7. Kế hoạch thực hiện đề tài
4.2 Các kết quả mô phỏng
4.2.2 Đối với trường hợp tải không cân bằng
Hình 4.13 Dịng tải 3 pha phi tuyến khơng cân bằng
Tải không cân bằng được minh họa bởi tải phi tuyến như hình 4.1.b với các thơng số của mạch được cho ở bảng 4.1. Qua kết quả mơ phỏng từ hình 4.14 cho thấy, tổng độ méo dạng dòng tải và giá trị của dòng tải ở từng pha có giá trị lần lượt là: THD(iLa)= 42,26%, thành phần cơ bản của dòng điện tải iLa = 21,09 (A); THD(iLb)= 43,78%, thành phần cơ bản của dòng điện tải iLb = 25,20 (A); THD(iLc)= 44,16%, thành phần cơ bản của dòng điện tải iLc = 31,37 (A).
54
b. Phổ tần số của dòng điện tải pha b (iLb)
c. Phổ tần số của dịng điện tải pha c (iLc)
Hình 4.14 Phổ tần số dịng điện tải 3 pha khi tải khơng cân bằng
4.2.2.1 Trường hợp tải khơng cân bằng và HAPF khơng có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính
Điện áp DC trên các tụ C1 và C2 của bộ nghịch lưu là Vdc1_NL = Vdc2_NL = 600(V). Điện áp bus dc-link Vdc_NL = 1200(V) như hình 4.7.
Khi có dịng điện hài do HAPF sinh ra được bù vào hệ thống như hình 4.15 thì tổng hệ số méo dạng của dòng nguồn ở các pha lần lượt là: THD(isa-NL) = 4,76%, isa-NL = 33,36(A); THD(isb-NL) = 4,80%, isb-NL = 32,85(A); THD(isc-NL) = 3,87%, isc-NL = 32,94(A) như hình 4.17.
55
Hình 4.15 Dịng điện hài 3 pha được HAPF bù vào hệ thống trong trường hợp HAPF khơng có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính
Trị hiệu dụng ica-NL-UB Trị hiệu dụng icb-NL-UB Trị hiệu dụng icc-NL-UB
Hình 4.16 Trị số hiệu dụng của các dòng điện hài 3 pha được HAPF bù vào hệ thống trong trường hợp tải khơng cân bằng và HAPF khơng có cuộn cảm Lcn
56
b. Phổ tần số của dòng điện nguồn pha b (isb_NL)
c. Phổ tần số của dòng điện nguồn pha c (isc_NL)
Hình 4.17 Phổ tần số của dịng điện nguồn 3 pha (is_NL) sau khi bù trong trường hợp tải khơng cân bằng và HAPF khơng có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính
Cơng suất của bộ nghịch lưu trong trường hợp tải không cân bằng và HAPF khơng có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính được tính như sau:
1_ 1_ 1_ in _ _ in _ in _ S 2 2 2 S ( ) 2 1200 S (12,58 9, 62 21, 75) 37.287,180 ( ) 37, 29 ( ) 2 dc L dc L dc L v NL ca NL cb NL cc NL dc L v NL ca NL cb NL cc NL v NL V V V I I I V I I I VA KVA
57
4.2.2.2 Trường hợp tải khơng cân bằng và HAPF có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính
Giảm điện áp DC trên các tụ C1 và C2 của bộ nghịch lưu xuống còn Vdc1_L = Vdc2_L = 450(V). Điện áp bus dc-link Vdc_L = 900(V) như hình 4.10.
Khi có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính của HAPF, điện áp dc-link của bộ nghịch lưu có thể giảm từ 1200(V) xuống còn 900(V) nhưng dòng điện hài do HAPF sinh ra được bù vào hệ thống như hình 4.18 vẫn đảm bảo giúp giảm độ méo dạng của dòng nguồn dưới 5% (đạt yêu cầu về chất lượng điện năng).
