optimization of proportional -resonant controller for ...6).pdf · resonant (pr) controller for...
TRANSCRIPT
การหาคาทเหมาะสมทสดของตวควบคมชนดสดสวนรวมกบ
เรโซแนนซ สาหรบวงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนานชนด 1 เฟส
บนพนฐานเทคนคการควบคมกระแสทางออม
Optimization of Proportional-Resonant Controller For
Single-Phase Shunt Active Power Filters Based On Indirect
Current Control Technique
กววชร โพธดารงชย1 วนจกร เลนวาร1* คณาพจน ยอดมณ2 1ภาควชาวศวกรรมระบบควบคมและเครองมอวด คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร
2สาขาวชาเทคโนโลยวศวกรรมไฟฟา คณะอตสาหกรรมและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลรตนโกสนทร วทยาเขตวงไกลกงวล
ประจวบครขนธ
บทคดยอ ปจจบนไดมความสนใจเรองคณภาพไฟฟาเพมมากขน ความกาวหนาในอปกรณไฟฟาและอเลกทรอนกสกาลง
เปนสาเหตใหเกดฮารมอนกในระบบไฟฟา โดยฮารมอนกสามารถสงผลกระทบตอการทางานอปกรณตางๆ ซงกอใหเกด
ความเสยหายและการทางานผดพลาดของอปกรณ วงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนานเปนอปกรณชนดหนงทม
ประสทธภาพสาหรบปรบปรงคณภาพไฟฟาใหดขนดวยการกรองฮารมอนก บทความนนาเสนอการออกแบบและหาคาท
เหมาะสมทสดของตวควบคมชนดสดสวนรวมกบเรโซแนนซ (Proportional-Resonant: PR) สาหรบวงจรกรองกาลงแอก
ทฟแบบขนานชนด 1 เฟสบนพนฐานเทคนคการควบคมกระแสทางออม การหาคาทเหมาะสมทสดของตวควบคมชนด PR
อาศยวธพนฐานเชงพนธกรรม (Genetic Algorithm: GA) การตรวจสอบความถกตองของการควบคมทเสนอใชการจาลอง
จากผลการจาลองสามารถลดคาเปอรเซนตความเพยนเชงฮารมอนกรวม (%THD Harmonic Distortion: %THD) ไดต ากวา 3
เปอรเซนต ซงอยภายใตมาตรฐาน IEEE Std 519-2014
คาสาคญ : วงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนานชนด 1 เฟส, ตวควบคมชนดสดสวนรวมกบเรโซแนนซ (Proportional-
Resonant Controller), วธพนฐานเชงพนธกรรม (Genetic Algorithm), การควบคมกระแสทางออม
(Indirect Current Control)
Abstract
Nowadays, more attention has been paid to power quality of electricity. The advance in electrical
equipment and power electronics causes harmonics in the electrical system. Harmonics can cause damage
and malfunction of the equipment in the system. Shunt active power filters is one of effective devices used
for improving power quality by harmonic filtering. This paper proposes optimized design of proportional-
42 วศวสารลาดกระบง ปท 35 ฉบบท 2 มถนายน 2561
resonant (PR) controller for single-phase shunt active power filtes based on indirect current control
technique. Controller parameters are obtained through the use of Genetic Algorithms (GA). The validation
of the proposed control is done through simulations. The results show that %THD is reduced to less than
3% which complies with IEEE Standard 519-2014.
