Luận án tiến sĩ phát triển giải pháp điều khiển thích nghi cho bộ lọc tích cực b

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HUỲNH LÊ MINH THIỆN PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO BỘ LỌC TÍCH CỰC BA PHA LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP. HỒ CHÍ MINH – 2022 luan an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH HUỲNH LÊ MINH THIỆN PHÁT TRIỂN GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CHO BỘ LỌC TÍCH CỰC BA PHA Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9520216 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: GVC. HỒ VĂN CỪU TS. TRẦN THANH VŨ TP.

HỒ CHÍ MINH – 2022 luan an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ với đề tài: “Phát triển giải pháp điều khiển thích nghi cho bộ lọc tích cực ba pha” là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện. Các kết quả và các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đều đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2022 Nghiên cứu sinh Huỳnh Lê Minh Thiện luan an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn GVC.

Hồ Văn Cừu, Trưởng khoa Điện tử viễn thông, Trường Đại học Sài Gòn, đã tận tâm hướng dẫn tôi, động viên tôi kiên trì trui rèn trên con đường học thuật, khoa học, thầy đã làm gương cho tôi về phong cách và tinh thần làm việc để trở thành con người khoa học. Tôi xin trân trọng cảm ơn TS. Trần Thanh Vũ, Trưởng Bộ môn Điện Công nghiệp, khoa Điện-ĐTVT Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh, người đã thực sự cho tôi cơ hội được nhìn rõ hơn vấn đề của chuyên môn nói chung và bài toán của luận án nói riêng, nhờ đó mà chông gai trên con đường nghiên cứu trở thành động lực trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu này. Tôi thực sự trân trọng giá trị khoa học mà môi trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo ra, nơi có bề dày lịch sử trong đào tạo khoa học kỹ thuật và con người, nơi đã bồi đắp cho tôi chuẩn mực khoa học và sự tự do trong sáng tạo khoa học.

Tôi xin cảm ơn gia đình tôi đã tạo điều kiện, đã thấu hiểu cho tôi trong thời gian làm nghiên cứu khoa học. Xin gởi đến quý thầy cô, quý đồng nghiệp hiện đang công tác ở các trường Đại học trong nước và quốc tế lời tri ân chân thành cho sự góp sức quý báu, để công việc nghiên cứu của tôi được nhiều phần thuận lợi. Sự đóng góp của các nhà khoa học để luận án được tiếp tục hoàn thiện, cũng như giúp cho tôi được ngày càng trưởng thành trên con đường nghiên cứu, đã là một khao khát bên cạnh mong muốn luận án của mình được hoàn thành. Xin trân trọng cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2022 Nghiên cứu sinh Huỳnh Lê Minh Thiện luan an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com iii TÓM TẮT Hiện nay, việc điều khiển các bộ Biến tần nguồn áp (VSI) trở nên hiệu quả hơn bao giờ hết nhờ sự phát triển công nghệ bán dẫn, như là sử dụng các thiết bị bán dẫn tốc độ chuyển mạch cao và bộ vi xử lý tần số hằng trăm Mhz, cho phép hệ thống hoạt động một cách thông minh nhờ áp dụng được các thuật toán điều khiển hiện đại phức tạp.

Từ đó, việc ứng dụng các bộ chuyển đổi này để thiết kế Bộ lọc nguồn tích cực (Active Power Filter – APF) là ứng dụng phổ biến nhất trong lĩnh vực điều khiển chất lượng điện năng. Không nằm ngoài chức năng chính của các bộ VSI, luận án này tập trung nghiên cứu hai vấn đề là bù công suất (PFC) và lọc nguồn tích cực (APF). Song song với việc trình bày lý thuyết điều khiển là mô phỏng và xác thực kết quả bằng thực nghiệm được thực hiện trên hệ thống lọc nguồn điện tích cực ba pha với cấu trúc lõi là bộ biến đổi công suất VSI. Các phần nghiên cứu chính bao gồm: ① đề xuất cấu hình bộ lọc nguồn tích cực; ② trên cấu hình đó xây dựng mô hình giải tích, giải thuật điều khiển; ③ xây dựng mô hình mô phỏng và mô hình thực nghiệm; ④ ghi nhận, so sánh, nhận xét các kết quả mô phỏng và kết quả thực nghiệm; ⑤ thực hiện báo cáo khoa học dưới dạng công trình nghiên cứu khoa học, bài báo và báo cáo luận án.

Dựa trên giải tích của hệ thống, tác giả đã sử dụng các giải pháp tính toán mềm, các phương pháp điều khiển cũng như các kỹ thuật điều khiển tiên tiến như: tuyến tính hóa phi tuyến, thích nghi mờ, thích nghi phi tuyến, cùng một vài mô hình điều khiển kinh điển khác để hỗ trợ so sánh kết quả. Hai giải pháp thích nghi chính được đề xuất để thay thế cho các giải pháp các tham số cố định nhằm thích ứng với sự biến động không mong muốn trên hệ thống đã được đề xuất trong luận án, một là sử dụng bộ điều khiển thích nghi mờ PI và hai là giải thuật bù dòng điện dự đoán. Kết quả hướng đến việc đảm bảo độ ổn định của điện áp một chiều trên tụ liên kết, xử lý lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong quá trình nối lưới bộ APF, cải thiện đáp ứng động cho hệ thống khi tải phi tuyến và hoặc nguồn điện biến động, trong khi vẫn giữ vững các tiêu chí chất lượng như điện tổng méo hài THD < 6% và hệ số công suất PFC > 95%. Mô phỏng và thực nghiệm đã minh chứng cho khả năng cải thiện hệ số công suất, bù sóng hài hiệu quả và đáp ứng nhanh với các tác động không mong muốn xảy ra cho hệ thống, đảm bảo mục tiêu đã được đặt ra của luận án.