Dạng sóng của dịng điện hài bù vào hệ thống khi HAPF có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính như hình 4.18
Hình 4.18 Dịng điện hài 3 pha được HAPF bù vào hệ thống trong trường hợp tải khơng cân bằng và HAPF có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính
Trị số hiệu dụng của dịng điện hài bù vào hệ thống khi HAPF có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính như hình 4.19.
58
a. Trị hiệu dụng ica-L-UB b. Trị hiệu dụng icb-L-UB c. Trị hiệu dụng icc-L-UB Hình 4.19 Trị số hiệu dụng của các dịng điện hài 3 pha được HAPF bù vào hệ
thống trong trường hợp tải khơng cân bằng và HAPF có cuộn cảm Lcn
Khi được bù dòng hài vào hệ thống, dạng sóng dịng điện nguồn có dạng gần như Sin như hình 4.20.
Hình 4.20 Dạng sóng dịng điện nguồn 3 pha (is-L) trong trường hợp tải không cân bằng và HAPF có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính
Qua phân tích FFT dạng sóng của dịng điện nguồn cho thấy tổng hệ số méo dạng nhỏ hơn 5%, đạt yêu cầu về chất lượng điện năng. Tổng hệ số méo dạng dòng điện nguồn ở các pha lần lượt được trình bày như hình 4.21. Trong đó THD(isa-L) = 3.72%; THD(isb-L) = 3.72%; THD(isc-L) = 3.50%.
59
a. Phổ tần số của dòng điện nguồn pha a (isa-L)
b. Phổ tần số của dòng điện nguồn pha b (isb-L)
c. Phổ tần số của dòng điện nguồn pha c (isc-L)
Hình 4.21 Phổ tần số của dịng điện nguồn 3 pha trong trường hợp tải khơng cân bằng và HAPF có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính
60
Qua phân tích trên cho thấy khi có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính của HAPF thì điện áp dc-link của bộ nghịch lưu được giảm xuống đáng kể. Do đó cơng suất của bộ nghịch lưu sẽ giảm đáng kể khi điện áp dc-link giảm. Công suất của bộ nghịch lưu trong trường hợp tải khơng cân bằng và HAPF có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính là:
1_ 1_ 1_ in _ _ in _ in _ S 2 2 2 S ( ) 2 900 S (12, 35 9, 46 21,89) 27.806, 310 ( ) 27,81 ( ) 2 dc L dc L dc L v L ca L cb L cc L dc L v L ca L cb L cc L v L V V V I I I V I I I VA KVA
Như vậy, với tải không cân bằng khi có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính của HAPF thì điện áp dc-link có thể giảm xuống (giảm từ 1200(V) xuống cịn 900(V)) nhưng vẫn đảm bảo lọc hài tốt và bù cơng suất phản kháng. Do đó, cơng suất của bộ nghịch lưu giảm xuống so với trường hợp khơng có cuộn cảm Lcn (giảm từ 37,29(KVA) xuống còn 27,81(KVA)).
Bảng 4.2 So sánh các thơng số hài dịng điện và cơng suất của HAPF trong trường hợp khơng có và có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính
Tải HAPF Vdc (V) THD(isa) (%) THD(isb) (%) THD(isc) (%) Ica (A) Icb (A) Icc (A) Sinv (KVA) Tải phi tuyến cân bằng Khơng có Lcn 1200 4,64 4,66 4,65 8,64 8,62 8,61 21,99 Có Lcn 900 3,20 3,24 3,25 8,67 8,58 8,56 16,42 Tải phi tuyến không cân bằng Khơng có Lcn 1200 4,76 4,80 3,87 12,58 9,62 21,75 37,29 Có Lcn 900 3,72 3,72 3,50 12,35 9,46 21,89 27,81 4.2.3 Nhận xét chung
Từ phân tích kết quả mơ phỏng HAPF trong trường hợp khơng có và có cuộn cảm Lcn ở dây trung tính của HAPF ba pha bốn dây đã chứng tỏ rằng có thể cực tiểu cơng suất của bộ nghịch lưu trong HAPF bằng cách mắc thêm cuộn cảm Lcn ở dây trung
61
tính. Việc mắc thêm cuộn cảm Lcn ở dây trung tính của HAPF ba pha bốn dây đã góp phần giảm điện áp dc-link của bộ nghịch lưu, dẫn đến giảm công suất của bộ nghịch lưu nhưng vẫn đảm bảo bù được hài dịng điện và cơng suất phản kháng cho tải phi tuyến (cân bằng hoặc khơng cân bằng) góp phần nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống.
