Luận văn Nghiên cứu lọc tích cực trong mạng điện phân phối có xét đến điều kiện điện áp không đối xứng

C SỸ 27 2.2.2.1. Phân loại lọc tích cực theo cách kết nối lưới  AF song song: AF song song có sơ đồ kết nối như hình 2.2. Về cấu trúc cơ bản như một bộ biến đổi nguồn áp (VSC) gồm những phần tử chính: Tụ điện Cdc đại diện cho khối một; một bộ biến đổi công suất 3 pha có điện cảm lọc Lf . Hình 2. 3 Sơ đồ nguyên lý AF kết nối lưới kiểu song song Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: AF hoạt động như một nguồn ba pha bơm lên đường dây dòng iAF ngược pha với dòng sóng hài tổng iload do tải gây nên và sẽ triệt tiêu các sóng hài này, đảm bảo cho dòng điện lưới iline có dạng sin chuẩn (không bị méo dạng). Ví dụ: Xét mạng điện có tải công nghiệp sử dụng bộ biến đổi làm việc với các van thyristor: - Dòng tải iload có dạng sóng điều hòa vuông góc, hình 2.3a - AF sẽ đo và tính toán rồi phát lên lưới dòng điều hòa iAF, hình 2.3b - Kết quả dòng iline trên lưới phía nguồn có dạng sin chuẩn, hình 2.3c LUẬN VĂN THẠC SỸ 28 Hình 2. 4 Mô tả nguyên lý hoạt động của AF song song Dòng điện tải có thể được khai triển thành tổng của một thành phần dòng điện cơ bản và một thành phần sóng điều hòa (chứa các hài bậc cao) theo biểu thức sau: ,1 ,load load hloadi i i      AF đo được và bơm lên lưới một sóng điều hòa tương ứng: ,load hAFi i    LUẬN VĂN THẠC SỸ 29 Kết quả, các sóng hài do tải gây nên đã được AF loại khử hết. Hay hiểu một cách khác là: tại điểm kết nối lưới, các sóng hài do tải phát sinh được đáp ứng hoàn toàn bởi phía AF, còn lại thành phần sóng dòng điện cơ bản được đáp ứng bở phía nguồn (lưới). AF ,1load loadloadi i i i         AF nối tiếp (AFs) AFs có cấu hình cũng giống như AF. Sự khác nhau ở cách đấu nối với đường dây. AFs đấu nối tiếp vào đường dây qua máy biến áp như sơ đồ hình 2.4. Trong đó, cuộn dây thứ cấp máy biến đóng vai trò cuộn cảm của bộ biến đổi 3 pha. Đó là lưu ý rất quan trọng cho việc tính toán thiết kế máy biến áp trong trường hợp này. Hình 2. 5 Sơ đồ nguyên lý AFs kết nối lưới kiểu nối tiếp Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: AFs đóng vai trò tương tực như AF, điều khác nhau ở chỗ là điểm kết nối không liên hệ trực tiếp về điện mà thông qua liên hệ điện từ bởi máy biến áp đã mở rộng phạm vi áp dụng lọc tích cực cho các lưới điện áp cao. Tại điểm kết nối VAF, AFs tạo ra tổng trở đường dây tương đương. Nếu nhìn từ phía tải, tổng trở này bằng không với sóng cơ bản và bằng vô cùng với các sóng hài. Như vậy, giữa nguồn và tải có sự cách ly về sóng hài. Điều này có thể được mính họa bằng các sơ đồ thay thến trên hình 2.5 Hình 2. 6 Nguyên lý hoạt động của AFs a)Mạch điên thay thế 1 pha, b) Mạch điện với sóng cơ bản,c) Mạch điện tần cao LUẬN VĂN THẠC SỸ 30  bộ lọc kiểu lai (Hybrid Filter) Bộ lọc kiểu lai là sự kết hợp của AF hoặc AFs với bộ lọc thụ động nhằm giảm chi phí đầu tư ban đầu và cải thiện hiệu quả của các bộ lọc động. Khi đó, lọc thụ động được thiết kế cho lọc các sóng hài cố định, bậc thấp (công suất lớn), lọc tích cực được thiết kế cho lọc các sóng hài động. Mô hình này rất thích hợp cho các tải phi tuyến công suất lớn có điều khiển. Sơ đồ nguyên lý như hình 2.6 Hình 2. 