Keywords : Single Phase Shunt Active Power Filters, Proportional-Resonant Controller,
Genetic Algorithms, Indirect Current Control
1. บทนา
ปจจบนการพฒนาอปกรณไฟฟามความกาวหนา
ซงกอใหเกดปญหาในระบบไฟฟา ฮารมอนกเปนปญหา
โด ย เฉ พ าะใ น ง านอ ต สาหก รร ม แ ล ะเ ช ง พ า ณ ช ย
หรอ เครองใชไฟฟาภายในบาน เนองจากโหลดทไม
เปนเชง เสน เชน เค รองแปลงกระแสไฟฟา ตวขบ
กระแสสลบและกระแสตรง หลอดฟลออเรสเซนต
เครองคอมพวเตอรและยพเอส อปกรณจะสงผลใหกบ
ระบบไฟฟาและอปกรณไฟฟามการทางานทผดพลาด
หรอกอใหเกดการชารดไดงาย [1] ดงนนเพอกาจดฮาร
มอนกใหลดลง สามารถทาไดโดยใชวงจรกรองกาลง
แอกทฟ (Active power filters) ซงเปนอปกรณทสามารถ
กาจดฮารมอนกไดอยางมประสทธภาพทงในระบบหนง
เฟสและระบบไฟฟาสามเฟส [2]
เทคนคการหาคาอางองบนแกนดคว (D-Q Reference
frame) สาหรบวงจรกรองกาลงแอกทฟ (Active power
filters) เปนการหาคาขนาดและแรงดนในปรมาณดซบน
พนฐานการแปลงแกนของพารค (Park transformation)
โดยวธการอางองบนแกนดควนนจะนยมใชกบวงจร
กรองกาลงแอกทฟของระบบไฟฟาสามเฟส ซงจะไม
สามารถใชกบระบบไฟฟาหนงเฟสไดโดยตรง แต
สามารถทาไดโดยสมมตตวแปรขนใหคาของตวแปร
หรอสญญาณทสมมตขนมานนทามมลาหลงกบสญญาณ
ทกาหนดหรอสญญาณทตองการวดคาออกไป 90 องศา
เพอใหสามารถคานวณบนพนฐานของพารคได [3]
ตว ค ว บ ค ม ช น ด ส ด ส ว น ร ว ม กบ เ ร โ ซ แ น น ซ
(Proportional-resonant controller) [4] เปนตวควบคม
กระแสทมประสทธภาพและเหมาะสมกบการควบคม
กระแสอางองทเปนสญญาณกระแสสลบ
ปจจบนไดมการนาเทคนคการหาคาทเหมาะสมทสด
(Optimization) มาใชในการออกแบบตวควบคม เชน วธ
พนฐานเชงพนธกรรม (Genetic algorithm) สามารถเขา
มาชวยหาคาพาราม เตอรของตวควบคมกระแสท
เหมาะสม [5-6]
บทความนไดนาเสนอการออกแบบตวควบคมชนด
สดสวนรวมกบเรโซแนนซ ดวยการหาคาทเหมาะสม
ทสด สาหรบวงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนานชนด
1 เฟส บนพนฐานเทคนคการควบคมกระแสทางออม
ดวยวธพนฐานเชงพนธกรรม ผลการจาลองแสดง
ประสทธภาพการกาจดฮารมอนกในระบบใหมคาตาม
มาตรฐาน IEEE Std 519-2014 [7]
2. ทฤษฎ
รปท 1 แสดงหลกการ พนฐานของวงจรกรอ ง
กาลงแอกทฟแบบขนาน (Shunt active power filters)
มจดประสงคเพอกรองกระแสฮารมอนกออกจากระบบ
เพอใหกระแสของแหลงจายใกลเคยงรปคลนไซนและ
มความถเทากบความถมลฐานมากทสด ซงสามารถแบง
ออกเปน 2 วธ ไดแก การควบคมกระแสทางตรงและการ
ควบคมกระแสทางออม
+_
Non-linear
Loads
Shunt Active Power FilterLsh
Vs
VDC
is iL
iAF
Vpcc
Ls
รปท 1 วงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนาน
Ladkrabang Engineering Journal, Vol. 35, No. 2, June 2018 43
(2)
(1)
2.1 การควบคมกระแสแบบทางออม
จากรปท 2 แสดงโครงสรางวงจรกรองกาลงแอกทฟ
แบบขนานชนด 1 เฟส ทควบคมกระแสแบบทางออม
โดยการควบคมกระแสแบบทางออม จะใชสญญาณ
