Đề tài: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song

1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN LỌC TÍCH CỰC,
XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ LỌC
TÍCH CỰC SONG SONG
MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU....................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SÓNG ĐIỀU HÒA....................................... 5
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................... 5
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SÓNG ĐIỀU HÒA...................................... 5
1.3. CÁC NGUỒN SINH SÓNG ĐIỀU HÒA.............................................. 8
1.3.1. Máy điện....................................................................................... 8
1.3.2. Các đèn huỳnh quang................................................................... 10
1.3.3. Các thiết bị hồ quang ................................................................... 10
1.3.4. Thiết bị điện tử công suất............................................................. 11
1.4. ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG ĐIỀU HÒA BẬC CAO........................... 16
1.4.1. Với máy biến áp .......................................................................... 17
1.4.2. Động cơ điện............................................................................... 19
1.4.3. Với tụ điện .................................................................................. 19
1.4.4. Dây trung tính ............................................................................. 21
1.4.5. Dây dẫn điện ............................................................................... 21
1.4.6. Nhiễu điện từ............................................................................... 22
1.4.7. Ảnh hưởng đến các thiết bị khác................................................... 22
1.5. MỘT SỐ TIÊU CHUẨN GIỚI HẠN THÀNH PHẦN SÓNG HÀI TRÊN
LƯỚI....................................................................................................... 23
1.5.1. Tiêu chuẩn IEEE std 519.............................................................. 23
1.5.2. Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4............................................................. 25
CHƯƠNG 2. CÁC BỘ LỌC SÓNG ĐIỀU HÒA........................................... 26
2.1. BỘ LỌC THỤ ĐỘNG........................................................................ 26
2.1.1. Dùng cuộn kháng triệt sóng hài .................................................... 26

2
2.1.2. Bộ lọc RC ................................................................................... 29
2.1.3. Bộ lọc LC.................................................................................... 30
2.1.4. Mạch lọc cản............................................................................... 30
2.1.5. Mạch lọc kép............................................................................... 31
2.1.4. Mô phỏng bộ lọc thụ động cho tải phi tuyến.................................. 31
2.2. BỘ LỌC TÍCH CỰC.......................................................................... 35
2.2.1. Gới thiệu về bộ lọc tích cực.......................................................... 35
2.2.2. Các phạm vi công suất của mạch lọc tích cực................................ 35
2.2.3. Phân loại mạch lọc tích cực.......................................................... 36
2.3. DÙNG BỘ CHUYỂN ĐỔI XUNG TRONG THIẾT BỊ ĐỔI ĐIỆN,
ĐIỀU KHIỂN........................................................................................... 42
2.3. BỘ LỌC HỖN HỢP........................................................................... 42
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC SONG SONG ....................... 44
3.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CHỈNH LƯU PWM ................................. 44
3.1.1. Sơ đồ nguyên lý mạch lực ............................................................ 44
3.1.2. Một số cấu trúc điều khiển ........................................................... 46
3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC ............... 47
3.2.1. Phương pháp dựa trên miền tần số................................................ 47
3.2.2. Các phương pháp dựa trên miền thời gian ..................................... 49
3.3. CẤU TRÚC MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG SỬ DỤNG CHỈNH
LƯU PWM .............................................................................................. 54
3.3.1. Nguyên lý điều khiển ................................................................... 54
3.3.2. Phương pháp điều khiển PWM dòng điện ..................................... 55
3.3. THIẾT KẾ MẠCH LỌC TÍCH CỰC SỬ DỤNG CHỈNH LƯU PWM. 60
3.3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng ....................................................... 60
3.3.2. Khảo sát với nguồn điện lý tưởng ................................................. 66
3.3.3. Thiết kế thi công mô hình mạch lọc tích cực ................................. 72
3.3.4. So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng....................... 82
KẾT LUẬN ................................................................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 88

4
MỞ ĐẦU
Tổn thất điện năng ở nước ta thuộc loại cao trong khu vực. Nhiều vùng
của nước ta tổn thất điện năng lên tới hàng chục phần trăm. Điều này gây sức ép
cho ngành điện buộc ngành điện phải vào cuộc nhằm giảm tổn thất điện năng tới
mức thấp nhất. Trên thực tế đó, em đã lựa chọn tền đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên
cứu tổng quan lọc tích cực, xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song
song”. Đây là một trong những công nghệ hiện đại đã được ứng dụng rộng rãi ở
các nước tiên tiến trên thế giới nhưng vẫn còn khá mới mẻ với nước ta.
Nội dung đồ án đi sâu vào xây dựng cấu trúc và thuật toán điều khiển để
lọc sóng điều hòa bậc cao. Để thực hiện điều đó nội dung đồ án cần phải giải
quyết vấn đề sau:
- Nghiên về các thành phần sinh sóng điều hòa và những ảnh hưởng của
sóng điều hòa.
- Tìm hiểu về những bộ lọc sóng điều hòa thông dụng và ưu nhược điểm
của từng loại.
- Nghiên cứu lý thuyết bộ lọc từ đó xây dựng cấu trúc và thuật điều khiển
cho bộ lọc tích cực.
- Đánh giá chất lượng điện lưới sau khi xử dụng bộ lọc.
Các yêu cầu đó sẽ được làm rõ và giải quyết trong đồ án. Các vấn đề được
trình bày trong ba chương:
Chương 1. Tổng quan về sóng điều hòa.
Chương 2. Các bộ lọc sóng điều hòa.
Chương 3. Thiết kế bộ lọc tích cực song song.
Trong quá trình nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của
các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Điện tự động Công nghiệp đặc biệt là hai
thầy Đoàn Văn Tuân và thầy Vũ Ngọc Minh, cùng với sự giúp đỡ của các bạn
em đã hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên do thời gian còn tương đối ngắn và trình
độ chuyên môn vẫn còn hạn chế nên bản đổ án này không tránh khỏi những
thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để bản đồ án này
được hoàn thiện hơn.

5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SÓNG ĐIỀU HÒA
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Chất lượng điện năng bao gồm tần số, điện áp. Tần số là thông số mang
tính hệ thống hầu như được giữ ổn định. Một chỉ tiêu chất lượng quan trọng của
điện áp là thành phần sóng hài. Trước đây thành phần sóng hài không được chú
ý đến vì yêu cầu chất lượng điện chưa cao, mặt khác các thiết bị gây ra sóng hài
còn ít. Hiện nay chất lượng điện yêu cầu cao hơn, các thiết bị điện tử công suất
lớn sử dụng nhiều, dẫn tới tăng tỷ lệ sóng điều hòa so với sóng cơ bản. Các thiết
bị sử dụng điện chỉ hoạt động tốt nhất nếu chất lượng điện đảm bảo.
Sóng điều hòa sinh ra do trên lưới điện tồn tại các phần tử phi tuyến, gây
ra các bất lợi như; gây méo tín hiệu sin của lưới điện, làm giảm hệ số công suất,
tăng tổn thất, giảm độ tin cậy cung cấp điện, làm giảm chất lượng điện năng....
Nên việc lọc bỏ các thành phần sóng hài cần được giải quyết.
Tiếp theo ta sẽ đi tìm hiểu chung về sóng điều hòa bậc cao.
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SÓNG ĐIỀU HÒA
Sóng điều hòa hay sóng hài có thể coi là tổng của các dạng sóng sin mà
tần số của nó là bội số nguyên của tần số cơ bản.
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
Time (s)
I(A)
Hình 1.1. Dạng sóng sin và dạng sóng điều hòa
Ở chế độ vận hành đối xứng các sóng điều hòa bậc cao có thể chia thành
các thành phần thứ tự thuận, nghịch, không:
- Thành phần thứ tự thuận: Các sóng điều hòa bậc 4, 7, 11, …

6
- Thành phần thứ tự nghịch: Các sóng điều hòa bậc 2, 5 8, …
- Thành phần thứ tự không: Các sóng điều hòa bậc 3, 6, 9, …
Khi vận hành không đối xứng thì mỗi sóng điều hòa có thể bao gồm một
trong ba thành phần thứ tự nói trên.
Sóng điều hòa bậc cao ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lưới điện và
phải chú ý khi tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao hơn mức độ cho phép.
Sóng điều hòa dòng điện bậc cao là dòng điện có tần số bằng bội số nguyên lần
tần số cơ bản. Ví dụ 150(Hz) trên lưới 50 (Hz) là dòng điều hòa bậc 3, dòng
150(Hz) là dòng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy nó sẽ
chuyển sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao.
Sử dụng chuỗi Furier với chu kỳ T(s), tần số cơ bản f=1/T(s) (Hz) hay
=2f (rad) có thể biểu diễn một sóng điều hòa với biểu thức sau:
f(t) =
a0
2
+ 
i = 
i = 1
Fnsin(nt+n) (1.1)
Trong đó:
a0
2
: Giá trị trung bình.
Fn: Biên độ sóng điều hòa bậc n trong chuỗi Furier.
F1sin(t+) : Thành phần sóng cơ bản.
Fnsin(nt+n): Thành phần sóng điều hòa bậc n
n: Góc pha của sóng điều hòa bậc n
Ta có thể viết lại như sau:
Fnsin(nt+n) = Fn(sinnt.cosn+sinn.cosnt)
Quy ước như sau:
Fnsinn = bn, Fncosn = an
Hình 1.2. Phân tích Fn thành an và bn.

7
Khi đó ta có thể viết như sau:
f(t) =
a0
2
+ 
i = 
i = 1
ancosnt+ 
i = 
i = 1
bnsinnt (1.2)
Hay có thể viết (1.2) dưới dạng như sau:
f(t) =
a0
2
+ 
i = 
i = 1






ancos





2nt
T
+bnsin





2nt
T
(1.3)
Ví dụ về phổ của sóng điều hòa:
Hình 1.3. Phổ của sóng điều hòa.
THD là một tham số quan trọng để đánh giá sóng điều hòa và được gọi là
hệ số méo dạng (Total Harmonic Distortion).
THD =

i = 
i = 2
X2
n
X1
(1.4)
Trong đó:
X1: Là biên độ thành phần cơ bản
Xn: Là biên độ thành phần điều hòa bậc n.
Theo đó từ (1.4) ta có thể đánh giá độ méo dòng điện và điện áp qua hệ số
méo dạng dòng điện và hệ số méo dạng điện áp.
Hệ số méo dạng điện áp:
THD =

i = 
i = 2
U2
n
U1
(1.5)

8
Trong đó:
U1: Là biên độ thành phần điện áp cơ bản.
Un: Là biên độ thành phần áp điều hòa bậc n.
1.3. CÁC NGUỒN SINH SÓNG ĐIỀU HÒA
Trong những năm gần đây, các thiết bị điện tử (như bộ điều chỉnh tốc độ
động cơ, các bộ chỉnh lưu điều khiển, máy vi tính,…) đã gây ra nhiều vấn đề
liên quan đến sóng họa tần trong lưới điện. Đối với hệ thống truyền tải điện thì
ảnh chủ yếu do cảm kháng từ hóa phi tuyến của máy biến áp, thiết bị hồ quang
như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các cuộn kháng điện trong các thiết bị
hoạt động trên cơ sở cảm ứng điện từ.
Đối với điều kiện vận hành không cân bằng giữa các pha như điện áp hệ
thống không cân bằng, tổng trở hệ thống hay tải không cân bằng mỗi thành phần
sóng hài có thể xảy ra trong ba thành phần (thuận, nghịch, không). Ngoài ra các
tụ bù trong lưới điện thường kết hợp với cảm kháng lưới tạo ra mạch cộng
hưởng làm khuếch đại các dòng hài có tần số lân cận tần số cộng hưởng tồn tại
trong lưới. Sau đây đi xem xét chi tiết các nguồn họa tần.
1.3.1. Máy điện
a.Máy biến áp
Trong vận hành máy biến áp nếu xuất hiện hiện tượng bão hòa của lõi
thép do quá tải hoặc máy biến áp phải làm việc với điện áp cao hơn điện áp định
mức thì có thể sinh ra sóng điều hòa bậc cao. [3]
Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do mạch từ bão hòa sẽ làm xuất hiện
những hiện tượng mà trong một số trường hợp ảnh hưởng đến trạng thái làm
việc của máy biến áp. Ở đây xét những ảnh hưởng đáng kể đó khi máy biến áp
làm việc không tải.
Ta biết rằng khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin thì sẽ sinh ra
dòng điện không tải I0 chạy trong nó, dòng điện không tải I0 này sinh ra từ thông
 chạy trong lõi thép. Ở đây nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng
điện không tải I0 thuần túy là dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép. Khi
đó quan hệ  =f(I0) cũng chính là quan hệ từ hóa B=F(H). Trên cơ sở lý thuyết

