ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN NHƯ NGHĨA
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC CHO VIỆC GIẢM HÀI
DÒNG ĐIỆN NÂNG CAO CHÂT LƯỢNG LƯỚI ĐIỆN
Chuyên ngành : Tự Động Hóa
Mã số :
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN - 2011
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Cán bộ HDKH : TS. Nguyễn Duy Cương
Phản biện 1 :PGS. TS. Võ Quang Lạp
Phản biện 2 : TS. Nguyễn Văn Vỵ
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao học
số 2, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 15 giờ 30 phút ngày 08 tháng 12 năm 2011.
Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và Thư
viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Bản tóm tắt luận văn
Nội dung nghiên cứu của luận văn về “Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc
tích cực cho việc giảm hài dòng điện để nâng cao chất lượng lưới điện” gồm
năm chương với nội dung tóm tắt như sau:
Chương I : Giới thiệu tổng quan về sóng hài
Chương II : Các biện pháp hạn chế sóng hài
Chương III : Cấu trúc và thuật toán điều khiển bộ lọc tích cực.
Chương IV : Mô phỏng hệ thống
Chương V : KÕt luËn vµ khuyÕn nghÞ
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SÓNG HÀI

tiNtN
tNtNNn
ϕωϕω
ϕωϕω
+++++
++++=

1.2.2. Tổng méo điều hòa THD
THD là chỉ số đánh giá độ méo của các thành phần điều hòa của một sóng bị
méo so với thành phần cơ bản, được tính bởi công thức sau.

1
2
2
Y
Y
THD
n
n
∑
∞
=
=

Trong đó:

1
Y
: là giá trị hiệu dụng của tín hiệu tần số cơ bản


* Làm nhiễu loạn đến các thiết bị điện và điện tử
* Đối với tụ điện
* Gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ
* Gây ra méo điện áp nguồn
* Gây ảnh hưởng tới các thiết bị viễn thông
1.5. Kết luận
Trong chương này đã trình bày về sóng điều hòa, những nguyên nhân sinh ra
và những tác hại lớn của sóng điều hòa bậc cao gây ra cho hệ thống điện,
làm giảm chất lượng điện năng, ảnh hưởng tới hoạt động và hiệu suất của
các thiết bị…Trong chương tiếp theo, sẽ trình bày một số phương pháp làm
giảm sóng hài, cải thiện chất lượng điện năng
Chương 2
CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ SÓNG HÀI
Sóng hài tồn tại và gây nên những tác hại không tốt đến hệ thống điện
và các thiết bị sử dụng điện. Giảm thiểu hoặc hủy bỏ các sóng hài có thể
được thực hiện bằng nhiều biện pháp khác nhau như dùng cuộn kháng, các
bộ lọc…. Tuy nhiên, sẽ là tốt hơn nếu ngăn chặn các sóng hài trong sản quá
trình sản xuất. Trong mục này sẽ giới thiệu một số biện pháp thực tiễn dùng
để giảm ảnh hưởng của sóng hài.
2.1. Biện pháp ngăn ngừa tạo ra sóng hài
Thay đổi và cải thiện đặc điểm của các thiết bị phi tuyến có thể làm giảm số
lượng sóng hài được sinh ra. Việc cải tiến có thể được thực hiện hầu hết
trong hai loại tải sinh ra sóng hài: hệ thống bộ chuyển đổi / bộ biến đổi và
các nguồn cung cấp điện DC. Giảm biên độ sóng điều hòa và triệt tiêu sóng
điều hòa tần số thấp có thể được thực hiện bằng cách tăng xung điều khiển
trong các hệ thống bộ chuyển đổi / bộ biến đổi. Thay đổi bộ biến đổi 6-xung
thành 12 xung, sóng hài bậc 5 và 7 được triệt tiêu. Cải thiện cấu trúc bộ
nguồn DC và hoàn thiện chương trình điều khiển các dòng điện đầu vào của
phổ sóng điều hòa.
2.2 Tăng điện kháng phía nguồn xoay chiều đầu vào tải phi tuyến

