Điều khiển bộ lọc tích cực kiểu Shunt sử dụng dự báo mô hình dòng trên hệ tọa độ dq
TÓM TẮT
Ngày nay các phụ tải phi tuyến có mặt nhiều hơn trong lưới điện do sự phát triển của công nghệ kỹ
thuật điện tử, sự gia tăng các thiết bị chuyển mạch tần số cao do sử dụng các nguồn điện phân tán
nhỏ(năng lượng mặt trời, gió v.v). Các phụ tải phi tuyến này sinh ra các sóng hài trên lưới và gây
ra ảnh hưởng xấu đến chất lượng lưới điện thông qua các hiện tượng như tăng công suất phản
kháng, quá tải các đường dây và thiết bị điện, hệ số công suất thấp. Bộ lọc tích cực kiểu shunt với
biến tần nguồn áp có dòng điện điều chỉnh được(SAF) hiện nay là một thiết bị được sử dụng hiệu
quả trong việc giảm sóng hài và tạo sự cân bằng dòng điện giữa các pha bằng cách tạo ra các dòng
điện để bù lại sóng hài sinh ra từ các phụ tải phi tuyến. Trong bài báo này chúng tôi đưa ra một cấu
trúc điều khiển tạo dòng điện bù của bộ lọc tích cực sử dụng kỹ thuật điều khiển dự báo mô hình
dòng điện đầu ra của SAF. Cấu trúc điều khiển này có lợi thế hơn về khía cạnh quá trình quá độ so
với cấu trúc điều khiển PI hiện đang sử dụng rộng rãi. Dòng điện cần bù được tạo ra sẽ bám theo
một cách hiệu quả theo dòng điện đặt trên miền dq. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm được thực
hiện cho tải phi tuyến là mạch cầu chỉnh lưu toàn pha, có so sánh với bộ điều khiển PI cho thấy
quá trình quá độ được cải thiện giảm từ 0,1s xuống 0,02s, chỉ số THD của dòng điện sau khi lọc
sóng hài giảm từ 27,65% xuống 5,4%.
n tính 3 pha không cân bằng chỉ ra rằng chất lượng lọc sóng hài đã đáp ứng tốt theo yêu cầu của tiêu chuẩn IEEE Std 519, trong đó THD của dòng điện sau khi lọc sóng hài có THD giảm từ 27,65% xuống 5,4% với biên độ sóng cơ bản bậc 1 chiếm gần 100%, các sóng hài bậc 3, 5, 9, 11, 13 không vượt quá 1% biên độ, thành phần sóng hài bậc 7 chiếm 3%. Sau khoảng thời gian quá độ là 0,012s dòng điện bù thực tế đầu ra của SAF ở ba pha A, B, C đã hoàn toàn bám theo dòng điện bù đặt được tạo ra bởi mạch vòng ngoài. Quá trình quá độ được cải thiện hơn so với phương pháp dùng bộ điều khiển PI trong tài liệu [28], [29]. LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên đã hỗ trợ tài chính cho nghiên cứu này, trong khuôn khổ đề tài cấp trường mã số: T2016 -07. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Jian Dai, Minghao Wen, Ertao Lei, Yu Chen, Haihuan Wu, Xianggen Yin(2016), “A comprehensive Control Strategy Suitable for Reactive Power Compensation and Harmonic Elimination”, 12th World Congress on Intelligent Nguyễn Văn Chí Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 185(09): 95 - 102 101 Control and Automation (WCICA) June 12-15, 2016, Guilin, China 2. R.Zahiraa, A.Peer Fathimab, “A Technical Survey on Control Strategies of Active Filter for Harmonic Suppression”, International Conference on Communication Technology and System Design 2011, Procedia Engineering 30, 2012. 3. R Arun; B Ramkiran; Ayyapan, “Shunt active power filter using Hysteresis and PI control for improving the power quality using MATLAB”, Green Engineering and Technologies (IC-GET), 2015 Online International Conference on Green Engineering and Technologies (IC-GET), 27-27 Nov. IEEE, 2015 4. Shoji Fukuda, Takeshi, “SFX Algorithm Based Adaptive Control Of Active Filters Without Detecting Current Harmonics“, IEEE, 2004 5. S. Fukuda; K. Muraoka; T. Kanayama, “Adaptive learning based current control of active filters needless to detect current harmonics”, Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2004. APEC '04. Nineteenth Annual IEEE, 2004. 6. E. Wiebe-Quintana,”Delta-Sigma Integral Sliding-Mode Control Strategy of a Three-Phase Active Power Filter using d-q Frame Theory”,Proceedings of the Electronics, Robotics and Automotive Mechanics Conference (CERMA'06) IEEE computer society, 2006. 