9
mạch, do hiện tượng bão hòa của lõi thép, nếu  là hình sin thì I0 không hình sin
và có dạng nhọn đầu và trùng pha với , nghĩa là dòng điện I0 ngoài thành phần
sóng cơ bản còn có các thành phần sóng hài bậc cao 3, 5, 7…, trong đó đáng chú
ý là thành phần hài bậc 3 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác
khá nhỏ.
Hình 1.4. Hiện tượng từ trễ và bão hòa mạch từ làm méo dạng sóng dòng điện
b. Động cơ điện
Tương tự máy biến áp động cơ xoay chiều khi hoạt động sinh ra các sóng
điều hòa bậc cao. Các sóng điều hòa bậc cao được phát sinh bởi máy điện quay
liên quan chủ yếu đến các biến thiên của từ trở gây ra bởi các khe hở giữa roto
và stato. Các máy điện đồng bộ có thể sản sinh ra sóng điều hòa bậc cao bởi vì
dạng từ trường, sự bão hòa trong các mạch chính và các đường dò và do các dây
quấn dùng để giảm dao động đặt không đối xứng.
Máy phát cấp cho tải không đối xứng:
Trong quá trình cung cấp điện có thể xảy ra các trường hợp tải các pha
không bằng nhau. Như vậy máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải không đối
xứng, trong máy điện đồng bộ sẽ sinh ra một số hiện tượng bất lợi như điện áp
không đối xứng, các sóng hài sức điện động và dòng điện bậc cao. Và đặc biệt
khi có dòng họa tần phát sinh mạch ngoài tác động lên đầu cực máy phát từ đó

10
có sự biến thiên từ trở phản ứng giữa các khe hở của stator và rotor của máy làm
chuyển đổi bậc dòng họa tần này lan truyền vào trong hệ thống.
1.3.2. Các đèn huỳnh quang
Ngày nay các đèn huỳnh quang được sử dụng rộng rãi do có ưu điểm là
tiết kiệm được chi phí. Tuy nhiên sóng điều hòa bậc cao sinh ra bởi đèn huỳnh
quang cũng rất lớn.
1.3.3. Các thiết bị hồ quang
Các thiết bị thường gặp trong hệ thống điện là các lò hồ quang công
nghiệp, các máy hàn… Theo thống kê thì điện áp lò hồ quang cho thấy sóng
điều hòa bậc cao đầu ra biến thiên rất lớn ví dụ như sóng điều hòa bậc 5 là 8%
khi bắt đầu nóng chảy, 6% ở cuối gian đoạn nóng chảy và 2% của giai đoạn cơ
bản trong suốt thời gian tinh luyện.[3]
Trong thực tế các lò quang thường dùng trong ngành công nghiệp thép có
sơ đồ nguyên lý như hình 1.5.
Với lò hồ quang xoay chiều, sóng hài tạo ra là phi tuyến, bất đối xứng và
không ổn định. Nó sinh ra dòng hài bậc chẵn, lẻ và phổ liên tục. Với lò hồ quang
một chiều, được cấp điện qua bộ chỉnh lưu tĩnh dùng thyristor thì sinh các dòng
hài bậc cao như bộ chỉnh lưu và tính liên tục của phổ dòng điện ở mức nhỏ hơn
lò hồ quang dùng điện AC.
Hình 1.5. Lò hồ quang cấp nguồn xoay chiều và một chiều

11
1.3.4. Thiết bị điện tử công suất
Bản thân các bộ biến đổi điện tử công suất (chỉnh lưu, nghịch lưu, điều áp
xoay chiều…) đều được cấu thành từ các thiết bị bán dẫn như diode, thyristor,
MOSFET, IGBT, GTO… là những phần tử phi tuyến là nguồn gốc gây sóng
điều hòa bậc cao.
Tùy thuộc vào cấu trúc của các bộ biến đổi mà sóng điều hòa sinh ra khác
nhau. Các mạch chỉnh lưu trong biến tần thường là chỉnh lưu cầu ba pha có ưu
điểm là đơn giản, rẻ, chắc chắn nhưng thành phần đầu vào chứa nhiều sóng điều
hòa. Do đó để giảm bớt sóng điều hòa có thể dùng hai mạch chỉnh lưu cầu ba
pha ghép lại với nhau tạo thành chỉnh lưu 12 xung hoặc ghép 4 bộ chỉnh lưu cầu
ba pha vào tạo thành bộ chỉnh lưu 24 xung sẽ cho ra dòng điện trơn hơn, giảm
được các thành phần điều hòa. Từ đó có thể thấy là khi muốn giảm sóng điều
hòa dòng điện ta có thể tăng số van trong mạch chỉnh lưu lên. Tuy nhiên khi đó
gây ra một số bất lợi như cồng kềnh, nặng, điều khiển phức tạp, tổn thất công
suất và sinh ra sóng điều hòa dòng điện bậc cao khi tải không đối xứng hoặc
điện áp không đối xứng.
Ta xét dạng sóng điều hòa gây ra bởi một số bộ biến đổi công suất:
Xét cầu chỉnh lưu một pha không điều khiển có mô hình như sau:
Discrete,
Ts = 1e-005 s.
powergui
A
B
C
+
-
Universal Bridge
N
A
B
C
Scope
i
+
-
i
+ -
Hình 1.6. Mô hình chỉnh lưu cầu một pha không điều khiển
Dòng điện trên đường dây cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu:

12
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-1
0
1
Selected signal: 5 cycles. FFT window (in red): 1 cycles
Time (s)
0 5 10 15 20
0
2
4
6
8
10
12
14
Harmonic order
Fundamental (50Hz) = 1.535 , THD= 15.21%
Mag(%ofFundamental)
`
Hình 1.7. Dòng điện lưới gây ra do bộ chỉnh lưu một pha không điều khiển
Dạng phổ của dòng điện:0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-1
0
1
Time (s)
0 5 10 15 20
0
2
4
6
8
10
12
14
Harmonic order
Mag(%ofFundamental)
Hình 1.8. Phổ dòng điện chỉnh lưu cầu một pha
Xét chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển:
Sơ dồ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển:
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển.
Mô hình chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển:

13
Discrete,
Ts = 1e-005 s.
powergui
A
B
C
+
-
Universal Bridge
N
A
B
C
Scope
i+
-
i+ -
Hình 1.10. Mô hình chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển.
Dạng sóng dòng điện trên pha A của nguồn cấp cho bộ chỉnh lưu
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-4
-2
0
2
4
Time (s)
0 200 400 600 800 1000
0
5
10
15
20
Mag(%ofFundamental)
Frequency (Hz)
Hình 1.11. Dòng điện trên lưới gây ra bởi chỉnh lưu cầu ba pha không điều
khiển.
Dạng phổ dòng điện:
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-4
-2
0
2
4
Time (s)
0 5 10 15 20
0
5
10
15
20
25
Harmonic order
Mag(%ofFundamental)
Hình 1.12. Phổ dòng điện chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển.
Ta thấy dòng điện đầu vào bộ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển có
độ méo rất lớn THD=29.10 %. Các thành phần sóng điều hòa này là do tính phi

14
tuyến của bộ chỉnh lưu cầu gây ra. Trong đó các thành phần sóng điều hòa bậc 5,
7, 11, 13, 17, 19 là chủ yếu.
Xét chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý của chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển.
Hinh1.13. Sơ đồ nguyên lý của chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển.
Mô hình chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển trên Simulink - Matlab:
Continuous
pow ergui
v
+
-
Vca
Vc
v
+
-
Vbc
Vb
v
+
-
Vab1
v
+
-
Vab
Va
g
A
B
C
+
-
Thyristor Converter
alpha_deg
AB
BC
CA
Block
pulses
Synchronized
6-Pulse Generator
Pulses2
Pulses1
i
+ -
i+
-
0
30
Hình 1.14. Mô hình mạch chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển.
Trong trường hợp góc điều khiển là 300 ta có dòng điện trên pha A:

15
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-20
0
20
Time (s)
0 5 10 15 20
0
2
4
6
8
10
Harmonic order
Mag
Hình 1.15. Dòng điện bộ chỉnh lưu cầu ba pha với góc điều khiển 3000 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-20
0
20
Time (s)
0 5 10 15 20
0
2
4
6
8
10
Harmonic order
Mag
Hình 1.16. Phổ dòng điện chỉnh lưu cầu ba pha với góc điều khiển 300.
Trong trường hợp góc điều khiển là 900 thì dòng điện trên pha A có dạng như
sau:
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-4
-2
0
2
4
Time (s)
0 5 10 15 20
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Harmonic order
Mag
Hình 1.17. Dòng điện bộ chỉnh lưu cầu ba pha với góc điều khiển 900

16
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-4
-2
Time (s)
0 5 10 15 20
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Harmonic order
Mag
Hình 1.18. Phổ dòng điện chỉnh lưu cầu ba pha với góc điều khiển 900.
Từ kết quả ở trên với chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển ta thấy khi thay
đổi góc điều khiển thì độ méo dòng điện cũng tăng lên rất lớn THD=213.49%
trong trường hợp góc điều khiển là 900 so với khi góc điều khiển 300 có
THD=34,31%
Như vậy khi càng tăng góc điều khiển thì các thành phần sóng điều hòa
bậc cao sinh ra càng lớn làm độ méo dòng điện càng tăng.
1.4. ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG ĐIỀU HÒA BẬC CAO
Sự tồn tại sóng điều hòa bậc cao gây ảnh hưởng tới tất cả các thiết bị và
đường dây truyền tải điện. Chúng gây ra quá áp, méo điện áp lưới làm giảm chất
lượng điện năng. Nói chung chúng gây ra tăng nhiệt độ trong các thiết bị và ảnh
hưởng tới cách điện, làm tăng tổn hao điện năng, làm giảm tuổi thọ của thiết bị,
trong nhiều trường hợp thậm chí còn gây hỏng thiết bị.
Ảnh hưởng quan trọng nhất của sóng điều hòa bậc cao đó là việc làm tăng
giá trị hiệu dụng cũng như giá trị đỉnh của dòng điện và điện áp, có thể thấy rõ
qua công thức sau:
URMS =
1
T
T

0
u(t)2dt = 
i = 
i = 0
U2
i = U2
0+U2
1+U2
3+… (1.6)
IRMS =
1
T
T

0
i(t)2dt = 
i = 
i = 0
I2
i = I2
0+I2
1+I2
3+… (1.7)

17
Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu dòng điện hay điện áp
tăng do sóng điều hòa bậc cao sẽ gây ra một số vấn đề:
Làm tăng phát nóng của dây dẫn điện, thiết bị điện.
Gây ảnh hưởng đến độ bền cách điện của vật liệu, làm giảm khả năng
mang tải của dây dẫn điện.
1.4.1. Với máy biến áp
Các sóng điều hòa bậc cao gây ra tổn thất đồng, tổn thất từ thông tản và
tổn thất sắt làm tăng nhiệt độ MBA do đó làm tăng tổn thất điện năng.[3]
Sóng hài bậc cao gây ra tổn hao và gây nhiễu lên mạch từ của nó.
Tổn hao Joule:
Ta có:PCu = R.I2
rms (1.8)
Mà: I2
rms = I2
1 + 
i = 
i = 2
I2
i (1.9)
 Dòng họa tần bậc cao càng lớn thì tổn hao Joule càng tăng.
Tổn hao sắt từ gồm tổn hao do dòng điện xoáy và tổn hao do từ hóa:
Tổn hao do dòng điện xoáy: Pxoáy = ke.B2.f2
Tổn hao do từ hóa: Erms=4,44.kdq.wph..f
Với kqd: hệ số dây quấn
wph: số vòng dây quấn trên một cực
: từ thông cực từ.
f: tần số dòng điện.
=> Khi tần số hài càng cao gây nên tổn hao sắt từ càng cao.
Khi có dòng hài bậc cao, tổn thất sắt và tổn thất từ thông tản sẽ tăng lên.
Tổn thất đồng do tỉ lệ với bình phương dòng điện nên cũng tăng và hiện tượng
từ trễ các sóng hài gây bão hòa mạch từ và tất cả chúng làm gia tăng nhiệt độ,
làm cho MBA làm việc bị quá tải gây ra cháy máy.
Tổn hao cách điện: Khi làm việc với tần số cao dẫn đến các quá trình hoá
lý xảy ra liên tục tổn thất điện môi mau chóng già cỗi hơn so với làm việc ở điện

18
áp hình sin. Độ phân cực tg tăng gấp đôi sau hai năm làm việc với nguồn có độ
méo dạng THD=5%.
Pe=U2..C.tg
Với U: Điện áp đặt lên 2 đầu cách điện
C: r..S/d
: Tần số góc.
tg: Hệ số tổn hao điện môi.
Do ảnh hưởng của các yếu tố trên MBA hoạt động dưới công suất định
mức. Thường người ta sử dụng hệ số suy giảm công suất:
k =
1
1+0.1 
i = 
i = 2