อางอง *si ทเปนกระแสรปคลนไซนมความถเทากบ
ความถมลฐาน ทผานการคานวณจากการวดกระแสท
โหลด Li และวดกระแสทแหลงจาย si เพอทาการ
ปอนกลบไปยงระบบควบคม เพอบงคบใหกระแสท
แหลงจายเปนรปคลนไซนทความถเทากบความถมลฐาน
เปนไปตามสญญาณอางอง เพอกาจดกระแสฮารมอนก
ออกไป [8] ซงการควบคมกระแสแบบทางออมมขอดคอ
สามารถควบคมกระแส si โดยตรงทาใหแนใจวา
กระแส si เปนรปคลนไซน แตขอเสยคอ การออกแบบ
ตวควบคมมความซบซอนเนองจากไมทราบคาฟงกชน
ถายโอนทแนนอน
Non-linearload
C
pcc
Inverter
Control System
iL isVs
Lsh
Rsh
ish
Rs LsiLiS
Vs
+
_
รปท 2 โครงสรางวงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนาน
ชนด 1 เฟส ทควบคมกระแสแบบทางออม
2.2 ตวควบคมชนดสดสวนรวมกบเรโซแนนซ
ตวควบคมสดสวนรวมกบเรโซแนนซจะมอตราขยาย
เปนคาอนนตทความถเรโซแนนซ สมการของตวควบคม
แบบสดสวนรวมกบเรโซแนนซแสดงไดดงสมการท (1)
[9]
ω= +
+2 20
( ) rK sG s Kc p
s
ตวควบคมสดสวนรวมกบเรโซแนนซไดนามาพฒนา
สาหรบการประยกตใชบนแกนหยดนง (Stationary
reference frame) เพอควบคมสญญาณทความถมลฐาน
ไดอยางแมนยา ดงน นเพอเพมประสทธภาพของตว
ควบคมชนดน ไดมการแกไขสวนของเรโซแนนซ โดย
เพมเทอม ω0 ตามสมการท (2) [10]
02 2
0
( )K srG s Kc p
s
ω
ω= +
+
โดย
Kp คอ อตราขยายแบบสดสวน
Kr คอ อตราขยายแบบเรโซแนนซ
ω0 คอ ความถเรโซแนนซ
จากรปท 3 แสดงผลตอบสนองทางความถดวย
แผนภาพโบเดของสมการท (2) โดยกาหนดให Kp=1,
Kr=1 และ ω0 = 50 Hz (314 rad/s) ซงจะเหนไดวาท
ความถเรโซแนนซจะมอตราขยายทสง ทาใหมการ
ตอบสนองทรวดเรว
0
100
200
300
400
Mag
nitu
de (d
B)
101 102103 104
-90
-45
0
45
90
Phas
e (d
eg)
Frequency (rad/s)
KP = 1 Kr = 1
ωo=314 rad/s
รปท 3 ผลตอบสนองทางความถของตวควบคมสดสวน
รวมกบเรโซแนนซ
3. ระบบทนาเสนอ
3.1 ตวควบคมชนดสดสวนรวมกบเรโซแนนซ สาหรบ
วงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนานชนด 1 เฟส
วงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนานชนด 1 เฟส ท
ควบคมกระแสแบบทางออมทนาเสนอ แสดงในรปท 4
จะสงเกตไดวาทาการวดคากระแส แรงดนและความถ
ของแหลงจายเทาน น โดยตวควบคม PR จะบงคบ
กระแสทไหลผานตวเหนยวนา shi เพอใหได si ใหตาม
กระแสอางอง *si ซงตวควบคมกระแสชนดสดสวน
รวมกบเรโซแนนซถกออกแบบใหมความถเรโซแนนซม
คาเทากบความถมลฐาน 50 เฮรตซ
44 วศวสารลาดกระบง ปท 35 ฉบบท 2 มถนายน 2561
Non-linearload
PWM
Driver
PR Current
Controller
Reference Source
Current Generation
VDC
VDC
+
_PI VoltageController
is*
+_
C
pcc
*
Inverter
Rs LsiLiS
Vs
Vs
iL
Lsh
Rsh
ish
iS
iDC
+
_
รปท 4 โครงสรางระบบทนาเสนอ
3.2 เทคนคการสรางสญญาณอางอง
การสรางสญญาณอางอง คอการวดคากระแสโหลด
Li เขามาคานวณทางคณตศาสตร เ พอใหไดมาซง
สญญาณอางองของระบบควบคม การตรวจจบกระแส