62
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
1. Kết luận
Với mục đích nghiên cứu thiết kế tối thiểu công suất cho bộ nghịch lưu của HAPF ba pha bốn dây trong việc bù công suất phản kháng và bù sóng hài dịng điện. Luận văn đã thực hiện được các nội dung cụ thể như sau:
- Một là, nghiên cứu các mơ hình mạch tương đương của HAPF ba pha bốn dây trong tọa độ d-q-0. Dựa trên các mơ hình mạch tương đương, hiệu suất lọc của HAPF cho thấy có thể được cải thiện hiệu suất lọc bằng cách thêm một cuộn cảm vào dây trung tính của HAPF.
- Hai là, thiết lập các biểu thức nhằm cực tiểu điện áp dc-link cho HAPF trong trường hợp khơng có và có cuộn cảm ở dây trung tính. Căn cứ theo tiêu chuẩn chất lượng điện năng để phân tích các biểu thức nhằm làm giảm điện áp dc-link cho HAPF có cuộn cảm ở dây trung tính nhưng vẫn đảm bảo bù hài dịng điện và công suất phản kháng cho tải phi tuyến. Từ đó, giúp giảm chi phí ban đầu, giảm tổn thất chuyển mạch và nhiễu do các linh kiện bán dẫn đóng ngắt ở tần số cao và biên độ lớn.
- Ba là, mô phỏng đối với HAPF ba pha bốn dây trong trường hợp khơng có và có cuộn cảm ở dây trung tính để chứng minh rằng các đặc tính lọc của HAPF là phù hợp và các biểu thức điện áp dc-link tối thiểu được thiết lập là chính xác. Qua đó cho thấy hiệu quả của việc giảm điện áp dc-link đáp ứng được yêu cầu đặt ra (tối thiểu cơng suất của bộ nghịch lưu). Vì điện áp dc-link ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ làm việc của linh kiện đóng ngắt trong bộ nghịch lưu do vậy việc giảm điện áp dc-link giúp giảm tổn thất chuyển mạch, giảm nhiễu và cải thiện hiệu suất bù cơng suất phản kháng và bù sóng hài dịng điện so với HAPF thơng thường khơng có cuộn cảm trung tính.
2. Hướng phát triển của đề tài
Với kết quả nghiên cứu đạt được trong việc cực tiểu công suất cho bộ nghịch lưu dùng trong HAPF, có thể phát triển đề tài theo các hướng như:
- Cực tiểu công suất cho các bộ biến tần, nghịch lưu dùng trong các bộ nguồn sử dụng năng lượng tái tạo.
63
- Trong các hệ thống cơng nghiệp cần có phương pháp bù động cơng suất phản kháng và hài với công suất lớn. Các hệ thống này có độ méo dạng hài rất lớn, tần số đóng ngắt lớn nên lượng hài bậc cao bơm vào lưới là rất lớn. Do vậy, nghiên cứu cực tiểu công suất của bộ nghịch lưu trong HAPF và các thiết bị FACTS sẽ giúp giảm kích thước, giá thành của thiết bị nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả lọc hài và bù công suất phản kháng.
64
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] H. Na et al. "Study on optimal design method for passive power filters set at
high voltage bus considering many practical aspects," In Proc. IEEE 23rd Annu.
Applied Power Electronics Conf. Expo. Vol. 396-401, 2008.