7 Bộ lọc kiểu lai  Bộ lọc hỗn hợp (UPQC) Bộ lọc hỗn hợp UPQC được tổ hợp từ AF và AFs Hình 2. 8 Bộ lọc UPQC Mô hình UPQC khai thác được các tính năng riêng biệt và ưu điểm của mỗi thành phần: AFs có chức năng cách ly song hài giữa tải và nguồn, điều chỉnh điện áp, giảm dao động, giữ điện áp cân bằng. AF Được xem như nguồn cấp sóng hài cho tải phi tuyến. Trong khi đó AFs lại cố gắng cô lập và cach ly sóng hài giữa tải với phía lưới, hạn chế giao động ổn định điện áp cho lưới. Nhận xét Như vậy chất lượng điện năng, tổn thất công suất, hệ số công suất cosφ trong mạng điện truyền tải và trong mạng điện phân phối đã được cải thiện đáng kể nhờ các giải pháp nêu trên. Tuy nhiên nhờ sự phát triển ngành điện tử công suất và các thế hệ vi xử LUẬN VĂN THẠC SỸ 31 lý tốc độ cao nên giải pháp triệt tiêu sóng hài và bù công suất phản kháng mang lại hiệu quả cao nhất và đặc biệt bộ lọc động song song (AF) cho chất lượng dòng lưới chỉ có thành phần cơ bản do đó sẽ là đối tượng chính được nghiên cứu trong các phần tiếp theo. Dựa trên nền tảng là các bộ biến đổi điện tử công suất lớn do đó bộ lọc chủ động có nguyên lý làm việc khác bộ lọc thụ động cũng như có nhiều ưu điểm và tính năng hơn. Ngày nay, lọc tích cực là phương pháp hiện đại và đang được áp dụng nhiều nhất trong lĩnh vực lọc sóng hài bậc cao. 2.3 Kết luận Phần trên đã phân tích về nguyên nhân phát sinh và tác hại của sóng hài trong hoạt động của quá trình sản xuất và tiêu thụ điện; Mô tả khái quát các mô hình lọc sóng hài. Đặc biệt chỉ ra các ưu điểm của bộ lọc tích cực và tiềm năng của nó. Trong tương lai, lọc tích cực sẽ được phát triển và ứng dụng rộng rãi bởi một số lý do chính sau đây: - Các nguồn phát sinh sóng hài là không thể tránh khỏi, thậm chí ngày càng nhiều ít nhất là trong nhiều năm nữa, khi mà các tiến bộ về bộ biến đổi công suất trong công nghiệp chưa được áp dụng (hoặc thay thế) một cách triệt để những tiến bộ mới về cấu trúc, linh kiện bán dẫn và kỹ thuật điều khiển. - Các mô hình lọc tích cực được áp dụng nhanh những tiến bộ về kỹ thuật và linh kiện điện tử công suất. - Cùng một mục tiêu làm sạch lưới điện không bị ô nhiễm sóng hài thì việc đầu tư cho lọc có hiệu quả cao hơn là thay thế hoặc áp dụng các bộ biến đổi công suất chất lượng cao (thế hệ mới). - Từ một lọc tích cực, có thể phát triển thêm chức năng bù công suất phản kháng mà không hề phải bổ sung thiết bị mạch lực (đắt tiền) trong khi chỉ cần tích hợp thêm cho hệ điều khiển khối bù CSPK (rẻ tiền) là có được tổ hợp thiết bị lọc và bù CSPK. Hai chức năng trên cùng một thiết bị có thể hoạt động đồng thời và độc lập nhau sẽ mạng lại một hiệu quả kinh tế và kỹ thuật rất lớn có thể áp dụng rộng rãi cho nhiều hình thức mạng điện khác nhau trong hệ thống điện. Nhiệm vụ tiếp theo nghiên cứu xây