Real Book

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐẶNG NGỌC LÂM
XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA BỘ LỌC HÀI THỤ ĐỘNG
BẰNG GIẢI THUẬT PSO
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2019
SKC0 0 6 1 3 6

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐẶNG NGỌC LÂM
XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CỦA BỘ LỌC HÀI THỤ ĐỘNG
BẰNG GIẢI THUẬT PSO
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG VIỆT ANH
TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2019

3. i

4. ii

5. iii

6. iv

7. v

8. vi

9. vii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2019
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Đặng Ngọc Lâm

10. viii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS. Trƣơng Việt Anh, ngƣời đã
tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trƣờng Đại
Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất
nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều
kiện để tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và ngƣời thân đã luôn ở bên tôi và
động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm
2019
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Đặng Ngọc Lâm

11. ix
TÓM TẮT
Sóng hài trong hệ thống điện là mối nguy hiểm đối với hệ thống điện khi nó phát
sinh các tác hại rất lớn cho hệ thống. Các dòng điện sóng hài làm tăng tổn thất, mất ổn
định hệ thống điện và làm biến dạng điện áp nguồn. Với sự phổ biến của các bộ chuyển
đổi điện tử công suất và tăng sử dụng thiết bị mang từ tính, các đƣờng dây điện đã trở
nên ô nhiễm cao. Cả hai bộ lọc thụ động và chủ động đã đƣợc gắn gần tải phi tuyến
công suất lớn hoặc tại điểm nối chung để chặn sóng hài dòng điện. Bộ lọc thụ động vẫn
chiếm ƣu thế trong việc bù sóng hài ở mức điện áp trung bình và cao, trong khi các bộ
lọc tích cực đã đƣợc công bố cho xếp hạng điện áp thấp và trung bình. Với các ứng
dụng đa dạng liên quan đến công suất phản kháng cùng với bù sóng hài, các bộ lọc thụ
động đƣợc chứng minh là phù hợp hơn các thiết bị khác. Lọc thụ động đã đƣợc ƣa
thích để bù sóng hài trong các hệ thống phân phối do chi phí thấp, đơn giản, độ tin cậy
và ít phải điều khiển hoạt động.
Nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế của các bộ lọc thụ động trong lọc sóng hài các
phụ tải phi tuyến, các thông số của các linh kiện đƣợc lựa chọn tối ƣu nhằm tiết giảm
chi phí đầu tƣ trong khi vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Đã có nhiều nghiên cứu về vấn
đề này đƣợc công bố trong những năm gần đây. Tuy nhiên, nhằm nâng cao hiệu quả tối
ƣu chi phí thiết bị thì cần nhiều hơn nữa các nghiên cứu với việc áp dụng các giải thuật
tối ƣu trong lựa chọn các phƣơng áp phù hợp.
Luận văn đề xuất phƣơng án xác định thông số các thành phần của bộ lọc thụ
động dựa trên thuật toán tối ƣu bầy đàn. Kết quả của phƣơng pháp đƣợc đề xuất đƣợc
chứng minh qua các kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink. Kết quả thu
đƣợc chứng minh tính hiệu quả của phƣơng pháp đƣợc đề xuất và có tính ứng dụng cao
trong thực tế.

12. x
ABSTRACT
Power system harmonics are a menace to electric power systems with disastrous
consequences. The line current harmonics cause increase in losses, instability, and
voltage distortion. With the proliferation of the power electronics converters and
increased use of magnetic, power lines have become highly polluted. Both passive and
active filters have been used near harmonic producing loads or at the point of common
coupling to block current harmonics. Shunt filters still dominate the harmonic
compensation at medium/high voltage level, whereas active filters have been
proclaimed for low/medium voltage ratings. With diverse applications involving
reactive power together with harmonic compensation, passive filters are found suitable.
Passive filtering has been preferred for harmonic compensation in distribution systems
due to low cost, simplicity, reliability, and control less operation.
In order to improve the economic efficiency of passive filters in harmonic
filtering of nonlinear loads, the parameters of the selected components are optimized to
reduce investment costs while ensuring technical requirements. There have been many
proposed on this issue published in recent years. However, in order to improve the
optimal efficiency of equipment costs, more research is needed with the application of
optimal algorithms in the selection of suitable pressure.
The thesis proposes an approach to determine the parameters of passive filter
components based on Particle Swarm Optimization. The necessary modeling and
simulations are carried out in MATLAB environment using SIMULINK and power
system block set toolboxes. The behavior of different configurations of passive tuned
filters on power quality is studied. The obtained results demonstrate the effectiveness
of the proposed method and high practical application.

13. xi
MỤC LỤC
BIÊN BẢN CHẤM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SỸ NĂM 2019 ......................i
PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ......................ii
PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1 .................... iii
PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 1 .....................iv
PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2 ......................v
PHIẾU NHẬN XÉT LUẬN THẠC SỸ - GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN 2 .....................vi
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................vii
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. viii
TÓM TẮT .......................................................................................................................ix
ABSTRACT.....................................................................................................................x
MỤC LỤC.......................................................................................................................xi
MỤC LỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... xiii
MỤC LỤC CÁC BẢNG................................................................................................xv
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT.............................................................................xvi
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU..............................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề................................................................................................................. 1
1.2 Nhiệm vụ của luận văn............................................................................................. 6
1.3 Phạm vi nghiên cứu.................................................................................................. 7
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................................... 7
1.5 Điểm mới của luận văn. ........................................................................................... 7
1.6 Nội dung luận văn. ................................................................................................... 7
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN............................................................................................9
2.1 Sóng hài trong hệ thống điện. .................................................................................. 9
2.1.1 Phụ tải phi tuyến.............................................................................................. 9
2.1.2 Sự gia tăng của các phụ tải phi tuyến............................................................ 10

14. xii
2.1.3 Ảnh hƣởng của sóng hài................................................................................ 11
2.1.4 Sóng hài và chất lƣợng điện năng. ................................................................ 12
2.2 Nghiên cứu lọc sóng hài trong hệ thống điện hiện nay.......................................... 14
2.3 Các bộ lọc sóng hài cơ bản..................................................................................... 18
2.3.1 Mạch lọc thụ động......................................................................................... 18
2.3.2 Mạch lọc tích cực. ......................................................................................... 24
2.3.2.1 APF dạng song song Shunt Active Power Filter ................................26
2.3.2.2 APF dạng nối tiếp .................................................................................29
2.4 Hƣớng nghiên cứu đƣợc đề xuất............................................................................ 31
CHƢƠNG 3: TỐI ƢU THÔNG SỐ BỘ PPF ................................................................33
3.1 Các phƣơng pháp tối ƣu cơ bản. ............................................................................ 33
3.1.1 Phƣơng pháp tìm kiếm Tabu. ........................................................................ 33
3.1.2 Phƣơng pháp GA........................................................................................... 34
3.1.3 Phƣơng pháp ACO. ....................................................................................... 34
3.1.4 Phƣơng pháp Keruel- Oriented...................................................................... 35
3.1.5 Phƣơng pháp DE. .......................................................................................... 36
3.1.6 Phƣơng pháp PSO. ........................................................................................ 36
3.1.7 Phƣơng pháp SA............................................................................................ 37
3.2 Thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn PSO ....................................................................... 38
3.2.1 Giới thiệu về thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn: ................................................. 38
3.2.2 Lịch sử phát triển của giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn ..................................... 38
3.2.3 Khái quát hóa giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn.................................................. 39
3.2.4 Một số khái niệm trong giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn................................... 41
3.2.5 Các bƣớc trong việc xây dựng giải thuật PSO .............................................. 42
3.2.6 Lƣu đồ giải thuật PSO ................................................................................... 42
3.3 Bộ lọc PPF đƣợc đề xuất........................................................................................ 44
TÀI LIỆU TRÍCH DẪN ................................................................................................67

15. xiii
MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Phân tích Fourier của một dạng sóng m o dạng. ..............................................2
Hình 2.1 Dạng sóng dòng điện có chứa nhiễu sóng hài.................................................13
Hình 2.2 Dạng sóng dòng điện tiêu biểu của HVDC, bộ điều khiển động cơ DC và bộ
điều chỉnh vận tốc động cơ 6 xung.................................................................14
Hình 2.3 Các dạng chính của mạch lọc PPF..................................................................19
Hình 2.4 Mạch lọc cộng hƣởng đơn...............................................................................19
Hình 2.5 Mạch lọc thông cao .........................................................................................20
Hình 2.6 Kết nối hệ thống PPF ......................................................................................21
Hình 2.7 Cộng hƣởng song song....................................................................................22
Hình 2.8 Cộng hƣởng nối tiếp........................................................................................23
Hình 2.9 Cộng hƣởng nối tiếp với các nguồn lân cận....................................................24
Hình 2.10 Bộ nghịch lƣu nguồn dòng............................................................................25
Hình 2.11 Bộ nghịch lƣu nguồn áp ................................................................................26
Hình 2.12 Mô hình của một APF song song..................................................................28
Hình 2.13 Dòng nguồn gần lý tƣởng khi APF song song đƣợc sử dụng.......................29
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý của một APF dạng nối tiếp ................................................29
Hình 2.15 Vị trí bộ lọc nhiễu trong sơ đồ cung cấp điện...............................................31
Hình 3.1 Khái niệm về sự thay đổi điểm tìm kiếm của PSO .........................................41
Hình 3.2 Lƣu đồ tổng quát cho giải thuật PSO..............................................................43
Hình 3.3 Cấu hình cơ bản của một bộ PPF....................................................................44
Hình 3.4 Cấu trúc bộ lọc đƣợc đề xuất ..........................................................................45
Hình 3.5 Công suất tổn thất trung bình theo nhiệt độ....................................................47
Hình 4.1 Mô hình hóa mô phỏng bộ lọc thụ động trên lƣới điện trung thế...................52

16. xiv
Hình 4.2 Giao diện xác định các thông số cho nguồn điện ba pha................................53
Hình 4.3 Mô hình nhánh mạch lọc thụ động..................................................................55
Hình 4.4 Bảng thông số cần nhập cho bộ lọc đơn .........................................................56
Hình 4.5 Mô hình tải phi tuyến......................................................................................57
Hình 4.6 Dạng sóng điện áp trên tải...............................................................................57
Hình 4.7 Phân tích phổ tần số điện áp trên tải. ..............................................................58
Hình 4.8 Dạng sóng dòng điện trên tải. .........................................................................59
Hình 4.9 Phân tích phổ tần số dòng điện trên tải...........................................................59
Hình 4.10 Giá trị hàm fitness nhỏ nhất qua các vòng lặp của giải thuật .......................61
Hình 4.11 Dạng sóng điện áp trên tải.............................................................................62
Hình 4.12 Phân tích phổ tần số điện áp trên tải. ............................................................62
Hình 4.13 Dạng sóng dòng điện trên tải. .......................................................................63
Hình 4.14 Phân tích phổ tần số dòng điện trên tải.........................................................64

17. xv
MỤC LỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Các thành phần sóng hài trong dạng sóng dòng điện .....................................13
Bảng 2.2 Các giới hạn m o dạng hài cho hệ thống, 120 V–69 kV................................15
Bảng 2.3 Các giới hạn m o dạng hài cho hệ thống 69–161 kV.....................................15
Bảng 2.4 Các giới hạn m o dạng hài cho truyền tải có điện áp lớn hơn 161 kV...........16
Bảng 2.5 Các giới hạn m o dạng điện áp.......................................................................16
Bảng 3.1 Đơn giá các thành phần trong bộ lọc..............................................................46
Bảng 4.1 Kết quả tính toán các thông số chi phí vận hành............................................60
Bảng 4.2 Thông số thực thi trong chƣơng PSO.............................................................60
Bảng 4.3 Thông số bộ lọc thu đƣợc sau khi thực thi giải thuật PSO.............................61
Bảng 4.4 Kết quả tính toán các thông số chi phí vận hành............................................64