Ii
I1
2
p1.6
< 1 (1.10)
Với i: bậc hài.
I1: Dòng điện cơ bản
Qua đó ta thấy MBA có công suất định mức Sn thì chỉ được phép cung
cấp cho tải có công suất là k.Sn
Ví dụ: tải dạng Switchmode Power Supply được cung cấp bởi MBA công
suất 250KVA.
Bảng 1.1: Giá trị dòng hài của bộ Computer Switch Power Supply.[3]
I1 I3 I5 I7 I9 I11
100% 130% 70% 50% 30% 10%
Khi đó hệ số MBA được xác định:
=> k = 0,532 và công suất MBA tối thiểu là 470KVA
Theo tiêu chuẩn IEE57 1200-1980 đưa ra giới hạn đối với các sóng hài
dòng điện tải trong máy biến áp 0,05pu giá trị hệ số điều hòa dòng điện. Tiêu
chuẩn của giá trị điện áp hiệu dụng cực đại mà MBA phải chịu đựng ở trạng thái
xác lập là 5% ở tải định mức và 10% ở chế độ không tải. Các trị số hiệu dụng

19
của các thành phần điều hòa trong điện áp sử dụng không vượt quá giá trị định
mức này.
1.4.2. Động cơ điện
Tổn hao trên cuộn dây và lõi thép động cơ tăng, làm méo dạng momen,
giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn, các sóng điều hòa bậc cao còn có thể sinh ra
momen xoắn trục động cơ hoặc gây ra dao động cộng hưởng cơ khí làm hỏng
các bộ phận cơ khí trong động cơ.
Gây ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ (tác động sai): các
sóng điều hòa bậc cao có thể làm momen tác động của rơle biến dạng gây ra
hiện tượng nháy, tác động ngược, có thể làm méo dạng điện áp, dòng điện dẫn
đến thời điểm tác động của rơle sai lệch, gây cảnh báo nhầm của các UPS.
1.4.3. Với tụ điện
Đối với các bộ tụ điện, dung kháng của các tụ giảm khi tần số tăng lên.
Do đó các tụ thường rất nhạy với tần số của nguồn cung cấp. Trong thực tế, điều
này có nghĩa là chỉ một giá trị nhỏ của sóng hài điện áp có thể tạo nên dòng điện
lớn đi qua mạch chứa tụ. Ảnh hưởng của các thành phần điều hòa trên bộ tụ điện
đó là sự gia tăng nhiệt của điện môi cao hơn.
Tiêu chuẩn của ANSI/IEEE 18-1980 qui định các giới hạn về điện áp,
dòng điện và công suất phản kháng của các bộ tụ điện. Nó được dùng để xác
định các mức điều hòa tối đa cho phép.[3]
Tiêu chuẩn này tối đa cho phép các tụ điện có thể sử dụng trong các giới
hạn sau đây, bao gồm các thành phần điều hòa:
- 110% điện áp hiệu dụng định mức.
- 120% điện áp đỉnh định mức.
- 180% dòng điện hiệu dụng định mức.
- 135% công suất phản kháng định mức.
Để nâng cao hệ số công suất thường được sử dụng tụ bù công suất phản
kháng. Các tụ điện và điện kháng của mạng điện khi kết hợp với nhau tạo ra
mạch cộng hưởng khuếch đại các dòng hài có tần số gần tần số cộng hưởng.
Các dạng cộng hưởng thường gặp:

20
Cộng hưởng nối tiếp: Ở các trường hợp bù dọc cộng hưởng nối tiếp có thể
làm tăng dòng hài của hệ thống.
Hình 1.19. Mạch cộng hưởng nối tiếp.
Cộng hưởng song song:
Hình 1.20. Mạch cộng hưởng song song.
Khi đó ta có:
+ Tần số cộng hưởng:
fr =
XC
XL
+ Hệ số khuếch đại:
K =
R
LSCh
= R
C
LSC
=
QbuSSC
P
(1.11)
Hài áp bậc h cộng hưởng làm tăng biên độ dòng hài qua tụ lên K lần.
Nhận thấy trong lưới điện công nghiệp K có thể rất lớn, khi xảy ra cộng
hưởng thì sẽ gây quá áp trên tụ điện gây hư hỏng tụ điện.
Cộng hưởng phân bố: Dạng cộng hưởng này thường gặp trong mạng điện
có đường dây dài.
Hình 1.21. Mạch cộng hưởng phân bố.

21
Nỗ lực này nhằm sử dụng quá định mức các tụ điện trong các điều kiện
không bình thường, chẳng hạn trong các điều kiện có sóng hài. Liên quan đến
việc tụ bù cho phụ tải, các giàn tụ bù công suất phản kháng thường được ghép
song song lưới điện tại thanh góp các trạm bù. Tụ bù không trực tiếp sinh ra
sóng họa tần, nhưng nó kết hợp cảm kháng của lưới để tạo nên mạch cộng
hưởng, mạch này có thể khuếch đại các sóng họa tần bậc cao có sẵn trong lưới
điện.
Các hệ thống tụ bù này khi mà tần số dao động riêng của hệ thống này đạt
giá trị gần bằng với một sóng hài riêng biệt nào đó, hiện tượng cộng hưởng riêng
sẽ xảy ra. Lúc này, điện áp và dòng điện của sóng hài liên quan sẽ được khuếch
đại lên. Trong trường hợp đặc biệt này, dòng điện đạt giá trị cao làm nóng quá
mức tụ điện, làm giảm chất lượng điện môi và hậu quả kéo theo là gây hỏng tụ
điện.
1.4.4. Dây trung tính
Dòng chạy trong dây trung tính có thể coi bằng không. Tuy nhiên, lưới 3
pha cung cấp cho các tải không đối xứng luôn có dòng chạy trong dây trung
tính. Do đó nếu hệ thống cân bằng khi xuất hiện sóng hài trong lưới điện nhất là
hài bội ba chạy trong dây trung tính sẽ được khuếch đại lên 3 lần theo biểu thức
dưới có thể vượt quá giá trị phát nóng cho phép của dây dẫn theo biểu thức:
IN = 3I0+ 
i = 
i = 3,6,9
3Iicos(kt-i) (1.12)
Trong hệ thống nối đất TN-C, khi dòng hài bậc 3 và bội 3 tồn tại thì độ an
toàn của hệ thống giảm và ta phải tránh xa chỗ nối đất để không bị điện giật.
1.4.5. Dây dẫn điện
Cùng một công suất tiêu thụ nhưng khi dây dẫn dòng hài tổn hao nhiệt
trên dây dẫn cao hơn do:
- Gây phát nóng quá mức cho phép của dây dẫn do giá trị hiệu dụng sẽ
tăng lên.

22
- Do ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt, điện trở của dây dẫn càng tăng khi
tần số càng lớn.
1.4.6. Nhiễu điện từ
Dòng hài bội ba chạy trong dây trung tính của các sơ đồ TN-C sẽ tạo sự
chênh lệch thế trên dây. Điều này có thể dẫn đến tăng dòng trên các liên kết
thông tin giữa vỏ của hai thiết bị, có thể bức xạ nhiễu điện từ lên màn hình của
máy tính.
1.4.7. Ảnh hưởng đến các thiết bị khác
Gây chỉ thị sai đối với thiết bị đo lường ví dụ như thiết bị kiểm tra cách
điện thường trực (PIM) thì khi có hài bội bậc cao có thể có dòng trên dây trung
tính, PIM có thể nhận thấy và báo tín hiệu sai hoặc đối với các CB điện tử khi có
sóng hài có thể làm CB tác động không mong muốn.
Làm tăng nhiệt máy cắt, ảnh hường khả năng cắt dòng của máy cắt do
dòng hài tồn tại làm tăng dòng hiệu dụng qua máy cắt dẫn đến máy cắt tác động
sai lệch.
Các máy cắt hoạt động cắt không được do các cuộn cắt không có khả
năng vận hành thích hợp trong điều kiện hiện diện các sóng hài phức tạp.
Sóng hài gây nên trạng thái vận hành không mong muốn của cầu chì (do
là đặc tính thời gian và dòng điện của các dây chì).
Sự xuất hiện các dòng điện trong dây trung tính gây tác động chức năng
của các relay (như relay phát hiện dòng rò, dòng chạm đất...).
Sóng hài trong hệ thống làm relay có thể tác động sai. Do relay hoạt động
phụ thuộc vào trị đỉnh của điện áp và dòng điện. Do đó chúng chịu ảnh hưởng
trực tiếp bởi sự méo dạng của sóng hài. Các loại relay bảo vệ có thể tác động sai
do hiện tượng méo dạng dòng hay áp.
Đối với các đèn chiếu sáng trong các chấn lưu có tụ và cuộn cảm sóng hài
gây cộng hưởng tạo nên sự gia tăng nhiệt gây hư hỏng.
Gây kích dẫn không đúng thời điểm cho các thiết bị công suất, hư hỏng
các phần tử trong bộ lọc của đường dây sử dụng trong hệ thống thông tin.

23
Các thiết bị truyền dẫn để điều khiển từ xa sẽ vận hành sai nếu tần số sóng
hài gần với tần số truyền dẫn.
1.5. MỘT SỐ TIÊU CHUẨN GIỚI HẠN THÀNH PHẦN SÓNG HÀI
TRÊN LƯỚI
Với những tác hại to lớn đã được đề cập ở phần trên, việc quy định một
tiêu chuẩn thống nhất về các thành phần sóng hài bậc cao trên lưới cần được đưa
ra để hạn chế ảnh hưởng của chúng tới các thiết bị tiêu dùng điện khác và đảm
bảo chất lượng điện năng cho lưới điện.
Ở nước ta hiện chưa có tiêu chuẩn nào về việc hạn chế thành phần sóng
hài trên lưới. Tuy nhiên với sự phát triển mạnh mẽ về công nghiệp ở nước ta
hiện nay, việc xây dựng và áp dụng các tiêu chuẩn giới hạn sóng hài trên lưới
điện là vấn đề tất yếu trong thời gian tới đây.
Trên thế giới đã xây dựng và áp dụng một số tiêu chuẩn như tiêu chuẩn
IEEE std 519, IEC 1000-4-3 để giới hạn các thành phần sóng hài trên lưới điện.
Sau đây sẽ giới thiệu một số tiêu chuẩn trên thế giới về giới hạn các thành
phần sóng hài trên lưới điện mà Việt Nam được phép áp dụng.
1.5.1. Tiêu chuẩn IEEE std 519
Giới hạn nhiễu điện áp trên lưới điện (IEEE std 519, Recommend
Practices for Ultilities). [7]
Tiêu chuẩn được trình bày ở bảng sau:
Bảng 1.2 . Giới hạn nhiễu điện áp theo tiêu chuẩn IEEE std 519
Điện áp tại điểm nối
chung
(Point Common
Couping)
Nhiễu điện áp từng
loại sóng điều hòa
(%)=Uh/Ul
Nhiễu điện áp tổng cộng
các loại sóng hài THD
(%)
69kV và thấp hơn 3,0 5,0
Trên 69kV tới 161kV 1,5 2,5
Trên 161kV 1,0 1,5

24
Tiêu chuẩn IEEE std 519 giới hạn nhiễu dòng điện trên lưới điện (IEEE std 519,
Recommend Practices for Individual Comsumer)
Tiêu chuẩn này giới hạn nhiễu dòng điện cho hệ thống phân phối chung
quy định cho cấp điện áp từ 120V tới 69KV. Tiêu chuẩn được trình bày trong
bảng sau.
Bảng 1.3 . Giới hạn nhiễu dòng điện theo tiêu chuẩn IEEE std 519
Nhiễu dòng điện tối đa (% của Itải) (Maximum Harmonic Current
Distortion)
Tỷ số ngắn
mạch
(SCR=ISC/
Itải )
h < 11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 h ≤ 35 THD
Dưới 20 4,0 2,0 1,5 6,0 0,3 5,0
20 tới 50 7,0 3,5 2,5 1,0 0,5 8,0
50 tới 100 10,0 4,5 4,0 1,5 0,7 12,0
100 tới 1000 12,0 5,5 5,0 2,0 1,0 15,0
Trên 1000 15,0 7,0 6,0 2,5 1,4 20,0
Hài bậc chẵn được giới hạn tới 25% của giới hạn bậc lẻ ở trên
h: bậc của sóng điều hòa

25
1.5.2. Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4
Bảng sau trình bày tiêu chuẩn IEC 1000-3-4, quy phạm tiêu chuẩn có tính
bắt buộc cho thiết bị trên 75A dòng đầu vào mỗi pha
Bảng 1.4. . Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4
Bậc sóng
điều hòa
(n)
Dòng điều hòa có thể
chấp nhận được
In/Il (%)
Bậc sóng
điều hòa
(n)
Dòng điều hòa có thể
chấp nhận đượcIn/Il (%)
3 19 19 1,1
5 9,5 21 ≤0,6
7 6,5 23 0,9
9 3,8 25 0,8
11 3,1 27 ≤0,6
13 2,0 29 0,7
15 0,7 31 0,7
17 1,2 ≥33 ≤0,6
Sóng hài bậc chẵn: ≤ 4/n hoặc ≤ 0,6

