2 PO W ER C T R G _2 LO Q C O M C T1 VS Q C -1 V Hình 3.44 Sơ đồ nguyên lý module tạo xung áp Trong module sử dụng IC IR2151 để tạo xung điều khiển đóng cắt cho mosfet IRF640 IR2151 IC có điện áp cao, tốc độ cao, tự dao động để điều khiển MOSFET IGBT với hai kênh cao thấp Với công nghệ HVIC (High-Voltage Integrated Circuit) chốt CMOS cho khả chịu đựng tốt Đầu điều khiển có xung đệm dòng lớn bên deadtime thiết kế tăng độ truyền dẫn cho điều khiển Sự tác động trễ hai kênh kết hợp để đơn giản hóa sử dụng ứng dụng có chu kỳ 50% Mỗi kênh sử dụng để điều khiển MOSFET kênh N IGBT phía cao hoạt động điện áp cao lên đến 600 volts Với khả vậy, nên IR2151 ứng dụng mạch làm chức tạo xung áp với tần số cao để cấp cho đầu vào biến áp xung tạo điện áp đóng hay mở IGBT Sơ đồ thức tế mạch driver cho IGBT: 73 Hình 3.45 Hình ảnh thực tế mạch driver cho IGBT c Khối mạch vi điều khiển Vi điều khiển dùng DSP TMS320F2812 DSP F2812 vi điều khiển có tất thiết bị ngoại vi cần thiết để xây dựng hệ thống điều khiển Các thiết bị ngoại vi tích hợp F2812 có ưu quan so với dòng vi điều khiển khác, ngoại vi đơn giản GPIO Tất đầu vào số nhóm lại thành cổng gọi GPIO ( General Purpose Input Output) F2812 trang bị nhiều tính bên trong, nhiên khơng phải tất tính kết nối đến chân chuyên dùng thiết bị lúc Giải pháp cho việc sử dụng dồn kênh (Mutiplex - MUX) Có nghĩa chân sử dụng cho hai ba chức khác lựa chọn người lập trình Một ngoại vi quan trọng DSP F2812 ADC Nó tạo giao diện quan trọng điều khiển thông số thực Mục đích ADC chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Mối quan hệ điện áp đầu vào tương tự đầu số cho công thức: V= +V 74 V V điện áp tham chiếu sử dụng để giới hạn dải điện áp tương tự Bất kỳ điện áp đầu vào vượt điện áp cho phép tạo số digital bão hòa Trọng trường hợp F2812 từ (V) đến (V) Bộ ADC F2812 12bit (n=12) đó: V= Hầu hết tín hiệu ứng dụng đòi hỏi khơng tín hiệu tương tự đầu vào để chuyển đổi thành tín hiệu số, F2812 trang bị với 16 chân ADC đầu vào chun dụng để đo tín hiệu tương tự Ngồi F2812 tích hợp nhiều ngoại vi khác như: giao tiếp RS232, CAN, SPI, … Không với khả tích hợp nhiều ngoại vi thơng dụng, DSP F2812 có khả xử lý nhanh với dao động lên tới 150MHz, với khả hỗ trợ lập trình Matlab CCS, cơng việc lập trình cho DSP F2812 trở lên đơn giản dễ dàng dối với người làm quen với dòng vi điều khiển Đó số lý làm cho vi điều khiển thích hợp việc điều khiển lọc tích cực Sau sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển TMS320F2812: 75 + + - G N D H 1 -3 V C P_V C C R 26_1 in A D C I N B C _N PVC C J13 +5V U M A X23 C M A X_ V IN R _L1 C AP_P1 D PO W ER +5V FB - R 26_2 U 23A A D C IN B C 26_1 + R 23_2 H 1 -3 V C P_33 C _N P33 R 26_3 in A D C I N B VO U T G N D 104 H 1 -1 V C P_18 3 V A 3 V A V V IN in A D C I N A C _N P18 U 26B + A D C IN B - R 26_4 U 23B R 23_3 C 26_2 + R 23_4 3 V A C _56 C _31 C _32 C _33 C _34 C _35 C _36 C _1,81 C _1 ,8 C _1,83 C _1,84 135 136 126 131 127 137 146 153 142 129 120 113 105 99 86 78 70 58 52 38 32 19 G G G G G G G G G G G G G G G G P P P P P P P P P P P P P P P P IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO B B B B B B B B B B B B B B B B 10 11 12 13 14 15 PW M PW M PW M PW M 10 PW