18. xvi
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Nghĩa tiếng anh Nghĩa tiếng việt
ACO Ant Colony Optimization Thuật toán tối ƣu đàn kiến
APF Active Power Filter Bộ lọc công suất tích cực
ASDs Adjustable Speed Drives Bộ điều khiển vận tốc có hiệu
chỉnh.
ATHPF Active Tuned Hybrid Power Filter Bộ lọc công suất lai hiệu chỉnh tích
cực
CSI Current Source Inverter Bộ nghịch lƣu nguồn dòng
DE Differential Evolutions Thuật toán tiến hóa vi sai.
FFSQP FORTRAN Feasible Sequential
Quadratic Programming
Lập trình bậc hai tuần tự khả thi
GA Genetic Algorithms Thuật toán di truyền
HAPF Hybrid Active Power Filter Bộ lọc công suất lai
HHAPF High-capacity Hybrid Active Power
Filter
Bộ lọc tích cực lai công suất lớn.
HPPF High-Pass Power Filter Bộ lọc công suất thông cao
HVDC High Voltage Direct Current Nguồn một chiều điện áp cao.
IEC International Electrotechnical
Commission
Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế
IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor Transistor có cực điều khiển cách
ly
PPF Passive Power Filter Bộ lọc công suất thụ động
PSO Particle swarm optimization Tối ƣu hóa bầy đàn
PWM Pulse-width modulation Điều chế độ rộng xung
SVC Static VAR Compensator Bộ bù công suất phản kháng tĩnh.
TCSC Thyristor controlled series capacitor Tụ điện tĩnh nối tiếp điều khiển
bằng Thyristor
THD Total Harmonic Distortion Độ m o dạng hài tổng
UPFC Unified power flow controller Bộ điều khiển dòng điện hợp nhất
VSI Voltage Source Inverter Bộ nghịch lƣu nguồn áp

19. 1
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề.
Những năm gần đây, sự gia tăng ngày càng nhiều các tải có tích hợp điện tử công
suất đƣợc kết nối với lƣới là một trong các nguyên nhân làm gia tăng các sóng hài
trong hệ thống điện, ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng điện năng của lƣới điện. Sóng
hài làm tăng giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng điện và sẽ
dẫn đến hàng loạt những vấn đề sau:
 Làm tăng phát nóng của các thiết bị điện, dây dẫn điện.
 Ảnh hƣởng đến độ bền cách điện của vật liệu, khả năng mang tải của dây dẫn
điện.
 Ảnh hƣởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ. Cầu chì, CB, relay, .... Đồng
thời các thiết bị đo đếm nhƣ kWh ghi nhận sai dữ liệu.
 Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép của động cơ tăng, ảnh hƣởng đến mô men
trên trục của động cơ.
 Làm các mạch PLL trong điều khiển hoạt động sai.
 Ảnh hƣởng đến các thiết bị viễn thông.
 Làm tăng tổn thất và gây dao động điện áp.
 Sự thay đổi tần số lƣới.
Các thành phần hài làm cho dòng điện và điện áp của nguồn m o dạng. Thành
phần tín hiệu m o dạng này bao gồm nhiều thành phần, trong đó có thành phần cơ bản
tần số 50Hz, những thành phần hài bậc cao cần phải loại bỏ. Theo phân tích Fourier thì
bất kỳ dạng sóng m o dạng nào c ng có thể phân tích thành một tổng của một chu i
các thành phần có tần số khác nhau. Hình 1.1 biểu diễn rằng bất kỳ một dạng sóng m o
dạng nào c ng có thể biểu diễn dƣới dạng tổng của các thành phần sin với các tần số
khác nhau. Phân tích Fourier đƣa ra các thành phần của các sóng: thành phần cơ bản

20. 2
tần số 50Hz và các thành phần bội số nguyên của 50, đƣợc gọi là các thành phần hài.
Từ Hình 1.1 có thể thấy rằng: dạng sóng m o dạng đƣợc phân tích ra thành thành phần
cơ bản và các thành phần hài bậc th th th th
3 , 5 , 7 , 11 ...
Hình 1.1 Phân tích Fourier của một dạng sóng m o dạng.
Việc xuất hiện các thành phần sóng hài bậc cao sẽ làm giảm chất lƣợng điện
năng. Ngoài khả năng đốt nóng thiết bị thì chúng không có chức năng h trợ hoạt động
cho các thiết bị không có chức năng cấp nhiệt. Hơn nữa, sóng hài bậc cao chính là
nguồn gây nhiễu cho các thiết bị nhạy cảm, các thiết bị truyền tin và gây nóng không
cần thiết cho các động cơ điện. Các yếu tố tiêu cực của dòng điện sóng hài làm giảm
chất lƣợng điện năng của hệ thống điện. Do đó, yêu cầu cấp thiết của hệ thống điện là
phải có các giải pháp hạn chế và tiến tới xóa bỏ các dòng điện sóng hài ra khỏi hệ
thống cung cấp điện. Các giải pháp này đƣợc gọi chung là các phƣơng pháp lọc sóng
hài.
Để giải quyết vấn đề trên, có nhiều phƣơng pháp nhƣ: sử dụng các mạch lọc thụ
động LC truyền thống (Passive Power Filter-PPF), dùng mạch lọc tích cực (Active
Power Filter - APF) và dùng dạng h n hợp giữa mạch lọc thụ động và mạch lọc tích
cực.

21. 3
Các mạch lọc thụ động LC truyền thống là giải pháp truyền thống và đơn giản
nhất để loại trừ độ m o dạng hài trong hệ thống điện. Nó đã và đang tồn tại trong một
thời gian dài. Mạch lọc thụ động có cấu trúc đơn giản, giá thành thấp, vận hành tin cậy,
chi phí hoạt động thấp. Tuy nhiên nó còn tồn tại nhiều khuyết điểm cần cải tiến nhƣ là:
vấn đề xảy ra cộng hƣởng, mất ổn định, h cảm... Đây là các nhƣợc điểm cần khắc
phục để nâng cao hiệu quả của các PPF.
Nguyên tắc cơ bản của APF Active Power Filter- APF là dựa vào dòng hài của
tải để điều khiển APF tạo ra một tín hiệu thêm vào lƣới để triệt tiêu dòng hài đƣợc tạo
ra bởi tải phi tuyến. Tất cả các mạch lọc tích cực đƣợc phát triển với các bộ chuyển đổi
điều chế độ rộng xung PWM dùng bộ nghịch lƣu dòng hoặc áp. APF có nhiều ƣu điểm
vƣợt trội so với các mạch lọc thụ động PPF, nhƣ là: nó không chỉ triệt tiêu các hài dòng
điện mà còn có khả năng bù công suất phản kháng. Hơn nữa, nó còn có khả năng loại
trừ khả năng xảy ra cộng hƣởng với trở kháng hệ thống. Tuy nhiên, APF c ng có một
vài khuyết điểm nhƣ là: giá thành cao, công suất thấp và đặc biệt là khó ứng dụng đƣợc
trong các lƣới cao thế và trung thế.
Dựa trên các phân tích về các hệ thống lọc sóng hài thụ động và chủ động đƣợc
đề xuất, luận văn đề xuất sử dụng mạch lọc thụ động để tiết kiệm chi phí và sử dụng tối
ƣu thông số bộ lọc sử dụng thuật toán tối ƣu bầy đàn Particle swarm optimization -
PSO). Qua thuật toán tối ƣu này, các thông số bộ lọc PPF sẽ đƣợc lựa chọn sao cho
giảm thiểu đƣợc độ méo dạng sóng hài tổng (Total harmonic distortion- THD) trong
khi vẫn đảm bảo chi phí đầu tƣ là thấp nhất. Phƣơng pháp đề xuất đƣợc kiểm chứng
qua mô phỏng và tính toán trên phần mềm Matlab/Simulink.
1.2 Các nghiên cứu có liên quan.
Có nhiều nghiên cứu liên quan đến giảm sóng hài trên hệ thống điện đƣợc đề xuất
trong những năm gần đây. Các nghiên cứu tập trung giải quyết vấn đề với các mức ƣu
tiên khác nhau. Một số hƣớng tiêu biểu có thể đƣợc kể ra nhƣ sau:
1.2.1 Tính toán dung lƣợng bộ lọc thụ động.

22. 4
Trong hƣớng nghiên cứu này, giá trị của các bộ lọc đƣợc xác định theo các thuật
toán tối ƣu khác nhau trong các ứng dụng cụ thể.
Yaow-Ming Chen trong nghiên cứu [1] đề xuất phƣơng pháp xác định thông số
bộ lọc LC cho tải phi tuyến là mạch chỉnh lƣu dựa trên giải thuật GA (Genetic
Algorithms). Kết quả sau khi gắn bộ lọc đã giúp mạch điện giảm sóng hài từ 120%
xuống còn 40% và hệ số công suất tăng từ 0.64 lên 0.92.
Kumar đề xuất cấu hình bộ lọc thụ động mới dựa trên các phân tích dòng áp sóng
hài trong công bố [2]. Kết quả của công bố cho thấy THD điện áp đã giảm từ 29%
xuống 1% và THD dòng điện giảm từ 13% xuống 6%. Kỹ thuật này khá đơn giản và có
chi phí thấp. Có thể áp dụng giải thuật đƣợc đề xuất cho lọc sóng hài cả trong tải một
pha và ba pha.
1.2.2 Nâng cao hiệu suất điều khiển các bộ lọc tích cực.
Các bộ lọc tích cực đƣợc sử dụng ngày càng nhiều trong các bộ lọc sóng hài ngày
nay bởi ƣu điểm linh hoạt và thích nghi với nhiều loại tải khác nhau. Tuy nhiên, với giá
thành cao thì việc sử dụng các bộ lọc sóng hài chỉ thích hợp nơi có yêu cầu cao về chất
lƣợng điện. Để nâng cao hiệu quả bộ lọc sóng hài tích cực, một số các nghiên cứu đƣợc
đề xuất đƣợc đƣa ra nhƣ sau:
Trong nghiên cứu [3] Wu đề xuất một bộ lọc tích cực song song với bộ điều
khiển kỹ thuật số dạng (D-Σ dùng trong cấu hình bộ nghịch lƣu ba pha ba dây. Bộ lọc
tích cực điều chỉnh dòng điện nguồn bằng cách bơm vào một dòng điện điện bù trừ với
dòng sóng hài trên tải. Phƣơng pháp điều khiển kỹ thuật số D-Σ đƣợc áp dụng có thể
điều chỉnh biến thiên độ tự cảm của bộ lọc, giảm đáng kể kích thƣớc lõi và nó có thể
rút ra trực tiếp các luật điều khiển. Một phƣơng pháp công suất trung bình đƣợc áp
dụng trong bài viết này để xác định dòng điện cơ bản ở phía nguồn, có thể dễ dàng
thực hiện mà không cần tính toán phức tạp, chuyển đổi khung và bộ lọc bổ sung. Trong
thiết kế và thực hiện, các cuộn cảm tƣơng ứng với các dòng điện dẫn khác nhau đƣợc
ƣớc tính khi khởi động và đƣợc lƣu trữ trong vi điều khiển để lập lịch chu kỳ tăng vòng

23. 5
lặp theo chu kỳ, có thể đảm bảo sự ổn định của hệ thống. Kết quả đo đƣợc từ APF 5
kVA 3ϕ đã xác nhận phân tích và thảo luận về APF.
Rondineli Rodrigues Pereira trong công bố [4] các chiến lƣợc mới để cải thiện
thời gian đáp ứng quá độ của bộ phát hiện sóng hài bằng cách sử dụng các bộ lọc thích
ứng đƣợc áp dụng cho các bộ lọc công suất tích cực. Hai trƣờng hợp đƣợc trình bày và
thảo luận, cả hai đều sử dụng bộ lọc notch thích ứng, nhƣng một trƣờng hợp sử dụng
thuật toán bình phƣơng trung bình nhỏ nhất để điều chỉnh các hệ số và trƣờng hợp khác
sử dụng thuật toán bình phƣơng tối thiểu đệ quy. Hai trƣờng hợp đƣợc trình bày và
thảo luận, cả hai đều sử dụng bộ lọc thích nghi, nhƣng một trƣờng hợp sử dụng thuật
toán bình phƣơng trung bình nhỏ nhất để điều chỉnh các hệ số và trƣờng hợp khác sử
dụng thuật toán bình phƣơng tối thiểu đệ quy. Sự đồng bộ của các tín hiệu đầu vào bộ
lọc trực giao thích nghi, đƣợc tạo ra bởi sự biến đổi Clarke của dòng tải, đƣợc thực
hiện tự động mà không cần vòng lặp khóa pha. Thủ tục này làm giảm đáng kể gánh
nặng tính toán thời gian thực. Các mô phỏng sử dụng Matlab / Simulink đƣợc trình bày
để làm rõ thuật toán và việc triển khai thực tế đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng DSP
Texas Cụ TMS320F2812
1.2.3 Đề xuất và tính toán thông số các cấu hình bộ lọc lai.
Các bộ lọc lai giữa thụ động và tích cực đƣợc đề xuất sử dụng nhằm giảm chi phí
cho bộ lọc tích cực trong khi vẫn giữ đƣợc ƣu điểm của nó là điều khiển linh hoạt. Một
số bộ lọc lai đƣợc công bố gần đây có thể đƣợc kể ra nhƣ sau:
Deng trong nghiên cứu [5] đã đề xuất áp dụng điều khiển công suất bộ lọc sóng
hài theo hai chiều. Trong bài báo này, một nguyên tắc điều khiển hai chiều mới của bộ
lọc công suất lai điều chỉnh hoạt động (ATHPF) dựa trên hoạt động các cuộn dây sử
dụng các kỹ thuật hoạt động đƣợc đề xuất. Về nguyên tắc điều khiển đƣợc đề xuất, về
bản chất, là liên tục điều chỉnh độ tự cảm của bộ lọc của lò phản ứng hoạt động bằng
cách điều chỉnh bộ lọc công suất tích cực APF ngoài dòng điện theo cƣờng độ và
hƣớng của nó. Do đó, ATHPF sử dụng nguyên lý điều khiển hai chiều có thể cung cấp