[2] F. Z. Peng et al. "A New Approach to Harmonic Compensation in Power
Systems – a Combined System of Shunt Passive and Series Active Filters,"
IEEE Trans. on Industry Applications. Vol. 26, no. 06, pp. 983-990, 1990.
[3] M. Takeda et al. "Harmonic current compensation with active filter," in IEEE/IAS Annual Meeting, 1987:808.
[4] N. Mohan et al. "Active filters for AC harmonic suppression.," in Presented at
the IEEE power Eng. Soc. Winter Meeting, 1977.
[5] B. Singh et al. "A Review of Active Filters for Power Quality Improvement,"
IEEE Trans. on Industrial Electronics. Vol. 46, no. 05, pp. 960-971, 1999.
[6] J. C. Wu and H. L. Jou. "Simplified Control Method for the Single-Phase Active Power Filter," Proc. IEE Electric Power Applications. Vol. 143, no. 03, pp.
219-224, 1996.
[7] H. Akagi. "New Trends in Active Filters for Power Conditioning," IEEE Transactions on Industry Application. Vol. 32, no. 06, pp. 1312-1322, 1996.
[8] M. El. Habrouk et al. "Active Power Filters. A Review. Proc," IEE Electric Power Applications. Vol. 147, no. 05, pp. 403-413, 2000.
[9] J. K. Phipps. "A Transfer Function Approach to Harmonic Filter Design," IEEE
Industry Applications Magazine. Vol. 3, no. 02, pp. 68-82, 1997.
[10] H. L. Jou and H. Y. Wu. "New Single-Phase Active Power Filter," Proc. IEE
Electric Power Applications. Vol. 141, no. 03, pp. 129-134, 1994.
[11] H. Fujita et al. "A hybrid active filter for damping of harmonic resonance in industrial power systems," IEEE Trans. Power Electron. Vol. 15, no. 02, pp. 215–222, 2000.
[12] H. Fujita and H. Akagi. "A practical approach to harmonic compensation in power systems–series connection of passive and active filters," IEEE Trans. Industry. Application. Vol. 27, no. 06, pp. 1020–1025, 1991.
[13] H. Akagi. "Trends in active power line conditioners," IEEE Trans. Power Electron. Vol. 9, no. 03, pp. 263–268 , 1994.
[14] H. Akagi. "New Trends in Active Filters for Power Conditioning," IEEE Transactions on Industry Application. Vol. 32, no. 06, pp. 1312-1322, 1996.
65
[15] P. Salmeron and S.P. Litran. "A control strategy for hybrid power filter to compensate four-wires three-phase systems," IEEE Trans. Power Electron.
Vol. 25, no. 07, pp. 1923–1931, 2010.
[16] P. Salmeron and S. P. Litran. "Improvement of the electric power quality using series active and shunt passive filters,". IEEE Trans. Power Del. Vol. 25, no. 02, pp. 1058–1067, 2010.
[17] F.Z. Peng et al. "Compensation characteristics of the combined system of shunt passive and series active filters," IEEE Trans. Industry. Application. Vol. 29, no. 01, pp. 144–152, 1993.
[18] L. Chen and A.V. Jouanne. "A comparison and assessment of hybrid filter topologies and control algorithms," in Proceedings of IEEE 32nd Annual Power
Electronics Specialists Conference, PESC 01. Vol. 2, pp. 565–570, 2001.
[19] S. Khositkasame and S. Sangwongwanich. "Design of harmonic current detector and stability analysis of a hybrid parallel active filter," in Proceedings
of Power Conversion Conference. Vol. 1, pp. 181–186, 1997.
[20] Z. Chen et al. "Harmonic resonance damping with a hybrid compensation system in power systems with dispersed generation," in IEEE 35th Annual Power Electronics Specialists Conference. Vol. PESC 04, vol. 4, pp. 3070–
3076, 2004.
[21] H.K. Chiang et al. "Hybrid active power filter for power quality compensation," in International Conference on Power Electronics and Drives Systems. Vol. 2, pp. 949–954, 2005.