M 11 PW M 12 T3P W M _T3C M P T4P W M _T4C M P C A P4_Q EP C A P5_Q EP - C A P _ Q E P I2 - T D IR B - T C L K IN B - C T R IP - C T R IP - C T R IP TR TC TM TD TD EM EM ST K S I O U U XM P /M C XR S G P IO F G P IO F G P IO F G P IO F S P IS IM O A S P IS O M IA - S P IC L K A - S P IS T E A G P IO F - S C ITX D A G P IO F - S C IR X D A G P IO F - C A N T XA G P IO F - C A N R XA 149 151 150 110 115 79 83 TM S 320F 2812_V XH O LD XH O L D A XR E A D Y G P IO F - M C L K XA G P IO F - M C LK R A G P IO F - M F S XA G P IO F 11 - M F S R A G P IO F - M D XA G P IO F - M D R A G P IO F - XF _ XP L L D IS G P IO E G P IO E G P IO E 03 08 11 18 21 25 30 32 38 41 44 48 52 56 58 XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA XA _0 _1 _2 _3 _4 _5 _6 _7 _8 _9 _1 _1 _1 _1 _1 _1 _1 _1 _1 2 3 3 6 7 9 1 39 47 XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD XD _0 _1 _2 _3 _4 _5 _6 _7 _8 _9 _10 _11 _12 _13 _14 _15 8 33 IN IN IN IN IN IN 159 82 161 IN IN IN 17 160 IN IN 40 41 34 35 S IM O SO MI SC LK STEA 155 157 TXA R XA 87 89 C AN TX C AN R X - 2 2 2 R 24_4 C 27_2 R 25_4 + A D C IN A A A A A A A A A VC C G P IO E G P IO E G P IO E G N D D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A D C IN A G N D F G N D F VC C VC C TXB R XB G N D PW M PW M PW M G N D G P IO G P IO G P IO G P IO G P IO G N D A A A A A 10 12 14 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 G P IO G - S C ITX D B G P IO G - S C IR X D B G P P P G G G G G G G N W W W N P P P P P N D M M M D IO IO IO IO IO D A A A A A - C 25_1 O A1 in A D C I N A 10 11 in in in in in in in in in in A A A A A A A A A A D D D D D D D D D D C C C C C C C C C C IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN A A A A A A B B B B V 3 V A O A2 in A D C I N A O A3 C A P _1,8 C A P _ ,3 AD C LO G N D F in A D C I N A O A4 in A D C I N A O A5 in A D C I N A J4 in A D C I N A O A7 C O N N E C TO R E D G E 10 in A D C I N B AD C LO O A8 in A D C I N B R _159 VC C O A9 in A D C I N B VC C O A10 J1 M P /M C in A D C I N B VC C VC C C AP _V C AP _V2 C AP_V3 C A P_V TM S TD I VC C R 1_J TA G TD O EM U J3 11 13 TC K TR ST 10 12 14 VC C R 2_JTAG EMU J TA G J2 M C LK VC C BC LK FSO U T F S IN D O U T D IN R _S IP R _140 IN 40 VC C TXB R XB 90 91 1 C LK_O U T Y C A N TX C AN R X G N D 8 A D C IN A C 25_2 J18 C 2_C R Y TAL J6 1 1 2 2 + R 25_2 - J5 10 11 12 13 14 15 C 1_C R Y TA L J7 U 25A R 25_1 in A D C I N A U 25B R 25_3 in A D C I N A 140 C 24_2 3 V A 33 F A D C IN A - 3 V A R _17 + R 27_4 U 24B A D C IN B J19 in A D C I N A + R 24_3 O A6 8 C 24_1 S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S V V V V V V V V V V V V V V V 154 143 128 112 100 75 56 37 23 D D D D D D D D D D D D D D D D D D V V V V V V V V V 69 145 114 81 64 31 PW M PW M PW M PW M PW M PW M T1P W M _T1C M P T2P W M _T2C M P C A P1_Q EP C A P2_Q EP - C A P _ Q E P I1 - T D IR A - T C L K IN A - C T R IP - C T R IP - C T R IP - ST K S I O U U 1 10 11 12 13 14 15 G G G G TR TC TM TD TD EM EM 45 46 47 48 49 50 53 55 57 59 60 71 72 61 62 63 A A A A A A A A A A A A A A A A XC LKO U T 10 11 12 B6 B7 B8 B9 B1 B1 B1 B1 B1 B1 IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO X /X C L K IN M M M