Hạn chế sóng hài từ nguồn năng lượng mặt trời qua việc sử dụng bộ lọc ứng dụng lý thuyết công suất tức thời kép

92 Đoàn Đức Tùng, Nguyễn Minh Nhất 
HẠN CHẾ SÓNG HÀI TỪ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI QUA VIỆC 
SỬ DỤNG BỘ LỌC ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT CÔNG SUẤT TỨC THỜI KÉP 
REDUCTION OF HARMONICS FROM SOLAR POWER THROUGH THE EMPLOYMENT OF 
DUAL INSTANTANEOUS POWER THEORY BASED FILTERS 
Đoàn Đức Tùng1, Nguyễn Minh Nhất2 
1Trường Đại học Quy Nhơn; ddtung@ftt.edu.vn 
2Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Quy Nhơn; nmnhat83@gmail.com 
Tóm tắt - Hiện nay, nguồn năng lượng mặt trời đang được sử dụng 
ngày càng nhiều. Một trong những lý do là nhờ vào sự tiến bộ công 
nghệ bán dẫn đã dẫn đến thay đổi đáng kể trong các thiết bị điện tử 
công suất, từ các bộ biến đổi công suất sử dụng thyristor lớn trở 
thành các bộ chuyển đổi công suất sử dụng IGBT nhỏ và nhanh hơn. 
Tuy nhiên, điều khiển biến đổi công suất dựa trên IGBT tạo ra sóng 
hài và nó được truyền vào hệ thống điện. Các sóng hài thường được 
loại bỏ bằng bộ lọc thụ động LC hoặc RLC. Tuy nhiên, hệ thống lọc 
thụ động này có những hạn chế riêng. Bài báo sử dụng bộ lọc tích 
cực nối tiếp dựa trên lý thuyết công suất tức thời kép vào việc giảm 
thiểu sóng hài từ hệ thống điện mặt trời. Kết quả nghiên cứu cho 
thấy tổng độ méo sóng hài điện áp (THD) giảm từ 40,75% xuống 
3,85% và tổng độ méo sóng hài dòng điện tại tải giảm từ 11,28% 
xuống 1,14%, thấp hơn đáng kể so với tiêu chuẩn IEEE Std. 519. 
Abstract - Currently, more and more solar power is being used. One 
of the reasons for this is that advances in semiconductor technology 
have led to significant changes in power electronics from power 
converters that use large thyristors into small and faster switching 
IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). However, this IGBT-
based power-modulated control produces harmonics and is then 
transmitted to the electrical system. The harmonics are usually 
removed by passive LC or RLC filters. However, this passive filtering 
system has its own limitations. The research uses serial active filter 
based on dual instantaneous power theory to minimize harmonics 
from the solar system. The results show that the total harmonic 
distortion of voltage has dropped from 40.75% to 3.85% and the total 
harmonic distortion of load current is reduced from 11.28% to 1.14%, 
significantly lower than the IEEE Std requirement 519. 
Từ khóa - sóng hài; tổng độ méo dạng sóng hài; bộ lọc tích cực; 
lý thuyết công suất tức thời; điện mặt trời. 
Key words - Harmonic; THD; Active filter; p-q theory; PV. 
1. Đặt vấn đề 
Các nguồn điện mặt trời cần phải đáp ứng đầy đủ các 
quy tắc hòa lưới để kết nối vào lưới phân phối. Do đó, các 
bộ chuyển đổi năng lượng được kết nối với lưới bằng cách 
sử dụng các bộ lọc để giảm thiểu các sóng hài không mong 
muốn. Tiêu chuẩn IEEE Std. 519 lần đầu tiên được giới 
thiệu vào năm 1981 và được sửa đổi gần đây nhất vào năm 
1992 để quy định tiêu chuẩn về triệt tiêu sóng hài (méo điện 
áp và dòng điện) được giới thiệu bởi bộ chuyển đổi công 
suất tĩnh và tải phi tuyến. Tiêu chuẩn này giúp ngăn ngừa 
sóng hài ảnh hưởng tiêu cực đến lưới điện. Tiêu chuẩn 
IEEE Std. 519 được đề cập trong Bảng 1 mô tả tổng độ méo 
dạng sóng hài (THD - Total Harmonic Distortion) được 
phép cho các ứng dụng điện áp của các hệ thống khác nhau. 
