Đánh giá so sánh các giải pháp cải thiện chất lượng điện năng dùng bộ lọc tích cực

i phi tuyến
Vdc
Bộ lọc tích cực song song
a
b
c
Cdc1
Cdc2
Hình 1. Sơ đồ hệ thống điện dùng bộ lọc tích cực mắc song song 
Đặng Ngọc Khoa, Hồ Vũ Đức Thắng, Văn Tấn Lượng 
68 
Iabc
S1 S3
S4 S2
PI theo 
phương d
LF
Labc iL,abc
IF,abc
PI theo 
phương q
iqe
P
W
M
Cdc1
LL
RL CL
Tải Phi Tuyến
-
+
iqe
-
+
+
-
iFqe
ide
iFde
RFvds vqs
iFds iFqs
acrtan
ide
iFqeiFde
ids iqs
Vabc
Nguồn
dqs
abc
dqs
abc
dqs
abc
dqs
dqe
dqs
dqe
Bộ lọc tích cực
dqe
dqs
dqs
abc
Bộ lọc thông thấp
Cdc2
Vdca
b
c
Hình 2. Sơ đồ khối điều khiển bộ lọc tích cực song song [6, 7] 
3. BỘ LỌC TÍCH CỰC NỐI TIẾP 
Trong chiến lược được sử dụng để cải thiện chất lượng điện áp trong các mạng phân 
phối, hệ thống bộ lọc tích cực mắc nối tiếp được chọn. Hệ thống bộ lọc tích cực mắc nối 
tiếp là một trong những sơ đồ thích hợp hơn, đóng vai trò giữ điện áp tải ở giá trị định mức 
khi điện áp lưới giảm đột ngột. Hệ thống bộ lọc tích cực mắc nối tiếp bao gồm bộ nghịch 
lưu nguồn áp (VSI-Voltage Source Inverter), bộ lọc LC ở ngõ ra của VSI và một biến áp 
cách ly được kết nối giữa nguồn và tải. Tỷ số của máy biến áp nối tiếp là 1:1. Thông thường, 
máy biến áp Y/Y được sử dụng trong các hệ thống phân phối và hệ thống bộ lọc tích cực 
nối tiếp dựa trên VSI ba chân được ưu tiên sử dụng (Hình 3). 
Sơ đồ khối điều khiển điện áp của bộ lọc tích cực nối tiếp được thể hiện như trong 
Hình 4. Điện áp cần bù (điện áp tham chiếu) được tính bằng cách lấy điện áp nguồn trước 
khi có sụt áp (vs,presag) trừ đi điện áp nguồn khi có sụt áp (vs). Điện áp tham chiếu (
*
cv ) và 
điện áp đo được ( cv ) được chuyển sang hệ tọa độ quay dqe và được so sánh với nhau, sai 
số của điện áp này được đưa vào bộ điều khiển PI. Ngõ ra của bộ điều khiển là điện áp 
tham chiếu (
* *,fde fqev v ), được chuyển sang hệ tọa độ abc (
*
abcfv ) và được sử dụng để điều 
chế độ rộng xung để điều khiển bộ lọc tích cực nối tiếp. 
ifa
ifb
ifc
C1
C2vca vcb vcc
Tải phi tuyến
isa
isb
isc
vsa
vsb
vsc
iLa
iLb
iLc
Cf
Lf
Máy biến áp
Vdc1
Vdc2
S1 S3
S4 S2
iaibic
L
RC
vLa
vLb
vLc
Hình 3. Sơ đồ hệ thống điện dùng bộ lọc tích cực nối tiếp [8] 
Đánh giá so sánh các giải pháp cải thiện chất lượng điện năng dùng bộ lọc tích cực 
69 
SVPWMis
if
vc abc
Bộ điều 
khiển điện 
áp PI theo 
phương q +
+
abc
dq
dq
vs
vs,presag
Điện áp cần bù
θ -
+
Bộ điều 
khiển điện 
áp PI theo 
phương d-
+
Hình 4. Sơ đồ khối điều khiển bộ lọc tích cực nối tiếp [8] 
4. BỘ LỌC TÍCH CỰC NỐI TIẾP KẾT HỢP VỚI BỘ LỌC THỤ ĐỘNG 
Hình 5 thể hiện sơ đồ hệ thống bộ lọc tích cực mắc nối tiếp với các bộ lọc thụ động 
mắc song song (PF). Các bộ lọc thụ động LC được dùng để điều chỉnh các tần số ở họa tần 
bậc 5 và bậc 7 được đấu song song với tải. Bộ nghịch lưu ba pha được mắc nối tiếp với 
đường dây điện để bơm điện áp bồi hoàn (điện áp cần bù). Tỷ số của máy biến áp nối tiếp 
là 1:1. Tải là một bộ chỉnh lưu diode ba pha có cả hai đặc tính của nguồn họa tần loại điện 
áp và loại dòng điện. 