M M M IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO P P P P P P P P P P P P P P P P 77 W W W W W W P P P P P P P P P P G G G G G G G G G G G G G G G G XZ C S0AN D XZ C S2 XZ C S6AN D XW E XR D X R /W 8 1 1 1 1 1 1 1 A D C IN A 3 V A 119 P P P P P P G G G G G G G G G G 1 1 1 92 93 94 95 98 101 102 104 106 107 109 116 117 122 123 124 + R 24_2 IN 7 A A A A A A A A A A C R EF M C R EF P C R E S E XT SSR EF BG D D R EFBG C LO D S1 D A IO S A IO TMS320F2812/PGH(GHH) M M M M M M IO IO IO IO IO IO IO IO IO IO D D D V V D D S D S X2 W W W W W W P P P P P P P P P P A A A A A A V V V V 76 P P P P P P G G G G G G G G G G XD [0 ] XD [1 ] XD [2 ] XD [3 ] XD [4 ] XD [5 ] XD [6 ] XD [7 ] XD [8 ] XD [9 ] XD [1 0] XD [1 1] XD [1 2] XD [1 3] XD [1 4] XD [1 5] VD D A1 VSSA1 IN 3 V A ST SEL ST1 ST2 C B G R E F IN 3 V A A D C LO V R A A A A A A A A E E E D C IN IN IN IN IN IN IN IN G P IO D G P IO D G P IO D G P IO D C 10 11 16 12 13 175 162 163 176 C C C C C C C C T T T A IN IN 1 1N 16 D D D D D D D D 134 67 66 164 14 15 VSSA2 VD D A2 A A A A A A A A C 27_1 U 27B R 27_3 in A D C I N B X A [0 ] X A [1 ] X A [2 ] X A [3 ] X A [4 ] X A [5 ] X A [6 ] X A [7 ] X A [8 ] X A [9 ] XA [10] XA [11] XA [12] XA [13] XA [14] XA [15] XA [16] XA [17] XA [18] IN IN 6 IN 3 V A G N D F 167 168 169 170 171 172 173 174 3 V A G P IO E - X IN T _ X B IO G P IO E - X IN T _ A D C S O C G P IO E - X N M I_ X IN T 3 7 _P D P IN T A /E V A S O C _ P D P IN T B /E V B S O C A A A A A A A A B B B B B B B B IP IP IP IP IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN R R R R C C C C C C C C C C C C C C C C T T T T D D D D D D D D D D D D D D D D 1C 2C 3C 4C A A A A A A A A 165 166 A A A A A A A A T T T T G N D F 3 V A - B B B B B B B B D D D D IN IN IN IN IN IN IN IN IO IO IO IO C C C C C C C C P P P P D D D D D D D D VD D 3V VD D VD D VD D VD D VD D A A A A A A A A U 24A A D C IN B - V FL IO IO IO IO IO U U 27A + R 27_2 VC C in A D C I N A R 27_1 in A D C I N B C _1,85 C _55 C _54 R 24_1 C _53 V C _52 C 23_2 C _51 3.3V A A D C IN A - 3 V A VC C C 23_1 VO U T U C 18 A D C IN A - G N D C _N P1 P ower VC C 3 V A in A D C I N A U 26A + R 23_1 VO U T 1 2 + - R XB_232 3 V A 3 V A VC C V IN C C C C V V 14 T1O U T T2O U T R XB C M AX_3 T1IN T2IN U 12 1 C M A X_2 R 1O U T R 2O U T 11 10 R IN R IN TXB C M A X_1 R S232 U 13 TXB _ 23 TXB _23 C OM 1 R XB _23 11 13 15 JU M P ER 15x2 V P P P G G G G G G G G G C W W W N P P P P P N P P C M M M D IO IO IO IO IO D IO IO 11 B B B B B 10 12 14 D D 2 2 1 1 8 2 2 2 1 1 9 JU M P ER 15x2 V P P P G G G G G G G G G G G C W W W N P P P P P N P P N N C M M M D IO IO IO IO IO D IO IO D D VC C S IM O S TEA G N D TXA G N D 10 12 B B B B B 11 13 15 D D A A A A D D D D F F SO U T D O U T IN G N D C IN B C IN B C IN B C IN B 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 33 31 29 27 25 23 21 19 17 15 13 11 V S S G R G A A A A A D D D D D C C O MI C LK N D XA N D BC LK F S IN D IN G N D G N D C IN B C IN B C IN B C IN B C LO JU M P ER 15x2 SW SW SW SW SW SW SW SW PW M PW M PW M P W M 10 P W M 11 P W M 12 G P IO B G P IO B G P IO A R 39 D G P IO A R 40 D G P IO A R 41 D G P IO A 1 R 42 D G P IO A R 43 D G P IO A R 44 D G P IO A R 45 D G