Từ khóa: Điều khiển chất lượng điện năng, chất lượng điện, bộ lọc nguồn tích cực, kỹ thuật điều khiển thích nghi, điều khiển dự báo, bộ nghịch lưu ba pha nguồn áp. luan an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com iv ABSTRACT The control of Voltage Source Inverter (VSI) becomes more effective than ever due to using semiconductor switching devices and high-frequency microprocessors. Using these converters to design an Active Power Filter is the most popular application in the field of power quality control. Not outside the main function of the converter, this thesis studies two principal problems, which are improving Power Factor Correction (PFC) and eliminating high order harmonics, called Active Power Filter (APF).

Besides listing control theories, measuring the results of the Shunt active power filter system model was present to prove the validity of the proposed algorithm. The main research sections include: ① active source filter configuration recommendations; ② on that configuration build analytical model, control algorithm; ③ building simulation models and experimental models; ④ record, compare and comment on simulation results and experimental results; ⑤ perform scientific reports such as scientific research topic, articles, and thesis. Based on the analysis of the system, the author has used some advanced control techniques such as soft computing solutions, nonlinear linearization, fuzzy adaptation, nonlinear adaptation, and a few other classic control models to aid in comparing results. Two main adaptive solutions are proposed to replace the solutions of fixed parameters in order to adapt to unexpected fluctuations in the proposed scheme in the thesis, the first is using an adaptive Fuzzy-PI controller, and the second is the predictive current compensation algorithm.

The results are aimed at ensuring the stability of the DC voltage, handling the phase difference between the current and the voltage during the APF connecting to the grid, and improving the dynamic response of the system under nonlinear loads, and/or the grid unwanted change, while maintaining quality criteria such as total harmonic distortion THD < 6% and PFC power factor > 95%. Simulations and experiments have demonstrated the ability to improve power factors, effectively compensate for harmonics and respond quickly to unwanted effects on the system, ensuring the aim of the thesis. Keywords: Power quality control (PQC), power quality, active power filter (APF), adaptive control engineering, model predictive control (MPC), three-phase voltage source inverter (VSI). luan an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .iv MỤC LỤC ……………………………………………………………………….v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH.

viii DANH MỤC BẢNG BIỂU. xiii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .xiv DANH MỤC NHỮNG KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN .xvi MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………. Lý do chọn đề tài………………………………………………………………. Tính cấp thiết của đề tài.

Mục tiêu nghiên cứu…………………………………………………………… 3 4. Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………………… 4 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài …………………………………. Nội dung nghiên cứu ………………………………………………………….

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài …………………………………… 5 8. Bố cục của luận án: …….………………………………………………………6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRONG BỘ LỌC NGUỒN TÍCH CỰC .1 Bộ lọc nguồn tích cực .2 Giải tích mạch lọc tích cực ba pha mắc song song dựa trên lý thuyết công suất tức thời .1 Trường hợp 1: Điện áp nguồn ba pha cân bằng .2 Trường hợp 2: Điện áp nguồn ba pha bị méo dạng và không cân bằng .3 Các giải pháp điều khiển thích nghi ứng dụng trong lĩnh vực điều khiển chất lượng điện .1 Các công trình nghiên cứu về APF tiêu biểu ứng dụng các kỹ thuật điều khiển trong miền thời gian và miền tần số .2 Điều khiển thích nghi áp dụng trong kỹ thuật điều khiển APF .4 Hiệu quả năng lượng điện và chất lượng điện .1 Chất lượng điện .41 luan an tien si TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.2 Hiệu quả năng lượng điện .3 Các chỉ dẫn thương mại .5 Đề xuất chức năng nhiệm vụ trong việc xây dựng mô hình mô phỏng và mô hình thực nghiệm .6 Kết luận chương 1. 48 CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỆN BA PHA DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI VÀ BỘ LỌC NGUỒN TÍCH CỰC .1 Xây dựng mô hình mô phỏng .2 Mô hình tải .3 Mô hình khối lọc tích cực .2 Điểu khiển mạch lọc tích cực ba pha .1 Chuyển đổi các tín hiệu điều khiển .2 Mô hình nghịch lưu ba pha .3 Các vấn đề cơ bản về điều chế và điều khiển đối với bộ VSI.3 Kết quả mô phỏng hệ thống .1 Chế độ không tải .4 Kết luận chương 2. 80 CHƯƠNG 3 CẢI TIẾN HIỆU NĂNG CỦA APF SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY-PI ………………………………………………………………………81 3.1 Thiết kế cải tiến điều khiển APF sử dụng điều khiển trượt Sling Mode .1 Giải tích hệ thống APF .2 Mô hình điều khiển trượt phản hồi.3 Kết quả mô phỏng sử dụng điều khiển trượt .2 Cải tiến hiệu năng của APF sử dụng bộ điều khiển Fuzzy – PI .