Bảng 2 đề cập đến sóng hài dòng điện tối đa được phép tính 
theo phần trăm dòng điện tải [1, 2]. IEEE Std. 519 được 
xem như là gợi ý và tiêu chuẩn khuyến nghị để điều khiển 
sóng hài trong các hệ thống điện. Tiêu chuẩn này được chấp 
nhận rộng rãi ở Bắc Mỹ để ngăn chặn các vấn đề về chất 
lượng điện trong các hệ thống kết nối lưới [2]. 
Bảng 1. Giới hạn về méo điện áp, IEEE std. 159 
Giới hạn về méo điện áp hài theo phần trăm của điện áp 
định mức cơ bản (%) 
Điện áp tại điểm 
PCC, Vn (kV) 
Méo điện áp cho 
từng sóng hài (%) 
Méo điện áp 
tổng THD (%) 
Vn< 69 3.0 5.0 
69< Vn ≤ 161 1.5 2.5 
Vn> 161 1.0 1.5 
- PCC (Point of Common Coupling): Điểm nối chung 
- Vn: Điện áp định mức. 
Bảng 2. Giới hạn về méo dòng điện trong hệ thống phân phối 
chung, IEEE std. 159 
Độ méo sóng hài dòng điện tối đa theo phần trăm của dòng 
điện tải IL (%) 
 h 
ISC/IL 
h<11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD 
<20 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0 
20<50 7.0 3.5 3.5 1.0 0.5 8.0 
50<100 10.0 4.5 4.0 1.5 0.7 12.0 
100<1000 12.0 5.5 5.0 2.0 1.0 15.0 
>1000 15.0 7.0 6.0 2.5 1.4 20.0 
- TDD (Total Demand Distortion): Tổng độ méo nhu cầu; 
- ISC: Dòng điện ngắn mạch lớn nhất tại PCC; 
- IL: Dòng điện tải lớn nhất tại PCC; 
- h (Harmonic oder): Bậc sóng hài. 
Bên cạnh những lợi thế khi sử dụng bộ chuyển đổi 
nhanh IGBT trong bộ biến đổi công suất, IGBT còn dẫn 
đến một số nhược điểm liên quan. Tốc độ chuyển đổi nhanh 
của IGBT đã dẫn đến mức nhiễu điện từ cao (EMI - 
Electromagnetic Interference). Cơ chế chuyển đổi trong bộ 
biến đổi công suất tạo ra cả hai chế độ nhiễu điện từ đó là 
chế độ chung (CM – Common Mode) và chế độ đặc biệt 
(DM – Differential Mode) [3]. Sự hiện diện của sóng hài 
dòng điện và điện áp trong các hệ thống phân phối điện làm 
tăng tổn thất điện năng trong các dây dẫn, giảm hệ số công 
suất và có thể gây ra sự cộng hưởng trong mạch [4]. Trong 
các bộ điều khiển động cơ và các thiết bị bảo vệ lưới điện, 
các sóng hài có thể tiềm ẩn gây ra các hư hỏng vật lý hoặc 
tác động các rơ le không mong muốn [5]. 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 2 93 
Các sóng hài được tạo ra thường được loại bỏ bằng bộ 
lọc LC hoặc RLC thụ động. Tuy nhiên trong các ứng dụng 
thực tế các bộ lọc thụ động có một số nhược điểm, do đó 
các bộ lọc tích cực đã được nghiên cứu và phát triển. Bộ 
lọc tích cực, không giống như các bộ lọc thụ động được 
xây dựng từ op-amps, điện trở và tụ điện. Các bộ lọc tích 
cực có thể xử lý các tín hiệu tần số rất thấp, thậm chí, chúng 
có thể làm tăng điện áp nếu cần thiết. Các bộ lọc tích cực 
mang lại hiệu suất tương đương với các bộ lọc thụ động, 
nhưng chúng dễ làm hơn và được thiết kế mà không cần 
các thành phần có kích thước lớn. Trong bối cảnh các bộ 
biến đổi công suất càng được sử dụng nhiều hơn như trong 
bộ nghịch lưu của hệ thống điện mặt trời, việc nghiên cứu 
các bộ lọc sóng hài điện áp là việc làm hết sức cần thiết. 