26
CHƯƠNG 2. CÁC BỘ LỌC SÓNG ĐIỀU HÒA
Sóng điều hòa bậc cao được lọc bằng cách sử dụng bộ lọc. Bộ lọc là thiết
bị tao ra đặc tuyến tần số định trước mà chức năng của nó là cho một tần số đi
qua đồng thời loại bỏ những tần số không mong muốn.
Bộ lọc sóng điều hòa có thể là:
- Bộ lọc tích cực (Active Filters)
- Bộ lọc thụ động (Passive Filters)
- Bộ lọc hỗn hợp
2.1. BỘ LỌC THỤ ĐỘNG
Bao gồm các phần tử R, L, C được ghép với nhau và được lụa chọn để lọc
một dải tần số xác định. Nguyên lý làm việc của bộ lọc loại này là tạo ra một
môi trường dẫn có tổng trở xấp xỉ bằng không đối với các sóng điều hòa cần lọc
để sóng điều hòa đó chạy ra khỏi hệ thống.
Trong sơ đồ lọc ba pha chủ yếu là hai loại bộ lọc là bộ lọc RC và bộ lọc
LC. Trong cả hai bộ lọc này đều có tụ điện, tụ điện có thể mắc hình sao hoặc
hình tam giác.
Khi mắc tụ điện tam giác thì tiết kiệm dung lượng tụ xong không loại trừ
hết được sóng điều hòa điện áp dây.
Bộ tụ đấu hình sao có dung lượng tụ tăng nên ba lần nhưng loại được
sóng điều hòa cả điện áp dây và điện áp pha và đặc biệt khi tụ đấu sao có trung
tính thì có thể loại luôn điện áp thứ tự không, sinh ra khi chuyển mạch van bán
dẫn.
2.1.1. Dùng cuộn kháng triệt sóng hài
Nguyên lý lắp đặt:
Bằng cách đặt cuộn cảm mắc nối tiếp với tụ C và đặt tại thanh cái trạm
giảm áp chính. Khi đó điều kiện cộng hưởng song song dịch chuyển khỏi tần số
khảo sát về tần số thấp hơn. [3]

27
Hình 2.1. Sơ đồ đơn tuyến và sơ đồ tương đương LC.
Trong đó:
R: Điện trở đặc trưng cho công suất tác dụng của tải tuyến tính
Lsc: Điện cảm ngắn mạch từ hệ thống
L: Điện cảm của cuộn kháng triệt hài
C: Điện dung của tụ bù
Ih: Nguồn hài thay thế cho tải phi tuyến
Cuộn cảm mắc nối tiếp với tụ tạo mạch cộng hưởng nối tiếp LC ở tần số
fr. Tần số của mạch bao gồm LSC mắc song song với nhánh LC được gọi là tần
số chống cộng hưởng far, tại tần số này trở kháng tương đương của mạng điện là
R.
Trở kháng tương đương của mạch điện:
1
Zeq
= -j





1
LSC
+
1
L-
1
C
+
1
R
(2.1)
Cộng hưởng nối tiếp nhánh LC:
fr =
1
2 LC
(2.2)
Tần số chống cộng hưởng:
far =
1
2 (L+LSC)C
(2.3)

28
Hình 2.2. Tổng trở của mạng điện khi lắp đặt cuộn cảm triệt hài.
Dòng cộng hưởng chạy qua mạch lọc, không chạy về nguồn. Các hài áp
có sẵn trên thanh cái kết nối với mạch lọc LC mà cùng tần số với tần số cộng
hưởng đều bị loại bỏ. Có thể đặt nhiều mạch lọc LC để khử các bậc hài cần quan
tâm nhằm đạt được hệ số méo dạng áp mong muốn.
Tại các tần số hài, trở kháng tương đương có giá trị gần bằng trở kháng
ngắn mạch. Vì thế, hệ số méo dạng điện áp có giá trị hầu như không đổi so với
trường hợp không có nhánh LC có nghĩa là việc lắp đặt tụ bù và cuộn cảm chống
hài không làm tăng trở kháng nguồn. Vì thế không làm tăng sự méo dạng điện
áp.
Tại các tần số hài, trở kháng nhánh LC cao hơn trở kháng ngắn mạch
nhiều nên dòng hài chỉ chạy qua trở kháng ngắn mạch về nguồn mà không chạy
qua tụ nên không cần bảo vệ tụ điện.
Đối với tần số cộng hưởng song song ít chịu ảnh hưởng của trở kháng
nguồn do điện cảm của cuộn chống hài thường lớn hơn trở kháng nguồn (từ 2-
>9 lần).
Mạch điện sẽ cộng hưởng ở hai tần số khác nhau (far<fr). Để cộng hưởng
không xảy ra hoàn toàn thì cần thiết bảo đảm hai tần số cộng hưởng này nhỏ hơn
hai tần số hài cần được bảo vệ. Vì khi đó ở tần số cao hơn tần số cộng hưởng nối
tiếp thì XL lớn hơn XC tức là nhánh nối tiếp LC gần như chỉ có cuộn cảm. Nhánh

29
này mắc song song với cảm kháng nguồn Xsc nên không có điều kiện xảy ra
cộng hưởng.
Khi lắp đặt cuộn cảm triệt hài cần lưu ý:
Công suất bù phản kháng của nhánh LC lớn chỉ có tụ:
Q =
p2
r
p2
r-1
Qn (2.4)
pr: Là bậc cộng hường.
Qn: Công suất phản kháng bù định mức của tụ.
Bảng 2.1. Công suất bù ứng với bậc cộng hưởng.[3]
pr 2.7 3.8 4.3 4.8
Q/Qn 1.16 1.07 1.06 1.05
Điện áp của tụ khi mắc nối tiếp với cuộn kháng triệt hài lớn hơn điện áp
bình thường tụ hoạt động độc lập.
VC =
p2
r
p2
r-1
Vn (2.5)
Khi đóng điện cho nhóm mạch lọc LC thì cần thiết phải đóng tuần tự
mạch lọc thấp nhất đến mạch lọc có bậc cao hơn, để tránh vấn đề chống cộng
hưởng trong suốt quá trình đóng mạch lọc. Giả sử khi ta cấp nguồn cho mạch
lọc 13 trước mạch lọc bậc 11, thì sẽ có nguy cơ hài bậc 11 bị tác động bởi sự
chống cộng hưởng gây quá tải trên mạch lọc bậc 11.
Tại tần số cơ bản, dung kháng của mỗi bộ lọc thường lớn hơn cảm kháng
nên hầu hết điện áp tần số công nghiệp sẽ xuất hiện trên tụ. Vì vậy mạch LC
cũng đóng góp vào việc hiệu chỉnh hệ số công suất.
2.1.2. Bộ lọc RC
Kết cấu của bộ lọc RC có dạng như hình vẽ sau:
Hình 2.3. Cấu trúc bộ lọc RC.

30
Ưu điểm: Bộ lọc RC là bộ lọc đơn giản nhất, giá thành rẻ, vận hành ổn
định.
Nhược điểm: Có sự phát nhiệt trên điện trở gây tổn hao, tổn hao này càng
lớn khí công suất càng lớn. Khả năng chọn lọc tần số kém.
2.1.3. Bộ lọc LC
Bao gồm một nhánh L, C với tần số được điều chỉnh đến tần số của sóng
hài, xong sự cộng hưởng của nó xảy ra ở một tần số hoặc tại một áp hài nào đó.
Khi đó các dòng hài sẽ đi vào mạch LC và không đi vào phần lưới phía trước.
Có thể đặt nhiều mạch lọc LC để khử các bậc hài tại tần số mong muốn. Tại tần
số cơ bản dung kháng của bộ lọc thường lớn hơn cảm kháng của nó nên mạch
lọc cũng góp phần hiệu chỉnh hệ số công suất.
Cấu tạo cơ bản của bộ lọc LC như hình vẽ:
Hình 2.4. Cấu trúc bộ lọc LC.
Ưu điểm: Bộ lọc LC có khả năng lọc tốt nhất, nó lọc được nhiều tần số
theo ý muốn.
Nhược điểm: Giá thành đắt và sự vận hành của mạch kém tin cậy hơn
mạch lọc RC do trong mạch có cuộn cảm. Gây nhiễu cho các thiết bị thông tin
do có sự phát sinh sóng điện từ trong cuộn cảm. Có thể suất hiện hiện tượng
cộng hưởng làm tăng dòng và áp dẫn đến làm hỏng thiết bị
2.1.4. Mạch lọc cản
Các nguồn họa tần có phổ liên tục sẽ có một phần phổ mà tần số của nó
gần với với tần số chống cộng hưởng của mạch lọc, điều này làm tăng biên độ
hài áp. Để khắc phục điều đó có thể đặt thêm một điện trở R song song với cuộn
dây trong mạch lọc ở đầu vào. [3]

31
R1
R2
C
L
Hình 2.5. Mạch lọc cản
2.1.5. Mạch lọc kép
Mạch lọc kép được tạo từ hai mạch lọc LC kết nối với nhau qua điện trở
R. Hoạt động của mạch lọc này là giảm tần số chống cộng hưởng đang tồn tại
giữa hai tần số điều chỉnh của hai nhánh song song. [3]
R1 R2
R3
L1 L2
C2C1
Hình 2.6. Mạch lọc kép
Các mạch lọc thụ động chỉ áp dụng trong các trường hợp nguồn hài có
biên độ ổn định số bậc thấp (5, 7, 9), giải quyết không hiệu quả các nguồn hài có
phổ liên tục. Để tăng hiệu quả của lọc sóng hài dùng bộ lọc tích cực.
2.1.4. Mô phỏng bộ lọc thụ động cho tải phi tuyến
Mô hình mạch chỉnh lưu 12 xung không có bộ lọc.

32
+
Vdc
-
Discrete,
Ts = 1e-005 s.
pow ergui
50
freq
19
alpha
(deg.) alpha_deg
A
B
C
Freq
Block
PY
PD
Synchronized
12-Pulse Generator Py
Pd
Ay
By
Cy
Ad
Bd
Cd
pos
neg
Rectifier
Vabc_B1
Idc
Vdc
Demux
A
B
C
a
b
c
B2
A
B
C
a
b
c
B1
A
B
C
A
B
C
A
B
C
a2
b2
c2
a3
b3
c3
1200 MVA
1000 MW
0.5 H
A
B
C
Hình 2.7. Mô hình chỉnh lưu 12 xung không có bộ lọc
Kết quả của điện áp và dòng điện trên B1 và B2
Hình 2.8. Kết quả thu được của dòng và áp.
Phổ của dòng chỉnh lưu 12 xung:

33
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-0.5
Time (s)
0 10 20 30 40 50 60
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
Harmonic order
Mag
Hình 2.9. Phổ của chỉnh lưu 12 xung khi không có bộ lọc.
Mô hình mạch chỉnh lưu 12 xung khi có bộ lọc.
11th / 13th
(150 Mvar)
24th HP
150 Mvar)
+
Vdc
-
3C
(150 Mvar)
Capacitor
(150 Mvar)
Discrete,
Ts = 1e-005 s.
pow ergui
50
freq
19
alpha
(deg.) alpha_deg
A
B
C
Freq
Block
PY
PD
Synchronized
12-Pulse Generator
Vabc_B1
Iabc_B1
Iabc_B2
Signals & Scopes
Scope2
Py
Pd
Ay
By
Cy
Ad
Bd
Cd
pos
neg
Rectifier
Z
IM1
Vabc_B1
Idc
Vdc
A
B
C
F3
A
B
C
F2
A
B
C
F1
0.74
183.81
Demux
A
B
C
C1
A
B
C
a
b
c
Brk1
A
B
C
a
b
c
B2
A
B
C
a
b
c
B1
A
B
C
A
B
C
A
B
C
a2
b2
c2
a3
b3
c3
1200 MVA
1000 MW
0.5 H
A
B
C
Vabc_B1
Iabc_B1
Iabc_B2
Hình 2.10. Mô hình chỉnh lưu 12 xung khi có bộ lọc.
Kết quả mô phỏng:

34
Hình 2.11. Kết quả mô phỏng của bộ chỉnh lưu 12 xung khi có bộ lọc.
Phổ của dòng chỉnh lưu tại điểm B1 khi có bộ lọc:
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
-100
0
100
Time (s)
0 10 20 30 40 50 60
0
1
2
3
4
5
Harmonic order
Mag
Hình 2.12. Phổ của dòng chỉnh lưu 12 xung tại điểm B1 khi có bộ lọc.

