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

ĐẠII HỌC H QUỐ ỐC C GIA TP HỒ H CHÍ MINH TRƯ NG Đ TRƯỜNG ĐẠI HỌC C BÁCH KHOA NGUY N MINH THÀNH NGUYỄN NGHIÊN C CỨU U ĐIỀU ĐI U KHIỂN KHI MẠCH CH LỌC L C TÍCH C CỰC C ĐA BẬC B C PHA DÂY CHUYÊN NGÀNH: THIẾ THIẾT BỊ, MẠNG NG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN ĐI MÃ NGÀNH: 605250 LU N VĂN TH LUẬN THẠC C SĨ S TP HỒ H CHÍ MINH, tháng 06 năm 2014 201 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa –ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ……………………… Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày tháng năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập -Tự -Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Minh Thành MSHV: 12180122 Ngày, tháng, năm sinh: 22/06/1976 Nơi sinh: Tây Ninh Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng Nhà máy điện Mã số: 605250 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MẠCH LỌC TÍCH CỰC ĐA BẬC PHA DÂY NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu điều khiển mạch lọc tích cực đa bậc pha dây II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/2/2014 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2014 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Văn Nhờ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tp HCM, ngày tháng 06 năm 2014 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến q Thầy, Cơ trường Đại học Bách khoa TP.HCM tận tình giảng dạy em suốt thời gian qua Đặc biệt, em xin bày tỏ lịng kính trọng cảm ơn sâu sắc đến Thầy – PGS TS Nguyễn Văn Nhờ tận tình hướng dẫn, trình thực đề tài Chân thành cảm ơn gia đình bạn bè giúp đỡ em thời gian qua Nguyễn Minh Thành iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn tập trung nghiên cứu sóng hài nguồn phát sinh hệ thống điện sử dụng mạch lọc tích cực pha dây dùng nghịch lưu ba bậc NPC (neutral point clamped) cho tải không cân phi tuyến Áp dụng lý thuyết khung tham chiếu đồng (SRF - Reference Frame Theory) để tính dịng bù Trong mơ hình điều khiển, điện áp tụ DC hiệu chỉnh điều khiển PI, dòng điện cần bù hiệu chỉnh điều khiển PI repetitive Ngoài ra, vấn đề cân điện áp tụ DC giải cách hiệu kỹ thuật điều khiển sử dụng điều chế độ rộng xung áp dụng cho nghịch lưu pha nhánh NPC Mô thực Matlab/Simulink Kết đạt khẳng định tính hiệu mơ hình điều khiển tính khả thi kỹ thuật đề xuất với điều kiện điện áp DC không cân 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 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Ngày tháng 06 năm 2014 Sinh viên thực NGUYỄN MINH THÀNH v CHỮ VIẾT TẮT APF AC DC IGBT IEEE LPF HPF NPC PWM SPF THD VSI IMP PID PI RC PCC PLL 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 MỤC LỤC Trang Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ i Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Lời cam đoan iv Chữ viết tắt v CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan 1.2 Mục đích đối tượng nghiên cứu 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu CHƯƠNG II SÓNG HÀI - NGUYÊN NHÂN, ẢNH HƯỞNG CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC 2.1 Khái niệm sóng hài 2.2 Ảnh hưởng sóng hài bậc cao 2.3 Các nguồn tạo sóng hài 2.4 Các giải pháp lọc công suất CHƯƠNG III CẤU TRÚC MẠCH LỌC 11 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 11 3.2 Xác định tham số nghịch lưu 13 CHƯƠNG