L ỜI NểI ĐẦU
2.4.1. Phõn loại theo bộ biến đổi cụng suất
- Bộ lọc tớch cực nguồn dũng
Tải phi tuyến tạo ra dũng khụng sin. Những dũng điện đi qua cỏc trở khỏng nguồn AC và lan truyền cỏc súng hài điện ỏp trong hệ thống AC. Bộ lọc tớch cực đƣợc thiết kế để tạo ra cỏc dũng súng hài bằng với dũng súng hài của tải. Vỡ vậy, dũng điện của nguồn AC sẽ đƣợc độc lập cỏc súng điều hũa. CSAFs sử dụng nguồn dũng nhƣ là thiết bị lƣu trữ năng lƣợng DC. Chỳng cú thể là nguồn thấp, một pha hoặc nguồn cao, hệ thống ba pha ba dõy hoặc ba pha bốn dõy. Hỡnh 2.16 biểu diễn cấu hỡnh ba pha ba dõy CSAF. Rs, Ls, RL, LL, Rf, và LF là điện trở và điện cảm của nguồn AC, tải, và bộ lọc bờn, tƣơng ứng. AC AC AC Ls Rs Ll Rl Lf Rf Ldc Lf
- Bộ lọc tớch cực nguồn ỏp
Hầu hết những bộ lọc tớch cực kiểu chủ yếu là bộ lọc tớch cực kiểu chuyển đổi nguồn ỏp, đƣợc thiết kế, cải tiến, và đƣợc sử dụng trong nhiều năm và hiện đang trong giai đoạn thƣơng mại. Những bộ lọc này nhẹ hơn, ớt tốn kộm hơn, và dễ dàng điều khiển so sỏnh hơn so với kiểu chuyển đổi nguồn dũng. Tổn thõt của chỳng ớt hơn so với CSAFs.
VSAFs sử dụng một tụ điện nhƣ kho lƣu trữ năng lƣợng DC. Chỳng đƣợc trỡnh bày trong hệ thống một pha hoặc ba pha ba dõy và ba pha bốn dõy. Đõy là loại bộ lọc thuận tiện trong nguồn cấp điện liờn tục (UPS). Trong hệ thống UPS, năng lƣợng lƣu trữ DC cú sẵn và bộ chuyển đổi DC / AC cũng cú sẵn. Chiến lƣợc điều khiển là cần thiết để chuyển đổi cỏc UPS vào bộ lọc tớch cực khi nguồn là trong điều kiện bỡnh thƣờng. Hỡnh 2.17 hiển thị một VSAF mắc song song ba pha. Rs, Ls, RL, LL, Rf, và LF là điện trở và điện cảm của nguồn AC, tải, và bộ lọc bờn, tƣơng ứng. Cỏc loại khỏc nhau của kỹ thuật điều khiển đƣợc sử dụng để điều khiển VSAFs. Những kỹ thuật điều khiển đú bao gồm lý thuyết tức thời p-q, phƣơng phỏp hệ quy chiếu đồng bộ d-q, và phƣơng phỏp tỏch súng đồng bộ. AC AC AC Ls Rs Ll Rl Lf Rf Cdc
2.4.2. Phõn loại theo sơ đồ mắc
- Bộ lọc tich cực mắc song song
Loại phổ biến nhất của bộ lọc tich cực là bộ lọc tớch cực mắc song song. Bộ lọc này cú thể là một pha hoặc ba pha, nguồn ỏp hoặc nguồn dũng. và lần đầu tiờn đƣợc giới thiệu bởi Gyugyi và Strycula năm 1976 [Gyugyi, et al, 1976.]. Hỡnh 2.18 biểu diễn một mạch tƣơng đƣơng của bộ lọc tớch cực song song, nguồn, và tải khi bộ lọc đƣợc sử dụng để bự cho dũng và ỏp súng điều hũa. Trong Hỡnh 2.18 (a), bộ lọc tớch cực bự dũng điều hũa của một tải phi tuyến. Hỡnh 2.18 (b) biểu diễn bộ lọc tớch cực song song khụng thể bự ỏp súng điều hũa của tải. Hỡnh 2.18 (c) biểu diễn bộ lọc tớch cực song song cú thể bự dũng điều hũa của tải và ỏp súng điều hũa của nguồn. Trong Hỡnh 2.18 Zs
và ZF là trở khỏng của nguồn và bộ lọc thụ động song song, tƣơng ứng. ILh,
Lh
V , và VShlà dũng điều hũa của tải và ỏp điều hũa của tải và nguồn, tƣơng ứng. IAF là dũng của bộ lọc tớch cực mắc song song. Để triệt tiờu súng điều hũa tại điểm nối chung (PCC) trong Hỡnh 2.18 (a), chỳng ta phải cú:
I AF ILh (2.1)
Trong Hỡnh 2.18 (b), rừ ràng rằng bộ lọc tớch cực song song khụng thể bự cho tải ỏp súng điều hũa. Trong Hỡnh 2.18 (c), để triệt tiờu tải dũng điều hũa và nguồn điện ỏp điều hũa, chỳng ta phải cú:
F Sh Lh AF Z V I I (2.2)
