Xây dựng thuật toán điều khiển cho thiết bị lọc sóng hài tích cực

g song và mô phỏng kiểm chứng 
4.1. Xây dựng thuật toán cho bộ lọc sóng hài tích cực song song 
Hình 3. Thuật toán điều khiển cho bộ lọc tích cực 
Hình 3 trình bày thuật toán được xây dựng cho bộ lọc tích cực. Trong đó, dòng điện qua tải 
phi tuyến bao gồm hai thành phần là dòng điện cơ bản (icb) và dòng điện hài (ih). Dòng điện tải này 
được đưa qua khối tách dòng cơ bản và dòng hài để lọc lấy thành phần hài ih. Dòng điện hài sẽ 
được đưa đến bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ phát xung điều khiển bộ nghịch lưu nguồn áp bơm 
dòng điện đúng bằng dòng điện hài ih lên lưới, như vậy dòng điện phía nguồn (is) sẽ là is= ih+ icb - ih= 
icb. Như vậy, dưới tác dụng của dòng điện do bộ lọc bơm lên lưới, thành phần dòng điện hài đã bị 
triệt tiêu, dòng điện trên lưới chỉ còn lại thành phần dòng điện với tần số cơ bản. 
Với thuật toán như trên hình 3, thì khối tách dòng điện cơ bản và dòng điện hài là một khối 
quan trọng ảnh hưởng đến sự hoạt động chính xác của bộ lọc tích cực. Như đã giới thiệu ở phần 1, 
khối này có thể sử dụng phép phân tích Fourier, ngoài ra phần lớn nó được sử dụng lý thuyết công 
suất tức thời p-q, trọng tâm bài báo sẽ đi sâu xây dựng và phân tích khối này sử dụng hệ tọa độ d-
q như trên hình 2. Chức năng một số khối chính trong thuật toán này được khái quát như sau: 
- Khối chuyển đổi qua lại giữa hai hệ trục abc và d-q: Phương pháp tính toán dựa trên việc 
tính toán thành phần dòng diện id - iq của dòng diện tức thời ba pha với một hệ thống khung 
tham chiếu với hai trục vuông góc d-q. Hai trục này quay với tốc độ đồng bộ của điện áp. 
Trong hệ quy chiếu quay thì thành phần ứng với tần số cơ bản của dòng điện trong hệ abc 
sẽ trở thành thành phần một chiều id - iq. 
- Khối mạch vòng khóa pha PLL: Khối PLL không chịu ảnh hưởng nếu điện áp có chứa thành 
phần sóng hài. Tín hiệu ra của khối này chính là vận tốc góc đồng bộ . 
- Các bộ lọc thông thấp (L.P.F): Chức năng của bộ lọc thông thấp là lọc bỏ các thành phần 
xoay chiều với các tần số khác nhau, chỉ giữ lại thành phần một chiều. 
Dòng điện tải ba pha ilabc trong hình 3 được chuyển sang hệ quy chiếu đồng bộ (abc chuyển 
sang dq0). Sự chuyển đổi từ dòng điện tải trong ba pha (ila, ilb, ilc) sang dòng điện trong hệ quy chiếu 
đồng bộ (ild, ilq, il0) dựa trên các công thức dưới đây: 
PLL
abc
dq
L.P.F
L.P.F
ld
lq lq
dq
abc
+
c
*
labc
vabc i
F
N=8
N=8
ii i
ldi
i i
-
CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017 
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 49 - 01/2017 40 
 
ld la lb lc
lq la lb lc
0 la lb lc
2 2 2
i i sin( t) i sin( t ) i sin( t )
3 3 3
2 2 2
i i cos( t) i cos( t ) i cos( t )
3 3 3
1
i i i i
3
 
  
 
  
 
     
 
 
     
 
  
 (2) 
Các dòng điện trong hệ quy chiếu đồng bộ ild và ilq có thể được phân tích như sau: 
 
 
ld ld ld
lq lq lq
i i i
i i i
(3) 
Trong đó: 
ld ldi ;i là thành phần một chiều và thành phần xoay chiều theo trục d; lq lqi ;i là thành 
phần một chiều và thành phần xoay chiều theo trục q. Hai bộ lọc thông thấp để lọc lấy thành phần 
một chiều ;ld lqi i đặc trưng cho thành phần dòng điện tần số cơ bản. Sau khi lọc thành phần một 
chiều đại diện cho dòng điện ở tần số cơ bản, thành phần này lại được chuyển về dòng điện cơ bản 
trong hệ abc theo công thức: 
la ld lq 0
lb ld lq 0
lc ld lq 0
i i sin( t) i cos( t) i
2 2
i i sin( t ) i cos( t ) i
3 3
2 2
i i sin( t ) i cos( t ) i
3 3
 