โหลดเพอสรางสญญาณอางองบนแกนดคว โดยใช
พนฐานการแปลงแกนของพารค จะสามารถนามาใช
กาจดกระแสฮารมอนกสาหรบวงจรกรองกาลงแอกทฟ
แบบขนานได
จากรปท 5 แสดงบลอกไดอะแกรมการตรวจจบ
กระแสโหลดเพอสรางสญญาณอางอง *si โดยทาการ
กาหนดคาของตวแปรหรอสญญาณกระแสทโหลด Liแ ล ะ ท า ก า ร แ ป ล ง แ ก น ใ ห ไ ป อ ย บ น แ น ว แ ก น
Axisα β− (Stationary reference frame) ซงจะไดตว
แปร Li α และ Li β จากนนกาหนดใหตวแปร Li β ทามมลา
หลงออกไป 90 องศา หรอ / 2π− ตอมาทาการเปลยน
กระแสโหลด Li α และ Li β ใหไปอยบนแกนดคว (D-Q
Reference frame) ผลลพธ ทไดคอ d Axis− ( Ldi )
และ q Axis− ( Lqi ) เมอไดคา Ldi และ Lqi จะทาการ
นากระแส Ldi ผานวงจรกรองความถตาผาน (Low pass
filter) ไปบวกกบเทอมของการควบคมบสแรงดนดซ
(DC-Link) จะไดคา Ld DCi i+ จากนนทาการอนเวอรส
(Inverse) คากระแส Ld DCi i+ ในรปแบบแกนดคว ให
กลบไปอยในรปของ Stationary reference frame ดงนน
จะไดคากระแสอางอง *si
-π/2
ϴ VS
iL
iLα
iLβ
α-β
α-β d-q
d-qiLd
iLq
1-phase to α-β α-β to d-q d-q to α-β
iLd
iS*
LPF +
+
PLL
iDC
ϴ
รปท 5 บลอกไดอะแกรมการตรวจจบกระแสโหลดเพอ
สรางสญญาณอางอง *si
3.3 ทฤษฎขนตอนวธพนฐานเชงพนธกรรม
วธพนฐานเชงพนธกรรม (Genetic algorithm) หรอ
GA เปนวธการคนหาคาตอบทดทสดโดยใชหลกการ
คดเลอกแบบธรรมชาตและหลกการทางสายพนธศาสตร
รปท 6 แสดงองคประกอบและการทางานของ GA
Initialization(Randomly Generate
Population)
Fitness Function Evaluation
GenerationOf
New Population
-Fittest Solution-Termination?
Crossover
Mutation
Output BestSolution
GA START END
No
Yes
Reproduction
Selection
รปท 6 องคประกอบและการทางานของ
Genetic Algorithm
การทางานของ Genetic Algorithm เรมตนดวยการ
หาคาประชากรดวยวธการสม โดยทการทาซ าแตละครง
นน จะมวธการดาเนนการคอ ปฏบตการทางสายพนธ
(Reproduction) หลงจากขบวนการคดเลอกไดดาเนนไป
จนเสรจสมบรณ โครโมโซมลกหลานจะถกสรางขนใหม
จากโครโมโซมทถกคดเลอกมาเปนตนกาเนดสายพนธ
โดยการเอาโครโมโซมทเปนตนกาเนดสายพนธนนมาทา
การเปลยนแปลงใหเกดโครโมโซมใหมขน ขนตอน
ดงกลาวเปนขนตอนทสาคญอกอยางหนงของวฏจกร
ของ GA ซงมการคาดหวงวาโครโมโซมลกหลานท
เกดขนนน จะไดรบสวนดของโครโมโซมตนกาเนดสาย
พนธโดยผานปฏบตการทางสายพนธน จะมอย 2 วธ
หลกๆ คอ การทาครอสโอเวอรและการทามวเทชน
ครอสโอเวอรเปนวธการรวมตวใหมของโครโมโซม
โดยทาการรวมสวนยอยระหวางโครโมโซมตนกาเนด
Ladkrabang Engineering Journal, Vol. 35, No. 2, June 2018 45
(4)
(5)
(3)
สายพนธ ตงแตสองโครโมโซมขนไป เพอใหกลายเปน
โครโมโซมลกหลาน โครโมโซมลกหลานทไดจาก
การครอสโอเวอรนจะมพนธกรรมจากตนกาเนดสาย
พน ธอยในตว มวเทชนเปนวธการแปรผนยนหรอ
สวนยอยของโครโมโซม ซงเปรยบเทยบไดกบการกลาย
พนธของสงมชวต ดวยปกตแลวการทามวเทชนจะมคา