35
2.2. BỘ LỌC TÍCH CỰC
2.2.1. Gới thiệu về bộ lọc tích cực
Dựa trên nền tảng là các bộ biến đổi điện tử công suất lớn do đó bộ lọc
tích cực có nguyên lý làm việc khác bộ lọc thụ động cũng như có nhiều ưu điểm
tính năng hơn. [4]
a. Tác dụng của bộ lọc tích cực
- Bù công suất
Thêm cả chức năng bù công suất đồng thời kết hợp với chức năng lọc thì
việc điều khiển sẽ rất phức tạp, bị hạn chế về công suất. Do đó thường kết hợp
chức năng bù công suất phản kháng và lọc điều hòa ở dải công suất nhỏ, ở dải
công suất lớn thì có thể bù bằng SVC - đóng cắt bằng thyristor, do đó tuy đáp
ứng chậm hơn nhưng giá thành rẻ hơn,
Bù sóng điều hòa.
- Bù sóng điều hòa điện áp:
Thường không được chú ý nhiều trong hệ thống điện vì điện áp tiêu thụ
tại các điểm đấu dây chung thường duy trì trong phạm vi giới hạn cơ bản đối với
các sự cố tăng hoặc giảm áp. Vấn đề bù điện áp chỉ được xem xét đến khi tải
nhạy với sự suất hiện của sóng điều hòa điện áp bậc cao trong lưới nguồn như
các thiết bị bảo vệ hệ thống điện.
- Bù sóng điều hòa dòng điện:
Có ý nghĩa quan trọng đối với các tải công suất vừa và nhỏ. Việc giảm
thành phần sóng điều hòa dòng điện trong lưới còn có tác dụng giảm độ méo
điện áp tại điểm đấu dây chung.
2.2.2. Các phạm vi công suất của mạch lọc tích cực
a. Phạm vi công suất thấp
Các ứng dụng có công suất nhỏ hơn 100kVA, chủ yếu phục vụ vào các
khu dân cư, các tòa nhà kinh doanh, bệnh viện, các hệ thống truyền động công
suất nhỏ và vừa. Tính chất của các hệ thống này đòi hỏi hệ thống mạch lọc tích
cực tương đối phức tạp có đáp ứng động học cao, thời gian đáp ứng nhanh hơn

36
nhiều mạch lọc tíchcực ở dãy công suất cao hơn, thay đổi trong khoảng chục s
đến vài ms.
b. Phạm vi công suất trung bình
Phạm vi công suất hoạt động của các thiết bị nằm trong khoảng từ
100kVA đến 10MVA. Ví dụ các mạng cung cấp điện trung và cao áp và các hệ
thống truyền động điện công suất lớn và mắc vào nguồn áp lớn. Mục đích chính
của các mạch lọc tích cực là khử bỏ hoặc hạn chế các sóng điều hòa dòng điện
bậc cao. Tốc độ đáp ứng bù lọc trong hệ thống ở khoảng hàng chục ms.
c. Phạm vi công suất rất lớn
Dãy công suất rất lớn thường gặp trong hệ thống truyền tải hoặc truyền
động động cơ DC công suất rất lớn hoặc hệ thống truyền tải điện. Mạch lọc tích
cực cho phạm vi công suất rất lớn rất tốn kém vì nó đòi hỏi sử dụng các linh
kiện công suất có khả năng đóng cắt dòng điện ở công suất rất lớn.
2.2.3. Phân loại mạch lọc tích cực
Có nhiều cách phân loại dựa theo các tiêu chí khác nhau chẳng hạn như
dựa vào bộ biến đổicông suất được sủ dụng, dựa theo cấu trúc bộ lọc, dựa theo
nguồn cấp, …
a. Phân loại theo bộ biến đổi công suất
Căn cứ vào bộ biến đổi công suất trong mạch lọc ta có hai loại mạch lọc
tích cực: Mạch lọc cấu trúc VSI (bộ biến đổi nguồn áp) và cấu trúc CSI (bộ biến
đổi nguồn dòng).
Mạch lọc tích cực sử dụng bộ biến đổi nguồn áp VSI:
Đặc điểm của cấu trúc VSI là tự cung cấp điện áp một chiều, kích thước nhỏ
gọn, có thể mở rộng ra cấu trúc đa bậc.

37
Hình 2.13. Cấu trúc mạch lọc tích cực VSI.
Mạch lọc tích cức sử dụng bộ biến đổi nguồn dòng.
Đặc điểm của cấu trúc mạch lọc CSI là có khả năng chịu dòng đóng cắt
lớn tuy nhiên có hạn chế là tần số đóng cắt hạn chế, tổn hao đóng cắt lớn, không
thể mở rộng ra cấu trúc đa bậc.
Hình 2.14. Cấu trúc mạch lọc tích cực CSI.
b. Phân loại theo sơ đồ mắc
b1. Mạch lọc tích cực song song.
Hình 2.15. Cấu trúc mạch lọc tích cực song song (AF).
Các phần tử trên sơ đồ: Tải phi tuyến có thể là cầu chỉnh lưu điôt hoặc
thyristor. Dòng đầu vào tải phi tuyến ILN bao gồm nhiều thành phần bậc cao.

38
Nếu dòng đầu ra của bộ AF cũng sinh ra các thành phần bậc cao như vậy nhưng
ngược pha thì dòng điện phía lưới IL sẽ chỉ còn thành phần sóng sin bậc nhất.
Như vậy đặc điểm của mạch lọc tích cực song song: là bù sóng điều hòa dòng
điện, bù CSPK, bù thành phần dòng điện không cân bằng.
Dưới đây là sơ đồ nguyên lý của bộ lọc song song AF:
Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý bộ lọc song song AF.
Chức năng của AF là triệt tiêu các sóng điều hòa dòng điện bậc cao sinh
bởi tải phi tuyến ảnh hưởng lên đường dây, trả lại dòng điện trên đường dây
hình sin chuẩn. Ngoài ra AF còn có thể bù công suất phản kháng tại điểm kết nối
giữa AF và lưới điện. Việc xác định vị trí đặt bộ lọc cần phải tính toán theo một
số nguyên tắc như sau:
- Giảm thiểu tối đa thời gian truyền, khoảng cách lan truyền của sóng điều
hòa trên đường dây. Điều này được thực hiện bằng việc đặt thiết bị lọc gần
nguồn sinh sóng điều hòa.
- Đặt thiết bị lọc giữa nguồn với các tải nhạy cảm với sóng điều hòa để
hạn trế ảnh hưởng của sóng điều hòa tới thiết bị.
- Để thực hiện được chức năng này bộ AF hoạt động như một bộ nguồn
ba pha tạo ra dòng điện thích hợp bơm lên đường dây. Dòng này bao gồm hai
thành phần:
+ Thành phần triệt tiêu các sóng điều hòa bậc cao sinh bởi tải phi tuyến: là
thành phần ngược pha với tổng sóng điều hòa dòng điện bậc cao.
+ Thành phần bù công suất phản kháng.
Ta có thể phân tích thành phần dòng tải thành 2 thành phần: thành phần
cơ bản IF và thành phần điều hòa Ih :
IL = IF + Ih

39
Dòng do AF bơm lên đường dây:
IC = IF
Khi đó dòng trên đường dây sẽ là:
IS = IL - Ih = IF + Ih - Ih = IF
Như vậy dòng trên đường dây chỉ còn chứa các thành phần cơ bản, các
thành phần điều hòa bậc cao đã được bộ lọc loại bỏ. Nếu nhìn từ phía tải, bộ AF
tương đương với một trở kháng song song có thể thay đổi trở kháng bằng không
hay rất nhỏ so với sóng điều hòa bậc cao và bằng vô cùng với thành phần cơ
bản.
b2. Mạch lọc tích cực nối tiếp (AFs).
Hình 2.17. Cấu trúc bộ lọc tích cực nối tiếp (AFs)
Cấu hình mạch lọc tích cực nối tiếp như hình vẽ. Trên một đường dây nối
giữa hai bus hệ thống có điện áp UL và ULN. Phía bus ULN có thể có một hoặc
nhiều phụ tải phi tuyến làm cho ULN chứa nhiều thành phần sóng bậc cao. Bộ lọc
AFs bao gồm chỉnh lưu tích cực, cung cấp thành phần một chiều cho bộ nghịch
lưu, đầu ra của bộ nghịch lưu thông qua một máy biến áp đưa ra một điện áp UF,
mắc nối tiếp giữa hai bus hệ thống. Do đó cỏ thể hiệu chỉnh giá trị, góc pha cũng
như thành phần sóng hài của điện áp UF sao cho ngược pha với các tác động
nhiễu của điện áp ULN mà các sóng bậc cao sẽ không ảnh hưởng được sang hệ
thống bus UL.
Dưới đây là sơ đồ nguyên lý của bộ lọc nối tiếp AFs:

40
Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý bộ lọc tích cực nối tiếp (AFs).
Ta có thể phân tích điện áp nguồn thành hai thành phần là: thành phần cơ
bản UF và thành phần sóng điều hòa Uh:
US = Uh + UF
Điện áp dọc đường đây AFs tạo ra ngược pha vói tổng sóng điều hòa điện
áp bậc cao và triệt tiêu thành phần điều hòa bậc cao này đảm bảo điện áp có
dạng hình sin. Nhìn từ phía tải AFs tạo ra một tổng trở đường dây. Tổng trở này
bằng không với các thành phần điện áp cơ bản và bằng vô cùng với các thành
phần điện áp điều hòa bậc cao, do đó giữa nguồn và tải có sự cách ly sóng điều
hòa bậc cao.
Mạch lọc nối tiếp có thể vừa triệt tiêu sóng hài điện áp, vừa có thể bù sụt
áp trên đường dây. Tuy nhiên hệ thống phức tạp chỉ phù hợp với hệ thống công
suất lớn hoặc rất lớn. Vì vậy sau đây chúng ta sẽ chỉ xét đến mạch lọc tích cực
song song, phù hợp với tất cả các phụ tải từ nhỏ đến trung bình (Dải công suất
nhỏ đến trung bình bao gồm phần lớn các thiết bị hiện nay) nên mạch lọc song
song có ý nghĩa quan trọng với các ứng dụng trong thực tế.
Phân loại theo nguồn cấp
Căn cứ theo nguồn cung cấp cho tải, người ta chia ra:
- Mạch lọc tích cực một pha: dùng cho tải một pha.
- Mạch lọc tích cực ba pha, 3 dây: dùng cho tải phi tuyến 3 pha
không dây trung tính.

41
Hình 2.19. Sơ đồ mạch lọc tích cực 3 pha. 3 dây.
Mạch lọc tích cực ba pha, 4 dây: dùng cho tải phi tuyến 3 pha có dây
trung tính. Trong mạch này sẽ loại bỏ cả các sóng hài ở dây trung tính.Trong
mạch này sẽ loại bỏ cả các sóng hài ở dây trung tính.
Trong mạch lọc tích cực loại này có thể chia ra làm mạch lọc tích cực bốn
dây có điểm giữa và mạch lọc tích cực bốn dây không có điểm giữa. Cấu trúc
mạch lọc tíchcực bốndây có điểm giữa thường được sử dụng hơn do yêu cầu số
van ít hơn, tuy nhiên cấu trúc điều khiển sẽ phức tạp hơn và vấn đề cân bằng
điện áp trên tụ cần phải được quan tâm. Trong khi đó cấu trúc bốn dây không có
điểm giữa thì yếu cầu cấu trúc điều khiển đơn giản hơn, dung lượng tụ yêu cầu
thấp hơn, nhưng cần số lượng van bán dẫn nhiều hơn.
Hình 2.20. Mạch lọc tích cực bốn dây có điểm giữa.

42
Hình 2.21. Mạch lọc tích cực bốn dây không có điểm giữa.
2.3. DÙNG BỘ CHUYỂN ĐỔI XUNG TRONG THIẾT BỊ ĐỔI ĐIỆN,
ĐIỀU KHIỂN
Ngoài ra biện pháp cũng hữu hiệu để hạn chế các sóng điều hòa bậc cao
do các bộ đổi điện gây ra là sử dụng các sơ đồ biến đổi nhiều xung. Ví dụ bộ
biến đổi n xung chỉ có thành phần hài bậc (nk-l) (k số nguyên) tồn tại. [3]
Các bộ chuyển đổi nhiều xung kết hợp, cách đấu dây của MBA (như đấu
tam giác kiểu Zig-Zag hạn chế hài bội ba) cũng góp phần giảm sóng hài. Khi đó
chỉ có các dòng hài bậc cao thì các thành phần hài có biên độ lớn được triệt tiêu.
2.3. BỘ LỌC HỖN HỢP
Thực chất là sự kết hợp của bộ lọc chủ động và bộ lọc thụ động. Mục đích
là giảm chi phí đầu tư ban đầu và cải thiện hiệu quả của bộ lọc tích cực. Bộ lọc
thụ động sẽ lọc những sóng điều hòa mà bộ lọc tích cực không lọc được hoặc lọc
một cách khó khăn. Chính vì thế thông số chỉ tiêu của bộ lọc chủ động sẽ không
cần quá cao do đó sẽ giảm được chi phí.
Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc hỗn hợp như hình bên dưới:

43
Hình 2.22. Mạch lọc hỗn hợp.
Ngoài ra khi kết hợp cả AF và AFs thì ta sẽ có bộ lọc UPQC (Unified
Power Quality Conditioner) kết hợp được cả tính năng của AF và AFs
Hình 2.23. Sơ đồ cấu trúc UPQC
Trong UPQC có AFs có chức năng cách ly sóng điều hòa giữa tải và
nguồn, điều chỉnh điện áp, giảm dao động và giữ cân bằng điện áp, AF có chức
năng lọc sóng điều hòa, triệt tiêu thành phần thứ tự âm. Tuy nhiên giá thành cho
bộ UPQC đắt và điều khiển phức tạp.