24. 6
đồng thời các trở kháng khác nhau ở các tần số sóng hài bị triệt tiêu chọn lọc khác
nhau. Nguyên lý điều khiển hai chiều có thể bao gồm cả chức năng điều chỉnh hoạt
động bình thƣờng và chức năng kích hoạt hoạt động bất thƣờng. Cụ thể, chức năng
điều chỉnh hoạt động bình thƣờng đề cập đến việc loại bỏ sóng hài với hiệu suất lọc
độc lập với độ lệch của các tham số bộ lọc thụ động, trong khi chức năng khử nhiễu
hoạt động bất thƣờng, đề cập đến bảo vệ linh hoạt chống quá dòng sóng hài mà không
mất hai sóng hài loại bỏ và bù công suất phản kháng khi xảy ra quá dòng sóng hài. Kết
quả thí nghiệm xác minh tính hiệu quả của ATHP Với nguyên tắc kiểm soát hai chiều
trong việc loại bỏ sóng hài chọn lọc và bảo vệ linh hoạt chống lại quá dòng sóng hài.
Zobaa đề xuất trong [6] về thiết kế đa mục tiêu tối ƣu bộ lọc công suất lai có xét
đến môi trƣờng nhiễu sóng hài. Bài viết này cho thấy một cách tiếp cận mới để định cỡ
tối ƣu các tham số của bộ lọc công suất lai HAPF , đƣợc trình bày cho các hệ thống
điện công nghiệp ba pha. Cấu trúc liên kết bộ lọc lai có thể đƣợc sử dụng để bù dòng
điện sóng hài c ng nhƣ hiệu chỉnh hệ số công suất, mà không cần quan tâm đến sóng
hài ngõ vào và ngõ ra, hoặc đơn giản là chu i cộng hƣởng và song song có thể xảy ra.
Xu hƣớng mới trong thiết kế bộ lọc công suất sóng hài không phải là để có đƣợc giải
pháp tốt nhất từ một tối ƣu hóa mục tiêu duy nhất, mà là để có đƣợc một giải pháp thỏa
hiệp tốt đƣợc thực hiện theo các mục tiêu xung đột khác. Lập trình bậc hai tuần tự khả
thi FFSQP đƣợc sử dụng để xác định kích thƣớc tối ƣu của bộ lọc đƣợc đề xuất để
giảm thiểu méo sóng hài tổng điện áp là hàm mục tiêu chính, trong đó duy trì hệ số
công suất tải ở giới hạn chấp nhận đƣợc. Nếu tổng m o điện áp sóng hài đạt đƣợc mục
tiêu đã chỉ định, thì mục tiêu đƣợc chuyển hƣớng thành giảm thiểu điện áp kết quả và
tổng méo sóng hài dòng điện. Thiết kế tối ƣu của HAPF đƣợc phân tích bằng ba nghiên
cứu điển hình.
1.3 Nhiệm vụ của luận văn.
 Xây dựng mô hình mô phỏng bộ lọc nhiễu thụ động cho phụ tải điện 1kVA
ứng dụng ở lƣới sinh hoạt phù hợp với thực tế Việt Nam.

25. 7
 Tạo ra nguồn điện sạch cung cấp cho các phụ tải.
 Nâng cao chất lƣợng, hiệu quả cung cấp điện, tiết kiệm trong sử dụng nguồn
năng lƣợng và bảo vệ môi trƣờng;
1.4 Phạm vi nghiên cứu.
Nghiên cứu các cấu hình lọc nhiễu thụ động cơ bản đối với một số dạng sóng hài
tiêu biểu để đánh giá hiệu quả của phƣơng pháp đƣợc đề xuất.
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu.
 Giải tích và mô phỏng toán học.
 Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink.
 Phân tích và đánh giá số liệu thu thập đƣợc.
1.6 Điểm mới của luận văn.
Luận văn “Xác định thông số của bộ lọc sóng hài thụ động” sẽ đảm bảo đƣợc yêu
cầu giảm chi phí mua sắm thiết bị trong quá trình vận hành hệ thống điện khi chỉ sử
dụng các bộ lọc thụ động với chi phí rẻ hơn nhiều các bộ lọc tích cực. Ngoài ra, với
việc ứng dụng thuật toán tối ƣu trong quá trình tính toán các thông số bộ lọc sẽ nâng
cao hiểu quả hoạt động và giảm thiểu các tác động tiêu cực của các bộ lọc thụ động
trên hệ thống điện.
Qua luận văn sẽ đóng góp thêm một phƣơng pháp hữu ích cho các nhà hoạch định
hệ thống điện của quố gia trong vấn đề nâng cao chất lƣợng điện năng trong tình trạng
các thiết bị điện tử phi tuyến tham gia ngày càng nhiều vào quá trình vận hành hệ
thống điện và điều khiển các thiết bị tiêu thụ điện.
1.7 Nội dung luận văn.
Nội dung luận văn bao gồm các phần chính nhƣ sau:
 Chƣơng 1: Giới thiệu. Trong chƣơng này sẽ giới thiệu những ý chung nhất về
vai trò, nhiệm vụ và phƣơng pháp thực hiện đƣợc sử dụng trong luận văn.
 Chƣơng 2: Tổng quan. Trong chƣơng tổng quan sẽ trình bày về tổng quan các
vấn đề liên quan đến lọc nhiễu hệ thống điện bao gồm: bản chất của sóng hài,

26. 8
các nguồn sinh ra sóng hài, tác động của sóng hài và tình hình nghiên cứu lọc
sóng hài trong và ngoài nƣớc.
 Chƣơng 3: Thuật toán PSO và ứng dụng trong việc xác định thông số bộ lọc
sóng hài thụ động. Trong chƣơng này trình bày về các thuật toán tối ƣu cơ bản
và đi sâu phân tích thuật toán PSO. Cách thức sử dụng thuật toán PSO trong
bài toán tối ƣu giá trị các linh kiện RLC trong bộ lọc thụ động PPF c ng đƣợc
trình bày một cách chi tiết.
 Chƣơng 4: Mô phỏng. Chƣơng 4 sẽ thực hiện mô phỏng cho một số dạng sóng
hài dòng điện cơ bản trên hệ thống điện. Kết quả thu đƣợc sẽ đƣợc dùng để
đánh giá hiệu quả của các mục tiêu đề ra.
 Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển. Dựa trên các kết quả ghi nhận và
phân tích trong chƣơng 4, các kết luận đƣợc đƣa ra đồng thời các kiến nghị
nhằm nâng cao và hoàn thiện hơn nữa phƣơng pháp đƣợc đề xuất.

27. 9
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Sóng hài trong hệ thống điện.
Các hệ thống điện phải đƣợc thiết kế không chỉ sử dụng cho các thành phần dòng
điện và điện áp hình sin mà còn phải sử dụng đƣợc cho các phụ tải phi tuyến và các
phụ tải dùng chuyển mạch bán dẫn công suất. Số lƣợng các phụ tải hiện nay gia tăng
một cách nhanh chóng c ng k o theo sự nhiễu sóng hài, gia tăng m o dang sóng điện
áp và dòng điện, tạo ra hiện tƣợng cộng hƣởng, gia tăng tổn thất điện năng hệ thống,
giảm tuổi thọ của các thiết bị điện. Sóng hài là một trong các vấn đề chính trong việc
đảm bảo chất lƣợng điện năng. Điều này nói lên tầm quang trọng trong việc nghiên cứu
tìm hiểu các vấn đề chính của sóng hài nhƣ nguyên nhân gây sóng hài, cách thức đo
lƣờng, cách thức triệt tiêu và giới hạn cho phép của chúng.
2.1.1 Phụ tải phi tuyến.
Để phân biệt giữa tải phi tuyến và tải tuyến tính, ta có thể nói rằng tải tuyến tính
theo thời gian là nếu ta đƣa một điện áp hình sin vào hai đầu tải thì dòng điện chạy qua
tải sẽ c ng có dạng hình sin tƣơng ứng. Các phụ tải này có tổng trở là hằng số trong
suốt quá trình đƣa điện áp sin vào chúng. Bóng đèn sợi tóc là một ví dụ về dạng tải
tuyến tính. Các động cơ điện không sử dụng các bộ chuyển đổi điện tử gần nhƣ có thể
coi là một tải tuyến tính. Dạng sóng dòng điện và điện áp hầu nhƣ có dạng hình sin, và
góc pha của chúng bị lệch phụ thuộc vào hệ số công suất của mạch điện. Máy biến áp
và các máy điện quay, trong điều kiện hoạt động bình thƣờng, c ng có thể coi là gần
đúng với định nghĩa về tải phi tuyến. Mạc dù trong thực tế các thiết bị này có chứa các
thành phần phi tuyến nhƣ dạng sóng từ thông tại các khe hở không khí của các máy
điện là không sin. nhiễu răng cƣa trong các máy điện quay sẽ tạo ra thành phần sóng
hài và mạch từ trong máy điện có thể bị bão hòa và tạo ra sóng hài. hiện tƣợng bão hào
từ trong máy biến áp c ng làm xuất hiện nhiễu sóng hài trên lƣới. tuy nhiên, các thành
phần sóng hài là khá nhỏ và có thể bỏ qua trong chế độ vận hành bình thƣờng của lƣới.

28. 10
Các phụ tải phi tuyến, khi đƣa điện áp hình sin vào các đầu tải thì dạng sóng dòng
điện thu đƣợc sẽ không có dạng hình sin. Các phụ tải này có tổng trở bị thay đổi trong
m i chu kỳ sóng sin đƣợc sử dụng. Đặc điểm phi tuyến này không giống định nghĩa về
tổng trở thay đổi theo tần số nhƣ trong trƣờng hợp cuộn dây hay các bộ trở kháng. Các
tải phi tuyến tạo ra dòng điện có thể không liên tục hoặc là dòng xung trong m i chu kỳ
điện áp sin. Ví dụ điển hình của các tải phi tuyến là các bộ chỉnh lƣu điện.
2.1.2 Sự gia tăng của các phụ tải phi tuyến.
Các phu tải phi tuyến luôn gia tăng một các liên tục trong các năm gần đây. Có
thể ƣớc lƣợng rằng trong suốt mƣời năm gần đây, hơn 60% tải trên hệ thống điện là tải
phi tuyến. phần lớn trong chúng là các thiết bị điện tử dân dụng và các thiết bị điện sử
dụng bộ chuyển đổi dùng bán dẫn công suất. Sự gia tăng của sóng hài từ các phụ tải phi
tuyến dẫn đến giảm chất lƣợng điện năng trên lƣới. Điều này làm phát sinh các yếu tố
ảnh hƣởng đến hoạt động của các thiết bị điện, vấn đề phân tích sóng hài và kiểm soát
lƣợng sóng hài trên. Khi lƣợng tăng lên c ng làm chất lƣợng điện năng giảm đi. Việc
mở rộng các dây chuyền sản xuất tự động và điện tử công suất sẽ nâng cao khả năng
sản xuất của xã hội, nhƣng đây c ng là nguyên nhân làm xuất hiện các tải phi tuyến
lớn, đây là nguồn gây nhiễu và sóng hài hệ thống điện chủ yếu. Mặc khác, các thiết bị
này lại yêu cầu dung sai nhỏ hơn các phụ tải tuyến tính nên yêu cầu về chất lƣợng điện
năng cho chúng tăng lên. Điều này làm cho vấn đề đảm bảo chất lƣợng điện năng gặp
khó khăn hơn. Ví dụ, bộ điều chỉnh vận tốc (adjustable speed drives ASDs) có dung sai
về độ sụt áp và vọt áp thấp hơn nhiều so với các động cơ cảm ứng thông thƣờng. Nếu
bị sụt áp trên 10% trong một khoảng thời gian thì có thể dẫn đến việc các bộ ASD này
bị ngƣng hoạt động. Một số các phụ tải phi tuyến có thể kể ra nhƣ sau:
 Hệ thống ASD
 Biến tần trực tiếp.
 Lò hồ quang điện.
 Máy cán thép.