Bài báo sẽ trình bày nghiên cứu ứng dụng lý thuyết công 
suất tức thời trong điều khiển bộ lọc tích cực nối tiếp nhằm 
giảm thiểu sóng hài từ nguồn năng lượng mặt trời. 
2. Lý thuyết công suất tức thời 
Lý thuyết công suất tức thời (lý thuyết p-q) ban đầu được 
sử dụng với hệ thống ba pha chỉ bao gồm các nguồn điện áp. 
Tuy nhiên, có thể xem xét lý thuyết kép của nó phù hợp với 
các trường hợp có nguồn dòng ba pha, hoặc thực hiện bù nối 
tiếp điện áp thay vì bù song song dòng điện. Trong lý thuyết 
p-q kép, giả định rằng đã biết các thành phần dòng điện, công 
suất tác dụng và công suất phản kháng, các thành phần điện 
áp cần được tính toán hoặc bù trừ. Một ứng dụng của lý 
thuyết p-q kép là đối với trường hợp bù điện áp nối tiếp. 
Để đơn giản, chúng ta chỉ phân tích trường hợp của một 
hệ thống ba pha, ba dây. Do đó, không có điện áp thứ tự 
không và dòng điện thứ tự không. Với những điều kiện như 
trên, ta có phương trình: 
[
𝑝
𝑞] = [
𝑖𝛼 𝑖𝛽
−𝑖𝛽 𝑖𝛼
] [
𝑣𝛼
𝑣𝛽
] (1) 
Xem như đã biết công suất tác dụng và công suất phản 
kháng, cũng như các dòng điện, các giá trị điện áp có thể 
được tính toán với các biến đã biết. Nhân hai vế của (1) bởi 
ma trận nghịch đảo của dòng điện, điện áp được xác định 
là hàm của dòng điện và công suất: 
[
𝑣𝛼
𝑣𝛽
] =
1
𝑖𝛼
2+ 𝑖𝛽
2 [
𝑖𝛼 −𝑖𝛽
𝑖𝛽 𝑖𝛼
] [
𝑝
𝑞] (2) 
Vế phải của công thức (2) có thể được phân tích như 
sau: 
[
𝑣𝛼
𝑣𝛽
] =
1
𝑖𝛼
2+ 𝑖𝛽
2 [
𝑖𝛼 −𝑖𝛽
𝑖𝛽 𝑖𝛼
] [
𝑝
0
] +
1
𝑖𝛼
2+ 𝑖𝛽
2 [
𝑖𝛼 −𝑖𝛽
𝑖𝛽 𝑖𝛼
] [
0
𝑞
] (3) 
Có thể rút gọn công thức (3) như sau: 
[
𝑣𝛼
𝑣𝛽
] = [
𝑣𝛼𝑝
𝑣𝛽𝑝
] + [
𝑣𝛼𝑞
𝑣𝛽𝑞
] (4) 
3. Bộ lọc sóng hài tích cực nối tiếp dựa trên lý thuyết 
công suất tức thời để hạn chế sóng hài từ nguồn năng 
lượng mặt trời 
Bộ lọc tích cực nối tiếp thường gồm hai khối chính khác 
nhau: 
- Bộ điều khiển độ rộng xung (PWM) (xử lý nguồn) và 
- Bộ điều khiển bộ lọc tích cực (xử lý tín hiệu) 
Bộ điều khiển PWM chịu trách nhiệm xử lý công suất 
cần bù từ việc tính toán điện áp hài của nguồn điện và tổng 
hợp điện áp bù đó với hệ thống điện thông qua một biến áp. 