คอนขางต า ถามวเทชนคอการเปลยนแปลงยนของ
โครโมโซมแลว ในระบบจรงมวเทชนกจะเปนการ
เป ล ย น แ ปล ง เ ช ง ตว เล ข เ ช น กน ก า ร ทา ม ว เทชน
เปรยบเสมอนก ารกาวเดนไปสคาตอบของระบบ
เชนเดยวกบการทาครอสโอเวอร ยงไปกวานนการทามว
เทชนย งสามารถถก พจารณาเ พอทาให เ ก ดความ
หลากหลายขนในกลมประชากร มผลใหคาตอบทเกดขน
ในขบวนการ GA ครอบคลมพนทการคนหาคาตอบได
ทวถงยงขน [11]
ในงานวจยนการหาคาพารามเตอรของตวควบคม PR
กาหนดให ω0 = 2π(50) เรเดยนตอวนาท ซงวธการ
ออกแบบจะเรมตนจากการสมคาของ Kp และ Kr โดย
กาหนด Kp อยในชวง [0-20] และ Kr อยในชวง [0-20]
คาพารามเตอรตางๆ ของ GA แสดงในตารางท 2
หลงจากนน GA จะคานวณคาพารามเตอรตางๆ ใหอย
ในรปของ z-domain ดวยวธ Bilinear Approximation
กอนนาคาทไดไปใสในสมการของตวควบคม PR ใน
z-domain ดงสมการ (3) += +
− +2(z)2
CZ
Az BG K p
z C
ωω
ω
=
= −
= +
0
0
2 2
01
r s
r s
s
T
B T
C T
A K
K
จาก น นทาก าร กาหน ด ใ หหา ค า ท 50 ร น
(Generations) และในแตละรน ใหคานวณรอบละ 10
Individuals ในขณะกระบวนการทา GA น นได
กาหนดใหหาคาความผดพลาดของระบบ มคานอยทสด
ดวยวธ Integral of absolute error (IAE) ซงมความ
เหมาะสมกบวงจรกรองกาลงแอก ทฟแบบข นาน
เนองจากมการตอบสนองทไมเรวมากและมการแกวง
กวด (Oscillation) นอย โดยเปนการวดคาระหวางกระแส
อางอง *si กบกระแสแหลงจาย si ดงสมการ (4) เมอทา
การหาคากระบวนการ GA แลว เราจะไดคาพารามเตอร
ออกมาเชน คาอตราขยายและคาความผดพลาด
0
*( ) ( )= −∫T
S St
IAE i t i t dt
รปท 7 แสดง Timing diagram ของการหาคาท
เหมาะสมทสดสาหรบตวควบคมกระแส โดยกาหนดให
t0 = 0.15 s คอเวลาเรมตน เพอใหระบบเสถยรกอนหา
คาทเหมาะสมและ T = 0.6 s คอเวลาสนสดการคานวณ
แตละรอบ นอกจากนมการตรวจสอบความไมเสถยรของ
ระบบ ดวยการวดคาแรงดน DC-link ทเวลา t = 0.3 ถง
0.59 s
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6
Start simulation Stop simulation
Check dc-link voltage Check dc-link voltage
Time(s)
Start fitness functioncalculation
รปท 7 Timing diagram ของการหาคาเหมาะสมทสด
สาหรบตวควบคมกระแส
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Generations
0.02984
0.02986
0.02988
0.0299
0.02992
0.02994
0.02996
0.02998
Best
valu
e
รปท 8 กราฟแสดงความสมพนธระหวาง Fitness
Function กบจานวนรอบ
หลงจากทาการหาคาทเหมาะสมทสดดวยวธพนฐาน
เชงพนธกรรม GA แลว กราฟความสมพนธแสดงดงรป
ท 8 ซงจะไดคาพารามเตอรของตวควบคมกระแสชนด
สดสวนรวมกบเรโซแนนซทเหมาะสมทสดและมคา
ความผดพลาดนอยทสด คา Kp มคาเทากบ 12.7254 และ
Kr มคาเทากบ 9.7077 ตวควบคมสดทายทไดแสดงดง
สมการ (5) −= +
− +2
0.0061 0.0061(z) 12.7254
2 1C
Z
zG
z
46 วศวสารลาดกระบง ปท 35 ฉบบท 2 มถนายน 2561
4. ผลการจาลอง