29. 11
 Bộ nguồn sử dụng chuyển mạch công suất.
 Máy tính, máy in, ti vi và các thiết bị gia dụng.
 Các thiết bị FACT nhƣ SVC, TCSC, UPFC, ...
 Đƣờng dây HVDC
 Máy phát gió và năng lƣợng mặt trời.
 Các bộ sạc bình và tế bào năng lƣợng.
 Các đèn huỳnh quang và các đèn balat
2.1.3 Ảnh hƣởng của sóng hài.
Sóng hài là nguyên nhân gây ra hiện tƣợng nhiễu loạn trong dạng sóng dòng điện
và điện áp, điều này gây ra các tác động tiêu cực lên các thiết bị điện. Xác định sóng
hài từ các thiết bị phi tuyến là bƣớc đầu tiên trong việc phân tích sóng hài và đây là
nhiệm vụ không hề dễ dàng. Có sự tác động qua lại giữa các thiết bị sinh ra sóng hài
bằng nhiều nguyên nhân khác nhau với hệ thống điện. Các tác động này tạo ra rất nhiều
mối qua hệ chồng ch o và khó để phân tích một các độc lập. tuy nhiên, một số ảnh
hƣởng chính của sóng hài lên các thiết bị điện có thể đƣợc liệt kê nhƣ sau:
 Làm hƣ các tụ điện do nguyên nhân quá công suất phản kháng, cộng hƣởng và
khuếch đại sóng hài. Gây nóng tụ.
 Tổn thất lớn, gây nóng, mô men sóng hài và gây giao động trong các máy điện
đồng bộ và cảm ứng có thể làm tăng áp lực xoán trên động cơ.
 Tăng dòng điện thứ tự nghịch trong các máy phát đồng bộ, gây nguy hiểm cho
mạch rotor và các cuộn dây.
 Gây nên các dòng từ thông của thành phần sóng hài và từ đó k o theo sự gia
tăng mật độ từ thông trong máy biến áp, gây nóng và là giảm hiệu suất máy
biến áp.
 Gây quá áp và quá dòng trong hệ thống điện, có nguyên nhân từ sự cộng
hƣởng.

30. 12
 Làm giảm hiệu quả của cáp điện do phải gánh dòng điện nhiễu và tổn thất năng
lƣợng do hiệu ứng bề mặt. Điều này buộc phải tăng đƣờng kính cáp và giảm
hiệu quả kinh tế.
 Gây nhiễu và giao thoa với các mạch điện tử viễn thông. Buộc phải tăng chi
phí chống nhiễu cho hệ thống và cho các bộ điều khiển số.
 Làm cho relay báo ngắt sai.
 Làm mất ổn định của các bộ điều khiển mạch kích bán dẫn do dò nhầm điểm
zero.
 Gây các hiện tƣợng gợn sóng trong dòng điện và điện áp khi gặp các giao động
tần số thấp.
2.1.4 Sóng hài và chất lƣợng điện năng.
Sóng hài phát ra có thể có nhiều biên độ và tần số khác nhau. Sóng hài phổ biến
trong hệ thống điện là các thành phần hình sin của một dạng sóng tuần hoàn và có tần
số bằng bội của tần số cơ bản. Phân tích Fourier là một công cụ toán học đƣợc áp dụng
trong phân tích sóng hài của hệ thống điện. Giả sử dòng điện có biểu diễn nhƣ trong
(2.1) và có dạng sóng nhƣ biểu diễn trong Hình 2.1.
     
   
   
   
0 0
0 0
0 0
0 0
sin 30 0.17sin 5 174
0.12sin 7 101 0.11sin 11 56
0.05sin 13 46 0.028sin 17 205
0.015sin 19 56 0.005sin 23 89
i t t t
t t
t t
t t
 
 
 
 
   
   
   
   
(2.1)

31. 13
Hình 2.1 Dạng sóng dòng điện có chứa nhiễu sóng hài
Đòng điện trong phƣơng trình (2.1) khi xem xét về chất lƣợng điện năng thƣờng
đƣợc phân tích dƣới dạng Bảng 2.1
Bảng 2.1 Các thành phần sóng hài trong dạng sóng dòng điện
Với các dạng phụ tải khác nhau thì dòng điện sóng hài c ng khác nhau theo. Ví
dụ nhƣ trong Hình 2.2

32. 14
Hình 2.2 Dạng sóng dòng điện tiêu biểu của HVDC, bộ điều khiển động cơ DC và bộ
điều chỉnh vận tốc động cơ 6 xung.
Sóng hài là một trong những nguyên nhân chính ảnh hƣởng đến chất lƣợng điện
năng. vấn đề chất lƣợng điện năng bao gồm rất nhiều các yếu tố khác nhau nhƣ sụt áp,
vọt áp, quá độ, nhấp nhô điện áp, biến đổi tần số, ngắn mạch, chất lƣợng điện năng cho
các thiết bị nhạy cảm nhƣ máy tính, hệ thống truyền tin. Trong các yếu tố đó, sóng hài
luôn đóng vai trò lớn làm trầm trọng thêm các vấn đề hiện có. Với khả năng không chỉ
gây hại cho thiết bị điện và đƣờng dây truyền tải, sóng hài còn thâm nhập và gây các
tác động tiêu cực cho hệ thống điều khiển với đặc tính tần số cao của chúng. Điều này
rất nghiêm trọng vì sẽ dẫn đến nguy cơ mất điều khiển và chỉ thị sai các hoạt động
trong các dây chuyền tự động hóa cao.
2.2 Nghiên cứu lọc sóng hài trong hệ thống điện hiện nay.
Về các tiêu chuẩn sóng hài, thuật ngữ „„power quality‟‟ mang nhiều nghĩa khác
nhau tùy theo từng đối tƣợng khác nhau. Trong công nghệ điện và điện tử công suất,
thuật ngữ “power quality” có thể đƣợc hiểu là bao gồm các khái niệm: ổn định điện áp,
tần số, điện áp sags, nối đất, các hài, sự dao động điện áp và các gai điện áp, quá độ và
giám sát đo đạc. Theo đó, để đánh giá chất lƣợng điện năng của một hệ thống điện, các
tổ chức quốc tế và các quốc gia đã đƣa ra một chu i các tiêu chuẩn chất lƣợng điện
năng. Theo đó để đảm bảo sự chắc chắn hoạt động an toàn của lƣới, bảo vệ môi trƣờng
điện và ngƣời tiêu dùng điện,tổ chức “American Institute of Electricaland Electronics
EngineersInc IEEE” đã đƣa ra các tiêu chuẩn cho hệ thống điện IEEE Std.519-1992 và
IEEE Std.1159-1995, cung cấp chi tiết các định nghĩa của hài hệ thống, điện áp sags,
độ dao động điện và các phƣơng pháp đo đạc gai điện áp…những yêu cầu và qui định
về kiểm soát sóng hài trong hệ thống điện đƣợc đƣa ra lần đầu năm 1981 và bản chỉnh
sửa đƣa ra năm 1992, cụ thể đề ra giới hạn về từng sóng hài và độ méo phi tuyến tổng
(so với sóng cơ bản, tần số 50 hoặc 60 Hz nhƣ trong Bảng 2.1 đến Bảng 2.4 và các
nƣớc Châu Âu, Đức, Canada c ng có những tiêu chuẩn tƣơng tự. Một tiêu chuẩn khác

33. 15
là “International Electrotechnical Commission IEC”,tiêu chuẩn này đƣa ra các tiêu
chuẩn thiết kế và lắp đặt điện, các tiêu chuẩn kết nối. Tiêu chuẩn IEC bao gồm: các
hƣớng dẫn tổng quát kỹ thuật đo đạc kiểm tra cho hệ thống và các chuẩn kết nối thiết
bị IEC 61000-4-7 , các đặc điểm thiết kế, đo đạc, kiểm tra IEC 61000-4-15 , và các
phƣơng pháp đo đạc chất lƣợng điện năng IEC 61000-4-30 . Tiêu chuẩn IEC 61000-4-
30 định nghĩa các tiêu chuẩn đo đạc cho các dụng cụ 50Hz và 60Hz.
Bảng 2.2 Các giới hạn m o dạng hài cho hệ thống, 120 V–69 kV
Bảng 2.3 Các giới hạn m o dạng hài cho hệ thống 69–161 kV

34. 16
Bảng 2.4 Các giới hạn m o dạng hài cho truyền tải có điện áp lớn hơn 161 kV
Bảng 2.5 Các giới hạn m o dạng điện áp
Trong các tiêu chuẩn trên, biên độ sóng hài bậc cao và độ m o dạng hài tổng
TDH (Total Harmonic Distortion) là một trong những tiêu chí quan trọng nhất để đánh
giá chất lƣợng điện năng. THD là chỉ số đo đạc chung nhất để chỉ ra độ m o dạng hài
của một tín hiệu bất kỳ [7][8]. Giá trị THD thƣờng đƣợc chỉ ra cho cả dòng điện và
điện áp và đƣợc định nghĩa là giá trị trị hiệu dụng root-mean-square rms value của
các hài chia cho giá trị hiệu dụng của thành phần hài cơ bản, sau đó nhân cho 100%
nhƣ phƣơng trình 2.2 bên dƣới.
2
i
i 1
1
V
THD
V




(2.2)

35. 17
Trong đó: i
V là giá trị tín hiệu hiệu dụng của tần số thứ i khi phân tích Fourier
điện áp hay dòng điện đầu vào cung cấp cho phụ tải điện. V1 là giá trị tại tần số cơ bản
(50Hz).
Bảng 2.1 đến Bảng 2.4 biểu diễn các giới hạn điện áp và dòng hài. Trong đó h là
bậc hài, THD là độ m o dạng hài tổng, ISC là giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất tại điểm
kết nối PCC, L
I là dòng tải lớn nhất (thành phần sóng cơ bản) tại điểm kết nối PCC. Ở
Bảng 2.1 đã đƣa ra chi tiết giới hạn về sóng hài đối với từng loại sóng hài bậc lẻ cụ thể,
phụ thuộc vào công suất của tải, biểu diễn qua tỷ số giữa dòng ngắn mạch trên dòng tải
SC L
I / I . Đối với tải nhỏ SC L
I / I 1000
 các giới hạn không chặt lắm, sóng hài bậc
thấp dƣới 11 có thể đến 15 % IL. Đối với tải lớn, khi SC L
I / I 20
 các giới hạn chỉ còn
là 4% đối với bậc nhỏ hơn 11 bậc 3, 5, 7 , độ méo phi tuyến tổng nhỏ hơn 5%.
Ở Việt Nam, lĩnh vực này chƣa đƣợc quan tâm nhiều, nhƣ Điều 7 “Thông tƣ số
32/2010/TT-BCT”quy định về hệ thống phân phối điện trong đó có yêu cầu về sóng
hài, nhƣng chƣa thật đầy đủ, đối với cấp điện áp 110kV thì THD là 3,0% và biến dạng
riêng lẻ là 1,5%, còn đối với cấp điện áp trung và hạ áp thì THD là 6,0% và biến dạng
riêng lẻ là 3,0%, thêm nữa là cho ph p đỉnh nhọn điện áp bất thƣờng trên lƣới điện
phân phối trong thời gian ngắn vƣợt quá tổng mức biến dạng sóng hài quy định tại
khoản 2 Điều này nhƣng không đƣợc gây hƣ hỏng thiết bị của khách hàng sử dụng lƣới
điện phân phối[8]. Cho đến nay, ở nƣớc ta vẫn chƣa có các nghiên cứu chi tiết về bộ
lọc tích cực ở quy mô công nghiệp, chỉ có một số nghiên cứu về các thiết bị công suất
nhỏ, góp phần cải thiện chất lƣợng dòng đầu vào cho đến bộ biến đổi bán dẫn công
suất nhỏ dƣới 2 kW. Tuy nhiên, để hạn chế ảnh hƣởng của các tác động do sóng hài
gây ra cho các thiết bị điện khác trên lƣới, ngành điện đã có một số biện pháp cụ thể
nhƣ: Đối với những nhà máy sử dụng thiết bị tạo hồ quang điện (nhà máy sản xuất
thép, thủy tinh… phải nối với đƣờng điện trung áp riêng từ trạm 110kV; Đối với cơ sở
sản xuất nhỏ (các bể xi mạ, điện phân … phải nối qua máy biến áp cung cấp 22kV có