P IO A R 46 D Hình 3.46 Sơ đồ nguyên lý mạch vi điều khiển Hình ảnh mạch thực: 76 Hình 3.47 Hình ảnh mạch thực mạch vi điều khiển d Khối mạch cảm biến dòng áp Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng điện U1 J1 I_s ense IP+ IP+ IPIP- VCC VIOUT FILTER GND Vcc Vout C_byp Cf ACS712 J3 R1 D1 Vcc Vcc Vout LED s ignal Hình 3.48 Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng điện Trong mạch đo dòng ta sử dụng IC đo dòng chuyên dụng ACS712-20 đo dòng lên tới 20 (A) với nguyên lý hiệu ứng Hall có khả cách ly mạch động lực với mạch điều khiển, đồng thời chuyển đổi tín hiệu dòng thành tín hiệu áp tiện dụng cho việc tính tốn Dưới hình ảnh mạch thực mạch đo dòng điện 77 Hình 3.49 Hình ảnh thực mạch đo dòng điện -1 2Vs +12Vs2 Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp: J_3.3 R6_B + b_signal D2_B D3_B HEADER -1 2Vs2 16 +3.3V R3_B Pha_n J_12 VR8_B +12Vs2 U9 VOUT +12Vs1 D1 - C7 C2_B C2_A C9 HEADER J4_B + LED DIODE BRIDGE VIN GND 12V U10 Pha_b Pha_n C10 C8 +12Vs2 -1 2Vs -1 2Vs1 C2_C J_BA D4 LM7805/TO VIN GND R4 +3.3V R1_B +3.3V ISO122 R5_B V1+ V2+ V1V2- LM358 +12Vs2 R12_B 10 OUT GND GND +12Vs1 +12Vs2 -1 2Vs1 -1 2Vs2 R11_B R2_B VIN + 15 - Pha_b U13B U13A U3_B VOUT -1 2Vs1 220V LM7905/TO3 Hình 3.50 Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp Mạch đo áp có tác dụng giữ nguyên hình dạng điện áp lưới với biên độ nhỏ hơn, đồng thời nâng tồn điện áp lên phía trục hoảnh để đưa vi điều khiển xử lý tính tốn Để đảm bảo an tồn cho mạch điều khiển, mạch có sử dụng IC ISO-122P, IC có khả cách ly điện áp đồng thời giữ ngun hình dạng điện áp đầu vào Sau hình ảnh thực mạch đo áp ba pha 78 Hình 3.51 Hình ảnh thực mạch đo điện áp f Mơ hình thực mạch lọc tích cực song song Hình ảnh kết sau kết nối khối chức tồn mơ hình mạch lọc tích cực Hình 3.52 Mơ hình thực mạch lọc tích cực song song 79 3.3.4 So sánh kết thực nghiệm với kết mơ Hình 3.52 Kết giá trị điện áp dòng điện ADC đo Từ kết đọc từ ghi ADC vi điều khiển ta tính tốn giá trị thực điện áp dòng điện Hình ảnh sau thể kết thực điện áp dòng điện 15 10 -5 -10 -15 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.53 Giá trị mơ điện áp dòng điện 80 Hình 3.54 Giá trị thực điện áp dòng điện Từ hình ảnh ta thấy lắp thêm tải phi tuyến tín hiệu dòng điện bị méo, điều có nghĩa dòng điện có chứa thành phần sóng hài bậc cao Các kết phép tính thể qua hình ảnh sau: 20 15 10 U (V) -5 -10 -15 -20 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.55 Kết mơ điện áp hệ αβ Hình 3.56 Giá trị điện áp hệ trục αβ tính tốn DSP -5 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 81 Hình 3.57 Kết mơ dòng điện Iα hệ αβ -2 -4 -6 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.58 Kết mơ dòng điện Iβ hệ αβ Hình 3.59 Giá trị dòng điện hệ trụcαβ tính toán DSP 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.60 Kết mơ công suất P hệαβ 82 40 30 20 10 -10 -20 -30 -40 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.61 Kết mơ cơng suất Q hệαβ Hình 3.62 Giá trị công suất P, Q hệ αβ tính tốn DSP I (A) -1 -2 -3 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.63 Kết mơ dòng đặt pha A hệ abc 83 Hình 3.64 Giá trị dòng điện đặt pha A hệ abc tính tốn DSP Để kiểm tra kết dòng