biên độ an toàn trong trường hợp một vài thông số thay đổi trong thông số
hệ thống.
2.3.2. bộ lọc thụ động mắc nối tiếp
Bộ lọc thụ động mắc nối tiếp. Không giống như một bộ lọc notch được kết
nối song song với hệ thống điện, bộ lọc thụ động này mắc nối với tải. Các
điện cảm và điện dung được kết nối song song và được điều chỉnh để cung
cấp một trở kháng cao tại một tần số sóng hài có lựa chọn. Trở kháng cao
sau đó ngăn chặn dòng chảy của dòng sóng hài tại chỉ tần số điều chỉnh. Tại
tần số cơ bản, bộ lọc sẽ được thiết kế để mang lại một trở kháng thấp, do đó
cho phép dòng cơ bản đi qua
2.4. Bộ lọc tích cực
Là bộ lọc sử dụng phần tử điện tử công suất để tạo nên các sóng hài bằng và
ngược pha với sóng hài phát sinh trong mạch. Kết quả là các thành phần
sóng hài bị triệt tiêu do đó dạng sóng của nguồn sẽ thuần túy hình sin.
2.4.1. Phân loại theo bộ biến đổi công suất
- Bộ lọc tích cực nguồn dòng
- Bộ lọc tích cực nguồn áp
2.4.2. Phân loại theo sơ đồ mắc
- Bộ lọc tich cực mắc song song
- Bộ lọc tích cực mắc nối tiếp
- Bộ lọc hỗn hợp.
2.5. Kết luận
Trong chương này đã tìm hiểu và trình bày về các thiết bị ngăn ngừa
và lọc sóng điều hòa. Có nhiều phương pháp lọc sóng điều hòa nhưng tựu
chung lại phương pháp lọc sóng hài bằng bộ lọc tích cực đang có xu hướng
được sử rụng rộng rãi vì có nhiều ưu điểm và đạt hiệu suật cao. Chương tiếp
theo ta sẽ đi xác định dòng điện chuân và xây dựng cấu trúc điều khiển cho
bộ lọc tích cực ba pha ba dây.
Chương 3:
CẤU TRÚC VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC



















−
−−
=






c
b
a


















−
−−=










c




























−
−−=


2
1
2
1
3
2
0
β
α
Tương tự ta có:

(3.4)
Từ lý thuyết p – q xác định được công suất tác dụng tức thời p và công suất
ảo q được cho bởi công thức :
ta có:

βαββ
ββαα
iuiuq
iuiup−=
+=
(3.5)






và một
thành phần dao động
p
~
. Nó được hiểu rằng công suất tác dụng tức thời p có
giá trị không đổi
p
xếp chồng với thành phần dao đông
p
~
.
p =
p
+
p
~

Khi đó ta có công suất cung cấp bởi bộ lọc là:

AF
p
= -
p
~
(3.6)
AF
q
= - q
Từ (3.5) và (3.16) ta có:


q
p
uu
uu
uu
i
i
c
c
~
1
2
αβ
βα
βα
β
α














3
2
3
0
2
1
2
1
1
3
2
β
α
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
0
p
để duy trì điện áp
trên tụ không đổi. Khi đó từ (3.11) ta có:







−
+−



2
~
1
αβ
βα
βα
β
α
(3.12)
Đây là công thức tính dòng bù cần thiết trong hệ αβ khi kết hợp cả
chức năng lọc sóng điều hòa và bù CSPK.
Từ dòng bù tính được trong hệ tọa độ αβ ta tính được dòng cần bù trong hệ
abc từ (3.6) và (3.12):


















c
cc
cb
ca
i
i
i
i
i
.
2
3
2
1
2
3
2
1
01
.
3
2

3.4. Xây dựng thuật toán điều khiển cho bộ lọc tích cực
3.5: Xây dựng cấu trúc điều khiển cho bộ lọc tich cực

Hình 3.4: Bộ lọc tích cực song song
3.5.1: Đề xuất cấu trúc điều khiển bộ lọc tích cực ba pha ba dây
Hình 3.5 Biểu diễn một bộ lọc tích cực ba pha ba dây bù dòng điện và
nó thường được kết nối ở rất gần tải. Trái tim của hệ thống APF là IGBT