44
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ BỘ LỌC TÍCH CỰC SONG SONG
Bộ lọc tích cực AF và chỉnh lưu PWM có cấu trúc phần cúng giống hệt
nhau gồm bộ nghịch lưu nguồn áp và tụ điện, do đó về nguyên lý ta có thể sử
dụng chỉnh lưu PWM để thực hiện chức năng của mạch lọc tích cực bằng việc
sử dụng thuật toán thích hợp.
Nguyên lý chung để lọc sóng điều hòa là thiết bị lọc sẽ tạo ra dòng bù
bằng tổng sóng điều hòa bậc cao nhưng ngược pha, do đó sẽ triệt tiêu được sóng
điều hòa bậc cao phía nguồn.
Như vậy, vấn đề cơ bản là phải xác định được dòng bù được tạo ra bởi bộ
lọc để loại bỏ các sóng điều hòa bậc cao. Trong thực tế, có nhiều phương pháp
để xác định dòng bù này. Qua phân tích ở chương 1, phương án được chọn trong
đề tài là xây dựng bộ lọc tích cực song song dựa trên lý thuyết p-q.
3.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CHỈNH LƯU PWM
3.1.1. Sơ đồ nguyên lý mạch lực
Sơ đồ miêu tả nguyên lý làm việc của chỉnh lưu PWM.
Hình 3.1. Sơ đồ mạch lực chỉnh lưu PWM.
Sơ đồ thay thế một pha:
Hình 3.2. Sơ đồ thay thế một pha của chỉnh lưu PWM.
Trong đó:

45
L, R: là điện cảm, điện trở của đường dây.
uL: là điện áp nguồn.
uS: là điện áp của bộ biến đổi được điều khiển từ DC-side
Nhận thấy rằng chỉnh lưu PWM có cấu trúc phần cứng giống hệt như bộ
nghịch lưu nguồn áp VSC, do đó uS phụ thuộc vào hệ số điều chế của VSC và
điện áp trên tụ. Điện cảm L nối giữa lưới và bộ chỉnh lưu PWM là một phần
không thể thiếu của mạch chỉnh lưu, đóng vai trò như thành phần tích phân của
hệ và một nguồn dòng để tạo đặc tính nâng của chỉnh lưu PWM. Điện áp rơi trên
cuộn cảm L là u1 chính là hiệu giữa điện áp nguồn uL và điện áp của bộ biến đổi
uS:
u1 = uL - uS
Với uL không đổi do là điện áp nguồn, do đó sẽ điều khiển u1 thông qua
điều khiển uS. Từ việc điều khiển u1 ta sẽ điều khiển được dòng điện iL chạy trên
đường dây.
Hình 3.3. Giản đồ vector của chỉnh lưu PWM.
Khi điều khiển iL trùng uL hoặc ngược với uL thì cos =1 thể hiện dưới đồ
thị vector như sau:
Hình 3.4. Giản đồ vector chỉnh lưu PWM
a. Khi iL trùng uL b. Khi iL ngược với uL

46
Khi iL trùng uL thì công suất truyền tải từ lưới về tải, khi iL ngược với uL
thì công suất truyền tải từ tải về lưới và như vậy công suất truyền tải có thể
truyền theo hai chiều từ lưới về tải và từ tải về lưới.
Với cấu trúc phần cứng giống như bộ lọc tích cực AF gồm bộ nghịch lưu
nguồn áp VSI và tụ C nên có thể sử dụng chỉnh lưu PWM để thực hiện chức
năng của mạch lọc tích cực cùng với thuật toán điều khiển như bộ lọc tích cực.
3.1.2. Một số cấu trúc điều khiển
Có hai phương pháp chính để lọc sóng điều hòa bậc cao tùy thuộc vào
cách mà dòng điện được đo. Hai cách này có cấu trúc điều khiển khác nhau do
đó sẽ có một số đặc điểm khác nhau.
a. Cấu trúc vòng hở
Phương pháp này dựa trên việc đo thành phần dòng điện phía tải, từ đó
tách ra thành phần sóng điều hòa chứa trong dòng tải. Cấu trúc điều khiển vòng
hở cho chỉnh lưu PWM thực hiện chức năng mạch lọc tích cực:
Hình 3.5. Cấu trúc điều khiển vòng hở chỉnh lưu PWM với chức năng mạch lọc
tích cực
Theo phương pháp này thì không có thông tin phản hồi dòng điện trên
lưới. Tất cả sai lệch trong hệ thống cả trong quá trình đo và điều khiển sẽ gây ra
các sóng điều hòa trên dòng điện lưới, các thành phần này là không các định.
Cấu trúc điều khiển này có ưu điểm là ổn định nhưng yêu cầu số cảm biến đo
dòng nhiều (4 cảm biến).
b. Cấu trúc vòng kín
Phương pháp này dựa trên việc đo dòng điện trên lưới từ đó xác định
được dòng bù cần thiết.

47
Theo phương pháp điều khiển vòng kín sẽ có thêm một mạch vòng điều
chỉnh dòng điện lưới bên ngoài mạch vòng điều chỉnh dòng tải. Phương pháp
này có ưu điểm là thuật toán điều khiển đơn giản hơn so với cấu trúc vòng hở và
yêu cầu số cảm biến đo dòng ít hơn (2 cảm biến).
Cấu trúc điều khiển vòng kín cho chỉnh lưu PWM thực hiện chức năng
mạch lọc tích cực:
Hình 3.6. Cấu trúc điều khiển vòng kín chỉnh lưu PWM với chức năng mạch lọc
tích cực
3.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỘ LỌC TÍCH CỰC
3.2.1. Phương pháp dựa trên miền tần số
Phương pháp này dựa trên tích phân Furier. Trong lớp phương pháp này
có 3 phương pháp chính là phương pháp DFT (Discrete Fourier Transform),
phương pháp FFT (Fast Fourier Transform), phương pháp RDFT (Recursive
Discrete Fourier Transform).
- Phương pháp DFT (Discrete Fourier Transform): là thuật toán biến đổi
cho các tín hiệu rời rạc, kết quả của phép phân tích đưa ra cả biên độ và pha của
sóng điều hòa mong muốn theo công thức sau:
Xh = 
n = N-1
n = 0
x(n).cos





2..h.n
N
- j. 
n = N-1
n = 0
.sin





2..h.n
N
Ta có thể viết dưới dạng sau:
Xh = Xhr +j.Xhi



Xh = Xhr
2+Xhi
2

48
h = arctan





Xhi
Xhr
Trong đó:
N: Là số mẫu trong một chu kỳ tần số cơ bản.
x(n): Là tín hiệu đầu vào (dòng hoặc áp) ở thời điểm n.
Xh: Là vector Fourier của sóng điều hòa bậc h của tín hiệu vào, 


Xh là
biên độ của véc tơ Xh, h là góc pha của vector Xh.
Xhr: Là thành phần thực của vector Xh.
Xhi: Là thành phần ảo của vector Xh.
Mỗi thành phần điều hòa được xác định từ đó tổng hợp lại trong miền thời
gian để tạo tín hiệu bù cho bộ điều khiển.
- Phương pháp FFT (Fast Fourier Transform).
Hình 3.7. Phương pháp FFT
Các bước thực hiện phương pháp FFT:
+ Lấy mẫu dòng điện tải và tính toán biên độ và pha của từng thành phần
sóng điều hòa (ứng với mỗi tần số khác nhau).
+ Số lượng lấy mẫu trong một chu kỳ càng lớn thì fmax càng lớn.
+ Tách thành phần sóng cơ bản từ dòng đầu vào. Dễ dàng thực hiện việc
này bằng cách thiết lập tần số từ 0 đến 50 Hz sau đó thực hiện FFT-1 (IFFT) để
có tín hiệu trong miền thời gian bao gồm biên độ và pha của mỗi thành phần
sóng điều hòa. Việc tính toán này phải thực hiện trong mỗi chu kỳ của dòng
chính để đảm bảo rằng FFT tính toán hoàn tất trong một chu kỳ để tránh méo do
phổ tần số.

49
+ Tổng hợp dòng bù từ các thành phần sóng điều hòa.
Ưu điểm của phương pháp FFT là có thể tác động đến từng thành phần
sóng điều hòa theo ý muốn nhưng lại có khôi lượng tính toán lớn.
3.2.2. Các phương pháp dựa trên miền thời gian
Phương pháp này có ưu điểm hơn là khối lượng tính toán ít hơn so với
phương pháp dựa trên miền tần số. Theo phương pháp này có một số phương
pháp như phương pháp trên khung tọa dộ d-q, phương pháp dựa trên thuyết p-q.
a. Phương pháp xác định dòng bù trong hệ d-q
Phương pháp này dựa trên khung tọa độ d-q để tách thành phần sóng điều
hòa bậc cao ra khỏi thành phần sóng cơ bản. Thuật toán thể hiện phương pháp:
Hình 3.8. Thuật toán xác định dòng bù trong hệ d-q.
Phép quay khung tọa độ d-q quay với góc quay của tần số cơ bản. Khi đó
trong khung tọa độ d-q thành phần dòng với tần số cơ bản được coi như thành
phần một chiều và thành phần sóng điều hòa bậc cao được coi như thành phần
xoay chiều. Sau đó sử dụng bộ lọc thông cao tách thành phần xoay chiều, thành
phần này chính là thành phần của sóng điều hòa bậc cao.
Sau khi tính được dòng bù cần thiết trong hệ d-q ta cần chuyển sang hệ
tọa độ chuẩn a-b-c.
Phương pháp xác định từng thành phần sóng điều hòa cần bù: phương
pháp này dựa trên cơ sở phép quay khung tọa độ. Điểm khác biệt so với phương
pháp trên là từ dòng cần tách ra sóng điều hòa sẽ chuyển sang khung tọa độ d-q
với góc quay bằng bộilần góc quay của tần số cơ bản, khi đó trong khung tọa độ
mới d-q thành phần một chiều chính là thành phần sóng điều hòa cần tách và
bằng cách sử dụng bộ lọc thông thấp ta có thể tách được thành phần một chiều
này. Sau đó chuyển sang khung tọa độ abc thì ta sẽ xác định được thành phần
sóng điều hòa tương ứng. Như vậy bằng phép quay khung tọa độ với góc quay

50
tương ứng với mỗi thành phần sóng điều hòa. Ưu điểm của phương pháp này là
có thể tác động đến từng thành phần sóng điều hòa bậc cao muốn lọc. Hình dưới
thể hiện thuật toán của phương pháp này.
Hình 3.9. Thuật toán lựa chọn sóng điều hòa cần bù trong hệ d-q.
b. Phương pháp xác định dòng bù dựa trên thuyết p-q
Thuyết p-q hay thuyết công suất tức thời được đưa ra bởi Akagi vào năm
1983 với mục đích điều khiển mạch lọc tích cực.[4]
Mô hình điều khiển mạch lọc tích cực theo thuyết p-q:
Hình 3.10. Mô hình bộ lọc tích cực theo thuyết p-q.
Các bước để tiến hành xác định dòng bù cần thiết theo phương pháp này
được tiến hành như sau:
Tính toán dòng điện và điện áp trong hệ tọa độ 0 từ hệ tọa độ abc.
+ Với hệ thống ba pha có dây trung tính

51
Công thức quy đổi điện áp:
0
1 1 1
2 2 2
2 1 1
1
3 2 2
3 3
0
2 2
a
b
c
v v
v v
v v


 
 
     
            
         
  
(3.1)
Công thức quy đổi dòng điện:
0
1 1 1
2 2 2
2 1 1
1
3 2 2
3 3
0
2 2
a
b
c
i i
i i
i i


 
 
     
            
         
  
(3.2)
+ Với hệ thống ba pha không có dây trung tính:
Công thức quy đổi điện áp:
1 1
1
2 2 2
3 3 3
0
2 2
a
b
c
v
v
v
v
v


                    
(3.3)
Công thức quy đổi dòng điện:
1 1
1
2 2 2
3 3 3
0
2 2
a
b
c
i
i
i
i
i


                    
(3.4)
Công suất tải được tính theo công thức:
v v ip
v v iq
  
  
    
           
(3.5)
Công suất p, q có thể tách ra làm hai thành phần:
- Thành phần một chiều p , q tương ứng với thành phần cơ bản của
dòng tải.

52
- Thành phần điều hòa bậc cao
~
p,
~
q .
[p] = p +
~
p
[q] = q +
~
q
Khi đó, tổng công suất tức thời xác định bởi tải:
P3-pha = p + q = p +
~
p + q +
~
q
Trong đó:
p: là thành phần công suất tác dụng của P3-pha.
q: là thành phần công suất phản kháng của P3-pha.
Nguồn chỉ cung cấp thành phần công suất một chiều của tải và công suất
tổn hao của bộ nghịch lưu.
Mạch lọc tích cực có nhiệm vụ cung cấp thành phần công suất xoay chiều
~
p và thành phần công suất phản kháng q.
Khi đó ta có công suất cung cấp bởi mạch lọc:





pAF
qAF
= 




-p
-q
Và dòng cần bù:
*
2 2*
1c
c
i v v p
v v qv vi
  
  
     
            
(3.6)
Tuy nhiên do điện áp trên tụ không ổn định, do đó để đảm bảo điện áp
trên tụ không đổi thì nguồn cần cung cấp một công suất p0 để đảm bảo duy trì
điện áp trên tụ không đổi. Bởi vậy, công thức tính dòng bù cần thiết trong hệ 
khi kết hợp cả chức năng lọc sóng điều hòa và bù công suất phản kháng:
*
0
2 2*
[ ]1c
c
i v v p p
v v qv vi
  
  
      
            
(3.7)
Từ công thức này, ta tính được dòng bù trong hệ tọa độ abc.