dựng một mô hình lọc tích cực áp dụng cho một đối tượng cụ thể trong mạng điện phân phối mà nguồn phát sinh sóng hài là các tải phi tuyến công suất lớn trong xí nghiệp công nghiệp. LUẬN VĂN THẠC SỸ 32 Chương 3 LỌC TÍCH CỰC TRONG MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP CÔNG NGHIỆP 3.1 Mô hình hệ thống Trong hoạt động sản xuất của xí nghiệp công nghiệp có thể chia thành hai loại phụ tải tiêu thụ điện là tải tuyến tính và tải phi tuyến. Mô hình có thể được biểu diễn thông qua sơ đồ thay thế đơn giản hình 3.1 i1a i1b i1c i2a i2b i2c St=Pt+jQt Nguồn Tải phi tuyến Tải tuyến tính Hình 3. 1 Sơ đồ thay thế mạng điện xí nghiệp có tải phi tuyến - Tải tuyến tính được xem là loại tải mà chỉ tiêu thụ năng lượng điện thông qua dòng và áp có dạng sin chuẩn. Ví dụ: các lò điện trở, các động cơ xoay chiều 3 pha làm việc tự nhiên không có điều khiển. - Tải phi tuyến là loại tải mà năng lượng điện tiêu thụ có dạng không sin hoặc tiêu thụ gián tiếp thông qua bộ biến đổi làm cho dòng và áp phía lưới không sin. Ví dụ: các động cơ có điều khiển qua bộ biến đổi, các thiết bị chỉnh lưu công suất cho bể mạ, các lò tần số, lò hồ quang, máy hàn, máy biến áp có mạch tử bão hòa cục bộ, các đèn huỳnh quang, đèn cáo áp Ngày nay, trong mọi hoạt động đời sống của con người nói chung và trong sản xuất công nghiệp nói riêng hầu hết thiết bị làm việc đều qua bộ biến đổi. Vì thế, lưới điện luôn bị ô nhiễm sóng hài. Trong đó, gây ô nhiễm mạnh nhất phải kể đến các tải chỉnh lưu công suất lớn. LUẬN VĂN THẠC SỸ 33 3.2 Tải phi tuyến Điển hình cho tải phi tuyến ta nghiên cứu một bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển. Trong hình 3.1, tải phi tuyến được xem như một cầu chỉnh lưu có điều khiển, sơ đồ như hình 3.2 Hình 3. 2 Cầu chỉnh lưu 3 pha có điều khiển Đối với bộ cầu chỉnh lưu 3 pha ta không bàn luận thêm nữa, vì được coi như đã quá quen thuộc cả trong thực tế cũng như lý thuyết. Tuy nhiên, để minh họa trong trường hợp này ta có thể mô phỏng hình ảnh của dòng điện chỉnh lưu ứng với các góc mở  khác nhau và phân tích sóng hài gây ô nhiễm dòng điện lưới phía trước chỉnh lưu. Cấu trúc mô phỏng bằng Matlab như hình 3.3 Hình 3. 3 Cấu trúc mô phỏng tải chỉnh lưu cầu 3 pha Việc điều chỉnh công suất hay dòng điện tải thông qua điều chỉnh góc mở  (anfa) điều khiển các van T. Ví dụ: Ứng với góc mở  = 150 , trị hiệu dụng điện áp và dòng điện lưới trước chỉnh lưu như hình 3.4, hình 3.5 và phân tích sóng hài như hình 3.6 T1 T3 T5 T2T6T4 Load Ia LUẬN VĂN THẠC SỸ 34 Hình 3. 4 Trị hiệu dụng điện áp lưới trước chỉnh lưu khi  = 150 Hình 3. 5 Trị hiệu dụng dòng điện lưới trước chỉnh lưu khi  = 15độ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Time (s) D ie n a p t a i k h i a n fa 1 5 d o 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Time (s) D o n g t a i (A ) k h i a n fa 1 5 d o LUẬN VĂN THẠC SỸ 35 Hình 3. 6 Phân tích sóng hài dòng điện lưới trước chỉnh lưu khi  = 150 Ứng với góc mở  = 500 , trị hiệu dụng dòng điện lưới trước chỉnh lưu như hình 3.7 và phân tích sóng hài như hình 3.8 Hình 3. 