7. R. Kazemzadeh; J. Amini; E. Najafi Aghdam,” Sigma-Delta modulation applied to a 3-phase shunt active power filter using compensation with instantaneous power theory” 2010 The 2nd International Conference on Computer and Automation Engineering (ICCAE), 2010. 8. A. Jeraldine Viji; R. Pushpalatha; M. Rekha, “Comparison of a active harmonic compensator with PWM and delta modulation under distorted voltage conditions” 2011 international conference on recent advancements in electrical, electronics and control engineering, 2011. 9. R. Panigrahi; P. C. Panda; B. D. Subudhi “Comparison of performances of hysteresis and dead beat controllers in active power filtering” 2012 IEEE Third International Conference on Sustainable Energy Technologies (ICSET), 2012. 10. C. Wang; Z. Zhou; Y. Liu; M. S. Kanniche; P. M. Holland; R. P. Lewis; S. G. Batcup; P. Igic “A predictive dead-beat PI current controller or active power filters” Proceedings of the 2011 14th European Conference on Power Electronics and Applications, 2011. 11. Aziz Boukadoum1,* and Tahar Bahi, “Fuzzy Logic Controlled Shunt Active Power Filter for Harmonic Compensation and Power Quality Improvement”, Journal of Engineering Science and Technology Review, 2014. 12. Rajesh Babu Yamarthi, R.Srinivasa Rao, P.Linga Reddy, “Effect of PI controller parameters on the performance of Shunt Active Power Filter”, International Research Journal of Engineering and Technology, Volume: 03 Issue: 10, 2016. 13. Simone Buso, Member, Luigi Malesani, Fellow, and Paolo Mattavelli, Associate,” Comparison of Current Control Techniques for Active Filter Applications, IEEE transactions on industrial electronics, vol. 45, 1998. 14. Xingang Fu and Shuhui Li, “A Novel Neural Network Vector Control for Single-Phase Grid- Connected Converters with L, LC and LCL Filters” Energies 2016, 9(5), 328; doi:10.3390/en9050328. 15. Yu Dongmei ; Guo Qingding ; Hu Qing ; Liu chunfang, “A Novel DSP Based Current Controller with Fuzzy Variable-Band hysteresis for Active Power Filters”, Transmission and Distribution Conference and Exhibition: Asia and Pacific, 2005. 16. D.A Gadanayak, P.C. Panda, “A novel Fuzzy Variable Band Hysteresis Current Controller For Shunt Acticve Power Filters”, ACEEE Int. J. con Control System and Instrumentation, Vol. 02, No 02. June 2011 17. Malabika Basu*, Biswajit Basu, “A Wavelet Controller for Shunt Active Power Filter” 3rd IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives, Dublin, Ireland, 2006. 18. Shubhendra Yadav, Vipin Kumar Singh, Satyendra Singh, “Particle Swarm Optimization Based Shunt Active”, 2017 4th IEEE Uttar Pradesh Section International Conference on Electrical, Computer and Electronics (UPCON) GLA University, Mathura, 2017. 19. NIXUAN LIU AND JUNTAO FEI, “Adaptive Fractional Sliding Mode Control of Active Power Filter Based on Dual RBF Neural Networks” IEEE Access, volume 5, 2017 20. Murat Kale, Engin Ozdemir, “Harmonic and reactive power compensation with shunt active, power filter under non-ideal mains voltage”, Electric Power Systems Research 74, 2005. 21. M. A. M. Radzi and N. A. Rahim, “Neural network and bandless hysteresis approach to control switched capacitor active power filter for reduction of harmonics,” IEEE Trans. Industr. Electron., vol. 56, no. 5, pp. 1477-1484, 2009. 22. X. G. Fu, S. H. Li, M. Fairbank, D. C. Wunsch, and E. Alonso, “Training recurrent Nguyễn Văn Chí Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 185(09): 95 - 102 102 neural networks with the Levenberg-Marquardt algorithm for optimal control of a grid-connected converter,” IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst., vol. 26, no. 9, Sep. 2015. 