ifa
ifb
ifc
C1
C2vca vcb vcc
Tải phi tuyến
isa
isb
isc
esa
esb
esc
iLa
iLb
iLc
Cf
Lf
Máy biến áp
Vdc1
Vdc2
S1 S3
S4 S2
iaibic
L
RC
Lf-5
Cf-5
Lf-7
Cf-7
Bộ lọc thụ động
Bộ lọc tích cực nối tiếp
VLh
Hình 5. Sơ đồ hệ thống điện dùng bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp với bộ lọc thụ động [9] 
Sơ đồ khối điều khiển bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp với bộ lọc thụ động được thể 
hiện như trong Hình 6, trong đó điện áp tham chiếu để bù điện áp nguồn (
*
cv ) khi có sụt áp 
nguồn được tính tương tự như điện áp tham chiếu ở Hình 4. Ngoài ra, điện áp tham chiếu 
để bù họa tần dòng điện nguồn do tải phi tuyến (
*
hv ) gây ra được tính như sau: 
 ( )* 1h vh s s Lhv K i i V= − + (1) 
Trong đó: is1 và is lần lượt là thành phần cơ bản của dòng điện nguồn và dòng điện 
nguồn tức thời, Kvh là hệ số tỷ lệ và VLh là điện áp bộ lọc thụ động. 
Do đó, điện áp tham chiếu để bù cho cả điện áp nguồn khi có sụt áp nguồn và họa tần 
dòng điện nguồn được tính như sau: 
Đặng Ngọc Khoa, Hồ Vũ Đức Thắng, Văn Tấn Lượng 
70 
* * *
v c hv v v= + (2) 
Ngõ ra của bộ điều khiển dòng điện là điện áp tham chiếu và điện áp này được sử 
dụng để điều chế độ rộng xung để điều khiển bộ lọc tích cực nối tiếp. 
abc
dqe
Bộ 
điều 
khiển 
điện 
áp
`
Bộ 
điều 
khiển 
dòng 
điện
S
P
W
M
+
-
+ - +
-
+
-
KU
abc/
dqs 
tan-1
Ea,bal
Eb,bal
Ec,bal
VLa Vlb Vlcisa isb isc
ebea ec
Ea(+)
Ec(+)
Eb(+)
Ea,bal
Eb,bal
Ec,bal
Vva
Vvb
Vvb Vcc
Vcb
Vca
Vha Vhb Vhc
+
+
+
+
++
+
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
+
++
-
-
-
Eds(+)
Eqs(+)
KU
KU
KU
KU
KU
Kvh
Kvh
Kvh
***
*
*
*
*
*
*
Điện áp tham chiếu để bù họa tần dòng điện
q 
Điện áp tham chiếu để bù điện áp
isa
Hình 6. Sơ đồ khối điều khiển dùng bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp bộ lọc thụ động [9] 
5. MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 
Để xác minh tính hiệu quả của chiến lược điều khiển được đề xuất cho các bộ lọc tích 
cực ba pha ba dây, mô hình mô phỏng được xây dựng dựa vào phần mềm PSIM. Thông số 
của bộ lọc song song được cung cấp như sau: điện áp nguồn (Vll(rms)) bằng 135V, điện áp 
DC bằng 420V, điện cảm bằng 2 mH và công suất của bộ lọc là 1,5kVA. Thông số của bộ 
lọc nối tiếp được thực hiện trong mô phỏng như sau: điện áp lưới (Vll(rms)) bằng 127V, điện 
áp DC bằng 500V, điện cảm của bộ lọc bằng 2 mH, điện dung của bộ lọc bằng 100 F và 
công suất của bộ lọc là 1,5kVA. Thông số của bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp bộ lọc thụ 
động được thực hiện trong mô phỏng như sau: điện áp lưới (Vll(rms)) bằng 78V, điện áp DC 