điện đặt ta tiến hành lấy giá trị dòng điện đo trừ giá trị dòng đặt ta giá trị lý tưởng dòng điện sau bù Ở ta lấy giá trị dòng đặt dòng điện thực đo pha A, kết biểu thị hình sau: I (A) -1 -2 -3 -4 -5 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Time (s) 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Hình 3.65 Giá trị lý tưởng dòng điện sau bù mơ Hình 3.66 Giá trị lý tưởng dòng điện sau bù tính tốn DSP Từ kết ta nhận thấy giá trị dòng cần bù tính tốn theo thuyết p-q xác 84 KẾT LUẬN Đề tài tốt nghiệp nghiên cứu tổng quan lọc tích cực, xây dựng điều khiển cho lọc tích cực song song đề tài thú vị mẻ, phạm vi nghiên cứu tương đối rộng để hồn thành cần phải có tìm tòi nhiều tài liệu đòi hỏi chúng em phải nỗ lực nhiều Hơn đề tài đem lại cho em nhiều kiến thức thực tế cách thi công thiết kế mạch cơng suất, phương pháp lập trình điều khiển mẻ,… Dưới đánh giá kết đạt đồ án Đồ án tốt nghiệp vào nghiên cứu sóng hài ảnh hưởng sóng hài tới chất lượng điện phương pháp hạn chế sóng hài việc thiết kế lọc tích cực cho thiết bị tải phi tuyến Khi lắp thêm lọc kết số THD giảm đáng kể Nhưng kết chưa mong muốn giảm số THD xuống 5% theo tiêu chuẩn IEEE 519 Hướng phát triển đề tài tiếp tục tìm hiểu nguyên nhân chưa đạt yêu cầu, hiệu chỉnh ứng dụng kết cho tải phi tuyến khác Ngoài kết hợp cuộn kháng lọc với tụ bù nhằm đạt hiệu cao Do hạn hẹp thời gian trình độ chuyên môn nên đồ án tránh khỏi thiếu sót, em mong thầy bạn giúp đỡ để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Bính, “Điện tử cơng suất”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội - 2000 [2] Nguyễn Phùng Quang, “Matlab & Simulink”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội - 2005 [3] Nguyễn Hữu Phúc, “Sử dụng phần mềm phân tích tính tốn lưới điện PSS/ADEPT”, Trường đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh - 2007 Tiếng Anh [4] Hirofumi Akagi, Edson Hirokazu Wantanabe, Mauricio Aredes, “Instantaneous Power Theory And Applications to Power Conditioning”, IEEE Book and Information Services - 2007 Một số báo [5] Kamalakanta Mahapatra, P.Karuppanan, “PLL Synchronization with PID Controller Based Shunt Active Power Line Conditioners” International Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol.3, No.1, February - 2011, 17938163 [6] Luis A Morán, Juan W Dixon, Rogel R, Wallace, “A Three-Phase Active Power Filter Operating with Fixed Switching Frequency for Reacyive Power and Current Harmonic Compensation”, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONIC, số 4, năm 1995, 402-407 [7] Thomas M Blooming, Daniel J Carnovale, “Application of IEEE std 519 1992 Harmonic Limits” 86 ...2.2 BỘ LỌC TÍCH CỰC 33 2.2.1 Gới thiệu lọc tích cực .33 2.2.2 Các phạm vi công suất mạch lọc tích cực 33 2.2.3 Phân loại mạch lọc tích cực .34 2.3 DÙNG BỘ CHUYỂN... dựng điều khiển cho lọc tích cực song song” Đây công nghệ đại ứng dụng rộng rãi nước tiên tiến giới mẻ với nước ta Nội dung đồ án sâu vào xây dựng cấu trúc thuật tốn điều khiển để lọc sóng điều. .. trăm Điều gây sức ép cho ngành điện buộc ngành điện phải vào nhằm giảm tổn thất điện tới mức thấp Trên thực tế đó, em lựa chọn tền đề tài tốt nghiệp là: Nghiên cứu tổng quan lọc tích cực, xây dựng