Bộ điều khiển bộ lọc tích cực chịu trách nhiệm xử lý tín 
hiệu các điện áp bù tham chiếu theo thời gian thực, tín hiệu 
này liên tục được truyền tới bộ điều khiển PWM. Hình 1 
cho thấy cấu trúc cơ bản của bộ lọc sóng hài nối tiếp để bù 
sóng hài điện áp cho nguồn điện có chứa sóng hài như hệ 
thống pin mặt trời. Nó bao gồm một bộ chuyển đổi nguồn 
áp được điều khiển bởi bộ điều khiển dòng PWM và bộ 
điều khiển tích cực để đưa ra một thuật toán điều khiển gần 
như tức thời. Bộ điều khiển tích cực song song hoạt động 
một cách khép kín, liên tục đo điện áp nguồn vS và tính các 
giá trị tức thời của điện áp bù tham chiếu v*C, điện áp tham 
chiếu này làm tín hiệu điều khiển cho bộ điều khiển PWM. 
Hình 1. Cấu trúc cơ bản của bộ lọc tích cực nối tiếp 
3.1. Bộ điều khiển PWM 
Bộ điều khiển điện áp PWM sử dụng cho bộ lọc tích 
cực nối tiếp cho phép bộ lọc tạo ra điện áp không theo dạng 
hình sin mà theo các giá trị tham chiếu của chúng 𝑣𝐶𝑎
∗ , 𝑣𝐶𝑏
∗ 
và 𝑣𝐶𝑐
∗ , bộ điều khiển này có thể thay đổi về độ rộng tần số 
và biên độ. Do đó, các kỹ thuật biến đổi PWM theo dạng 
hình sin thông thường có thể không phù hợp vì sự suy giảm 
biên độ vốn có của chúng. Hơn nữa, mạch LRC ở đầu ra 
của bộ chuyển đổi PWM có thể gây ra các dịch chuyển pha 
trong điện áp bù vfa, vfb và vfc. Do đó, ba vòng điều khiển 
phản hồi phụ sử dụng giá trị thực của vfa, vfb và vfc được 
thực hiện để giảm thiểu độ lệch có thể giữa các giá trị tham 
chiếu 𝑣𝐶𝑎
∗ , 𝑣𝐶𝑏
∗ và 𝑣𝐶𝑐
∗ , điện áp bù vCa, vCb và vCc được tạo 
ra bộ biến đổi điện áp. Điều khiển điện áp PWM được đề 
xuất như trong Hình 2. 
Hình 2. Bộ điều khiển điện áp PWM với vòng điều khiển 
phản hồi phụ 
Giá trị KV nhân các với sai lệch giữa các giá trị tham 
94 Đoàn Đức Tùng, Nguyễn Minh Nhất 
chiếu và các giá trị thực tế của điện áp bù. Giá trị này được 
đặt càng cao càng tốt, nhưng phải đảm bảo các giá trị tham 
chiếu mới cho điều khiển PWM, bằng 𝑣𝐶𝑘
∗ + KV (𝑣𝐶𝑘
∗ - vfk), 
với k = a, b, c không được vượt quá biên độ xung tam giác 
của bộ nghịch lưu PWM. 
Vì vòng lặp điều khiển chỉ bao gồm một phép nhân tỉ 
lệ, nên các sai số không thể loại bỏ hoàn toàn. Hơn nữa, 
trong một thử nghiệm thực tế, biến áp nối tiếp có thể làm 
tăng các sai số bù, vì các phép đo được thực hiện ở phía thứ 
cấp của máy biến áp và một máy biến áp không thể có một 
phản ứng tuyến tính hoàn hảo trong một dải tần số rộng. 
Các phép đo vfa, vfb và vfc được thực hiện ở mặt thứ cấp để 
tránh các hiệu ứng phi tuyến của các máy biến áp có thể 
dẫn đến sự bất ổn đối với bộ điều khiển. 