7 Trị hiệu dụng dòng điện lưới trước chỉnh lưu khi  = 50độ 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 -50 0 50 FFT window: 5 of 50 cycles of selected signal Time (s) 0 50 100 150 200 0 2 4 6 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 51.69 , THD= 18.48% M a g ( % o f F u n d a m e n ta l) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Time (s) D o n g t a i (A ) k h i a n fa 5 0 d o LUẬN VĂN THẠC SỸ 36 Hình 3. 8 Phân tích sóng hài dòng điện lưới trước chỉnh lưu khi  = 500 Qua phân tích và các kết quả mô phỏng cho thấy, các tải chỉnh lưu có thê gây mức độ ô nhiễm sóng hài rất lớn, hơn nữa phổ sóng hài không cố định do tính của chất tải có điều khiển. Như vậy, lọc thụ động sẽ tỏ ra bất lực mà chỉ có lọc động mới có thể khắc phục được giải quyết được việc loại khử được hoàn toàn sóng hài. 3.3 Lọc tích cực AF Cấu trúc của một bộ lọc tích cực gồm hai khối chính là khối mạch lực và khối điều khiển được mô tả trên hình 3.8 [tl]: Hình 3. 9 Cấu trúc các khối chính của lọc tích cực 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 -40 -20 0 20 40 FFT window: 5 of 50 cycles of selected signal Time (s) 0 50 100 150 200 0 2 4 6 8 Frequency (Hz) Fundamental (50Hz) = 39.82 , THD= 29.42% M a g ( % o f F u n d a m e n ta l) LUẬN VĂN THẠC SỸ 37 - Phần mạch lực, hiểu theo nghĩa đã phát biểu ở trên rằng AF là một máy phát sóng hài ngược thì đương nhiên AF có chức năng của một nghịch lưu 3 pha. - Phần điều khiển có khả năng phát hiện tức thời sự xuất hiện của sóng hài phát sinh trên lưới để tính toán và điều khiển nghịch lưu phát sóng hài ngược. Lịch sử ra đời các bộ nghịch lưu đã trải qua một chặng đường dài và ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ sự tiến bộ của công nghệ bán dẫn công suất và kỹ thuật điều khiển. Đặc biệt, kể từ khi công nghệ FACTS (ra đời từ thập kỷ 70 của thế kỷ 20) lên ngôi điều khiển hệ thống điện, các thiết bị chỉnh lưu, nghịch lưu đóng vai trò chính trong các thiết bị bù trên lưới. Với nguyên lý chỉnh lưu PWM (Pulse Width Modulation) một cầu 3 pha có thể thực hiện được cả hai chức năng chỉnh lưu và nghịch lưu đã được chọn làm cấu hình mạch lực chính cho các bộ biến đổi công suất lớn. Chính vậy, người ta thường gọi theo các tên khác nhau là chỉnh lưu PWM hay bộ biến đổi PWM... để đơn giản ta gọi tắt là CL. Tiếp theo ta nghiên cứu nguyên lý làm việc của chỉnh lưu PWM, cấu trúc mạch lực được mô tả trên hình 3.9 Hình 3. 10 Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu PWM Trong đó: - Cầu 3 pha gồm 6 van từ S1 đến S6 bán dẫn công suất, thường dùng loại IGBT, - Tụ điện một chiều đại diện cho khối một chiều, - L là điện cảm tính toán, R là điện trở của điện cảm và dây nối, - uLa uLb uLc là giá trị điện áp pha tính tại điểm kết nối PCC. Từ hình 3.9, có thể chuyển sang sơ đồ thay thế một pha như hình 3.10 LUẬN VĂN THẠC SỸ 38 Hình 3. 