Hỡnh 2.19. biểu diễn một bộ lọc tớch cực mắc song song. Bộ lọc tớch cực mắc song song đƣợc sử dụng để bự dũng điều hũa của tải phi tuyến để thực hiện bự cụng suất phản khỏng và dũng cõn bằng khụng cõn bằng. Bộ lọc tớch cực mắc song song đo dũng tải và bơm một dũng vào hệ thống để bự dũng điều hũa
Zs PCC IAF ILh ZF PCC IAF VLh ZF PCC IAF ILh ZF Zs Zs Vsh (a) (b) (c)
Hỡnh 2.18. Mặch tƣơng đƣơng của bộ lọc tớch cực song song, nguồn và tải, (a) bự dũng điều hào của tải, (b) bự ỏp điều hũa của tải, (c) bự ỏp của nguồn [9]
Hỡnh 2.20. Dũng của tải, bộ lọc và nguồn của hệ thống
APF mắc song song thƣờng bao gồm hai khối khỏc biệt chớnh [11]: + chuyển đổi PWM (xử lý năng lƣợng), và
+ Bộ điều khiển lọc tớch cực (xử lý tớn hiệu)
Bộ chuyển đổi PWM cú trỏch nhiệm xử lý năng lƣợng trong tổng hợp bự dũng điện mà cần đƣợc rỳt ra cho hệ thống điện. Nú cần phải cú một tần số chuyển mạch cao ( fPWM) để sao chộp chớnh xỏc cỏc dũng bự.
Bộ điều khiển lọc tớch cực phải [11]: + Đo dũng tải tức thời iL
+ Tỏch ra những thành phần của dũng tức thời từ súng hài iLh và
+ Cung cấp tại điểm nối chung PCC những dũng súng hài bự với những súng hài đó sinh ra bởi cỏc tải phi tuyến, iF iLh
Trong ngắn hạn, cỏc APF song song cú thể đƣợc xem nhƣ là ngắn mạch cho cỏc tần số súng hài và là hở mạch cho tần số cơ bản ỏp dụng đối với lƣới điện. Đõy là bự lý tƣởng cho cỏc tải phi tuyến hoạt động nhƣ nguồn dũng. Nếu tải hoạt động nhƣ một nguồn ỏp điều hũa, APF song song cũng cú thể đƣợc sử dụng nhƣng nú phải đƣợc thờm vào một điện cảm nối tiếp với tải phi tuyến. Bằng cỏch này, cỏc tải phi tuyến tớnh cú thể đƣợc thể hiện nhƣ là nguồn dũng kết nối đồng thời với một điện cảm.
Kết nối APF song song với lƣới điện cú thể đƣợc thực hiện trực tiếp và phải đƣợc cỏch điện phự hợp với mức điện ỏp hiện cú. Nếu kết nối đƣợc
thực hiện thụng qua mỏy biến ỏp, nú phải lựa chọn một đƣờng dẫn cho súng hài đi qua đƣợc bơm vào bởi bộ lọc tớch cực.
- Bộ lọc tớch cực mắc nối tiếp
Bộ lọc cụng suất tớch cực mắc nối tiếp (APF) đƣợc thiết kế để bự những súng điều hũa hiện tại cú trong cỏc tớn hiệu điện ỏp. Nú sẽ hoạt động nhƣ một nguồn điện ỏp phụ thuộc để tỏch lƣới điện và tải khi cỏc tần số khỏc với tần số cơ bản.
Nú cú thể đƣợc quan sỏt Hỡnh 2.21. khi kết nối những APF mắc nối tiếp, súng hài điện ỏp đƣợc phỏt sinh bởi tải đó đƣợc bự và điện ỏp tại điểm nối chung (PCC) cú dạng súng hỡnh sin chuẩn . Nếu Ls cú thể đƣợc xem là tuyến tớnh, dạng súng của dũng đƣợc bơm vào trong lƣới là hỡnh sin chuẩn
Hỡnh. 2.21. Bộ lọc cụng suất tớch cực mắc nối tiếp tƣơng đƣơng với một pha [11].
Khi tải phi tuyến là kiểu nguồn dũng, bộ lọc thụ động phải đƣợc bổ sung đồng thời với tải. APF mắc nối tiếp hoạt động nhƣ một mạch hở tại tần số súng hài, trong đú yờu cầu cỏc thành phần của dũng tải chạy qua bộ lọc thụ động
Nhƣ cú thể thấy trong Hỡnh 2.21 cỏc APF mắc nối tiếp phải đƣợc đỏnh giỏ để chịu đƣợc cỏc dũng yờu cầu của tải. Trong trƣờng hợp ngắn mạch ở phụ tải, cỏc bộ lọc phải đƣợc bảo vệ khỏi bị phỏ hủy. Trong một số trƣờng hợp ở cỏc dũng điện cao, bộ lọc kết nối vào lƣới điện thƣờng đƣợc thực hiện thụng qua cuộn dõy sơ cấp của mỏy biến ỏp. Một lựa chọn khỏc là sử dụng một đƣờng truyền rẽ nhỏnh.