53
1 0
2 1 3
3 2 2
1 3
2 2
a
b
c
v
v
v
v
v


 
 
   
          
     
    
(3.8)
Từ đó ta có thuật toán điều khiển theo thuyết p-q:
Udc
Udc-ref
Udc
ua
ub
uc
ia
ib
ic
Tính
Ua, Uß
Tính
ia, iß
Tính
p
q
PI
p
p
q
Udc
Tính
ia*
iß*
Tính
ica*
icb*
icc*
Hình 3.11. Thuật toán điều khiển dựa trên lý thuyết p-q.
Như vậy bằng cách sử dụng thuyết p-q ta đã xác định được dòng bù cần
thiết từ đó xây dựng cấu trúc điều khiển cho bộ lọc song song.
Theo phương pháp sử dụng thuyết p-q để tính toán dòng bù cần thiết cho
cho chức năng lọc sóng điều hòa bậc cao và bù công suất phản kháng có hạn chế
là điện áp tính toán yêu cầu phải sin và cân bằng. Nếu điều này không được thỏa
mãn thì bản thân thuyết p-q không còn đúng nữa. Giải pháp để khắc phục hiện
tượng điện áp lưới không sin hoặc mất cân bằng có hai cách là:
Cách thứ nhất là lọc bỏ thành phần sóng điều hòa trong điện áp lưới trước
khi đưa vào tính toán. Giải pháp này thường được sử dụng khi sóng điều hòa
điện áp có tần số cao và khi lọc thành phần điều hòa không làm thay đổi góc pha

54
của điện áp. Hơn nữa giải pháp này chỉ áp dụng khi không có thành phần thứ tự
nghịch. Đây là hạn chế của giải pháp này.
Cách hai người ta thường sử dụng đó là mạch PLL (Phase-Locked-Loop)
để xác định thành phần cơ bản của điện áp tại điểm kết nối.
Ngoài ra khi sử dụng thuyết p-q để thực hiện thuật toán điều khiển thiết bị
lọc sóng điều hòa bậc cao và bù công suất phản kháng còn suất hiện dòng điện
ảo. Tất nhiên là thành phần dòng điện ảo có thể bị triệt tiêu nếu như lọc với đặc
tính giống nhau tức là thành phần này chỉ xuất hiện khi trong quá trình tính toán
dòng bù chuẩn ta chỉ bù
~
p hoặc
~
q hoặc chỉ bù q. Khi tính toán dòng bù cho cả
~
p và
~
q thì sẽ triệt tiêu được thành phần dòng ảo này.
3.3. CẤU TRÚC MẠCH LỌC TÍCH CỰC SONG SONG SỬ DỤNG
CHỈNH LƯU PWM
3.3.1. Nguyên lý điều khiển
Trong cấu trúc này chỉnh lưu PWM thực hiện cả chức năng lọc sóng điều
hòa bậc cao và bù công suất phản kháng. Sơ đồ cấu trúc điều khiển như hình
3.12.
Nguồn một chiều cấp cho nghịch lưu có thể cấp trực tiếp từ nguồn một
chiều hoặc từ tụ điện. Trong thực tế người ta thường sử dụng tụ điện để tạo điện
áp một chiều cấp cho bộ nghịch lưu.
Để đảm bảo nguồn một chiều cấp cho nghịch lưu có giá trị ổn định một bộ
điều chỉnh điện áp được sử dung. Điện áp trên tụ được đo và so sánh với giá trị
điện áp chuẩn. Sai lệch của hai tín hiệu này được đưa vào bộ điều khiển, tín hiệu
ra của bộ điều khiển được sử dụng để tính toán dòng bù cần thiết để loại bỏ sóng
điều hòa bậc cao và bù công suất phản kháng. Dòng bù này được coi như là tín
hiệu chuẩn và dòng phát ra bởi bộ nghịch lưu phải đảm bảo bám theo dòng này.
Để thực hiện điều này có thể có nhiều cách khác nhau như: phương pháp điều
khiển Hysteresis, phương pháp hiệu chỉnh PI, phương pháp điều chế vector
không gian,…

55
Hình 3.12. Cấu trúc điều khiển chỉnh lưu PWM làm bộ lọc tích cực.
3.3.2. Phương pháp điều khiển PWM dòng điện
Nguyên lý cơ bản: Giản đồ kích đóng các công tắc được xác định trên cơ
sở so sánh dòng điện yêu cầu của tải và dòng điện thực tế đo được.
Trong thực tế, điều khiển dòng điện có thể thực hiện theo kỹ thuật dùng
mạch kích trễ (Hysteresis Current Control) hoặc dùng khâu điều chỉnh dòng điện
(Ramp Comparision Curent Control). Các cấu trúc điều khiển đòi hỏi thông tin
về dòng điện thực tế. Điều này có thể xác định bằng ba cảm biến dòng hoặc xác
định hai dòng điện ba pha qua hai cảm biến dòng và xác định dòng điện thứ ba
theo điều kiện dòng cân bằng.

56
a.) b.)
Hình 3.13. Cấu trúc điều khiển dòng điện
a.) Phương pháp Hysteresis b.) Phương pháp hiệu chỉnh PI.
Phương pháp dùng mạch tạo trễ (Hysteresis Current Control) :
Trên hình 3.13a trình bày cấu trúc mạch điều khiển bộ nghịch lưu áp theo
dòng điện, sử dụng mạch kích trễ. Cơ sở của phương pháp điều khiền này là
phương pháp điều khiển dựa trên việc điều khiển dòng điện thực bám theo dòng
điện chuẩn.
Hình 3.14. Sơ đồ mô tả phương pháp Hysteresis.
Theo đó một băng sai lệch sẽ được thiết lập với việc đặt sai lệc giới hạn
trên và sai lệch giới han dưới và mục đích của phương pháp này là làm sáo cho
dòng thực bám theo dòng chuẩn và nằm trong cùng khoảng dung sai này.
Độ rộng băng sẽ bằng hai lần sai lệch, sai lệch là hiệu giữa dòng giới hạn
trên với dòng chuẩn hoặc là hiệu giữa dòng chuẩn với dòng giới hạn dưới. Sự
chuyển mạch của các van theo nguyên tắc như sau:

57
- Khi sai lệch nằm trong khoảng của băng sai lệch thì không có sự chuyển
mạch nào.
- Khi dòng vượt quá giới hạn trên thì bộ nghịch lưu sẽ chuyển mạch sao
cho dòng giảm xuống để sai lệch nằm trong vùng cho phép và ngược lại khi
dòng giảm xuống dưới giới hạn dưới thì bộ nghịch lưu sẽ chuyển mạch để cho
dòng tăng lên.
Để rõ hơn, ta phân tích sự chuyển mạch của bộ nghịch lưu với dòng pha A:
Hình 3.15. Điều khiển phát xung cho pha A của bộ lọc tích cực.
Trong đó:
ia: là dòng thực pha A.
ia*: là dòng đặt pha A
ia*: là sai lệch giữa dòng thực và dòng đặt.
Hình 3.16. Sơ đồ mô tả điều khiển dòng điện pha A.
Khi dòng thực ia tăng dần tới dòng giới hạn trên thì vg1 = 1 do đó T1 dẫn
trong khoảng thời gian t1 khi đó dòng ia tăng. Ở thời điểm t1 thì ia tiến tới giới
hạn trên  vg1 = 0, vg4 = 1 do đó T4 dẫn trong khoảng thời gian t2. Tại thời điểm

58
t2 thì ia tiến tới giới hạn dưới  vg1 = 1, vg4 = 0 do đó T1 dẫn dòng ia lại tăng lên
và quá trình cứ lặp lại như ban đầu, T1 và T4 liên tục đóng cắt để dòng thực ia
nằm trong băng giới hạn trên và dưới.
Theo phương pháp điều khiển này thì:
- Điều chỉnh tần số dòng đặt thì sẽ điều chỉnh được tần số dòng thực.
- Biên độ của dòng thực được điều chỉnh thông qua biên độ của dòng đặt.
- Khi độ rộng của băng giảm thì dòng được điều chỉnh sẽ bám theo dòng
đặt mịn hơn tuy nhiên khi đó tần số đóng cắt sẽ tăng lên.
- Khi dòng đặt là sin thì dòng thực cũng là sin nhưng xuất hiện một số
sóng hài bậc cao tuy nhiên có thể dễ dàng loại bỏ bằng việc sử dụng các bộ lọc
LC ở đầu ra của bộ nghịch lưu.
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện, đáp ứng nhanh.
Tuy nhiên, nhược điểm của nó là tần số chuyển mạch của van bán dẫn không
xác định và thay đổi theo tải và sai số trong quá độ có thể đạt giá trị lớn. Sai số
dòng điện có thể đạt 2 lần giá trị sai số cho bởi mạch tạo trễ. Các nhược điểm
vửa nêu trên làm cho khả năng ứng dụng của phương pháp bị hạn chế đối với
các tải công suất lớn.
Phương pháp điều khiển dòng điện sử dụng hiệu chỉnh PI (Ramp
Comparision Current Control): thực hiện đóng ngắt các công tắc với tần số cố
định. Trên hình 3.13b, mô tả nguyên lý điều khiển dòng trong hệ tọa độ đứng
yên (stationary frame) độ sai biệt giữa tín hiệu dòng điện đặt iyc và tín hiệu dòng
điện đo được tác động lên khâu hiệu chỉnh dòng điện. Tín hiệu áp điều khiển ở
ngõ ra của nó được so sánh với tín hiệu sóng mang tần số cao, và từ đó xác định
lên xung kích cho các công tắc.
Do sử dụng mạch điều chế với sóng mang có tần số không đổi nên
phương pháp đã loại bỏ một số khuyết điểm của phương pháp điều khiển dùng
mạch tạo trễ.
Tuy nhiên ở xác lập, luôn tồn tại sự sai biệt dòng điện và sự chậm pha của
đáp ứng so với tín hiệu đặt vì khâu hiệu chỉnh PI không thể theo kịp một cách

59
chính xác các đại lượng xoay chiều biến thiên theo hình sin, đặc biệt ở tần số
cao (xem hình 3.17).
Hình 3.17. Giản đồxung kích phương pháp điều khiển dòng điện sử dụng hiệu
chỉnh PI.
Nhược điểm hai dạng mạch điều khiển dòng điện trên là không có phối
hợp giữa các quá trình điều khiển dòng điện của các pha. Do đó, không có khả
năng điều khiển vector không

v0 và tổn hao do đóng cắt lớn khi chỉ số điều chế
thấp. Điều này dẫn đến việc phát triển các phương pháp điều khiển vector dòng
điện.
Bộ nghịch lưu điện áp điều khiển theo dòng điện, còn được gọi là bộ
nghịch lưu dòng điện nguồn áp, được ứng dụng trong điều khiển truyền động
điện xoay chiều, điều khiển hệ thống lọc tích cực và bù công suất phản kháng
hoặc làm nguồn cung cấp cho tải với hệ số công suất cao.

60
3.3. THIẾT KẾ MẠCH LỌC TÍCH CỰC SỬ DỤNG CHỈNH LƯU PWM
3.3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng
a. Khối nguồn
Hệ thống nguồn 3 pha 3 dây cung cấp cho tải phi tuyến. Nguồn xoay
chiều 3 pha có giá trị hiệu dụng U=220(V), tần số 50Hz, giá trị góc pha của các
pha A, B, C lệch nhau 1200. Mô hình nguồn ba pha:
Discrete,
Ts = 1e-006 s.
pow ergui
p, q --> Iab
Iabc, Uabc --> p~, q
Non-Linear Load
PWM control
Iab --> Iabc
A
B
C
IGBT Bridge1
Iabc_in
Iabc_out
Dong vao
A
B
C
a
b
c
B3
A
B
C
a
b
c
B2
A
B
C
a
b
c
B1
A
B
C
3 phase source
Iabc_in
Iabc_out
3
C
2
B
1
A
Phase C
Phase B
Phase A
Hình 3.18. Mô hình nguồn xoay chiều ba pha.
b. Mô hình tải
Đây là đối tượng ta sẽ khảo sát từ đó thiết kế bộ lọc tích cực để lọc sóng
điều hòa do tải phi tuyến gây ra, từ đó cải thiện được chất lượng điện năng.
Mô hình tải phi tuyến:
Tai phi tuyen
BT Bridge1
3
C
2
B
1
A
Hình 3.19. Mô hình tải phi tuyến.
Mô hình gồm các khâu: Khâu chỉnh lưu và tải RL. Khâu chỉnh lưu ở đây
ta dùng chỉnh lưu cầu diode, khâu này có tác dụng cung cấp nguồn một chiều
cung cấp cho tải RL. Tải RL ở đây ta chọn có thông số như sau: R = 2(), L = 1
(mH).