IV GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 18 4.1 Mơ hình tốn 18 4.2 Sơ đồ giải thuật điều khiển 23 4.3 Xác định dòng bù 24 4.4 Điều khiển áp DC 26 4.5 Bộ điều khiển dòng điện 27 4.6 Chuyển đổi hệ tọa độ 40 4.7 Biến đổi điện áp tham chiếu điện áp điều khiển 41 4.8 Kỹ thuật điều chế độ rộng xung dùng sóng mang 43 4.9 Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (Modified PWM) 45 4.10 Cân áp tụ điện 46 CHƯƠNG V MƠ HÌNH MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG PHA DÂY TRONG MATLAB/SIMULINK 57 5.1 Sơ đồ tổng quát 57 5.2 Khối nguồn 57 5.3 Tải 58 5.4 Khối APF: mạch động lực tín hiệu đo đạc 59 5.5 Khối điều khiển: 61 5.6 Cân áp tụ C1 C2 64 CHƯƠNG VI KHẢO SÁT ĐÁP ỨNG MẠCH LỌC 66 vii 6.1 Các mục tiêu khảo sát 64 6.2 Khảo sát đáp ứng mạch lọc 64 CHƯƠNG VII KẾT LUẬN 81 7.1 Nhiệm vụ luận án 81 7.2 Tính khả thi đề tài 81 7.3 Những vấn đề tồn hướng phát triển 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 86 PHỤ LỤC 87 CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan Chất lượng điện ngày quan tâm yêu cầu ngày khắc khe thiết bị tiêu thụ điện đại Bên cạnh thiết bị bù công suất phản kháng, thiết bị lọc sóng hài ngày quan tâm, nghiên cứu sử dụng Các tải tiêu thụ cơng suất lưới điện thường tải tuyến tính Tuy nhiên, ngày tải đại thường chứa thiết bị điện tử Dòng tiêu thụ thiết bị thường phi tuyến chứa sóng hài dịng điện Việc xuất sóng hài dòng điện từ tải phi tuyến phát sinh vấn đề nghiêm trọng hệ thống là: hệ số công suất thấp, tăng tổn hao, giảm hiệu suất hoạt động thiết bị, tăng tổng thể méo dạng sóng hài Nhờ phát triển mạnh mẽ linh kiện, thiết bị kỹ thuật điều khiển lĩnh vực điện tử công suất, biến đổi công suất ngày ứng dụng rộng rãi Với phát triển công nghệ tốc độ xử lý tín hiệu số, vi xử lý việc thực thi điều khiển biến đổi điện tử công suất trở nên dễ dàng xác Có thể giải vấn đề thiết bị lọc lắp đặt song song với tải Bộ gồm lọc cơng suất pha tích cực (APF) nghịch lưu pha dây Thiết bị lọc cơng suất tích cực APF ứng dụng quan trọng nghịch lưu áp sử dụng cho hệ thống điện So với thụ động (passive filter PF), lọc cơng suất tích cực APF có ưu điểm Bộ lọc PF có số giới hạn, thiết kế để loại trừ tần số định, điều chỉnh cách linh động được, điều gây cộng hưởng hệ thống tải lọc Ngoài ra, thơng thường kích thước lọc thụ động thường lớn Trong APF bù thành phần sóng hài dịng phản kháng cách linh động có kích thước nhỏ Tuy nhiên, lọc tích cực APF có khuyết điểm điều khiển phức tạp 1.2 Mục đích đối tượng nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu kỹ thuật điều chế độ rộng xung PWM cho lọc cơng suất tích cực mắc song song (Shunt Active power filter - SAF) sử dụng cho hệ thống pha dây ... I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN MẠCH LỌC TÍCH CỰC ĐA BẬC PHA DÂY NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu điều khiển mạch lọc tích cực đa bậc pha dây II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/2/20 14 III NGÀY HOÀN... 13 CHƯƠNG IV GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 18 4. 1 Mơ hình toán 18 4. 2 Sơ đồ giải thuật điều khiển 23 4 .3 Xác định dòng bù 24 4 .4 Điều khiển áp DC 26 4. 5... tài nghiên cứu Trong nhiều tài liệu nghiên cứu hệ thống mạch lọc tích cực sử dụng nghịch lưu pha dây dây Trường hợp sử dụng dạng dây mạch NPC thường ứng dụng dạng nhánh NPC [ 13- 14] , dây trung