36. 18
tổ đầu dây tam giác/tam giác… có bộ lọc sóng hài tích cực và thụ động v.v… Nhƣng
trên thực tế cho thấy các biện pháp này chỉ hạn chế đƣợc phần nào, các sóng hài từ
nguồn phát (phụ tải có tính phi tuyến, thiết bị điện tử công suất hay các bộ truyền động
điều khiển tốc độ động cơ công suất lớn) lan truyền trên lƣới và chạy vào các phụ tải.
Trong lƣới trung và hạ áp, nguyên nhân chính gây ra nhiễu sóng hài chủ yếu do các
công ty sản xuất nhỏ và vừa sử dụng thiết bị điện tử công suất trang bị nhiều bộ chỉnh
lƣu diode hoặc thyristor để điều khiển điện áp và dòng điện cho các thiết bị điện thay
cho các bộ điều khiển truyền thống hay các bộ truyền động điều khiển tốc độ động cơ
công suất lớn.
2.3 Các bộ lọc sóng hài cơ bản.
Để giải quyết vấn đề trên, có nhiều phƣơng pháp nhƣ: sử dụng các mạch lọc thụ
động LC truyền thống (Passive Power Filter-PPF), dùng mạch lọc tích cực (Active
Power Filter - APF) và dùng dạng h n hợp giữa mạch lọc thụ động và mạch lọc tích
cực.
2.3.1 Mạch lọc thụ động.
Đây là giải pháp truyền thống và đơn giản nhất để loại trừ độ m o dạng hài trong
hệ thống điện. Nó đã và đang tồn tại trong một thời gian dài. Mạch lọc thụ động có cấu
trúc đơn giản, giá thành thấp, vận hành tin cậy, chi phí hoạt động thấp [8][9], PPF có
hai dạng chính là dạng cộng hƣởng và dạng thông cao. Các mạch lọc cộng hƣởng bao
gồm: mạch lọc cộng hƣởng đơn và k p. Mạch lọc thông cao bao gồm mạch lọc thông
cao bậc 1, bậc 2, bậc 3 và mạch lọc kiểu C nhƣ trong mô tả lần lƣợt trong Hình 2.3.

37. 19
Hình 2.3 Các dạng chính của mạch lọc PPF
Mạch lọc cộng hƣởng đơn là kiểu thông dụng và kinh tế nhất của mạch lọc thụ
động. Nó chứa một cuộn cảm và một tụ điện. Chức năng của nó cho ph p một tín hiệu
chảy qua nó bằng cách cung cấp một trở kháng thấp tại tần số cộng hƣởng và nó tạo ra
một trở kháng lớn tại các tần số khác. Mạch lọc cộng hƣởng đơn đƣợc biểu diễn nhƣ ở
Hình 2.4
Hình 2.4 Mạch lọc cộng hƣởng đơn
Trở kháng cộng hƣởng của một mạch lọc cộng hƣởng đơn cho hài bậc th
n là:
tn s
s
1
Z R j n L
n C


 
  
 
 
(2.3)
Trong đó s
 là tần số góc cơ bản, tần số cộng hƣởng của mạch lọc là:

38. 20
0
1
f
2 LC

 (2.4)
Định nghĩa hệ số chất lƣợng:
0
0
L 1
Q
R RC


  (2.5)
Trong đó 0
 là tần số góc cộng hƣởng. Giá trị của R có thể thu đƣợc bằng cách
lựa chọn một giá trị tƣơng thích của hệ số chất lƣợng trong dãy 50<Q<150.
Một kiểu phổ thông khác của mạch lọc thụ động là mạch lọc thông cao high-pass
power filter_HPPF) [8][10][11]. Mạch lọc HPPF đƣợc biểu diễn nhƣ ở Hình 2.3 c-e .
Mạch lọc thông cao bậc 1 đƣợc biểu diễn nhƣ ở Hình 2.3c, nó đƣợc đặc trƣng bởi sự
tổn hao công suất lớn tại tần số cơ bản, bởi vậy nó ít đƣợc sử dụng rộng rãi. Mạch lọc
thông cao bậc 2 HPF đƣợc biểu diễn nhƣ ở Hình 2.3d có đặc tính lọc tốt, ứng dụng dễ
dàng và tổn hao công suất tại tần số cơ bản giảm [12]. Hiệu quả lọc của mạch lọc thông
cao bậc 3 đƣợc biểu diễn nhƣ ở Hình 2.3e thì tốt hơn mạch lọc thông cao bậc 2. Tuy
nhiên mạch lọc thông cao bậc 3 thì không đƣợc sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng
điện áp trung bình và thấp bởi vì tính kinh tế, sự phức tạp và tính tƣơng thích [13].
Hình 2.5 phân tích mạch lọc thông cao.
Hình 2.5 Mạch lọc thông cao

39. 21
Mặc dù mạch lọc thụ động có cấu trúc đơn giản và giá thành thấp. Nó còn tồn tại
nhiều khuyết điểm cần cải tiến nhƣ là: vấn đề xảy ra cộng hƣởng, mất ổn định, h
cảm…Kích thƣớc các thành phần mạch lọc là khá lớn bởi vì các thành phần hài loại trừ
thƣờng là các mạch lọc thông thấp  
rd th th
3 , 5 , 7 [8][12]. Hơn nữa, đặc tuyến bù của
những mạch lọc này bị ảnh hƣởng bởi trở kháng nguồn, bởi vậy nó rất dễ xảy ra hiện
tƣợng cộng hƣởng giữa trở kháng của mạch lọc thụ động PPF và trở kháng của nguồn
[12].
Thêm nữa, các PPF chỉ có khả năng bù cố định. Nếu tải thay đổi trong một dải
rộng các thông số thiết kế của PPF sẽ không còn đúng. Hình 2.6 biểu diễn kết nối của
các PPF
Hình 2.6 Kết nối hệ thống PPF
Tóm lại mạch lọc thụ động có các đặc điểm sau:
 Đơn giản, giá thành thấp.
 Nhạy cảm với môi trƣờng: trở kháng đƣờng dây, thay đổi tải
 Cộng hƣởng song song, nối tiếp.
 Dễ dàng xảy ra quá tải.
 Bù quá tải nhƣng lúc hệ số công suất đã tốt.

40. 22
Hai dạng cộng hƣởng thƣờng xảy ra nhất của PPF:
+
Sự cộng hƣởng song song của mạch lọc thụ động với hệ thống đƣợc biểu diễn
nhƣ ở Hình 2.7
Hình 2.7 Cộng hƣởng song song
Hiện tƣợng cộng hƣởng song song xảy ra khi:
2
songsong
1
j L
j C
Z LC 1
1
j L
j C





    

(2.6)
+
Cộng hƣởng nối tiếp đƣợc biểu diễn nhƣ ở Hình 2.8

41. 23
Hình 2.8 Cộng hƣởng nối tiếp
Cộng hƣởng nối tiếp khi và chỉ khi:
noitiep
1 1
Z j L 0 L
j C C
 
 
     (2.7)

42. 24
Hình 2.9 Cộng hƣởng nối tiếp với các nguồn lân cận
Một trƣờng hợp thƣờng xảy ra nửa là hiện tƣợng cộng hƣởng nối tiếp vì các
nguồn lân cận nhƣ đƣợc biểu diễn ở Hình 2.9
Từ các khuyết điểm trên, mạch lọc tích cực “Active Power Filter- APF” ra đời để
giải quyết các khuyết điểm của PPF.
2.3.2 Mạch lọc tích cực.
Khái niệm về lọc tích cực là đƣợc đƣa ra đầu tiên bởi Japan s SasakivàMachida
vào năm 1971 [9] và đƣợc ứng dụng rộng rãi cho bù công suất phản kháng và triệt tiêu
độ m o dạng hài [7][9][14][15]. Nguyên tắc cơ bản của APF là dựa vào dòng hài của
tải để điều khiển APF tạo ra một tín hiệu thêm vào lƣới để triệt tiêu dòng hài đƣợc tạo
ra bởi tải phi tuyến. Tất cả các mạch lọc tích cực đƣợc phát triển với các bộ chuyển đổi
điều chế độ rộng xung PWM dùng bộ nghịch lƣu dòng hoặc áp.
APF có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với các mạch lọc thụ động PPFs [9], nhƣ là:
nó không chỉ triệt tiêu các hài dòng điện mà còn có khả năng bù công suất phản kháng.

43. 25
Hơn nữa, nó còn có khả năng loại trừ khả năng xảy ra cộng hƣởng với trở kháng hệ
thống [14]. Tuy nhiên, APF c ng có một vài khuyết điểm nhƣ là: giá thành cao, công
suất thấp và đặc biệt là khó ứng dụng đƣợc trong các lƣới có điện áp cao trung.
APF có thể đƣợc phân loại dựa theo kiểu của bộ nghịch lƣu, mô hình, sơ đồ điều
khiển và đặc tuyến bù. Phân loại phổ thông nhất là dựa vào kiểu của mô hình nhƣ là
kiểu song song shunt APF hoặc là nối tiếp series APF . Trong đó mô hình kiểu song
song là đƣợc dùng phổ biến nhất. Mạch lọc tích cực có thể đƣợc phân loại dựa theo
kiểu bộ chuyển đổi, mô hình và số pha.
Dựa theo kiểu của bộ chuyển đổi thì có 2 loại chính sau:
 Bộ nghịch lƣu nguồn dòng CSI
Hình 2.10 Bộ nghịch lƣu nguồn dòng
Đặc điểm của cấu trúc của cấu hình CSI là tổn hao do đóng cắt linh kiện cao,
không thể mở rộng ra cấu trúc đa bậc.
 Bộ nghịch lƣu nguồn áp.