11 Sơ đồ thay thế một pha chỉnh lưu PWM Trong đó: - L, R như trên, - uL là điện áp lưới tại điểm kết nối, - uS là điện áp của bộ biến đổi được điều khiển từ DC-side. Rễ nhận thấy rằng chỉnh lưu PWM có cấu trúc phần cứng giống như bộ nghịch lưu nguồn áp VSC, uS phụ thuộc vào hệ số điều chế của VSC và điện áp trên tụ. Điện cảm L là một phần không thể thiếu của chỉnh lưu PWM, nó đóng vai trò như thành phần tích phân của hệ và một nguồn dòng để tạo đặc tính nâng của chỉnh lưu PWM. Đây là điểm khác biệt căn bản với các chỉnh lưu thông thường. Điện áp rơi trên điện cảm L là u1 chính là hiệu giữa điện áp nguồn uL và điện áp của bộ biến đổi uS : u1 = uL - uS (3.1) Với uL không đổi, do đó sẽ điều khiển được u1 thông qua điều khiển uS. Từ việc điều khiển được u1 ta sẽ điều khiển được dòng điện iL chạy trên đường dây. Biẻu thứ (3.10) có thể được diễn tả bằng đồ thị vector như hình 3.11 Hình 3. 12 Giản đồ vectơ chỉnh lưu PWM Khi điều khiển iL trùng uL hoặc ngược với uL thì =1 thể hiện dưới đồ thị vecto như hình 3.12a,b: RL uL uS iL jLiL RiL UL IL US RIL jLIL  cos LUẬN VĂN THẠC SỸ 39 a) b) Hình 3. 13 Giản đồ vectơ chỉnh lưu PWM a) Khi iL trùng uL ; b) Khi iL ngược với uL Khi iL trùng với uL thì công suất truyền từ lưới qua chỉnh lưu về phía một chiều; Khi iL ngược với uL thì công suất truyền từ phía một chiều qua nghịch lưu về lưới. Như vậy, điều khiển vector dòng điện sẽ điều khiển được dòng công suất qua bộ biến đổi theo hai chiều ngược nhau. Vấn đề điều khiển dòng điện iL thuộc về nhiệm vụ của khối điều khiển, thiết kế thuật toán. 3.4 Các phương pháp điều khiển lọc AF 3.4.1 Cấu trúc hệ điều khiển Có hai cấu trúc điều khiển khác nhau tùy thuộc vào cách mà dòng điện được đo. a) Phương pháp vòng hở Phương pháp này dựa trên việc đo thành phần dòng điện phía tải từ đó tách ra thành phần sóng hài chứa trong dòng tải. Cấu trúc điều khiển vòng hở cho chinh lưu PWM thực hiện chức năng mạch lọc tích cực: ULIL US RIL jLIL e>0 UL IL US RIL jLIL e<0 LUẬN VĂN THẠC SỸ 40 Hình 3. 14 Cấu trúc điêu khiển vòng hở chỉnh lưu PWM với chức năng mạch lọc tích cực Theo phương pháp này thì không có thông tin phản hồi về dòng điên trên lưới. Tất cả sai lệch trong hệ thống cả trong quá trình đo và điều khiển sẽ gây ra các sóng hài trên dòng điện lưới, các thành phần này là không xác định. Cấu trúc điều khiển này có ưu điểm là ổn định nhưng yêu cầu số cảm biến đo dòng nhiều (4 cảm biến). b) Phương pháp vòng kín Phuơng pháp này dựa trên việc đo dòng điện trên lưới từ đó xác định được dòng bù cần thiết. Theo phương pháp điều khiển vòng kín sẽ có thêm một mạch vòng điều chỉnh dòng điện lưới bên ngoài mạch vòng điều chỉnh dòng tải. Phương pháp này có ưu điểm là thuật toán điều khiển đơn giản hơn so với cấu trúc vòng hở và yêu cầu số cảm biến đo dòng ít hơn (2 cảm biến). Cấu trúc điều khiển vòng kín cho chỉnh lưu PWM thực hiện chức năng mạch lọc tích cực: Hình 3. 