bằng 500V, điện cảm của bộ lọc tích cực bằng 1,4 mH, điện dung của bộ lọc tích cực bằng 
10 F, điện cảm của bộ lọc thụ động bậc 5 và bậc 7 bằng 1,4 mH, điện dung của bộ lọc 
thụ động bậc 5 bằng 200 F và bậc 7 bằng 100 F và công suất của bộ lọc là 1kVA. Trong 
hệ thống mô phỏng, mô hình tải phi tuyến bao gồm bộ chỉnh lưu ba pha diode kết nối với 
RLC phía ngõ ra. Bộ lọc tích cực ba pha ba dây được lắp đặt giữa nguồn và tải để có thể 
bù dòng điện họa tần và điện áp nguồn (lưới). Từ đó, dòng điện nguồn cung cấp trở nên 
hình dạng sin và cùng pha với điện áp nguồn. 
5.1. Bộ lọc tích cực song song 
Dạng sóng dòng điện nguồn và dòng điện tải lần lượt được thể hiện trong Hình 7(a) 
và Hình 7(b). Dùng bộ điều khiển dòng điện PI, bộ lọc tích cực song song có thể điều khiển 
phát ra các họa tần dòng điện bậc cao nhằm triệt tiêu các họa tần bậc cao để giữ cho dòng 
điện nguồn ở dạng hình sin. Dạng sóng của họa tần dòng điện cần bù được thể hiện trong 
Hình 7(c). Hình 7(a) thể hiện dạng sóng dòng điện nguồn ở pha a có dạng sin, khi dùng bộ 
lọc tích cực song song. Tuy nhiên, thông qua công cụ phân tích FFT (Fast Fourier 
Transform) sẵn có trong phần mềm PSIM, các dòng họa tần bậc cao ở tần số 300 Hz và 
660 Hz vẫn còn xuất hiện, nhưng với giá trị biên độ bé (Hình 7(d)). Độ méo dạng hài tổng 
Đánh giá so sánh các giải pháp cải thiện chất lượng điện năng dùng bộ lọc tích cực 
71 
(THD-Total harmonic distortion) của dòng điện lưới pha a trong trường hợp dùng bộ lọc 
tích cực song song đã giảm xuống đáng kể còn 5,1%, so với 50,5% khi không dùng bộ lọc. 
Isa
ILa
a)
b)
Thời gian (s)
IFa
(c)
Tần số (Hz)
Isa
60 Hz
300 Hz 660Hz
(d)
Hình 7. Kết quả mô phỏng bộ lọc tích cực song song 
(a) Dòng điện nguồn pha a (Isa); (b) Dòng điện tải pha a (ILa); 
(c) Dòng điện ngõ ra bộ lọc (IFa); (d) FFT của dòng nguồn pha a. 
5.2. Bộ lọc tích cực nối tiếp 
Vận hành của bộ lọc tích cực nối tiếp dùng bộ điều khiển PI được thể hiện như trong 
Hình 8. Trường hợp sụt áp 50% nguồn ba pha cân bằng (thời gian từ 1,48 s đến 1,52 s) và 
trường hợp tải phi tuyến được nghiên cứu trong mô phỏng, lần lượt được thể hiện như trong 
Hình 8(a) và 8(f). Dùng bộ lọc tích cực nối tiếp, điện áp cần bù ở ngõ ra của bộ lọc được 
hiển thị trong Hình 8(b). Sau khi bù, điện áp tải được cân bằng hoàn toàn và dạng sóng điện 
áp tải gần như hình sin, như được thể hiện như trong Hình 8(c). Hình 8(d) và 8(e) lần lượt 
thể hiện điện áp ngõ ra theo phương d và q của bộ lọc tích cực nối tiếp. THD của điện áp 
tải pha a trong trường hợp dùng bộ lọc tích cực nối tiếp đã giảm xuống đáng kể còn 3,3%, 
so với 54% khi không dùng bộ lọc. 
