بهبود عملکرد فیلتر فعال موازی با ارائۀ راهکاری مبتنی‌بر فیلتر انتگرالی در حوزۀ زمان تحت شرایط ولتاژ غیر ایدئال در شبکه‌های ضعیف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

چکیده

عملکرد مناسب و دقیق یک فیلتر فعال موازی وابسته به استخراج دقیق هارمونیک‌های جریانی تولیدشده توسط بار غیرخطی است که این فرایند نیازمند همگام‌سازی بسیار خوب با تغییرات ولتاژ شبکه نیز می‌باشد. در این مقاله راهکاری برای استخراج هارمونیک‌های جریان بار مبتنی‌بر حوزۀ زمان برای تولید جریان مرجع فیلتر فعال موازی ارائه می‌گردد، که در تمام حالات ولتاژ شبکه مانند (متقارن، متقارن و هارمونیکی، نامتقارن و نامتقارن و هارمونیکی) عملکرد مناسبی را از خود نشان می‌دهد. درعین‌حال روش پیشنهادی دارای دینامیک و انعطاف‌پذیری بسیار بالا و همچنین بار محاسباتی کم است. عملکرد روش پیشنهادی تحت حالات مختلف ولتاژ شبکه (متقارن، متقارن و هارمونیکی، نامتقارن و نامتقارن و هارمونیکی) در محیط Matlab/Simulink مورد بررسی قرار گرفته ‌است، همچنین برای صحت‌سنجی نتایج شبیه‌سازی، آزمایش‌های تجربی متعددی بر روی یک فیلتر فعال ساخته‌شده در محیط آزمایشگاهی صورت گرفته و نتایج حاصل‌شده، گواه بر امکان بهره‌برداری از روش پیشنهادی به‌صورت صنعتی با عملکرد بسیار مناسب است. درنهایت، براساس نتایج به‌دست‌آمده در شرایط حالت پایدار با پاسخ دینامیکی مطلوب، اعوجاج هارمونیکی کل جریان شبکه، به‌طور قابل توجهی از 02/25% به 63/3% برای شبکۀ متقارن، از 38/24% به 94/4% برای شبکۀ متقارن دارای هارمونیک و از 53/24% به 77/4% برای شبکۀ نامتقارن دارای هارمونیک کاهش یافته است. این نتایج، عملکرد بهینه و استاندارد روش پیشنهادی را تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Wang, H., Liu, S., "Harmonic interaction analysis of delta-connected cascaded H-bridge-based shunt active power filter", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ,Vol. 8, No. 3, pp. 2445-2460, 2019, https://doi.org/10.1109/JESTPE.2019.2930033.
[2] Nejabatkhah, F., Li, YW., Tian, H., "Power quality control of smart hybrid AC/DC microgrids: An overview", in IEEE Access, Vol. 7, pp. 52295-52318, 2019, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2912376.
[3] Bernet, D., Hiller, M., "Gridconnected mediumvoltage converters with parallel voltagesource active filters", IET Electric Power Applications, Vol. 13, No. 10, pp. 1507-1513, 2019, https://doi.org/10.1049/iet-epa.2019.0021.
[4] Amini, B., Rastegar, H., Pichan, M., "An optimized proportional resonant current controller based genetic algorithm for enhancing shunt active power filter performance", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 156, p. 109738, 2024, https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2023.109738.
[5] Kashif, M., Hossain, MJ., Zhuo, F., Shi, S., Soon, JL., "An advanced harmonic extraction technique applied to a three-phase three-level active power filter", In 2017 IEEE 3rd International Future Energy Electronics Conference and ECCE Asia (IFEEC 2017-ECCE Asia), pp. 364-369. IEEE, 2017, https://doi.org/10.1109/IFEEC.2017.7992065.
[6] Pichan, M., Samadi, M., Shahrjerdi, H., "Active Power Decoupling of Single-Phase Photovoltaic Inverter Using DC Active Filter and Improved Hybrid Controller", Journal of Modeling in Engineering, 2025, https://doi.org/10.22075/jme.2025.33562.2637.
[7] Jia, G., Chen, M., Tang, S., Zhang, C., Zhao, B., "A modular multilevel converter with active power filter for submodule capacitor voltage ripples and power losses reduction", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 35, No. 11 ,pp. 11401-11417, 2020, https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.2982440.
[8] Popescu, M., Bitoleanu, A., Suru, C.V., Linca, M., Alboteanu, L., "Shunt active power filters in three-phase, three-wire systems: A topical review", Energies, Vol. 17, No. 12 , pp. 2867, 2024, https://doi.org/10.3390/en17122867.
[9] Ansari, M.R., Mousavi Ghahfarokhi, M.S., Safaee, S.,"Power Quality Improvement in a Steel Plant by an Optimized Shunt Active Power Filter Based on Developed P-Q Theory", Energy Engineering and Management, Vol. 11(3), pp. 78-91, 2023. https://doi.org/ 10.22052/11.3.