15 Cấu trúc điêu khiển vòng kín chỉnh lưu PWM với chức năng mạch lọc tích cực PWM L C iS iC iF Bé ®iÒu khiÓn US PWM L C iS iC iF Bé ®iÒu khiÓn US LUẬN VĂN THẠC SỸ 41 3.4.2 Các phương pháp điều khiển bộ lọc tích cực 3.4.2.1 Cơ sở của phương pháp điều khiển Theo nguyên lý chung để lọc sóng hài thì vấn đề cơ bản của cấu trúc điều khiển là ta phải xác nhận dạng được rõ các thành phần sóng hài xuất hiện trên lưới để xác định được dòng cần bù được tạo ra bởi mạch lọc nhằm loại bỏ hoàn toàn các dòng điều hòa bậc cao. Việc xác định dòng bù cần thiết có nhiều phương pháp khác nhau. Có thể chia ra làm hai phương pháp chính để xác định dòng điều hòa bậc cao cần bù là phương pháp trong miền thời gian và phương pháp trong miền tần số, [7]. Cụ thể ta xét một số phương pháp sau: 1- Phương pháp dựa trên miền tần số: Phương pháp này dựa trên phân tích Furier. Trong lớp phương pháp này xin giới thiệu hai phương pháp điển hình là: phương pháp DFT (Discrete Fourier Transform) và phương pháp FFT (Fast Fourier Transform).  Phương pháp DFT (Discrete Fourier Transform): là thuật toán biến đổi cho các tín hiệu rời rạc, kết quả của phép phân tích đưa ra cả biên độ và pha của thành phần sóng hài mong muốn theo công thức sau: (3.2) Hay có thể viết dưới dạng sau: (3.3) (3.4) Trong đó: - n là số mẫu trong một chu kỳ tần số cơ bản - x(n) là tín hiệu đầu vào ( dòng hoặc áp ) ở thời điểm n   N-1 N-1 h n=0 n=0 2.π.h.n 2.π.h.n X = x n .cos -j. x(n).sin N N               h hr hiX =X +j.X 2 2 h hr hiX = X +X hi h hr X =arctan X        LUẬN VĂN THẠC SỸ 42 - Xh là vecto Fourier của sóng hài bậc h của tín hiệu vào, là biên độ của vecto Xh, là góc pha của vecto Xh - Xhr là phần thực của Xh - Xhi là phần ảo của Xh Khi mỗi thành phần điều hòa đã được xác định, từ đó tổng hợp lại trong miền thời gian để tạo tín hiệu bù cho bộ điều khiển thực hiện.  Phương pháp Fast Fourier Transform (FFT) a) b) Hình 3. 16 Phương pháp FFT a) Lấy mẫu; b) Phân tích sóng hài Các bước thực hiện phương pháp FFT: - Lấy mẫu dòng điện tải và tính toán biên độ và pha của từng thành phần sóng hài (ứng với mỗi tần số khác nhau). - Số lượng mẫu trong một chu kỳ càng lớn thì giá trị fmax càng lớn. - Tách thành phần dòng cơ bản từ dòng đầu vào. Dễ dàng thực hiện việc này bằng cách thiết lập tần số từ 0 đến 50 Hz sau đó thực hiện FFT-1 (IFFT) để có tín hiệu trong miền thời gian bao gồm biên độ và pha của mỗi thành phần sóng hài. Việc tính toán này thực hiện trong mỗi chu kỳ của dòng chính để đảm bảo rằng FFT tính toán hoàn tất trong một chu kỳ để tránh méo do phổ tần số. - Tổng hợp dòng bù từ các thành phần sóng hài. hX h LUẬN VĂN THẠC SỸ 43 Ưu điểm của phương pháp FFT là có thể tác động tới từng thành phần sóng hài theo ý muốn nhưng có khối lượng tính toán rất lớn. 2- Phương pháp dựa trên miền thời gian Phương pháp trên miền thời gian có ưu điểm hơn hẳn là khối lượng tính toán ít hơn so với phương pháp trên miền tần số. Theo lớp phương pháp này có hai phương pháp điển hình là: phương pháp xá định dòng bù trên khung tọa độ dq và phương pháp dựa trên thuyết công suất tức thời p-q của Akagi 3- Phương pháp trên khung tọa độ dq: Theo phương pháp này có thể xác định toàn bộ dòng bù hoặc có thể lựa chọn từng thành phần sóng hài cần bù. - Phương pháp xác định toàn bộ dòng bù: phương pháp này dựa trên khung tọa độ dq để tách thành phần sóng hài bậc cao ra khỏi thành phần sóng cơ bản. Thuật toán của phương pháp này có thể được mô tả trên hình 3.15: Hình 3. 