Mạch lọc nối tiếp vừa triệt tiờu song hài vừa cú thể bự sụt ỏp trờn đƣờng dõy. Tuy nhiờn hệ thống phức tạp, chỉ phự hợp với cụng suất lớn và rất lớn. Vỡ vậy sau đõy chỉ cũn quan tõm đến mạch lọc tớch cực song song, phự hợp với tất cả cỏc dải phụ tải từ nhỏ tới trung bỡnh (Dải cụng suất từ nhỏ đến trung bỡnh bao gồm số lƣợng lớn cỏc thiết bị) nờn mạch lọc song song cú ý nghĩa quan trọng đối với cỏc ứng dụng thực tế.
- Bộ lọc hỗn hợp.
Mục đớch chớnh của việc sử dụng hỗn hợp của bộ lọc tớch cực và thụ động là để giảm chi phớ ban đầu của bộ lọc và nõng cao hiệu quả. Nhiều cấu hỡnh của sự kết hợp giữa bộ lọc tớch cực và cỏc bộ lọc thụ động đó đƣợc nghiờn cứu và phỏt triển. Kết quả thực nghiệm của sự kết hợp giữa bộ lọc tớch cực với bộ lọc thụ động đƣợc trỡnh bày bởi Akagi [38] và Peng [39]. Thụng thƣờng, bộ lọc thụ động đƣợc điều chỉnh tại một tần số cụ thể để ngăn chặn tần số đú và giảm cụng suất định mức của bộ lọc tớch cực. Hỡnh 2.22 biểu diễn bộ lọc hỗn hợp của bộ lọc thụ động và bộ lọc tớch cực mắc song song. Bộ lọc tớch cực mắc song song đƣợc thể hiện nhƣ là một nguồn dũng. Hỡnh 2.23. biểu diễn cỏc dũng của bộ lọc thụ động, bộ lọc tớch cực, tải, và nguồn của Hỡnh 2.24. biểu diễn sự kết hợp của một bộ lọc tớch cực và bộ lọc thụ động mắc nối tiếp.
Tải phi tuyến IAF IPF IL Is Ls
Hỡnh 2.22 Bộ lọc hỗn hợp của bộ lọc thụ động mắc song song[9]
Hỡnh 2.23 Dũng của bộ lọc thụ động, bộ lọc tớch cực, tải, và nguồn
Tải phi tuyến VAF IL Is Ls
Hỡnh 2.24. Bộ lọc hỗn hợp của bộ lọc tớch cực và bộ lọc thụ động mắc nối tiếp Ngoài ra khi kết hợp AF song song và AF nối tiếp ta đƣợc bộ UPQC (Unified Power Quality Conditioner) kết hợp đƣợc cả tớnh năng của AF song
song và AF nối tiếp. Hỡnh. 2.25. biểu diễn cấu trỳc cơ bản của một bộ điều khiển mắc nối tiếp và song song chung. Đầu ra AC thứ nhất của bộ biến đổi đƣợc lắp nối tiếp với hệ thống điện, trong khi đầu ra AC thứ hai của bộ biến đổi đƣợc kết nối song song
Bộ chuyển đổi
Nối tiếp Bộ chuyển đổi Song song
Hỡnh 2.25. Sơ đồ cấu trỳc UPQC
2.5. Kết luận
Trong chƣơng này đó tỡm hiểu và trỡnh bày về cỏc thiết bị ngăn ngừa và lọc súng điều hũa. Cú nhiều phƣơng phỏp lọc súng điều hũa nhƣng tựu chung lại phƣơng phỏp lọc súng hài bằng bộ lọc tớch cực đang cú xu hƣớng đƣợc sử rụng rộng rói vỡ cú nhiều ƣu điểm và đạt hiệu suật cao. Chƣơng tiếp theo ta sẽ đi xỏc định dũng điện chuõn và xõy dựng cấu trỳc điều khiển cho bộ lọc tớch cực ba pha ba dõy.
Chƣơng 3:
CẤU TRệC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC 3.1: Đặt vấn đề
Chƣơng này sẽ trỡnh bày phƣơng phỏp xỏc định dũng điện chuẩn cho bộ biến đổi nguồn ỏp với bộ điều khiển dũng PWM là sử dụng cồng suất tức thời p – q do Akagi đƣa ra. Sau khi xỏc định đƣợc dũng điện chuẩn ta sẽ sử dụng cấu trỳc tựa theo điện ỏp lƣới để điều khiển dũng ra của bộ biến đổi nguồn ỏp bỏm theo dũng điện chuẩn.