[10] Chen, D., Xiao, L., Yan, W., Li, Y., Guo, Y., "A harmonics detection method based on triangle orthogonal principle for shunt active power filter", Energy Reports, Vol. 7, pp. 98-104, 2021, https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.06.016.
[11] Al-Gahtani, S.F., Nelms, R.M., "Performance of a shunt active power filter for unbalanced conditions using only current measurements", Energies, Vol. 14, No. 2, pp. 397, 2021, https://doi.org/10.3390/en14020397.
[12] Samanta, J., Sangno, R., Pudur, R., "A Modified Control Scheme To Mitigate Harmonics, Improve Voltage Regulation & Power Factor Using Single-Phase Shunt Active Power Filter", Suranaree Journal of Science & Technology, Vol. 31, No. 6, 2024, https://doi.org/10.55766/sujst-2024-06-e03764.
[13] Sajadi, F., Pichan, M., Zakipour, A., "Modelling and Extraction of Current Harmonic Components based on Instantaneous Power Theory for Shunt Active Filter under Weak Grid.", Journal of Modeling in Engineering, Vol. 22(76), pp. 27-44, 2024, https://doi.org/10.22075/jme.2023.30169.2421.
[14] Yi, H., Zhuo, F., Wang, F., Li, Y., Wang, Z., "A single-phase harmonics extraction algorithm based on the principle of trigonometric orthogonal functions", Journal of Power Electronics, Vol. 17, No. 1, pp. 253-261, 2017, https://doi.org/10.6113/JPE.2017.17.1.253.
[15] Li, Z., Wang, L., Wang, Y., Li, G.,"Harmonic detection method based on adaptive noise cancellation and its application in photovoltaic - active power filter system", Electric Power Systems Research, Vol. 184, No. 106308, ISSN0378-7796, 2020, https://doi.org/10.1016/j.epsr.2020.106308.
[16] Hou, S., Fei, J., Chen, C., Chu, Y., "Finite-Time Adaptive Fuzzy-Neural-Network Control of Active Power Filter", in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 34, No. 10, pp. 10298-10313, Oct. 2019, https://doi.org/ 10.1109/TPEL.2019.2893618.
[17] Govind, A., Jayaswal, K., Tayal, V.K., Kumar, P., "Simulation and real time implementation of shunt active power filter for power quality enhancement using adaptive neural network topology", Electric Power Systems Research, Vol. 228, No. 110042 ISSN0378-7796, 2024, https://doi.org/10.1016/j.epsr.2023.110042.
[18] Kadem, M., Semmah, A., Wira, P., Slimane, A.,"Artificial Neural Network Active Power Filter with Immunity in Distributed Generation", Period. Polytech. Mech. Eng.. Vol. 64(2), No. 109-1. 2020 Jan. 1, https://doi.org/10.3311/PPme.12775.
[19] Jayasankar, V.N., Vinatha, U., "Backstepping Controller With Dual Self-Tuning Filter for Single-Phase Shunt Active Power Filters Under Distorted Grid Voltage Condition", in IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 56, No. 6, pp. 7176-7184, Nov.-Dec. 2020, https://doi.org/ 10.1109/TIA.2020.3025520.
[20] Vazquez, S., Sanchez, J.A., Reyes, M.R., Leon, J.I., Carrasco, J.M., "Adaptive Vectorial Filter for Grid Synchronization of Power Converters Under Unbalanced and/or Distorted Grid Conditions", in IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 61, No. 3, pp. 1355-1367, March 2014, https://doi.org/ 10.1109/TIE.2013.2258302.
[21] Rodríguez, P., Pou, J., Bergas, J., Candela, J.I., Burgos, R.P., Boroyevich, D., "Decoupled Double Synchronous Reference Frame PLL for Power Converters Control", in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 22, No. 2, pp. 584-592, March 2007, https://doi.org/10.1109/TPEL.2006.890000.
[22] Ahmad, A.A., Pichan, M., Abrishamifar, A.,  "A new simple structure PLL for both single and three phase applications", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 74, pp. 118-125, ISSN 0142-0615, 2016, https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2015.07.021.
[23] Sun, D., Long, H., Zhou, K., Wu, F., Sun, L., "An Improved αβ -EPLL Based on Active Disturbance Rejection Control for Complicated Power Grid Conditions", in IEEE Access, Vol. 7, p. 139276-139293, 2019, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2943490.
[24] Đokić, V.V., Đokić, D., "NEW NEURAL PLL ARCHITECTURE." Journal of Information Technology & Applications, Vol 14, No. 2, 2024, https://doi.org/10.7251/JIT2402150DJ.
[25] IEEE, "IEEE Standard for Harmonic Control in Electric Power Systems", IEEE Standard, Vol. 519, pp. 1–31, 2022, https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2022.9848440.