44. 26
Hình 2.11 Bộ nghịch lƣu nguồn áp
Bảng 2.1 So sánh giữa kiểu dòng điện và kiểu điện áp.
Dựa theo dạng mô hình:
 Dạng song song
 Dạng nối tiếp
 Dạng h n hợp
Dựa theo số pha:
 Một pha 2 dây
 Ba pha 3 dây
 Ba pha 4 dây
Sau đây là hai dạng phổ biến nhất theo phân loại mô hình:
2.3.2.1 APF dạng song song Shunt Active Power Filter

45. 27
Đây là cấu trúc quan trọng nhất và đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong lọc hài và bù
công suất phản kháng [7][9][16]. Cấu trúc của một APF song song bao gồm: bộ nghịch
lƣu nguồn áp 3 pha VSI hoặc bộ nghịch lƣu nguồn dòng 3 pha CSI , điện dung DC-
side C và một cuộn lọc Lf . Bộ nghịch lƣu nguồn áp là kiểu thƣờng dùng nhất hiện
nay bởi vì nó có sơ đồ điều khiển đơn giản, dễ dàng ổn định điện áp Vdc của bộ nghịch
lƣu [9][14][17][18][19][20][21].
Hình 2.12 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của một VSI song song. Nó chứa một điện
dung DC-side C, các chuyển mạch điện tử công suất IGBT và một cuộn lọc đầu ra Lf.
APF kết nối song song với tải phi tuyến.
APF song song thì đƣợc xem nhƣ một nguồn áp có khả năng điều khiển đƣợc, để
bù các dòng hài bộ nghịch lƣu phát ra các thành phần dựa vào dòng hài của tải phi
tuyến. APF song song bù các dòng hài vào lƣới bằng cách thêm vào một dòng bù bằng
nhƣng ngƣợc pha 1800
với dòng hài của tải. Từ đó các thành phần của dòng hài đƣợc
phát ra trong dòng tải sẽ đƣợc loại bỏ bởi APF song song. Do đó dòng nguồn trở nên
sin lý tƣởng. Hơn nữa, APF song song c ng có thể bù công suất phản kháng. Giả thiết,
dòng bù của APF song song là iapf , Dòng bù thu đƣợc từ sự đo đạc dòng cơ bản của
tải iLf sau đó lấy thành phần dòng tải trừ cho thành phần cơ bản sẽ ra dòng hài cần bù.
Mục đích của APF song song là để thu đƣợc một nguồn dòng is không có thành phần
hài
Theo hình vẽ ta có: is=iL-iapf

46. 28
Hình 2.12 Mô hình của một APF song song
Giả thiết dòng tải phi tuyến có thể là đƣợc viết nhƣ là tổng của thành phần dòng
cơ bản iLf và các thành phần dòng hài iLh, chúng ta có:
L Lf Lh
i i i
  (2.8)
Thì dòng bù thêm vào bởi APF song song phải là iapf = iLh , và kết quả dòng nguồn is là:
s L apf Lf
i i i i
   (2.9)
Từ (2.9) chúng ta có thể thấy rằng, nó chỉ chứa thành phần cơ bản của dòng tải
phi tuyến và do đó loại trừ đƣợc các phần hài. Hình 2.13 biểu diễn dòng nguồn trở nên
dạng sóng sin thuần túy từ dạng sóng m o dạng khi APF song song đƣợc sử dụng. APF
song song có khả năng loại trừ một cách hoàn toàn các hài dòng điện từ tải phi tuyến,
kết quả là dòng nguồn không có các thành phần hài.
C
VSI
load
Nonlinear
Source
s
i
L
i
apf
i
f
L

47. 29
Hình 2.13 Dòng nguồn gần lý tƣởng khi APF song song đƣợc sử dụng
Đặc điểm của mạch lọc tích cực song song:
 Bù sóng hài dòng điện.
 Bù công suất phản kháng.
 Bù thành phần dòng điện không cân bằng.
2.3.2.2 APF dạng nối tiếp
APF dạng nối tiếp đƣợc giới thiệu vào cuối những năm 1980. Mô hình của APF
nối tiếp đƣợc biểu diễn nhƣ ở Hình 2.14. Nó đƣợc kết nối nối tiếp với đƣờng dây phân
phối qua một máy biến áp [9][14]. VSI thì đƣợc xem nhƣ một nguồn áp có khả năng
điều chỉnh đƣợc. Nguyên lý hoạt động cơ bản của một APF nối tiếp là dựa vào sự cô
lập của các hài giữa tải phi tuyến và nguồn. Điều này đƣợc thực hiện bởi sự thêm vào
một điện áp hài vapf thông qua một biến áp. Điện áp hài đƣợc thêm vào đƣợc cộng vào
điện áp nguồn để duy trì một điện áp hình sin lý tƣởng của nguồn cấp cho tải phi tuyến.
Máy biến áp thì đƣợc điều khiển theo cách: nó sẽ có trở kháng bằng không cho thành
cơ bản và sẽ có một giá trị trở kháng lớn cho các thành phần tần số hài để ngăn chặn
các hài bậc cao đi vào nguồn. Chính điều này nó sẽ ngăn chặn tất cả các hài đi vào
nguồn từ tải phi tuyến và ngƣợc lại.
Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý của một APF dạng nối tiếp
C
VSI
load
Nonlinear
Source
s
i
L
i
apf
v

48. 30
Trong thực tế, APF dạng nối tiếp thì ít đƣợc dùng hơn APF dạng song song [8],
bởi vì APF song song có thể dùng với các tải lớn hơn. Trong khi đó nếu dùng APF
dạng nối tiếp thì với dung lƣợng lớn của dòng tải sẽ làm tăng công suất của MBA đặc
biệt là bên cuộn thứ cấp. Từ đó sẽ làm tăng tổn thất I2
R [15] Tuy vậy, APF dạng nối
tiếp c ng có nhiều ƣu điểm hơn so với APF song song: chúng sẽ là rất lý tƣởng cho
việc loại trừ các hài điện áp nguồn, nó có khả năng cung cấp cho tải với một sóng sin
lý tƣởng, thích hợp cho các tải nhạy cảm. Với đặc điểm này, APF dạng nối tiếp thƣờng
đƣợc dùng dể cải tiến chất lƣợng điện áp của mạng phân phối.
Một giải pháp khác đã đƣợc đƣa ra để giải quyết vấn đề sóng hài là Hybrid Active
Power Filter (HAPF) [22]. HAPF là một tổ hợp của các mạch lọc thụ động và mạch lọc
tích cực, chính vì sự tổ hợp này mà nó kế thừa đƣợc ƣu điểm của cả mạch lọc thụ động
và mạch lọc tích cực. Dựa vào việc sử dụng APF nhƣ thế nào mà HAPF c ng có rất
nhiều dạng. Thông thƣờng, có hai dạng là HAPF song song và HAPF nối tiếp. Nghiên
cứu này sử dụng một dạng HAPF song song dạng cải tiến gọi là High-capacity Hybrid
Active Power Filter (HHAPF). Mục đích của dạng này nhằm giảm đƣợc công suất của
APF và do đó có thể ứng dụng đƣợc với mạng lƣới có điện áp cao, công suất lớn.
Về các phƣơng pháp điều khiển cho HAPF thì thƣờng sử dụng các phƣơng pháp
nhƣ điều khiển hysteresis, so sánh, tiên đoán, trƣợt, PI truyền thống, … và phƣơng
pháp thƣờng đƣợc sử dụng nhất là phƣơng pháp điều khiển Hysteresis và phƣơng pháp
điều khiển PI truyền thống. Phƣơng pháp điều khiển Hysteresis [23] có ƣu điểm là đơn
giản, đáp ứng nhanh nhƣng khuyết điểm là phụ thuộc vào tần số chuyển mạch, việc
khắc phục nhƣợc điểm này c ng đƣợc nhƣng mạch điều khiển hơi phức tạp. Với
phƣơng pháp điều khiển PI truyền thống thì rất đơn giản, dễ thực hiện thực nghiệm
[24]. Tuy nhiên, khuyết điểm của điều khiển PI là các thông số Kp, Ki là cố định, nếu
chọn một giá trị Kp quá lớn thì đáp ứng sẽ nhanh nhƣng rất dễ mất ổn định và nguợc
lại. Hơn nữa, trong lĩnh vực khử sóng hài thì quá trình điều khiển là phi tuyến. Do đó,
nếu chỉ sử dụng điều khiển PI truyền thống thì rất khó để đạt đƣợc kết quả tốt. Để giải

49. 31
quyết khuyết điểm này ngƣời ta thƣờng dùng bộ điều khiển mờ, neural, hoặc dạng kết
hợp PI với mờ, neural [25][26][27][28].
Hình 2.15 Vị trí bộ lọc nhiễu trong sơ đồ cung cấp điện
2.4 Hƣớng nghiên cứu đƣợc đề xuất.
Khi so sánh tổng chi phí cho các bộ lọc bao gồm chi phí mua sắm, vận hành, bảo
trì bảo dƣỡng. Chi phí dành cho các bộ lọc tích cực quá cao trong tình hình kinh tế
không cho ph p và điều kiện hoạt động của các bộ lọc tích cực c ng yêu cầu khắc khe
hơn. Điều này không phù hợp với điều kiện thực tế trong nƣớc. Ngƣợc lại, các bộ lọc
với cấu trúc là các linh kiện thụ động RLC và không yêu cầu có bộ điều khiển nên chi
phí chế tạo và hoạt động rẻ hơn rất nhiều so với các bộ lọc tích cực. Đồng thời do chỉ là
các linh kiện thụ động nên chi phí vận hành và bảo trì bảo dƣỡng c ng thấp hơn.
Việc sử dụng các bộ lọc thụ động gặp khó khăn lớn nhất là không tìm đƣợc các
thông số phù hợp của các thành phần trong mạch. Nguyên nhân là không chọn đúng
các giá trị các thành phần này nhằm tối ƣu chi phí và đảm bảo chất lƣợng điện năng.
Để giải quyết vấn đề trên, thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn sẽ đƣợc sử dụng để xác định
các thông số của bộ lọc PPF.
Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra một giải pháp lọc sóng hài cho các phụ tải phi
tuyến với chi phí thấp và đảm bảo chất lƣợng điện năng theo tiêu chuẩn. Để làm đƣợc
điều này, luận văn đề xuất sử dụng các bộ lọc thụ động RLC nhằm giảm thiểu chi phí.
tải gây hài
tải gây hài tải gây hài
Bộlọc
nhiễuhài
Máybiếnáp
22/0.4kV
Lưới
trung
thế

50. 32
Các thông số của bộ lọc đƣợc hiệu chỉnh để nâng cao hiệu quả hoạt động lọc sóng hài
thông qua giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn PSO.

51. 33
CHƢƠNG 3: TỐI ƢU THÔNG SỐ BỘ PPF
3.1 Các phƣơng pháp tối ƣu cơ bản.
Bài toán xác định tổ hợp giá trị  
1 1 1 2 2 2 3 3 3
, , , , , , , ,
R L C R L C R L C là một bài toán phi
tuyến liên tục và vấn đề xác định đúng phƣơng trình mô tả nó trong mối trƣơng quan
đến THD là rất khó khăn. Do đó, để giải các bài toán phi tuyến, một số phƣơng pháp
tìm kiếm (thử và sai) có chọn lọc đƣợc đề xuất để tìm ra kết quả tối ƣu nhất cho các hệ
thống điện khác nhau. Một số thuật toán tìm kiếm tối ƣu có thể dùng đƣợc sử dụng
trong việc tìm kiếm lời giải cho bài toán phi tuyến đƣợc liệt kê cụ thể nhƣ bên dƣới.
3.1.1 Phƣơng pháp tìm kiếm Tabu.
Tìm kiếm địa phƣơng hoặc khu vực, thuật toán tìm kiếm Tabu bắt đầu từ một giải
pháp ban đầu và di chuyển từ láng giềng này đến láng giềng khác càng lâu càng tốt
trong khi giảm đƣợc giá trị của hàm mục tiêu. Tabu sửa đổi các khu phố của giải pháp
đƣợc tìm thấy, tạo điều kiện cho việc thăm dò các khu vực của không gian tìm kiếm
chƣa đƣợc khám phá bằng cách tìm kiếm địa phƣơng. Các loại khác nhau của các yếu
tố có thể đƣợc lƣu trong bộ nhớ. Có nhiều loại khác nhau của các danh sách Tabu, một
danh sách Tabu có thể chứa các giải pháp truy cập gần đây, giải pháp đƣợc loại trừ vì
chúng có chứa một thuộc tính cụ thể, hoặc bị cấm di chuyển. Trong trƣờng hợp một số
giải pháp đƣợc loại trừ vì các thuộc tính của chúng. Trong quá trình thăm dò không
gian tìm kiếm, có một nguy cơ thiếu các giải pháp có chất lƣợng tốt có thể truy cập chỉ
bằng cách truyền các giải pháp loại trừ. Để khắc phục vấn đề này, tiêu chuẩn nguyện
vọng đƣợc giới thiệu cho ph p ghi đè trạng thái Tabu của một giải pháp và đƣa nó vào
trong các thiết lập cho ph p nhƣ đƣợc trình bày trong nghiên cứu [29].
Các đặc tính khác của Tabu là các tiến trình mới không đƣợc chọn ngẫu nhiên,
Tabu tìm kiếm tiến hành theo giả thiết rằng không có việc chấp nhận một giải pháp
mới trừ khi nó đang tránh một con đƣờng đã đƣợc điều tra. Điều này đảm bảo các khu