17 Thuật toán xác định dòng bù trong khung tọa độ dq Thực hiện phép quay khung tọa độ dq với tốc đọ của tần số cơ bản. Khi đó trong khung tọa độ dq thành phần dòng tần số cơ bản coi như thành phần dòng một chiều còn lại thành phần sóng hài như thành phần dòng xoay chiều. Sau đó sử dụng bộ lọc thông cao tách ra được thành phần xoay chiều, đó chính là thành phần của các sóng hài bậc cao cần bù. Sau khi tính được dòng bù cần thiết trong hệ dq ta thực hiện phép hệ tọa độ sang hệ tọa độ chuẩn abc. Phép chuyển được thực hiện như sau như sau: (3-5) a d b q c 2π 2π icosθ cos θ- cos θ+ i 3 32 = i i 3 2π 2π -sinθ -sin θ- -sin θ+ i 3 3                                         LUẬN VĂN THẠC SỸ 44 Phương pháp xác định từng thành phần sóng hài cần bù: phương pháp này dựa trên cơ sở phép quay khung tọa độ. Điểm khác biệt so với phương pháp trên là từ dòng cần tách ra sóng hài sẽ chuyển sang khung tọa độ dq với góc quay bằng bội số lần của góc quay thành phần cơ bản, khi đó trong khung tọa độ mới dq thành phần một chiều tương ứng với thành phần sóng hài cần tách và bằng cách sử dụng bộ lọc thông thấp ta có thể tách ra được thành phần một chiều này. Sau đó chuyển sang khung tọa độ abc theo công thức (3-5) sẽ xác định được thành phần sóng hài tương ứng. Như vậy bằng phép quay khung tọa độ với góc quay ứng với mỗi thành phần sóng hài. Ưu điểm của phương pháp này là có thể tác động tới từng thành phần sóng hài bậc cao muốn lọc. Thuật toán của phương pháp được diễn tả trên hình 3.16. Hình 3. 18 Thuật toán lựa chọn các sóng hài cần bù trong hệ dq 4- Phương pháp lý thuyết pq tức thời: Thuyết p-q hay thuyết công suất tức thời được đưa ra bởi Akagi vào năm 1983 với mục đích là để điều khiển mạch lọc tích cực. Các bước để xác định dòng bù cần thiết theo phương pháp này được tiến hành như sau: 1- Trước hết tính toán dòng điện và điện áp trong hệ tọa độ từ hệ tọa độ abc theo các công thức (3.6) và (3.7): αβ LUẬN VĂN THẠC SỸ 45 (3.6) (3.7) Với hệ thống 3 pha không có dây trung tính thì thành phần io không tồn tại (ia+ib+ic=0) do đó (3.6), (3.7) có thể viết như sau: (3.8) (3.9) Từ (3.8) và (3.9) tính được công suất tải theo (3.10): (3.10) Công suất p, q có thể tách thành hai thành phần như (3.11): - thành phần một chiều , tương ứng với thành phần cơ bản của dòng tải, - thành phần xoay chiều , tương ứng với thành phần điều hòa bậc cao 0 a α b β c 1 1 1 2 2 2 u u 2 1 1 u = 1 - - u 3 2 2 u u 3 3 0 - 2 2                                    0 a α b β c 1 1 1 2 2 2 i i 2 1 1 i = 1 - - i 3 2 2 i i 3 3 0 - 2 2                                    a α b β c 1 1 u1 - - u 2 2 2 = u u 3 3 3 u0 - 2 2                    a α b β c 1 1 i1 - - i 2 2 2 = i i 3 3 