การออกแบบตัวควบคุมโหมดการเลื่อนสำหรับวงจรกรองกำลังแอกทีฟด้วยฟังก์ชันเลียปูโนฟ
Design of a Sliding Mode Control for an Active Power Filter Using the Lyapunov Function
Abstract
บทความนี้นำเสนอการออกแบบวงจรกรองกำลังแอกทีฟสำหรับการกำจัดฮาร์มอนิกในระบบสามเฟสสมดุล โดยมุ่งเน้นการออกแบบระบบควบคุมกระแสชดเชยและแรงดันบัสไฟตรงของวงจรกรองกำลังแอกทีฟด้วยตัวควบคุมโหมดการเลื่อนการออกแบบตัวควบคุมโหมดการเลื่อนอาศัยฟังก์ชันเลียปูโนฟในการกำหนดขอบเขตค่าพารามิเตอร์ของตัวควบคุมภายใต้เงื่อนไขของอสมการสำหรับการตรวจสอบเสถียรภาพของระบบ การยืนยันสมรรถนะการควบคุมกระแสชดเชยและแรงดันบัสไฟตรงด้วยตัวควบคุมโหมดการเลื่อนอาศัยการจำลองสถานการณ์โดยใช้โปรแกรม MATLAB/Simulink ผลการจำลองสถานการณ์สามารถยืนยันได้ว่า การออกแบบค่าพารามิเตอร์ของตัวควบคุมโหมดการเลื่อนที่อยู่ภายใต้เงื่อนไขของอสมการจากฟังก์ชันเลียปูโนฟ ให้สมรรถนะที่ดีในการควบคุมการฉีดกระแสชดเชยและการควบคุมแรงดันบัสไฟตรงของวงจรกรองกำลัง โดยพิจารณาได้จากรูปสัญญาณกระแสชดเชยและแรงดันบัสไฟตรงที่คล้อยตามรูปสัญญาณอ้างอิง และค่าความผิดพลาดสัมบูรณ์ที่มีค่าใกล้เคียงศูนย์
This article presents the design of an Active Power Filter (APF) for harmonic elimination in a balanced three-phase system. This work focuses on the design of the control system for compensating current and DC bus voltage using the sliding mode controller. An inequality from the Lyapunov function under system stability conditions is applied to the design of the parameters of the sliding mode controller. The performance of the current compensation control and DC bus voltage control is confirmed using the MATLAB/Simulink program. The results show that the parameters of the sliding mode controller under the conditions of the inequality from the Lyapunov function provide good performance for compensating current control and DC bus voltage control of the APF. It can be observed from the waveform of compensating current and DC bus voltage tracking the reference waveform. In addition, the absolute error values are close to zero.
Keywords
[1] D.E. Rice, “Adjustable speed drive and power rectifier harmonics – Their effect on power systems components,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA–22, no. 1, pp. 161–177, 1986.
[2] I. Purkayastha and P. J. Savoie, “Effect of harmonic on power measurement,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 26, no. 5, pp. 944–946, 1990.
[3] J.M. Ho and C.C. Liu, “The effects of harmonics on differential relay for a transformer,” 16th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution (CIRED), 2001.
[4] H. Hu, Z. He and S. Gao, “Passive filter design for China High-speed railway with considering harmonic resonance and characteristic harmonics,” IEEE Transactions on PowerDelivery, vol. 30, no. 1, pp. 505–514, 2015.
[5] C. A. Quinn and N. Mohan, “Active filtering of harmonic currents in Three-phase, Four-Wire Systems with Three-phase and Single-phase Non-Linear Loads,” in APEC’92 Seventh Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1992, pp. 829–836.
[6] S. Visawa, P. Dhanadhorn, S. Sujitjorn, and K-L. Areerak, “Harmonic elimination for an AC drive via hybrid method,” Research and Development Journal, vol. 21, no. 2, pp. 58–66, 2010 (in Thai).
[7] H. Akagi, Y. Kanazawa, and A. Nabae, “Instantaneous reactive power compensators comprising switching devices without energy storage components,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-20, no. 3 pp. 625–630, 1984.
[8] M. Takeda, K. Ikeda, A. Teramoto, and T. Aritsuka, “Harmonic current and reactive power compensation with an active filter,” 19th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 1174–1179, 1988.
[9] M. El-Habrouk and M. K. Darwish, “ Design and implementation of a modified Fourier analysis harmonic current computation technique for power active filters using DSPs,” IEEE Proceedings – Electric Power Applications, vol. 148, no. 1, pp. 21–28, 2001.
[10] S. Rahmani, N. Mendalek, and K. Al-Haddad, “Experimental design of a nonlinear control technique for Three - phase shunt active power filter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 57, no. 10, pp. 3364–3375, 2010.
[11] T. Narongrit, K.-L. Areerak, and K.-N. Are erak, “Adaptive fuzzy control for shunt active power filters,” Electric Power Components and Systems, vol. 40, no. 6, pp. 646–657, 2016.
[12] N. Setthawong, C. Panpean, K-L Areerak, K-N Areerak, and P. Santiprapan, “Gain tuning technique based on sliding mode control for shunt active power filter,” 2022 International Electrical Engineering Congress, 2022.
[13] N. Mendalek, K. Al-Haddad, F. Fnaiech, and L. A. Dessaint, “Sliding mode control of 3-Phase shunt active filter in the dq frame,” IEEE Power Electronics Specialists Conference, vol. 1, no. 369–375, 2002.
[14] D. M. E. Ingram and S. D. Round, “A novel digital hysteresis current controller for an active power filter,” Proceedings of Second International Conference on Power Electronics and Drive Systems, pp. 744–749, 1997.
[15] T. Thomas, K. Haddad, G. Joos, and A. Jaafari, “Design and performance of active power filters,” IEEE Industry Applications Magazine, vol. 4, no. 5, pp. 38–46, 1998.
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2024.09.018
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all