Đặng Ngọc Khoa, Hồ Vũ Đức Thắng, Văn Tấn Lượng 
72 
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
esa esb esc
vc,a vc,b vc,c
vL,a vL,b vL,c
iL,a
iL,b iL,c
vqe
vde
Hình 8. Kết quả mô phỏng bộ lọc tích cực nối tiếp trong trường hợp sụt áp nguồn 3 pha 
cân bằng và tải phi tuyến: (a) Điện áp lưới; (b) Điện áp ngõ ra của bộ lọc; (c) Điện áp tải; 
(d) Điện áp ngõ ra theo phương d của bộ lọc; (e) Điện áp ngõ ra theo phương q của bộ lọc; 
(f) Dòng điện tải. 
5.3. Bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp với bộ lọc thụ động 
Trong trường hợp điện áp nguồn ba pha không cân bằng (điện áp pha B và pha C đều 
giảm xuống 18% so với điện áp định mức) và tải phi tuyến có chứa họa tần dòng điện bậc 
5 và bậc 7, vận hành của của bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp với bộ lọc thụ động (PF) dùng 
bộ điều khiển PI được thể hiện trong Hình 9. Khi điều khiển bù, điện áp tải được điều khiển 
trở nên cân bằng và gần hình sin (Hình 9(b)). Hình 9(a) thể hiện dòng điện lưới (dòng điện 
nguồn) mà cũng được điều khiển gần hình sin. Điều này được thể hiện trong phân tích FFT 
của dòng điện lưới pha A được thể hiện trong Hình 9(c). Như thể hiện trong Hình 9(c), các 
họa tần dòng điện bậc cao vẫn còn xuất hiện, song với biên độ nhỏ, gần như không đáng 
Đánh giá so sánh các giải pháp cải thiện chất lượng điện năng dùng bộ lọc tích cực 
73 
kể. THD của dòng điện lưới pha A trong trường hợp dùng bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp 
với bộ lọc thụ động đã giảm xuống đáng kể còn 3,8%, so với 44% khi không dùng bộ lọc. 
Hình 9. Kết quả mô phỏng bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp với bộ lọc thụ động 
trong trường hợp áp nguồn ba pha không cân bằng (sụt áp lưới) và tải phi tuyến. 
(a) Dòng điện nguồn; (b) Điện áp tải; (c) FFT của dòng điện nguồn. 
Bảng 1 mô tả sự so sánh về chức năng của các bộ lọc khi có tải phi tuyến hoặc/và sụt 
áp nguồn. So với bộ lọc tích cực song song và bộ lọc tích cực nối tiếp, bộ lọc tích cực nối 
tiếp kết hợp với bộ lọc thụ động có thể điều khiển bù cả điện áp nguồn và dòng điện tải để 
cả dòng điện nguồn và điện áp tải trở nên cân bằng và gần hình sin, bất chấp lưới không 
cân bằng và tải phi tuyến. Như vậy, bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp với bộ lọc thụ động 
cho kết quả vận hành tốt nhất so với giải pháp dùng bộ lọc tích cực nối tiếp và bộ lọc tích 
cực song song. 
Đặng Ngọc Khoa, Hồ Vũ Đức Thắng, Văn Tấn Lượng 
74 
Bảng 1. So sánh chức năng của các bộ lọc 
Chức năng 
Tên bộ lọc 
AF song song AF nối tiếp AF nối tiếp kết hợp PF 
Loại bỏ họa tần dòng điện x x 
Loại bỏ họa tần điện áp x x 
Bù sụt điện áp nguồn x x 
Bù công suất phản kháng x x 
6. KẾT LUẬN 
Trong bài báo này, các giải pháp điều khiển cải thiện chất lượng điện năng dùng các 
bộ lọc khác nhau đã được nghiên cứu. Kết quả mô phỏng dùng phần mềm PSIM được đưa 
ra để kiểm chứng tính vượt trội của từng giải pháp. Mỗi giải pháp điều khiển có ưu điểm 
và khuyết điểm riêng. Tuy nhiên, so với bộ lọc tích cực song song và nối tiếp, thì mô hình 
và điều khiển của bộ lọc tích cực nối tiếp kết hợp với bộ lọc thụ động vượt trội hơn vì có 
thể điều khiển để giữ được dòng điện nguồn (lưới) và điện áp tải gần như hình sin, bất chấp 
sự cố điện áp lưới không cân bằng và tải phi tuyến. Ngoài ra, bộ lọc tích cực nối tiếp kết 
hợp với bộ lọc thụ động có thể được nghiên cứu để sử dụng trong trường hợp cả khi lưới 
3 pha có sụt áp, méo dạng và tải phi tuyến hoặc có thể mở rộng để phát triển trong lưới 3 
pha 4 dây. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Gruzs T. M. - A survey of neutral currents in three-phase computer power systems, 
IEEE Transactions on Industry Application 26 (1990) 719-725. 
