Double-Band hysteresis current control method for three-phase shunt active power filters

Abstract

ABSTRACT: The widespread use of nonlinear loads in all branches of industry and in the power electronic equipment has increased the harmonic current distortion on the power system which leads to poor power factor, increased heating losses, and harmful disturbance to other loads connected at the same point of common coupling (PCC). For harmonic elimination and improving the power factor, passive LC filters have conventionally been used although, they have many drawbacks. Alternatively, shunt active power filters (APFs) have been considered as a potential candidate. In recent publications, diverse control strategies have been introduced for three-phase APFs. Among the current-control strategies, the conventional single-band hysteresis current-control (SBHCC) has received much attention due to its major advantages such as higher accuracy, fast dynamic response, robustness and simplicity in implementation. Despite these advantages, the SBHCC has a major disadvantage that the switching frequency is very high which increases the switching losses. These losses can be decreased by increasing the hysteresis band, at the expense of decreasing the switching frequency. In this thesis, a double-band hysteresis current-control (DBHCC) scheme is introduced for three-phase shunt active filters. First, the mathematical modeling of the three-phase APF is developed. Then, it is implemented by using SIMULINK/MATLAB. Finally, the results are compared with that of obtained by the SBHCC method. Keywords: Active Power Filter, Power Electronics, Hysteresis Current Control Method. ………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: Doğrusal olmayan yüklerin endüstrinin tüm dallarında ve güç elektroniği cihazlarında yaygın olarak kullanımı güç sistemlerindeki harmonik akım bozunumunu artırmıştır. Akımdaki bu bozunum ise güç faktörünün istenen değerden küçük olmasına, ısı kayıplarının artmasına ve ortak noktaya bağlı olan diğer yüklerin de olumsuz etkilenmesine neden olmaktadır. Geleneksel olarak, akımdaki istenmeyen harmoniklerin yok edilmesi ve güç faktörünün de iyileştirilmesi için pasif LC süzgeçler kullanılmıştır. Ancak, bu süzgeçlerin birçok dezavantajları bulunmaktadır. Bunlara çare olarak, paralel aktif güç süzgeçleri potansiyel bir aday olarak dikkate alınmıştır. Yakında yapılan çalışmalarda, üç fazlı aktif süzgeçler için çeşitli kontrol yöntemleri önerilmiştir. Bu akım kontrol yöntemlerinin içinde geleneksel tek bandlı histeresiz akım kontrolü, yüksek doğruluk, hızlı dinamik cevabı, parametrelere olan dayanıklılığı ve uygulamada olan kolaylığı gibi önemli avantajlarından dolayı çok dikkat çekmiştir. Bu avantajlara rağmen, tek bandlı histeresiz akım kontrolunun önemli bir dezavantajı ise anahtarlama frekansının çok yüksek olmasıdır. Yüksek anahtarlama frekansı anahtarlama kayıplarının artmasına neden olmaktadır. Bu kayıplar, histeresiz bandını artırmak suretiyle azaltılabilir. Histeresiz bandının artırılması anahtarlama frekansının azalmasına sebebiyet verir. Bu tezde, üç fazlı paralel aktif güç süzgeçleri için iki bandlı histeresiz akım kontrol yöntemi tanıtılmıştır. İlk olarak, üç fazlı paralel güç süzgecinin matematiksel modellenmesi yapılmıştır. Daha sonra ise, önerilen kontrol yönteminin MATLAB ortamında benzetimi yapılmıştır. Son olarak, elde edilen sonuçlar, tek bandlı histeresiz akım kontrol yönteminden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Aktif Güç Süzgeci, Güç Elektroniği, Histeresiz Akım Kontrol Yöntemi.