งานวจยนไดทาการจาลองการทางานของวงจร
กาลงแอกทฟ ดวยโปรแกรม MATLAB/SIMULINK
(SimPowerSystems) ดงรปท 9 โดยคาพารามเตอรของ
ระบบแสดงในตารางท 1 ผลการจาลองแสดงดงตอไปน
รปท 10 แสดงการจาลองรปคลนกระแสของการ
ตรวจจบกระแสโหลดเพอกาเนดสญญาณอางองสาหรบ
วงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนานชนด 1 เฟส บนแกน
อางองดคว (D-Q Reference frame)
รปท 11 แสดงรปคลนสญญาณระหวาง si และ *si
ของวงจรกรองกาลงแอกทฟแบบขนานชนด 1 เฟส กอน
และหลงการชดเชยกระแสฮารมอนก ทเวลา t = 0.06 s
จะเหนไดวากอนชดเชยกระแสฮารมอนกนน กระแสท
แหลงจาย มรปคลนทไมเปนไปตามรปคลนกระแส
อางอง *si แสดงวายงมกระแสฮารมอนกปะปนอยและ
หลงจากทาการชดเชยกระแสฮารมอนก ทเวลา t = 0.06 s
จะเหนไดวากระแสทแหลงจาย si มรปคลนใกลเคยง
รปคลนกระแสอางอง *si ซงแสดงวาสามารถชดเชย
กระแสฮารมอนก ไดจ รง สงผลใหสามารถลดคา
เปอรเซนตความเพยนเชงฮารมอนกรวม )(%s
THDi จาก
27.18% เปน 2.58% ซงจะมคาลดลงตากวาเมอเปรยบ
เทยบกบบทความ [5]-[12]
-50
0
50
-50
0
50
0
20
40
0
250
500
0
20
40
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12Time(s)
-50
0
50
Ampli
tude(A
)Am
plitud
e(A)
Ampli
tude(A
)Am
plitud
e(V)
Ampli
tude(A
)Am
plitud
e(A)
iLβ
VDC
iLd iDC+
iS*
iLα
Ldi
รปท 10 รปคลนสญญาณ
, ,L Li iα β , , +Ld DC Ld DCi V i i และ *si
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12Time(s)
-40-30-20-10
010203040
Ampl
itude
(A)
Actual current Reference current
รปท 11 รปคลนสญญาณของวงจรกรองกาลงแอกทฟ
แบบขนานชนด 1 เฟส กอนและหลงการชดเชยกระแส
ฮารมอนก ทเวลา t = 0.06 s
Non-linear Load
Linear Load
Shunt Active Filter
รปท 9 บลอกการจาลองของระบบ
Ladkrabang Engineering Journal, Vol. 35, No. 2, June 2018 47
-500
0
500A
mp
litu
de(
V)
-50
0
50
Am
pli
tud
e(A
)
-50
0
50
Am
pli
tud
e(A
)
0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16
Time(s)
-20
0
20
Am
pli
tud
e(A
)
VS
iS
iL
iSh
เพ�มโหลดเชงเสนท�เวลา t = 0.10 s
รปท 12 รปคลนสญญาณของวงจรกรองกาลงแอกทฟ
กรณเพมโหลดเชงเสน ทเวลา t = 0.10 s
รปท 12 แสดงรปคลน Vs , si , Li และ shi ขณะ
ชดเชยกระแสฮารมอนก กรณเพมโหลดเชงเสนทเวลา
t =0.10 s จะเหนไดวาระบบสามารถควบคม si ตดตาม
สญญาณอางอง *si ไดอยางมประสทธภาพ สงผลให
สาม าร ถ ล ด คา เปอร เ ซน ตค วาม เพ ย น เ ช ง ฮ า ร ม อ
นกรวม )(%s
THDi จาก 17.13% เปน 1.75%
รปท 13 แสดงภาพขยายรปคลนสญญาณ siและ *
si ของรปท 11 กรณตอโหลดแบบไมเปนเชงเสนท
สภาวะคงตว กระแสทแหลงจาย si มรปคลนสญญาณ
เปนรปไซนทสมบรณและใกลเคยงกบ *si ทความถ
เทากบ 50 เฮรตซ รปท 14 เปรยบเทยบผลการตอบสนอง
ระหวางตวควบคม PI [6] และตวควบคม PR โดยสงเกต
ไดวาชวงความชนสงตวควบคม PR มผลการตอบสนอง
