Modelling, simulation and performance analysis of shunt active power filter

Abstract

Öz PARALEL AKTİF GÜÇ FİLTRESİNİN MODELLENMESİ, SİMULASYONU ve PERFORMANS ANALİZİ Süslüoğlu, Berrin Yüksek Lisans Tezi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Vedat M. Karslı Ağustos 2004, 111 sayfa Bu tezde harmonik akımları azaltmak için paralel aktif güç filtrelerinin modellemesi ve analizi yapılmıştır. Paralel aktif güç filtresi şebekeye paralel olarak bağlanan ve bağlandığı yerdeki lineer olmayan yüklerden kaynaklı reaktif güç ve harmonik bozulmaları yok ederek şebekeden çekilen akımı sinüs dalgasına dönüştüren cihazlardır. Paralel aktif güç filtresi farklı kontrol teknikleri ile modellenip performans analizi simulasyon çalışması ile yapılmıştır. Aktif güç filtresinin kalbini oluşturan kontrol kısmı iki bölüm olarak modellenir: referans akım üretici ve pulse üretici. Tezde çalışılan kontrol teknikleri MATLAB/SIMULINK programı kullanılarak modellenip performans analizleri üç fazlı diyot doğrultucu yük için simulasyon çalışması ile yapılmıştır. Üç fazlı nötr bağlantısız inverter çalıştıran paralel aktif güç filtresi simulasyon çalışmalarında kullanılmıştır. Optimum filtre parametreleri deneme - yanılma yoluyla seçilmiştir. Çalışılan referans akım üretme yöntemleri zaman tabanlı olup bunlar anlık aktif- reaktif güç teorisi, bunun modifiye edilmiş versiyonu, anlık aktif-reaktif akım metodu, ve eşzaman bulucu metottur. Referans akım yöntemlerinin performansdeğerlendirmesi, dengeli, dengesiz ve bozuk şebeke voltajları altında, kompanze edilen akım için toplam harmonik bozulma ölçümü yapılarak sunulmuştur. Tezde pulse üretmek için kullanılan akım kontrol teknikleri sabit aralıklı histeresis, uyarlamak aralıklı histeresis, üçgen taşıyıcı, inverter referans voltajı tahmini ile uzay vektör uyartım modülasyonudur. Akım kontrol tekniklerinin aktif güç filtresinin performansına etkisi, dengeli şebeke voltajı altında yüksek ve alçak tetikleme ve bozuk şebeke voltajı altında yüksek tetikleme frekansları ile, kompanze edilen akım için toplam harmonik bozulma ölçümü ve kompanze eden akım için izleme hata vektörü ölçümü yapılarak sunulmuştur. Farklı çalışma koşullan altında elde edilen simulasyon sonuçlan düzenlenmiş anlık aktif-reaktif güç metodunun referans akımı üretme, geliştirilmiş üçgen taşıyıcı metodunun da akım kontrolü için diğer kontrol yöntemleri arasında en iyi tercihler olduğunu göstermektedir. Anahtar sözcükler: paralel aktif güç filtresi, aktif-reaktif güç teorisi, modifiye edilmiş aktif-reaktif güç teorisi, aktif-reaktif akım metodu, eşzaman bulucu metot, uyarlamak aralık histeresis, üçgen taşıyıcı, uzay vektör modülasyonu, toplam harmonik bozulma

ABSTRACT MODELLING, SIMULATION and PERFORMANCE ANALYSIS of SHUNT ACTIVE POWER FILTER Süslüoğlu, Berrin M.Sc. in Electrical and Electronics Eng. Supervisor: Assist. Prof. Dr. Vedat M. Karsh August 2004, 1 1 1 pages This thesis addresses the modelling and analysis of shunt active power filters for harmonic current reduction. A shunt active power filter is a device that is connected in parallel, and cancels the reactive power and harmonic currents from a group of nonlinear loads so that the resulting total current drawn from the ac main is sinusoidal. The performance of a shunt active power filter is investigated with different control strategies by simulation. Control strategy is the heart of the active filter and is implemented in two stages: reference current and pulse generator parts. In this work the control strategies were modelled in M ATL ABI 'SIMULINK and the performance is compared with three phase-diode rectifier type nonlinear load. A shunt type of active power filter employing a three phase three wire voltage source inverter is used in the simulation study. The optimum filter parameters are chosen by trial and error method. Reference compensating current signals are obtained using time domain techniques; the instantaneous reactive power theory and its modified version, the instantaneous ivactive and reactive current method, the synchronous detection method. The performance evaluation of the reference current generator part is done based on the measurement of %THD in the compensated mains current under balanced, unbalanced and distorted mains voltage conditions. In thesis, the studied current control techniques for shunt active power filter are adaptive-band hysteresis, triangular carrier, its improved version and space vector pulsewidth modulation with prediction of the inverter reference voltage. The performance evaluation of the current control part is presented based on the measurement of %THD in the compensated mains current and the measurement of the tracking error vector under balanced mains voltages with high and low switching frequency case, and the distorted mains voltage conditions with high switching frequency case. The simulation results show that the modified p-q method for reference current generation and the improved triangular carrier method for current control are the best options for shunt active power filter under different operating conditions. Keywords: shunt active power filter, p-q theory, id-iq method, modified p-q method, synchronous detection method, adaptive-band hysteresis, triangular carrier, space vector modulation, THD