23. R. P. Aguilera, P. Acuna, P. Lezana, G. onstantinou, B. Wu, S. Bernet, and V. G. Agelidis, “Selective harmonic elimination model predictive control for multilevel power converters,” IEEE Trans. PowerElectron.,vol. 32, no. 3, pp. 2416-2426, Mar. 2017 24. P. Karuppanan, Kamala Kanta Mahapatra, “Active harmonic current compensation to enhance power quality”, Electrical Power and Energy Systems 62 (2014) 25. W. T. Guo, F. Liu, J. Si, D. W. He, R. Harley, and S. W. Mei, “Online supplementary ADP learning controller design and application to power system frequency control with large-scale wind energy integration,” IEEE Trans. Neural Netw. Lear. Syst., vol. 27, no. 8, pp. 1748-1761, Aug. 2016. 26. Luca Tarisciotti, , Andrea Formentini, Alberto Gaeta, Marco Degano, Pericle Zanchetta, Roberto Rabbeni, and Marcello Pucci, “Model Predictive Control for Shunt Active Filters With Fixed Switching Frequency” IEEE transactions on industry applications, vol. 53, 2017 27. LinZhang ; YongqiangHong ; Junbin Lin, “A novel control strategy for three-phase shunt active power filter using a Lyapunov function” , Proceedings of The 7th International Power Electronics and Motion Control Conference, IEEE, 2012 28. Consalva J. Msigwa, Beda J. Kundy and Bakari M.M. Mwinyiwiwa, Consalva J. Msigwa, “Control Algorithm for Shunt Active Power Filter using Synchronous Reference Frame Theory”,Technology International Journal of Electrical and Computer Engineering Vol:3, No:10, 2009 29. M.T Benchouiaa, I.Ghadbanea, A.Goleaa, K.Srairib, M.H Benbouzidc, “Design and Implementation of Sliding Mode and PI Controllers based Control for Three Phase Shunt Active Power Filter”, The International Conference on Technologies and Materials for Renewable Energy, Environment and Sustainability, TMREES14, ScienceDirect, Energy Procedia 50 (2014). SUMMARY CONTROL OF SHUNT ACTIVE FILTER BASED ON CURRENT MODEL PREDICTION ON dq FRAME Nguyen Van Chi * University of Technology - TNU The nonlinear loads present more in the power systems in the practice today by developing of electronic technology and using the small distributed power sourses (solar power, wind power ect), this causes the increasing the high frequency switch devices ect in the power network. Nonlinear loads cause non-sinusoidal currents and voltages with harmonic components, increasing the reactive power, overload of power lines and electrical devices, low power factor and affecting badly to the networks. Shunt active filters (SAF) with current controlled voltage source inverters (CCVSI) are used effectly to reduce the harmonics and to balance the phases sinusoidal source currents by generating the currents to compensate the harmonic currents caused by the nonlinear loads. In this paper we suppose a control stratergy to generate the compension currents of SAF by using the current model predictive engineering. This method is better than the control strategy using PI controller in term of transient time. The desired compensation currents can track exactly the reference compensation currents on the dq frame. The simulation results implemented on the nonlinear load, a full bridge rectifier and 3 phase unbalance load, show that the transient period decrease from 0.1s to 0.02s in comparing with PI controller. The experimental results proof that the THD of source currents decrease rapidly from 24.8% to 5.4% when using the proposed method, Keywords: Active Power Filter, Power Quality, CCVSI, total harmonic distortion (THD), PI controller Ngày nhận bài: 11/7/2018; Ngày phản biện: 11/8/2018; Ngày duyệt đăng: 31/8/2018 * Tel: 0944 122388, Email: ngchi@tnut.edu.vn
File đính kèm:
- dieu_khien_bo_loc_tich_cuc_kieu_shunt_su_dung_du_bao_mo_hinh.pdf