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%.

pdf8 trang | Chuyên mục: Quản Lý Và Sử Dụng Năng Lượng | Chia sẻ: yen2110 | Lượt xem: 255 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt nội dung Điều khiển bộ lọc tích cực kiểu Shunt sử dụng dự báo mô hình dòng trên hệ tọa độ dq, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
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:

  • pdfdieu_khien_bo_loc_tich_cuc_kieu_shunt_su_dung_du_bao_mo_hinh.pdf
Tài liệu liên quan