[22] V.F. Corasaniti et al. "Hybrid power filter to enhance power quality in a medium voltage distribution," IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 56, no. 08, pp. 2885–2893, 2009.
[23] R. Khanna et al. "Performance and investigation of hybrid filters for Power Quality Improvement," in 5th International Power Engineering and Optimization Conference. PEOCO, pp. 93–97, 2011.
[24] L. Moran et al. "Improving passive filter compensation performance with active techniques," IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 50, no. 01, pp. 161–170, 2003. [25] H. Akagi et al. "Comparisons in circuit configuration and filtering performance
between hybrid and pure shunt active filters," in Conference. Record of IEEE-
IAS Annual Meeting. Vol. 2, pp. 1195–1202, 2003.
[26] S. Srianthumrong and H. Akagi. "A medium-voltage transformerless AC/DC Power conversion system consisting of a diode rectifier and a shunt hybrid filter," IEEE Trans. Ind. Applicat. Vol. 39, no. 03, pp. 874–882, 2003.
66
[27] W. Tangtheerajaroonwong et al. "Design and performance of a transformerless shunt hybrid filter integrated into a three-phase diode rectifier," IEEE Trans. Power Electron. Vol. 22, no. 05, pp. 1882–1889, 2007.
[28] H.L. Jou et al. "Novel power converter topology for three phase four-wire hybrid power filter," IET Power Electron. Vol. 1, no. 01, pp. 164–173, 2008. [29] R. Inzunza and H. Akagi. "A 6.6-kV transformerless shunt hybrid active filter
for installation on a power distribution system," IEEE Trans. Power Electron. Vol. 20, no. 04, pp. 893–900, 2005.
[30] V.F. Corasaniti et al. "Hybrid active filter for reactive and harmonics compensation in a distribution network," IEEE Transaction on Industry Aplication. Vol. 56, no. 03, pp. 670–677, 2009.
[31] S. Rahmani et al. "A new control technique for threephase shunt hybrid power filter," IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 56, no. 08, pp. 2904–2915, 2009. [32] S. Hiti et al. "Small-signal modeling and control of three-phase PWM
converters," in Conference Record of the Industry Applications Society Annual
Meeting. Vol. 2, pp. 1143–1150, 1994.
[33] R. Zhang. "High performance power converter systems for nonlinear and unbalanced load/ source," Ph.D. thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, 1998.
[34] H. Akagi et al. "Generalized theory of the instantaneous reactive power in three- phase currents," in International Conference on Power Electronics, pp. 1375– 1386, 1983.
[35] S. Ogasawara and H. Akagi. "The theory of instantaneous power in three-phase four-wire systems: a comprehensive approach," in Conference of Record IEEE-
34th IAS Annual Meeting. Vol. 1, 1999, pp. 431–439.
[36] V. Khadkikar et al. "Generalized single-phase pq theory for active power filtering: simulation and DSP-based experimental investigation," IET Power Electron. Vol. 2, pp. 67–78, 2009.
[37] M.C. Wong et al. "Cylindrical coordinate control of three-dimensional PWM technique in three-phase four-wired trilevel inverter," IEEE Trans. Power Electron. Vol. 18, no. 01, pp. 208–220, 2003.
67
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên: PHAN TRẦN PHÚ LỘC Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/ 04/ 1983 Nơi sinh: Sông Bé Email: locdian14@yahoo.com Điện thoại: 0902 751 242
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
Từ năm 1989 đến năm 1994: Học sinh của trường Tiểu học Tân Đông Hiệp. Từ năm 1994 đến năm 2001: Học sinh của trường Trung học phổ thông Dĩ An. Từ năm 2001 đến năm 2006: Sinh viên của trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp.HCM, chuyên ngành đào tạo là Kỹ thuật Điện – Điện tử.
Từ năm 2006 đến năm 2009: Học viên cao học trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp.HCM, chuyên ngành đào tạo là Giáo dục học.
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN:
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
Từ 09/2006 đến 09/2009
Khoa Điện tử, Trường Cao đẳng nghề