3.2. Bộ điều khiển xác định điện áp thứ tự thuận 
Điện áp pha va, vb và vc chủ yếu chứa các thành phần 
thứ tự thuận (V ̇+1), nhưng có thể không cân bằng (chứa các 
thành phần thứ tự nghịch và không ở tần số cơ bản) và cũng 
có thể chứa sóng hài từ bất kỳ thành phần nào. 
Sơ đồ khối điều khiển hoàn chỉnh của bộ xác định điện 
áp thứ tự thuận được xây dựng như Hình 3. 
Hình 3. Thuật toán điều khiển xác định điện áp thứ tự thuận 
Bộ xác định điện áp thứ tự thuận cơ bản dựa trên lý 
thuyết p-q kép và các khái niệm về bù điện áp giống như 
Hình 3. Các điện áp va, vb và vc được biến đổi thành các 
trục  để xác định v và v. Chúng được sử dụng cùng 
với các dòng i′ và i′ được tạo ra trong mạch đồng bộ 
(mạch PLL), để tính toán các công suất phụ p′ và q′, như 
Hình 3. Giả thiết rằng các dòng phụ i′ và i′ với bất kỳ độ 
lớn nào cũng chỉ bắt nguồn từ một dòng điện thứ tự thuận 
İ’+1 ở tần số cơ bản, được phát hiện bởi mạch PLL. 
Để trích xuất điện áp thứ tự thuận cơ bản với phương 
pháp kép được biểu diễn trong Hình 3, biên độ của các 
dòng phụ i′ và i′ không quan trọng và có thể được chọn 
tùy ý. Để đơn giản, chúng được thiết lập như 1 đơn vị 
chuẩn. Nói cách khác, các giá trị tuyệt đối của các công 
suất phụ trợ p′ và q′, cũng như các dòng phụ trợ i′ và i′, 
không có ý nghĩa vật lý. Lưu ý rằng, chúng được sử dụng 
cùng nhau trong phép tính điện áp, được biểu diễn bằng 
khối tính toán điện áp  trong Hình 3. 
Mạch PLL theo dõi liên tục tần số cơ bản của điện áp 
hệ thống. Thiết kế của PLL cho phép vận hành dưới dạng 
sóng điện áp bị biến dạng và không cân bằng. Một điểm 
đặc biệt của mạch PLL đó là nó gần như không bị ảnh 
hưởng bởi sự mất cân bằng và biến dạng trong dạng sóng 
điện áp. Mạch PLL xác định tự động tần số hệ thống và góc 
pha của thành phần thứ tự dương cơ bản của tín hiệu đầu 
vào ba pha. Trong trường hợp hiện tại, nó là điện áp ba pha 
va, vb và vc. Hình 4 minh họa sơ đồ khối chức năng của nó. 
Mạch này đã được chứng minh là rất hiệu quả, ngay cả dưới 
điện áp hệ thống bị méo cao. Nó đã được sử dụng thành 
công, bởi các tác giả, trong một số thiết bị điện tử công 
suất, như bộ lọc tích cực và thiết bị FACTS. 
Hình 4. Sơ đồ khối chức năng của mạch vòng khóa pha PLL 
3.3. Bộ điều khiển bộ lọc tích cực 
Một thuật toán điều khiển để tính toán điện áp dòng hài 
được xây dựng như Hình 5. Điện áp pha tại đầu cực tải và 
dòng được đo và chuyển đổi thành các hệ trục tham chiếu 
 . Sau đó, công suất tác dụng và công suất phản kháng 
của tải được tính toán và lọc các thành phần công suất ở tần 
số cơ bản qua bộ lọc thông cao, các phần công suất không 
mong muốn được chọn. Từ những phần công suất này, 
dòng điện và điện áp bù được tính toán tức thời và đưa vào 
hệ thống điện bằng bộ bù dòng. 