Thời gian lấy mẫu 60µs đã được sử dụng để so sánh tất cả các kết quả thu
được. Tất cả các mô phỏng được thực hiện theo cơ chế giống nhau: mô
phỏng bắt đầu tại t = 0,0 s và chỉ kích hoạt các thành phần là lưới điện và tải.
Các APF được kết nối với lưới, và tại thời điểm tức thời t = 0,15 s bộ lọc
công suất tích cực nhận được công suất hiệu chỉnh chuẩn và nó bắt đầu làm
việc.
Hình 4.13 biểu diễn điện áp của nguồn cấp cho tải khi bộ lọc tích cực vẫn
chưa chạy. Ta thấy rằng điện áp đã bị biến dạng lõm ở đỉnh không còn ở
dạng sin chuẩn nữa. Nguyên nhân do chứa nhiều thành phần sóng điều hòa
bậc cao sinh ra từ tải phi tuyến. Hình 4.14, Hình 4.15 mô phỏng biểu diễn
dòng điện cấp cho tải và THD ban đầu của bậc sóng hài dòng điện lưới
Hình 4.13. Biểu diễn điện áp của nguồn khi bộ lọc chưa tác động

Hình 4.14. Biểu diễn dòng điện cấp cho tải
Hình 4.15. THD của bậc sóng hài dòng điện pha A
Từ Hình 4.14 ta thấy rằng do dòng nguồn chứa nhiều sóng điều hòa
bậc cao như sóng điều hòa bậc 5, bậc 7, bậc 11, ở đây sóng điều hòa bậc 5,
bậc 7 và bậc 11 là chủ yếu nên độ méo tổng sóng điều hòa THD cao = 8,91
%. So sánh với với tiêu chuẩn IEEE std 1992 (đô méo tổng sóng điều hòa
cho phép ≤ 5 %) thấy độ méo tổng vượt tiêu chuẩn quy định.
Tiếp tục công việc trên Hình 4.16, 4.17, 4.18 biểu diễn dòng nguồn,
dòng tải và dòng của bộ lọc. Trong Hình 4.16 biểu diễn dòng điện điện
nguồn, những thay đổi rõ ràng từ thời điểm tức thời 0,15s và về mặt lý
thuyết dòng điện nguồn trở nên sạch hơn với hàm lượng những sóng điều
hòa bậc cao ít hơn khi tại thời điểm này bộ lọc tích cực bắt đầu hoạt động.
Độ sạch này sẽ được thể hiện trong độ méo sóng hài tổng. Ở Hình 4.17 biểu
diễn dòng điện phụ tải (I_load) và nó gần như giống nhau trong toàn bộ thời
gian mô phỏng, bộ lọc tích cực đang làm việc hay không làm việc. Cuối
cùng Hình 4.18. biểu diễn dòng điện cung cấp bởi bộ lọc tích cực (I_bess),
trong đó có giá trị từ thời gian tức thời 0,15s . Dòng của bộ lọc (I_bess) này

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
5.1 Kết luận
Nội dung đề tài là “ Nghiên cứu và thiết kế bộ lọc tích cực cho việc
giảm hài dòng điện để nâng cao chất lượng lưới điện”
Từ những kết quả nghiên cứu và mô phỏng bộ lọc tích cực ba pha ba
dây đã trình bày có thể rút ra những khái niệm cơ bản sau:
* Trình bày về bộ lọc tích cực và tác dụng của bộ lọc tích cực trong việc
bù sóng hài và bù công suất. Phân tích những ảnh hưởng của các thiết bị và
tải phi tuyến nên hệ thống.
* Trên cơ sở toán học theo lý thuyết p-q của Akagi tác giả đã xây dựng
được cấu trúc và thuật toán điều khiển cho bộ lọc tích cực ba pha ba dây.
* Xây dựng thành công bộ lọc tích cực, đã mô hình mô phỏng hóa hệ
thống trong Matlab/Simulink .
* Các kết quả nghiên cứu và mô phỏng đã cho thấy bộ lọc tích cực ba pha
ba dây hoạt động khá tốt, đã làm giảm tối đa những sóng hài bậc cao đạt tới
chỉ tiêu cho phép của IEEE là dưới 5%.

5.2 Các kiến nghị
Với các kết quả nghiên cứu đã được trình bày ở trên, để đề tài có thể triển
khai thực hiện ứng dụng trong thực tế và nghiên cứu xin có một số kiến nghị
sau:
* Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện về lý thuyết và lý luận để bộ lọc tích cực
được hoàn thiên hơn .
* Xây dựng mô hình thực nghiệm phương pháp điều khiển mạch lọc tích
cực ba pha ba dây để kiểm định lại kết quả nghiên cứu trong lý thuyết.
* Tiến hành các thí nghiệm cụ thể từ đó có thể triển khai ứng dụng trong
thực tế.