2. Subjak Jr J. S. and Mcquilkin J. S. - Harmonics-causes, effects, measurements, 
analysis: An update, IEEE Transactions on Industry Application 26 (1990) 1034-
1042. 
3. Amoli M. E. and Florence T. - Voltage, current harmonic control of a utility system 
- A summary of 1120 test measurements, IEEE Transactions on Power Delivery 5 
(1990) 1552-1557. 
4. Beides H. M. and Heydt G. T. - Power system harmonics estimation, monitoring, 
Electric Machine & Power Systems 20 (1992) 93-102. 
5. Emanuel A. E., Orr J. A., Cyganski D., and Gulchenski E. M. - A survey of 
harmonics voltages, currents at the customer’s bus, IEEE Transactions Power 
Delivery 8 (1993) 411-421. 
6. Trinh Q. N. and Lee H. H. - An advanced current control strategy for three-phase 
shunt active power filters, IEEE Transactions Industrial Electronics 60 (12) (2013) 
5400-5410. 
7. Nguyen N. M. D., Van T. L., Tran H. - Control scheme of active power filter using 
proportional-resonant plus repetitive controller, Journal of Science Technology 
and Food 18 (2) (2019) 144-155. 
8. Tan Luong V., Ngoc Minh Doan N., Toi L. T. and Trang T. T. - Advanced control 
strategy of dynamic voltage restorers for distribution system using sliding mode 
control input-ouput feedback linearization, Lecture Notes in Electrical Engineering 
465 (2017) 521-531. 
Đánh giá so sánh các giải pháp cải thiện chất lượng điện năng dùng bộ lọc tích cực 
75 
9. Lee G.-M., Lee D.-C., and Seok J.-K. - Control of series active power filters 
compensating for source voltage unbalance and current harmonics, IEEE 
Transactions Industrial Electronics 51 (1) (2004) 132-139. 
10. Trinh Q. N. and Lee H. H. - An advanced repetitive controller to improve the 
voltage characteristics of distributed generation with nonlinear loads, Journal of 
Power Electronics 13 (3) (2013) 409-418. 
11. Trinh Q. N. and Lee H. H. - Low cost and high performance UPQC with four-
switch three-phase inverters, Journal of Electrical Engineering Technology 10 (3) 
(2015) 1015-1024. 
ABSTRACT 
COMPARATIVE EVALUATION OF POWER QUALITY SOLUTIONS 
USING ACTIVE POWER FILTERS 
Dang Ngoc Khoa, Ho Vu Duc Thang, Van Tan Luong* 
Ho Chi Minh City University of Food Industry 
*Email: luongvt@hufi.edu.vn 
Active filtering has become a technology to compensate for current or voltage for a 
three-phase three-wire distribution network with nonlinear loads. This paper presents active 
filter (AF) configurations and control strategies based on voltage or current components. 
The simulation results of the parallel active filter, the series active filter, and the series 
active filter combined with the passive filters in the case of nonlinear loads are compared 
and evaluated to prove their superiority. Accordingly, active series filters combined with 
passive filters give the best performance since they can compensate for both current 
harmonics and source voltage thoroughly regardless of both grid voltage drops and 
nonlinear loads. 
Keywords: Active filters, unified power quality conditioner, current and voltage 
compensation, power quality.