Hình 5. Các khối thuật toán điều khiển bộ lọc tích cực nối tiếp 
Mục tiêu chính của bộ lọc tích cực nối tiếp là bù sóng 
hài và sự mất cân bằng trong điện áp nguồn. Nói cách khác, 
bộ lọc sóng hài nối tiếp phải bù tất cả các thành phần điện 
áp trong nguồn cung cấp, những thành phần mà nó không 
tương ứng với thành phần thứ tự thuận cơ bản của nó. 
3.4. Kết quả mô phỏng 
Trên cơ sở mô hình lưới điện thực tế và kết quả nghiên 
cứu từ phần 2, bài báo sử dụng bộ lọc tích cực để lọc các 
sóng hài và được mô phỏng trên Matlab/Simulink. Mô hình 
nghiên cứu như Hình 1, các thông số về hệ thống và tải 
được thể hiện như trong Bảng 3. 
Đánh giá hiệu quả của bộ lọc tích cực nối tiếp, phân tích 
dạng sóng điện áp trước điểm nối chung (phía nguồn) và 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 2 95 
sau điểm nối chung (phía tải) cũng như phân tích Fourier 
méo dạng sóng hài điện áp trước và sau khi lọc có kết quả 
như Hình 6. 
Bảng 3. Thông số các phần tử chính của mô hình 
Phần tử Thông số 
Nguồn năng lượng 
mặt trời 
Vdc = 250 V, P = 250 kW 
Nghịch lưu 3 cấp 
Bám theo điểm công suất cực đại MPPT 
Tải tuyến tính U = 250 V, f = 50 Hz, P = 100 kW 
Biến áp 
Máy biến áp tăng áp tỉ lệ 1/2, 
Sđm = 100 KVA, R = 0,002, L = 0,05 
(a) – Điện áp nguồn 
(b) – Điện áp tải trước khi lọc 
(c) – Điện áp tải sau khi lọc 
(d) – Điện áp bù bởi bộ lọc tích cực 
Hình 6. Dạng sóng điện áp trước và sau khi lọc 
Dễ dàng nhận thấy tại Hình 6 (a) và Hình 6 (b) khi chưa 
sử dụng bộ lọc tích cực, dạng sóng điện áp nguồn bị méo 
nghiêm trọng làm cho dạng sóng điện áp tải cũng bị méo 
dạng. Tại Hình 6 (c), sau khi sử dụng bộ lọc tích cực, dạng 
sóng điện áp đã được cải thiện đáng kể vì điện áp tải đã 
được bù bởi bộ lọc tích cực ở Hình 6 (d). 
Mối liên hệ giữa các điện áp tại điểm nối chung của pha 
A thể hiện ở Hình 7. Trong đó giá trị điện áp tải là vL, giá 
trị điện áp nguồn là vS và điện áp do bộ lọc cung cấp là vC 
có mối quan hệ với nhau theo công thức vL = vS + vC: 
Hình 7. Tổng hợp điện áp tại điểm nối chung pha A 
Phân tích chuỗi Fourier 10 chu kỳ liên tiếp của tín 
hiệu điện áp tại tải trước và sau khi lọc có kết quả như 
Hình 8. 
Hình 8. Phân tích Fourier sóng hài điện áp tại tải trước 
và sau khi lọc 
Tỉ lệ chi tiết thành phần sóng hài của điện áp tải tại pha 
A trước và sau khi có bộ lọc tích cực nối tiếp như Bảng 4. 