52. 34
vực mới của không gian giải pháp các vấn đề sẽ đƣợc điều tra với mục tiêu tránh cực
tiểu địa phƣơng và cuối cùng tìm ra giải pháp mong muốn.
3.1.2 Phƣơng pháp GA.
Thuật toán Genetic Algorithm (GA) trình bày việc giải bài toán phân bổ công suất
tối ƣu trong mạng điện lớn sử dụng phƣơng pháp giải thuật gen. Thuật toán GA đƣợc
phát minh bởi Holland vào đầu những năm 1975. Nó là phƣơng pháp tìm kiếm toàn
cục ngẫu nhiên mà dựa theo sự đánh giá di truyền tự nhiên GA hoạt động trên quần thể
của những lời giải ứng với việc giải mã chu i hữu hạn gọi là nhiễm sắc thể (NST). Kết
quả này đƣợc biểu diễn dƣới dạng chu i số nhị phân và các kí hiệu mã hóa khác đƣợc
gọi là nhiễm sắc thể. Để đạt đƣợc kết quả tối ƣu thì m i NST phải phải trao đổi thông
tin bằng cách sử dụng những toán tử mƣợn từ gen tự nhiên để làm ra lời giải tối ƣu.
Hàm mục tiêu dung để tính toán là cực tiểu chi phí đầu tƣ với các ràng buộc công suất
máy phát, điện áp các nút, tụ bù, đầu phân áp nằm trong giới hạn cho phép. Thời gian
tính toán có thể giảm xuống bằng cách phân chia các ràng buộc thụ động trong giới hạn
mềm sử dụng bài toán dòng công suất truyền thống. Kết quả đƣợc so sánh với các cách
giải khác của giải thuật GA và phƣơng pháp EP. GA có nhiều điểm ƣu điểm trong tính
toán, nhƣ đơn giản và tổng quát hóa. Ngoài ra nó còn tìm ra nhiều kết quả một cách
đồng thời mà các phƣơng pháp thông thƣờng không làm đƣợc. Vì thế khả năng tìm ra
kết quả tối ƣu toàn cục đƣợc nâng lên. Ƣu điểm chính của GA là tìm ra kết quả gần tối
ƣu trong thời gian ngắn so với các phƣơng pháp dò tìm ngẫu nhiên khác nhƣ Simulated
anticaling hay quy hoạch động DP … Tuy nhiên, GA còn phụ thuộc nhiều vào hàm
tƣơng thích, nhạy với tỉ lệ lai và đột biến, sơ đồ mã hóa các bit và độ dốc của đƣơng
cong không gian dò tìm dẫn đến lời giải.
Thuật toán di truyền có mô hình toán học tổng quát hơn so với phƣơng tìm kiếm
Tabu. Trong đó hàm mục tiêu là tổng chi phí thiết bị và tổn thất do THD gây ra.
3.1.3 Phƣơng pháp ACO.

53. 35
Các giải thuật ACO Ant Colony Optimization đƣợc đề xuất trong nghiên cứu
[30] đã đƣợc lấy cảm hứng từ hành vi những con kiến trong thực tế chúng đang tìm
kiếm thực phẩm. Trong thực tế, kiến ban đầu khám phá khu vực xung quanh tổ một
cách ngẫu nhiên cho đến khi một con kiến tìm thấy nguồn thực phẩm. Nó đánh giá số
lƣợng và chất lƣợng của thực phẩm và mang một ít trở lại tổ. Trên chuyến đi trở lại của
nó, kiến gửi một lƣợng pheromone để làm dấu trên mặt đất. Số lƣợng của pheromone
trên tuyến đƣờng sẽ làm tăng xác suất của một con kiến để lựa tuyến đƣờng này. Nếu
nó vẫn tìm thấy thực phẩm, nó sẽ quay trở lại tổ và sau cùng một tuyến đƣờng tăng
cƣờng dấu vết pheromone tạo thành đƣờng mòn. Theo thời gian, pheromone sẽ bốc hơi
và làm mất đƣờng mòn, do đó làm giảm sức hấp dẫn của kiến. Tuyến đƣờng đƣợc thực
hiện sẽ có dấu vết pheromone của chúng và yếu hơn vì có nhiều thời gian hơn để bay
hơi. Do xác suất của một tuyến đƣờng dài hơn sẽ có dấu vết pheromone thấp hơn với
thời gian.
Ý tƣởng của thuật toán đàn kiến là sử dụng kiến nhân tạo để xây một giải pháp
tƣơng tự với những gì kiến thực tế làm trong môi trƣờng tự nhiên của chúng. Trong tối
ƣu hóa đàn kiến (ACO) meta-heuristic một thuộc địa những con kiến nhân tạo hợp tác
xây dựng giải pháp tốt cho vấn tối ƣu hóa khó khăn rời rạc. Thiết kế chính của loại
hình thuật toán này là hợp tác: Sự lựa chọn là để phân các nguồn lực tính toán một tập
hợp các tác nhân đơn giản (kiến nhân tạo) mà giao tiếp gián tiếp bằng cách nhờ
stigmergy sử dụng một tham số hoạt động nhƣ pheromone tự nhiên. Kiến nhân tạo là
một đàn tƣơng tự nhƣ kiến thực tế nhƣng chúng là một tập trừu tƣợng, và mặt khác một
số khả năng không těm thấy trong kiến thực tế nhƣng có thể làm cho chúng hiệu quả
hơn.
3.1.4 Phƣơng pháp Keruel- Oriented.
Hiện nay, hệ thống điện của các quốc qia trên thế giới đang có xu hƣớng chuyển
từ hệ thống điện tập trung (các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đều do
nhà nƣớc nắm giữ) sang một hệ thống điện không tập trung. Khi đó các phƣơng pháp

54. 36
quy hoạch mở rộng hệ thống điện phải có những thay đổi để phù hợp với xu hƣớng
này.
Phƣơng pháp Kernel – Oriented là phƣơng pháp đƣợc xây dựng trên cơ sở lý
thuyết trò chơi đƣợc đề xuất trong nghiên cứu [31] khi nghiên cứu về quy hoạch mở
rộng hệ thống điện bởi Contreras.
Các đối tƣợng tham gia vào các khâu của hệ thống điện đƣợc gọi là ngƣời tham
gia vào trò chơi mở rộng lƣới điện. Quyết định của họ sẽ xây dựng thêm đƣờng dây
tƣơng tự nhƣ quyết định tham gia vào trò chơi với mục đích thu đƣợc lợi nhuận cao
nhất cho cá nhân mình. Để giải quyết đƣợc bài toán này, phƣơng pháp Kernel-Oriented
dựa vào lí thuyết trò chơi hợp tác là cơ sở cho các thỏa thuận liên quan giữa các ngƣời
chơi. Các ngƣời chơi sẽ đàm phán với nhau theo kiểu xoay vòng. Kết thúc m i vòng
đàm phán, một liên kết mới sẽ tạo ra một liên kết có hoặc không có liên kết nào. Gồm
có 3 giai đoạn:
 Tính toán và gửi đi các chảo hàng liên kết.
 Hình thành liên kết.
 Phân chia chi phí và các quy tắc kết thúc.
3.1.5 Phƣơng pháp DE.
Phƣơng pháp DE Differential Evolutions là một thuật toán tiến hóa đƣợc đề
xuất bởi Storn and Price vào năm 1997 trong nghiên cứu [32]. Phƣơng pháp DE cho
thấy hiệu quả trong việc giải quyết bào toán tối ƣu không tuyến tính với nhiều ràng
buộc. DE có ƣu điểm hơn các phƣơng pháp tiến hóa khác đó là cấu trúc đơn giản, gọn,
ít thông số diều khiển, điểm hội tụ cao.
3.1.6 Phƣơng pháp PSO.
Thuật toán PSO (Particel Swarm Optimization) - tối ƣu bầy đàn là một trong
những thuật toán xây dựng dựa trên khái niệm trí tuệ bầy đàn để tìm kiếm lời giải cho
các bài toán tối ƣu hóa trên một không gian tìm kiếm nào đó. PSO là một dạng của các
thuật toán tiến hóa quần thể đã đƣợc biết trƣớc đây nhƣ giải thuật di truyền (GA). Tuy

55. 37
vậy, PSO khác với (GA) ở ch nó thiên về sử dụng sự tƣơng tác giữa các cá thể trong
một quần thể để khám phá không gian tìm kiếm. PSO là kết quả của sự mô hình hóa
việc đàn chim bay đi tìm kiếm thức ăn cho nên thƣờng đƣợc xếp vào loại thuật toán có
sử dụng trí tuệ bầy đàn. PSO đƣợc giới thiệu vào năm 1995 trong nghiên cứu [33] tại
một hội nghi IEEE bở James Kennedy và Rusell C. Eberhard.
Thuật toán có nhiều ứng dụng quan trọng trong tất cả các lĩnh vực mà ở đó đòi
hòi phải giải quyết các bài toán tối ƣu hóa. Để hiểu rõ thuật toán PSO ta hãy xem một
ví dụ đơn giản về quá trình tìm kiếm thức ăn của một đàn chim. Không gian tìm kiếm
thức ăn lúc này là toàn bộ không gian ba chiều mà chúng ta đang sinh sống. Tại thời
điểm bắt đầu tìm kiếm cả đàn bay theo một hƣớng nào đó, có thể là rất ngẫu nhiên. Tuy
nhiên sau một thời gian tìm kiếm một số cá thể trong đàn bắt đầu tìm ra đƣợc nới có
chứa thức ăn. Tùy theo số lƣợng thức ăn vừa tìm kiếm, mà cá thể gửi tín hiệu đến các
thế thể đang tìm kiếm trong vùng lân cận, tín hiệu này nhanh chóng lan truyền trên
toàn quần thể. Dựa vào thông tin nhận đƣợc m i cá thể sẽ điều chỉnh hƣớng bay và vận
tóc theo hƣớng về nơi có nhiều thức ăn nhất. Cơ chế này giúp cả đàn chim tìm ra nơi
có nhiều thức ăn nhất trên không gian tìm kiếm vô cùng rộng lớn. Nhƣ vậy đàn chim
đã dùng trí tuệ, kiến thức và kinh nghiệm của cả đàn để nhanh chóng tìm ra nới chứa
thức ăn. Bây giờ chúng ta tìm hiểu làm cách nào mà một mô hình trong sinh hoạt nhƣ
vậy có thể áp dụng trong tính toán và sinh ra thuật toán PSO mà chúng ta từng nhắc
đến. Việc mô hình hóa này thƣờng đƣợc gọi là quá trình phỏng sinh học mà chúng ta
thƣờng thấy trong các ngành khoa học khác. Thuật toán đƣợc xây dựng dựa trên việc
mô hình hóa các quá trình sinh học đƣợc gọi là thuật toán phỏng sinh học.
3.1.7 Phƣơng pháp SA.
Phƣơng pháp SA Simulated Annealing là một thuật toán xác suất tối ƣu hóa vấn
đề, phát minh bởi Kirkpatrick et al. vào năm 1983 [34].SA là sự khái quát của một
phƣơng pháp Monte Carlo cho khảo sát các phƣơng trình của trạng thái và các trạng
thái đông lạnh của hệ thống vật thể. Tên và cảm hứng đến từ quá trình nung đƣợc sử

56. 38
dụng trong luyện kim. Luyện kim là một xử lý nhiệt làm thay đổi cấu trúc vi mô của
vật liệu. Sau khi đƣợc đun nóng, vật liệu đƣợc làm lạnh từ từ thành một cấu trúc thống
nhất với những thay đổi trong thuộc tính cƣờng độ và độ cứng.
Với nhiệt, các nguyên tử di chuyển từ vị trí ban đầu của chúng (tối thiểu địa
phƣơng của năng lƣợng bên trong) và di chuyển ngẫu thông qua các trạng thái năng
lƣợng cao hơn. Việc làm mát chậm chạp làm tăng nguy cơ của việc tìm kiếm một cấu
hình với năng lƣợng nội bộ thấp hơn so với ban đầu. Trong giải thuật SA, các giải pháp
ban đầu đƣợc thay thế bằng một giải pháp lân cận đƣợc lựa chọn theo một quy luật xác
suất. Các phƣơng trình năng lƣợng cho hệ thống nhiệt động lực học tƣơng tự với chức
năng khách quan của vấn đề tổ hợp, và mặt bằng trạng thái là tƣơng tự với mức tối
thiểu.
3.2 Thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn PSO
3.2.1 Giới thiệu về thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn:
PSO là một kỹ thuật tối ƣu hóa ngẫu nhiên dựa trên một quần thể và sau đó tìm
nghiệm tối ƣu bằng cách cập nhật các thế hệ, đƣợc phát triển bởi Dr.Eberhart và
Dr.Kennedy, phỏng theo hành vi của các bầy chim hay các đàn cá.
Giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn Particles Swarm Optimization - PSO), là phần
thuộc lĩnh vực nghiên cứu quần thể thông minh (Swarm Intelligence SI), nằm trong
tính toán tiến hóa – Evolution computation. Những ý tƣởng nghiên cứu trong quần thể
thông minh dựa trên quan hệ, cách ứng xử của các cá thể trong quần thể, và cách thức
tự tổ chức, hoạt động của quần thể. Những ý tƣởng này đều xuất phát từ việc quan sát
các quần thể sinh vật trong tự nhiên. Nhƣ cách thức mà đàn chim tìm kiếm nguồn thức
ăn, nguồn nƣớc, cách mà đàn kiến tìm đƣờng đi tới nguồn thức ăn từ tổ của chúng…
3.2.2 Lịch sử phát triển của giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn
Con ngƣời đã khám phá ra nhiều điều thú vị về hành vi của các loài côn trùng,
động vật trong thế giới tự nhiên từ rất lâu. Hình ảnh một đàn chim tìm kiến thức ăn, tìm
nơi di trú, bầy kiến tìm thức ăn, đàn cá tìm kiếm nguồn thức ăn và đổi hƣớng khi gặp