 
 
 
 
  
    
    
(4) 
Lúc này ta đã thu được dòng điện tải iF với tần số cơ bản (thành phần hài đã bị lọc ra), với 
việc lấy dòng điện tải ban đầu trừ đi dòng điện này ta sẽ thu được thành phần dòng điện hài cần bù 
là ic*= ilabc - iF, dòng điện này sẽ được khối phát xung xử lý để gửi xung điều khiển cho bộ nghịch lưu 
nguồn áp. 
4.2. Mô phỏng kiểm chứng thuật toán điều khiển 
Hệ thống có sơ đồ khối được xây dựng trên phần mềm Matlab - Simulink bao gồm các khối 
chính như khối nguồn, hệ thống tải phi tuyến và tải không cân bằng, bộ lọc tích cực song song, các 
khối đo lường, thu thập tín hiệu dòng điện, điện áp và các khối hiển thị. 
Hình 5 thể hiện cấu trúc của bộ lọc tích cực đã xây dựng. Có hai khối tách dòng điện cơ bản 
và dòng điện hài được xây dựng đồng thời, khối xây dựng sử dụng lý thuyết công suất tức thời p-q 
và khối xây dựng sử dụng hệ tọa độ d-q, tín hiệu vào của khối này là dòng điện và điện áp tải. Đầu 
ra của khối tách dòng cơ bản và dòng hài là dòng điện hài trên lưới, tín hiệu này sẽ được đưa tới 
khối Pulse generator để phát xung điều khiển cho bộ biến đổi nguồn áp Inverter bơm một dòng điện 
đúng bằng dòng điện hài lên trên lưới, dòng điện này được đưa qua bộ lọc trước khi bơm lên lưới. 
Bảng dưới đây là một số thông số cài đặt mô phỏng: 
Bảng 1. Các thông số cài đặt mô phỏng 
Các thông số của nguồn 
Điện áp nguồn (Ud) 380V 
Tần số (f) 50Hz 
Điện trở đường dây (Rd)/Điện kháng đường dây (Ld) 0.1 /0.15e-3 H 
Thông số của bộ nghịch lưu nguồn áp và bộ lọc 
Điện dung tụ điện bộ nghịch lưu nguồn áp (Cdc) 35e-6 F 
Điện kháng của bộ lọc đầu ra bộ nghịch lưu nguồn áp (Lfilter) 15e-3 H 
Dải cho khối điều khiển thích nghi (HB) 0.02 
Tần số cắt cài đặt cho bộ lọc thông thấp 30Hz 
Cầu chỉnh lưu 3 pha không điều khiển 
Tải của cầu chỉnh lưu 3 pha không điều khiển (Rcl3p) 10 
Cầu chỉnh lưu 1 pha 
Điện trở của cầu chỉnh lưu 1 pha (R1p) 10 
Điện cảm của cầu chỉnh lưu 1 pha (L1p) 0.02H 
Mô phỏng được thực hiện với trường hợp nặng nề nhất là tải phi tuyến không cân bằng: gồm 
cầu chỉnh lưu ba pha không điều khiển và cầu chỉnh lưu một pha. Hai khối tách dòng điện cơ bản 
CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017 
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 49 - 01/2017 41 
và dòng điện hài sử dụng hai phương pháp khác nhau sẽ lần lượt được đưa vào hoạt động để lấy 
kết quả so sánh. 
Quá trình mô phỏng được đặt là 0.3s. Trong đó: 
- Tại thời điểm t = 0, tải phi tuyến và tải không cân bằng được đưa vào hoạt động ngay; 
- Tại thời điểm t = 0.1s, bộ lọc tích cực được đưa vào hoạt động. 
Hình 4. Sơ đồ khối của hệ thống trên phần mềm Matlab - Simulink 
Hình 5. Cấu trúc của bộ lọc tích cực được xây dựng trên phần mềm Matlab - Simulink 
Dưới đây là một số kết quả mô phỏng: 
Hình 6. Dòng điện phía tải theo thời gian 
Hình 7. Dòng điện phía nguồn khi thuật toán điều 
khiển sử dụng lý thuyết p-q 
GRID
ACTIVE FILTER
Non Linear Load & Unbalace Load
Scope
Discrete,
Ts = Ts s.
powergui
dc
A
B
C
A
B
C
a
b
c
I_grid
I_Load
I_AF
Data Acquistion
A
B
C
a
b
c
B_Load
A
B
C
a
b
c
B
+
-
A
B
C
ACTIVE
FILTER
N
A
B
C
380 V, 50 Hz
Grid Current
Load Current
Filter Current
KHOI TACH DONG CO BAN VA DONG HAI
5
-
4
+
3
C
2
B
1
A
v
+
-
A
B
C
a
b
c
VI Measurement
A
B
C
a
b
c
ilabc