Bảng 4. Tỉ lệ thành phần sóng hài điện áp tải pha A 
trước và sau khi lọc 
Bậc điều 
hòa 
Tỉ lệ các thành 
phần sóng hài so với 
sóng cơ bản (%) Bậc điều 
hòa 
Tỉ lệ các thành 
phần sóng hài so với 
sóng cơ bản (%) 
Trước khi 
lọc 
Sau khi 
lọc 
Trước khi 
lọc 
Sau khi 
lọc 
THD 40,75 3,85 10 0,19 0,01 
DC 0,03 0,00 11 0,19 0,01 
1 100,00 100 12 0,04 0,01 
2 0,06 0,01 13 0,82 0,00 
3 0,07 0,00 14 0,16 0,01 
4 0,19 0,02 15 0,30 0,01 
5 0,35 0,05 16 0,13 0,01 
6 0,12 0,01 17 0,15 0,02 
7 1,14 0,03 18 0,08 0,00 
8 0,13 0,02 19 0,59 0,02 
9 0,10 0,00 20 0,10 0,0 
Trong Hình 8 và Bảng 4 ta nhận thấy, độ méo sóng hài 
điện áp của tải đã cải thiện đáng kể, trước khi lọc có 
THD = 40,75% vượt quá mức cho phép theo tiêu chuẩn 
IEEE std 159 (yêu cầu tổng độ méo sóng hài <5) đã giảm 
còn THD = 3,85%. Sau khi sử dụng bộ lọc tích cực, tất cả 
các sóng hài thành phần đều có tỉ lệ phần trăm so với sóng 
cơ bản là < 0,1% làm cho các giá trị này đạt tiêu chuẩn IEEE 
std 159 (yêu cầu độ méo sóng hài từng thành phần < 3%). 
(a) – Dòng điện tải trước khi lọc 
(b) – Dòng điện tải sau khi lọc 
Hình 9. Dòng điện tải phi tuyến trước và sau khi lọc 
96 Đoàn Đức Tùng, Nguyễn Minh Nhất 
Bên cạnh giá trị điện áp tải, dòng điện tải cũng là một 
yếu tố đáng quan tâm, trong mô hình nghiên cứu ứng dụng 
bộ lọc tích cực nối tiếp, chúng ta đã sử dụng tải tuyến tính, 
nhưng với việc điện áp bị nhiễu sóng hài nghiêm trọng, 
dòng điện tải cũng bị ảnh hưởng theo là điều không thể 
tránh khỏi, Hình 9 thể hiện dạng sóng dòng điện tải trước 
và sau khi sử dụng bộ lọc tích cực nối tiếp. 
Phân tích Fourier 10 chu kỳ liên tiếp của tín hiệu dòng 
điện tại tải trước và sau khi lọc có kết quả như Hình 10. 
Hình 10. Phân tích Fourier sóng hài dòng điện tại tải 
trước và sau khi lọc 
Tỉ lệ các thành phần sóng hài của dòng điện tải tại pha 
A trước và sau khi có bộ lọc tích cực nối tiếp như Bảng 5. 
Bảng 5. Tỉ lệ thành phần sóng hài của dòng điện tải pha A 
trước và sau khi lọc 
Bậc điều 
hòa 
Tỉ lệ các thành phần 
sóng hài so với sóng 
cơ bản (%) Bậc 
điều hòa 
Tỉ lệ các thành 
phần sóng hài so 
với sóng cơ bản (%) 
Trước 
khi lọc 
Sau khi 
lọc 
Trước 
khi lọc 
Sau khi 
lọc 
THD 11,28 1,14 10 0,17 0,00 
DC 0,49 0,3 11 0,50 0,04 
1 100,00 100,00 12 0,12 0,03 
2 0,96 0,05 13 1,12 0,01 
3 0,43 0,07 14 0,40 0,05 
4 0,15 0,03 15 0,47 0,03 
5 1,53 0,10 16 0,12 0,01 
6 0,70 0,08 17 0,33 0,02 
7 2,61 0,04 18 0,13 0,03 
8 0,22 0,09 19 0,49 0,03 
9 0,41 0,07 20 0,38 0,04 
Qua Hình 10 và Bảng 5 ta dễ dàng nhận thấy độ méo 
sóng hài dòng điện của tải đã cải thiện đáng kể, trước khi 
lọc có THD = 11,28% vượt quá mức cho phép theo tiêu 
chuẩn IEEE std 159 (tổng độ méo sóng hài <5) đã giảm còn 
THD = 1,14% đạt tiêu chuẩn IEEE std 159. Sau khi sử dụng 
bộ lọc tích cực, tất cả các sóng hài thành phần đều có tỉ lệ 
phần trăm so với sóng cơ bản là < 0,1% làm cho các giá trị 
này đạt tiêu chuẩn IEEE std 159 (độ méo sóng hài từng 
thành phần < 3%). 