3 i0 - 2 2                    α β α β α β u u ip = -u u iq                 p q p q LUẬN VĂN THẠC SỸ 46 (3.11) Trong đó : là tổng công suất tức thời xác định bởi tải p là thành phần CSTD của q là thành phần CSPK của Từ đây, một nguyên tắc được đề xuất là: Nguồn (lưới) chỉ cung cấp thành phần một chiều p và một phần nhỏ cho công suất tổn hao của bộ nghịch lưu. Còn lại bộ lọc tích cực có nhiệm vụ cung cấp thành phần xoay chiều và nếu có tích hợp chức năng bù CSPK thì cấp thêm thành phần q. Khi đó ta có công suất cung cấp bởi mạch lọc: (3.12) Từ dây ta có dòng cần bù: (3.13) Tuy nhiên do điện áp trên tụ là không ổn định do đó để đảm bảo điện áp trên tụ là không đổi thì nguồn cần cung cấp một công suất p0 để duy trì điện áp trên tụ không đổi. Khi đó từ (3.13) ta có: (3.14) Đây là công thức tính dòng bù cần thiết trong hệ khi kết hợp cả chức năng lọc sóng hài và bù CSPK. p=p+p q=q+q 3-phaseP =p+q=p+p+q+q 3-phaseP 3-phaseP 3-phaseP p AF AF p -p = q -q            * α βcα * 2 2 β αcβ α β u ui -p1 = -u ui -qu +u                   * α βcα 0 * 2 2 β αcβ α β u ui -p+p1 = -u ui -qu +u                   αβ LUẬN VĂN THẠC SỸ 47 Từ dòng bù tính được trong hệ tọa độ ta tính được dòng cần bù trong hệ abc. Từ (3.14) ta thu được: (3.15) Trên cơ sở các phân tích ở trên ta có thuật toán điều khiển theo thuyết p-q: Hình 3. 19 Thuật toán điều khiển dựa trên thuyết p-q tức thời Như vậy bằng cách sử dụng thuyết p-q ta đã xác định được dòng bù cần thiết từ đó xây dựng cấu trúc điều khiển cho bộ lọc song song. Tuy nhiên, phương pháp sử dụng thuyết p-q để tính toán dòng bù cần thiết cho chức năng lọc sóng hài và bù CSPK có hạn chế chưa được nhắc đến về điều kiện áp dụng là điện áp trong tính toán yêu cầu phải sin và cân bằng. Khi điều kiện này không được thỏa mãn thì bản thân thuyết p-q không còn đúng nữa [3]. Giải pháp để khắc phục hiện tượng điện áp lưới không sin hoặc mất cân bằng có hai cách là: - Thứ nhất là lọc bỏ thành phần sóng hài trong điện áp lưới trước khi đưa vào tính toán. Giải pháp này thường được sử dụng khi sóng hài điện áp có tần số cao và khi lọc thành phần điều hòa không làm thay đổi góc pha của điện áp. Hơn nữa giải pháp này chỉ đáp ứng tốt khi không có thành phần thứ tự nghịch. Đây là hạn chế của giải pháp này. - Một cách thứ hai người ta thường sử dụng đó là dùng mạch PLL (Phase-locked- loop) để xác định thành phần cơ bản của điện áp tại điểm kết nối. αβ * ca * cα* cb * cβ* cc 1 0 i i2 1 3 i = - i3 2 2 i 1 3 - - 2 2                               ua ub uc ia ib ic Calculation u, ub Calculation i, ib Calculation P q Calculation ic* icb* Calculation ica* icb* icc* Udc - + Udc Udc-ref po filter p q ~ p PI LUẬN VĂN THẠC SỸ 48 Ngoài ra khi sử dụng thuyết p-q để thực hiện thuật toán điều khiển thiết bị lọc sóng hài bậc cao còn xuất hiện thành phần dòng điện ảo [3]. Tất nhiên thành phần dòng ảo có thể bị triệt tiêu nếu như lọc với đặc tính giống nhau tức là thành phần này chỉ xuất hiện khi trong quá trình tính toán dòng bù chuẩn