Vabc
Out1
Su dung Ly thuyet cong suat tuc thoi p-q
ilabc
Vabc
Out1
Su dung He toa do d-q
Ic
Iabc
g
Pulse
Generator
Pulse generator
Manual Switch
g
A
B
C
+
-
Inverter
V_dc
Iabc_NL
Iabc_A
Vabc
A
B
C
A
B
C
Coupling
Inductor
abc
abc
CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2017 
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 49 - 01/2017 42 
Hình 8. Dòng điện phía phía nguồn khi thuật toán 
điều khiển sử dụng hệ tọa độ d-q 
Hình 9. Dòng điện phía nguồn khi bộ lọc 
không tác động 
Hình 10. Phổ dòng điện phía nguồn khi thuật toán 
điều khiển sử dụng hệ tọa độ d-q tác động 
Hình 11. Phổ dòng điện phía nguồn khi thuật toán 
điều khiển sử dụng lý thuyết p-q tác động 
5. Kết luận 
Từ kết quả mô phỏng trên ta thấy rằng, khi tải ba pha là tải phi tuyến và không cân bằng, dòng 
điện trên tải bị méo dạng khá lớn. Tại thời điểm t = 0.1(s), khi ta đưa bộ lọc tích cực vào hoạt động, 
bộ lọc đã tính toán và bơm lên lưới một dòng điện bù làm cho dòng điện phía nguồn gần như có 
dạng hình sin (hình 8). Kết quả phân tích phổ dòng điện cho ta kết quả như sau: 
- Với tải phi tuyến có giá trị như trên, thì dòng điện phía tải bị méo dạng khá lớn, chỉ số 
THD=18.96%. Dòng điện hài bậc 5 có độ lớn xấp xỉ 18.1% dòng điện cơ bản, dòng điện hài bậc 7 
có độ lớn xấp xỉ 6.7% dòng điện cơ bản, dòng điện hài bậc 11 có độ lớn khoảng 2.6% dòng điện cơ 
bản, dòng điện hài bậc 13 có độ lớn khoảng 1.65% dòng điện cơ bản, 
- Khi bộ lọc được đưa vào hoạt động,với thuật toán điều khiển sử dụng hệ tọa độ d-q thì dòng 
điện phía nguồn gần như có dạng hình sin (hình 8) với chỉ số THD khá thấp là 1.92% (hình 10). Các 
dòng điện hài bậc 3 có độ lớn chỉ khoảng 1.9% dòng điện cơ bản, dòng điện hài bậc 5 và bậc 7 chỉ 
còn khoảng 0.4-0.5% dòng điện cơ bản, các dòng điện hài bậc cao hơn gần như đã bị triệt tiêu hoàn 
toàn. Trong khi đó với thuật toán sử dụng lý thuyết công suất tức thời p-q dòng điện phía nguồn cũng 
gần như có dạng hình sin, chỉ số THD giảm xuống còn 2.14%. Như vậy thuật toán điều khiển sử dụng 
hệ tọa độ d-q cho thấy nó hoạt động tốt hơn thuật toán sử dụng lý thuyết công suất tức thời p-q. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Trần Đình Long, Nguyễn Sỹ Chương, Lê Văn Doanh, Bạch Quốc Khánh, Hoàng Hữu Thận, Phùng 
Anh Tuấn, Đinh Thành Việt, Sách tra cứu về chất lượng điện năng, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2013. 
[2]. Ahmet TEKE, Lutfu SARIBULUT, M. Emin MERAL, Mehmet TUMAY, Active power Filter: Review 
of Converter Topologies and Control Strategies, Gazi University Journal of Science, 2011. 
[3]. Nguyen Xuan Tung, Power Quality Analysis and Solution for Power Distribution System, Doctor 
Thesis in Shibaura Institude of Technology, 2010. 
[4]. P. Salmerón and S. P. Litrán, Improment of the Electric Power Qualiy Using Series Active and 
Shunt Passive Filters, IEEE Transactions on power delivery, 2010. 
[5]. Roger C. Dugan, Mark F. McGranaghan, Surya Santoso, H. Wayne Beaty, Electrical Power 
Systems Quality, McGraw Hill, 2004. 
[6]. Karuooanan P*, Kamala Kanta Mahapatra, PI and fuzzy logic controllers for shunt active power 
filter - A report, ISA Transactions 51(2012) 163-169. 
Ngày nhận bài: 30/12/2016 
Ngày phản biện: 10/01/2017 
Ngày duyệt đăng: 16/01/2017