Như vậy, bộ lọc sóng hài tích cực nối tiếp sử dụng 
trong mô hình đã đáp ứng được tiêu chuẩn IEEE std 159 
và đáp ứng được tiêu chuẩn về sóng hài của Thông tư 
39/2015/TT-BCT. 
4. Kết luận 
Các bộ biến đổi công suất IGBT dựa trên việc chuyển 
đổi công suất nhanh chóng đang trở nên phổ biến thay thế 
cho hầu hết các bộ biến đổi sử dụng thyristor do có khả 
năng biến đổi nhiều năng lượng hơn và đáp ứng các tiêu 
chuẩn kết nối lưới điện. Các hệ thống điện mặt trời và điện 
gió sử dụng các bộ chuyển đổi chuyển mạch nhanh dựa trên 
IGBT này để chuyển đổi điện áp DC ra thành nguồn AC. 
Tuy nhiên, các bộ chuyển đổi năng lượng dựa trên IGBT 
lại tạo ra các sóng hài đưa vào lưới điện, các tải riêng lẻ và 
điều này sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống. 
Các sóng hài được tạo ra thường được loại bỏ bằng bộ lọc 
LC hoặc RLC thụ động nhưng chúng có những giới hạn 
riêng như nhiệt độ quá cao, dịch pha, cuộn cảm lõi sắt lớn 
và nặng. Bài báo đã phân tích sóng hài được tạo bởi bộ 
chuyển đổi IGBT kết nối với các mảng PV cho các ứng 
dụng độc lập và đã nghiên cứu sử dụng bộ lọc nối tiếp dựa 
trên lý thuyết công suất tức thời kép vào việc giảm thiểu 
sóng hài được tạo ra từ IGBT các trong hệ thống điện mặt 
trời. Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng độ méo sóng hài 
điện áp THD đã giảm từ 40,75% xuống 3,85%, thấp hơn so 
với tổng độ méo sóng hài cho phép theo tiêu chuẩn IEEE 
Std. 519. Ngoài ra, tổng độ méo sóng hài dòng điện tại tải 
còn giảm từ 11,28% xuống còn 1,14%, thấp hơn đáng kể 
so với yêu cầu của tiêu chuẩn IEEE Std. 519. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] IEEE Std. 519-1992, IEEE Recommended Practices and 
Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, 
New York, NY. 
[2] Hoevenaars, K. LeDoux, and M. Colosino, "Interpreting IEEE Std. 
519 and Meeting its Harmonic Limits in VFD Applications”, in 
Copyright Material IEEE Paper No. PCIC-2003-15, May 6, 2003. 
[3] Meng Jin, Ma Weiming, "Power converter EMI analysis including 
IGBT nonlinear switching transient model", ISIE 2005. Proceedings 
of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 
vol.2, no., pp. 499-504 vol. 2, 20-23 June 2005. 
[4] Moran, L.; Fernandez, L.; Dixon, J.; Wallace, R, “A simple and low-cost 
control strategy for active power filters connected in cascade”, IEEE 
Transactions on Industrial Electronics, Vol. 44, No. 5, October 1997. 
[5] A. L. Julian, G. Oriti, T. A. Lipo, “Elimination of Common-Mode 
Voltage in Three-Phase Sinusoidal Power Converters”, IEEE 
Transactions on Power Electronics, Vol. 14, No.5, September 1999. 
[6] Hirofumi Akagi, Edson Hirokazu Watanabe and Maurício Aredes, 
“Instantaneous Power Theory and Applications to Power 
Conditioning, Second Edition”, The Institute of Electrical and 
Electronics Engineers, 2017. 
(BBT nhận bài: 11/10/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 24/10/2018)