57. 39
kẻ thù… Chúng ta gọi đó là kiểu quan hệ bầy đàn. Gần đây các nhà khoa học mới
nghiên cứu, tìm hiểu về các loại quan hệ bầy đàn trong tự nhiên, để hiểu cách mà các
sinh vật này giao tiếp, hoàn thành mục đích và tiến hóa. Họ đã ứng dụng những nghiên
cứu này để giải các bài toán tối ƣu nhƣ thiết kế mạng viễn thông, tự động nghiên cứu
robot, xây dựng mô hình giao thông (traffic pattern) trong bài toán vận chuyển, ứng
dụng trong quân sự, điều khiển động cơ… Lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng các tri
thức về quan hệ bầy đàn trong tự động hóa đƣợc gọi là lĩnh vực quần thể thông minh.
Giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn Particle Swarm Optimization – PSO) lấy ý tƣởng
từ cách đàn chim tìm thức ăn, nguồn nƣớc. Đây là giải thuật tối ƣu toàn cục nhằm giải
những bài toán mà lời giải tốt nhất có thể biểu diễn bằng một điểm, hay một mặt trong
không gian n-chiều.
3.2.3 Khái quát hóa giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn
Theo giả thuyết của bài toán, các cá thể ban đầu đƣợc dựng lên trong không gian
đó. M i cá thể có một vận tốc ban đầu, và giữa các cá thể c ng có kênh liên lạc. Các cá
thể sau đó di chuyển trong không gian lời giải, m i cá thể sẽ đƣợc đánh giá bằng một
hay nhiều tiêu chuẩn thích nghi, dần dần các cá thể này sẽ di chuyển về phía những cá
thể tốt hơn trong phạm vi của chúng.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này so với các phƣơng pháp tối ƣu toàn cục khác nhƣ
mô phỏng tôi luyện (Simulated Annealing), di truyền (Genetic Algorithm) là với số
lƣợng lớn cá thể có thể giúp giải thuật vƣợt qua đƣợc các cực trị cục bộ.
Ban đầu, quần thể của PSO đƣợc tạo ngẫu nhiên bởi một nhóm ngẫu nhiên các
particles (phần tử), và m i phần tử của quần thể này sẽ di chuyển với một vận tốc ngẫu
nhiên. Khi m i phần tử di chuyển trong không gian tìm kiếm, nó sẽ đánh giá lại hàm
fitness và lƣu lại vị trí tốt nhất của nó (pbestx) – vị trí cho ra giá trị fitness tốt nhất của
m i phần tử, và giá trị fitness tại vị trí pbestx đó gọi là pbest (best solution). M i phần
tử c ng lƣu lại giá trị có fitness tốt nhất toàn cục gbest (best global solution) – giá trị

58. 40
fitness tốt nhất của một phần tử bất kì trong số tất cả các phần tử trong quần thể đạt
đƣợc cho đến thời điểm hiện tại; và vị trí có giá trị tốt nhất toàn cục đó gbestx).
Trong khi di chuyển hƣớng về vị trí pbest và gbest, m i phần tử tại m i bƣớc
lặp sẽ thay đổi / cập nhật vị trí và vận tốc hiện tại của nó bởi hai giá trị: giá trị thứ nhất,
gọi là pBest (là nghiệm tốt nhất đạt đƣợc cho tới thời điểm hiện tại) hay còn gọi là giá
trị fitness tốt nhất của phần tử trong cho đến thời điểm hiện tại. Giá trị thứ hai, gọi là
gbest (là nghiệm tốt nhất mà các cá thể lân cận cá thể này đạt đƣợc cho tới thời điểm
hiện tại hay là giá trị fitness của cá thể tốt nhất trong tất cả các thế hệ từ trƣớc đến bây
giờ. Nói cách khác, m i cá thể trong quần thể cập nhật vị trí của nó theo vị trí tốt nhất
của nó và vị trí của cá thể tốt nhất trong quần thể tính tới thời điểm hiện tại. Quá trình
cập nhật các cá thể dựa trên hai công thức sau:
k 1
( i,m ) ( i,m ) 1 1 i,m ( i,m ) 2 2 m ( i,
k k k
m )
v .v r ( pbest x ) r ( gbest x )
  

     (3.1)
k 1 k 1
( i,m ) ( i,m ) ( i,m )
k
x x v
 
  (3.2)
Trong đó:
i=1,2,…,n ; m=1,2,…,d
n: Số phần tử trong quần thể.
d: Kích thƣớc quần thể (dimension).
k: bƣớc lặp.
:: Vận tốc của cá thể thứ i tại vòng lặp thứ k.
: trọng số quán tính.
, (hoặc c1, c2): Hệ số gia tốc, thƣờng đƣợc chọn trong khoảng [0 2]
r1, r2 (Rand ()): Là một số ngẫu nhiên trong khoảng (0,1).
:: Vị trí cá thể thứ i tại thế hệ thứ k.
pbestm : Vị trí tốt nhất của cá thể thứ i.
gbestm : Vị trí tốt nhất của các cá thể trong quần thể.

59. 41
Hình 3.1 Khái niệm về sự thay đổi điểm tìm kiếm của PSO
3.2.4 Một số khái niệm trong giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn.
Khi nghiên cứu về giải thuật tối ƣu hóa bầy đàn, một số khái niệm đã đƣợc đƣa
ra:
 Cá thể: M i cá thể trong thuật toán biểu diễn một lời giải của bài toán nhƣng
chƣa phải là lời giải tối ƣu. Tùy vào từng bài toán mà m i cá thể đƣợc biểu
diễn bởi những cách khác nhau nhƣ chu i nhị phân, cây, chu i số, v.v…
 Quần thể: Là một tập hợp các cá thể có cùng một số đặc điểm nào đấy. Trong
giải thuật tối ƣu bầy đàn thì quần thể là một tập các lời giải của một bài toán.
Các cá thể trong quần thể có thể có thông tin về toàn bộ quần thể hoặc chỉ có
thông tin về một phần của quần thể, thông tin đó thƣờng là thông tin về cá thể
tốt nhất và đƣợc đánh giá thông qua giá trị của hàm mục tiêu.
 Vị trí: M i bài toán tối ƣu có một không gian lời giải của nó, không gian đó có
thể là một hoặc đa chiều. M i lời giải trong bài toán có thể coi nhƣ một vị trí
trong không gian đó.
 Vận tốc: Trong PSO m i cá thể có một vận tốc riêng, vận tốc riêng này dùng
để tính vị trí tiếp theo của cá thể trong không gian bài toán. Nếu không gian bài
toán là không gian n chiều, thì với m i cá thể m i chiều sẽ có một vận tốc, hay
nói cách khác vận tốc c ng là một vector n chiều. M i cá thể sẽ “di chuyển”
trong không gian bài toán để tìm ra lời giải tối ƣu. Tùy vào bài toán cụ thể mà
có cách biểu diễn hàm vận tốc phù hợp, hàm vận tốc là một trong những tham

60. 42
số quan trọng bậc nhất trong giải thuật PSO, đôi khi chỉ cần thay đổi cách biểu
diễn hàm vận tốc ta có thể giải một bài toán khác.
− Hàm mục tiêu: Là hàm mô tả yêu cầu bài toán cần đạt tới. Hàm này dùng để
đánh giá các lời giải của bài toán. Tùy vào từng bài toán mà hàm mục tiêu khác
nhau. Thông thƣờng chỉ tiêu để nhận dạng thông số là tối thiểu giá trị của hàm
mục tiêu.
3.2.5 Các bƣớc trong việc xây dựng giải thuật PSO
− Khởi tạo một quần thể gồm những cá thể (biến) với những vị trí và vận tốc
ngẫu nhiên. Đánh giá hàm fitness của quần thể ban đầu và chọn ra giá trị pbest
và gbest ban đầu
− Cập nhật vận tốc và vị trí cho m i phần tử theo 2 công thức (3.3) và (3.4). Lúc
này ta đã có đƣợc một quần thể mới.
− Đánh giá /tính hàm fitness cost function) của từng phần tử và so sánh với giá
trị pbest ban đầu. Nếu giá trị hiện tại này tốt hơn pbest ban đầu thì đặt giá trị
này thành pbest mới.
− Đồng thời so sánh với gbest ban đầu, nếu tốt hơn thì đặt giá trị này thành gbest
mới. (chọn phần tử có giá trị fitness / cost tốt nhất và gán giá trị này cho gbest).
− Lặp lại từ bƣớc 2 cho đến khi đạt đƣợc ngƣỡng giới hạn hoặc đã đạt đến số lần
lặp max.
3.2.6 Lƣu đồ giải thuật PSO

61. 43
Hình 3.2 Lƣu đồ tổng quát cho giải thuật PSO
Sơ đồ thuật toán trên là cho bài toán tối ƣu cực tiểu giá trị hàm mục tiêu. Tại m i
bƣớc lặp ta sẽ cập nhật lại giá trị tốt nhất của từng cá thể trong quá khứ cho tới thời
điểm hiện tại và giá trị tốt nhất của toàn bộ quần thể cho tới thời điểm hiện tại.
Tối ƣu hóa bầy đàn đƣợc cho là có tốc độ tìm kiếm nhanh hơn so với các thuật
thuật giải tiến hóa truyền thống khác. Tuy nhiên thuật toán này thƣờng tìm ra điểm cực

62. 44
trị địa phƣơng rất nhanh nhƣng lại bị mắc kẹt ở những điểm đó. Để tránh việc này thì
có thể tăng số lƣợng các cá thể lên, tuy nhiên thời gian tính toán c ng tăng lên. Trong
m i bài toán riêng, ta c ng có thể đƣa vào các tham số ngẫu nhiên nhƣ 2 vector ngẫu
nhiên R1, R2 trong thuật toán dạng cơ bản trên. Các tham số ngẫu nhiên này làm giảm
khả năng thuật toán bị mắc vào cực trị địa phƣơng.
Điều kiện kết thúc lặp của thuật toán rất đa dạng. Có thể là sau một số lần lặp cho
trƣớc hoặc là sau một số lần lặp mà không thu đƣợc kết quả tốt hơn.
Tùy vào từng bài toán cụ thể mà cách biểu diễn cá thể sẽ khác đi, khi đó cách
biểu diễn hàm vận tốc và vị trí của cá thể có thể sẽ không giống nhƣ trong mô hình
thuật toán ở trên.
3.3 Bộ lọc PPF đƣợc đề xuất.
Cấu hình một bộ lọc thụ động thông thƣờng đƣợc trình bày trong Hình 3.3. Bộ
lọc đƣợc cấu tạo từ hai loại mạch lọc chính là mạch lọc thông dãy và mạch lọc thông
cao. Thông thƣờng các thông số của mạch lọc đƣợc lựa chọn dựa trên kinh nghiệm kết
hợp với xác định tần số cộng hƣởng dựa trên công thức. Tuy nhiên, cách làm này đã
bộc lộ nhƣợc điểm là dễ xuất hiện cộng hƣởng giữa các thành phần và không tối ƣu về
mặt chi phí thiết bị.
Nguồn
BPF
5
th
BPF
7
th
BPF
11
th
HPF
TẢI PHI
TUYẾN
I5th I7th I11th Ih
Hình 3.3 Cấu hình cơ bản của một bộ PPF.