61
c. Khâu đo dòng
6
c
5
b
4
a
3
C
2
B
1
A
A
B
C
a
b
c
Do dong
A
B
C
a
b
c
Do ap
6
c
5
C
4
b
3
B
2
a
1
A
Iabc_in
i+
-
i
+
-
i
+
-
Hình 3.20. Khâu đo dòng.
d. Khâu đo áp
6
c
5
b
4
a
3
C
2
B
1
A
A
B
C
a
b
c
Do dong
A
B
C
a
b
c
Do ap
6
c
5
C
4
b
3
B
2
a
1
A
v
+
-
v
+
-
v+
-
Vabc_in
Hình 3.21. Khâu đo điện áp xoay chiều ba pha.
e. Xác định giá trị điện áp một chiều cung cấp cho mạch nghịch lưu
Giá trị cực tiểu của điện áp một chiều:
Udcmin > Ud0 = 2.45Ufa (3.1)
Thông thường chọn điện áp một chiều ở giá trị:
Udc = (1.2  1.3)Ud0 (3.2)
Từ (3.1) và (3.2), ta tính được điện áp một chiều cấp cho bộ nghịch lưu là
Udc = 700 (V).

62
f. Khâu tính toán tạo xung cho bộ điều khiển.
---->
<----
---->
Discrete,
Ts = 1e-006 s.
pow ergui
p, q --> Iab
Iabc, Uabc --> Iab, Uab Tính toan P, Q
Hysteresis
Bo loc thong thap
Iab --> Iabc
Iabc_in
Iabc_out
A
B
C
a
b
c
Do luong
A
B
C
3 phase source
Iabc_in
Iabc_out
Hình 3.22. Khâu tính toán, tạo xung cho bộ điều khiển.
Trong khâu bao gồm các khâu:
Khâu chuyển hệ trục tọa độ abc  : chuyển dòng và áp từ khung tọa
độ abc sang khung tọa độ  để phục vụ cho tính toán công suất tác dụng và
công suất phản kháng theo thuyết công suất tức thời p-q.
2
VbC
1
VaC
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
Dong vao2
Convert
-C-
-C-
-C-
-C-
-C-
1
Vabc_in
Hình 3.23. Khâu chuyển điện áp từ khung tọa đọ abc sang khung tọa độ 

63
2
ibC
1
iaC
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
Dong vao2
Convert
-C-
-C-
-C-
-C-
-C-
1
Iabc_in
Hình 3.24. Khâuchuyển dòng điện từ khung tọa độ abc sang khung tọa độ .
Khối tính toán công suất P, Q:
In_Va
In_Vb
In_Ia
In_Ib
q
Subsystem1
In_Va
In_Vb
In_Ia
In_Ib
p
Subsystem
Q_in
V_b
P_in
V_a
IbC
VaC
IaC
VbC
Convert
Convert
Convert
Convert
Hình 3.25. Khôi tính toán công suất P, Q.
1
p
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
4
In_Ib
3
In_Ia
2
In_Vb
1
In_Va
1
q
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
4
In_Ib
3
In_Ia
2
In_Vb
1
In_Va
a. Khối tính công suất P b.Khối tính công suất Q
Hình 3.26. Cấu trúc khối tính công suất.

64
Khối tính công suất bù:
1
p~
Subtract1
-300
Z
Integer Delay
-K-
Gain
z
z-1
Discrete
Transfer Fcn
1
p
p
p
Hình 3.27. Khối tính toán công suất bù cung cấp bởi mạch lọc
Trong khối này sử dung mạch lọc thông thấp, chức năng của nó là lọc bỏ
các thành phần xoay chiều, giữ lại thành phần một chiều chiều. Như vậy khi đi
qua khối tính công suất bù ta sẽ loại bỏ được thành phần một chiều (thành phần
dòng điện cơ bản) và giữ lại thành phần xoay chiều (thành phần sóng điều hòa
bậc cao).
Khối tính toán dòng cần đặt trong hệ : dòng bù cần thiết trong hệ 
được tính theo công thức (3.6).
Ual
Ube
p~
q
Out1
icb1
Ua
Ub
p~
q
Out1
icb
Ual
Ube
p~
q
Out1
ica
Product1
Product
Ua
Ub
p~
q
Out1
Ica
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
I_ca
I_cb
-1
-1
-1
Gain
Q
Q
V_b
V_b
P1
P1
V_a
V_a
Dong vao1
Dong vao
double
double
double
double
Convert
Convert
Convert
Convert
Ual
Ube
Out1
1/(Ual2+Ube2)
Ua
Ub
Out1
1/(Ua^2+Ub^2)
Hình 3.28. Khối tính toán dòng bù cần thiết trong hệ .
Khối tính toán dòng đặt trong hệ abc: Dòng đặt trong hệ abc được tính
bằng cách chuyển dòng đặt đã được tính toán trong hệ  sang hệ abc.

65
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
A
B
Y
IQNmpy
IQmath
Iabc_REF
I_cb
I_ca Convert
Convert
-C-
-C-
-C-
-C-
-C-
Hình 3.29. Khối tính toán dòng bù trong hệ abc.
Khối phát xung điều khiển cho IGBT
f eedback
ia
ib
ic
Out1
Out2
Out3
Hysteresis
GateIabc_REF
Iabc_AF
double
NOT
4
NOT
2
NOT
1
3
Out3
2
Out2
1
Out1
2e-4
z-0.9998
2e-4
z-0.9998
2e-4
z-0.9998
boolean
boolean
boolean
2
1
0
4
ic
3
ib
2
ia
1
feedback
Hình 3.30. Khối phát xung điều khiển cho IGBT.
Khối phát xung này có nhiệm vụ đảm bảo dòng điện ra của bộ lọc tích cực
phải bám theo dòng điện đặt. Để đảm bảo điều đó thì bộ điều khiển được dùng ở
đây là bộ điều khiển dòng được điều khiển theo phương pháp dùng mạch tạo trễ
(Hysteresis Current Control).

66
g. Khối công suất (Khối mạch nghịch lưu)
3
C
2
B
1
A
Gate
Demux
g
C
E
6
g
C
E
5
g
C
E
4
g
C
E
3
g
C
E
2
g
C
E
1
Hình 3.31. Khối mạch công suất.
Khối này bao gồm các van bán dẫn công suất IGBT và cuộn cảm. Cuộn
cảm có tác dụng như một kho tích trữ năng lượng, khi có dòng điện chạy qua nó
sẽ tích trữ một năng lượng từ trường. Khi trị số điện cảm quá lớn, năng lượng từ
trường này này càng lớn và nó sẽ làm cho sự thay đổi dòng điện chậm lại và
không bám theo được sự thay đổi của dòng bù chuẩn ở tần số cao. Ngược lại nếu
trị số dòng điện cảm quá nhỏ sẽ làm cho sự thay đổi của dòng điện biến thiên
nhanh, kết quả làm cho số chuyển mạch của bộ nghịch lưu tăng và gây tổn thất
trong van bán dẫn tăng. Các van bán dẫn được chọn sao cho phải có tần số đóng
cắt lớn và chịu được dòng điện cao.
3.3.2. Khảo sát với nguồn điện lý tưởng
Cấu trúc hệ thống lọc tích cực:

67
---->
<----
---->
Discrete,
Ts = 1e-006 s.
pow ergui
p, q --> Iab
Iabc, Uabc --> Iab, Uab Tính toan P, Q
Tai phi tuyen
Hysteresis
Bo loc thong thap
Iab --> Iabc
A
B
C
IGBT Bridge1
Iabc_in
Iabc_out
Dong vao
A
B
C
a
b
c
Do luong2
A
B
C
a
b
c
Do luong1
A
B
C
a
b
c
Do luong
A
B
C
3 phase source
Iabc_in
Iabc_out
Hình 3.32. Sơđồ mô phỏng bộ lọc tích cực với nguồn đầu vào là nguồn lý tưởng
Trong trường hợp này ta sẽ khảo sát với nguồn điện lý tưởng (sin và cân
bằng).
Nguồn lý tưởng cấp cho tải phi tuyến:
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Time (s)
U(V)
Hình 3.33. Nguồn lý tưởng cấp cho tải phi tuyến.
Đầu tiên chúng ta khảo sát dòng điện nguồn khi chưa có mạch lọc tích
cực. Ta có hình dạng dòng điện pha A khi chưa có mạch lọc tác động:

68
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
Time (s)
I(A)
Hình 3.34. Dòng điện pha A khi chưa có mạch lọc tác động.
Phân tích phổ pha A chúng ta thấy được tỷ lệ các thành phần sóng hài khá
cao với THD = 30.09%.0 0.05 0.1 0.15 0.2
-100
0
100
Time (s)
0 5 10 15 20
0
5
10
15
20
Harmonic order
Mag(%ofFundamental)
Hình 3.35. Phân tích dòng pha A khi chưa có mạch lọc tác động
Bảng 3.1. Tỷlệ các thành phần sóng điều hòa trong dòng điện pha A khi mạch
lọc chưa tác động
Bậc sóng điều hòa Tỷ lệ các thành phần sóng điều hòa
0 Hz (DC): 0.01%
50 Hz (Fnd): 100.00%
100 Hz (h2): 0.06%
150 Hz (h3): 0.02%

69
200 Hz (h4): 0.06%
250 Hz (h5): 22.61%
300 Hz (h6): 0.03%
350 Hz (h7): 11.30%
400 Hz (h8): 0.06%
450 Hz (h9): 0.02%
500 Hz (h10): 0.06%
550 Hz (h11): 9.01%
600 Hz (h12): 0.03%
650 Hz (h13): 6.43%
700 Hz (h14): 0.06%
750 Hz (h15): 0.02%
800 Hz (h16): 0.06%
850 Hz (h17): 5.61%
900 Hz (h18): 0.03%
950 Hz (h19): 4.47%
Khi có mạch lọc tác động, quan sát dòng điện nguồn phía trước mạch lọc
ta thấy dòng điện đã có hình sin, các thành phần sóng bậc cao đã được giảm
đáng kể
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
Time (s)
I(A)
Hình 3.36. Dòng điện nguồn sau khi mạch lọc tác động.
Tuy nhiên để đánh giá được chất lượng của bộ lọc đối với việc triệt tiêu
các thành phần điều hòa xoay chiều bậc cao ta cần đánh giá qua hệ số biến dạng

70
dòng điện THD, hệ số này phải nằm trong tiêu chuẩn cho phép. Việc này được
thực hiện thông qua phân tích dòng điện điều hòa bậc cao. Ta phân tích với dòng
pha A.
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
Time (s)
I(A)
Tröôùc khi loïc
Sau khi loïc
Hình 3.37. Dòng điện nguồn pha A trước và sau khi mạch lọc tác động.
Tiếp theo ta phân tích phổ dòng điện pha A tại các thời điểm khác nhau
sau khi mạch lọc tác động qua đó sẽ thấy được tác động của mạch lọc tích cực
đối với sự biến thiên của các thành phần sóng điều hòa bậc cao.
0 0.05 0.1 0.15 0.2
-100
0
100
Time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0
0.5
1
1.5
Harmonic order
Mag(%ofFundamental)
Hình 3.38. Phân tích dòng điện pha A khi mạch lọc tác động.
Từ phân tích ở trên ta nhận thấy hệ số méo dạng dòng điện THD là
5,39%. Đối chiếu với tiêu chuẩn IEEE std 519 ta thấy hệ số THD đã gần thỏa
mãn theo tiêu chuẩn (<5%) như vậy trong trường hợp này mặc dù bộ lọc chưa

71
đáp ứng được yêu cầu đề ra xong cũng đã đảm bảo tương đối tốt với chất lượng
dòng điện trên lưới điện.
Bảng sau đưa ra tỷ lệ các thành phần sóng điều hòa bậc cao trong dòng
điện nguồn sau khi mạch lọc tác động.
Bảng 3.2. Tỷ lệ các thành phần sóng điều hòa pha A khi có bộ lọc tác động:
Bậc sóng điều hòa Tỷ lệ các thành phần sóng điều hòa
0 Hz (DC): 0.11%
50 Hz (Fnd): 100.00%
100 Hz (h2): 0.15%
150 Hz (h3): 1.77%
200 Hz (h4): 0.07%
250 Hz (h5): 1.47%
300 Hz (h6): 0.09%
350 Hz (h7): 0.88%
400 Hz (h8): 0.05%
450 Hz (h9): 0.02%
500 Hz (h10): 0.07%
550 Hz (h11): 0.78%
600 Hz (h12): 0.11%
650 Hz (h13): 1.16%
700 Hz (h14): 0.08%
750 Hz (h15): 0.07%
800 Hz (h16): 0.06%
850 Hz (h17): 1.12%
900 Hz (h18): 0.09%
950 Hz (h19): 1.05%
Đối chiếu với bảng 3.1 ta thấy mặc dù xuất hiện thêm một số thành phần
sóng điều hòa mới nhưng tỷ lệ của chúng rất nhỏ so với thành phần cơ bản, các

Đề tài: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song

Đề tài: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Đề tài: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song

Similar to Đề tài: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Đề tài: Xây dựng bộ điều khiển cho bộ lọc tích cực song song