ทรวดเรวทาใหมคาความผดพลาดของระบบนอย ซง
ดกวาตวควบคม PI
0.20 0.205 0.21 0.215 0.22 0.225 0.23 0.235 0.24Time(s)
-30
-20
-10
0
10
20
30
Am
plitu
de(A
)
Actual current Reference current
THD = 2.58%
รปท 13 รปคลนสญญาณ si และ *si ทสภาวะคงตว
0.20 0.202 0.204 0.206 0.208 0.210 0.212 0.214 0.216 0.218 0.22
Time(s)
-30
-20
-10
0
10
20
30
Ampl
itude
(A)
(PR)
(PI)
รปท 14 เปรยบเทยบผลการตอบสนองระหวางตว
ควบคม PI และตวควบคม PR
5. สรปการทดลอง
งานวจยนไดนาเสนอการหาคาทเหมาะสมทสดของ
วง จร ก ร อง กาลงแ อ ก ท ฟ แ บบข น า น ช น ด 1 เฟ ส
บนพนฐานเทคนคการควบคมกระแสแบบทางออม
โดยใชตวควบคมชนดสดสวนรวมกบเรโซแนนซทได
หาคาทเหมาะสมทสดของตวควบคม ดวยวธพนฐานเชง
พนธกรรม เพอเขามาชวยหาคาพารามเตอรของตว
ควบคมใหไดผลลพธทดทสด ผลการจาลองเปนไปตาม
วตถประสงค ทไดออกแบบไว โดยสามารถลดคา
เปอรเซนตความเพยนเชงฮารมอนกรวม )(%s
THDi จาก
27.18% เปน 2.58% กรณโหลดทไมเปนเชงเสนและ
สามารถลดคาเปอรเซนตความเพยนของกระแสฮารมอ
นกรวม )(%s
THDi จาก 17.13% เปน 1.75% กรณโหลดท
เชงเสนและโหลดทไมเปนเชงเสน ซงอยในเกณฑ
มาตรฐานของ IEEE Std 519-2014 งานวจยในอนาคต
จะเปนการนาไปทดสอบกบระบบจรง
ตารางท 1 พารามเตอรของระบบ
พารามเตอร คาพารามเตอร
แหลงจายแรงดนและความถ 220 Vrms, 50 Hz
โหลดแบบเชงเสน 25 mH, 20 Ω
โหลดแบบไมเชงเสน วงจรเรยงกระแส,
20 mH, 10 Ω
อมพแดนซของตวกรองแอกทฟ 3.3 mH, 0.3 Ω
แรงดนบสไฟตรงอางอง 400 V
คาปาซเตอรบสแรงดนไฟตรง 1100 µF, 900 V
ความถการสวตช 20 kHz
48 วศวสารลาดกระบง ปท 35 ฉบบท 2 มถนายน 2561
ตารางท 2 พารามเตอรของ GA
6. กตตกรรมประกาศ
งานวจยนไดรบการสนนสนนจาก “ Research
Strengthening Project of the Faculty of Engineering, King
Mongkut’s University of Technology Thonburi”
7. เอกสารอางอง
[1] Report of the IEEE Task Force on the Effects of
Harmonics on Equipment, “Effects of harmonics on
equipment,” IEEE Transactions on Power Delivery,
vol. 8, No. 2, pp. 672–680, April 1993.
[2] Jou, H.-004C., Wu, J.-C. and Chu, H.-Y., 1994,
“New Single-Phase Active Power Filter,” IEE
Proceedings-Electric Power Applications, Vol. 141,
No. 3, pp. 129-134.
[3] Zhang, R., Cardinal, M., Szczesny, P. and Dame,
M., 2002, “A Grid Simulator with Control of
Single-Phase Power Converters in D-Q Rotating
Frame,” IEEE Power Electronics Specialists
Conference, IEEE 33rd Annual, pp. 1431-1436.
[4] Lenwari, W., 2013, “Optimized Design of Modified
Proportional-Resonant Controller for Current
Control of Active Filters,” 2013 IEEE International
Conference on Industrial Technology (ICIT),
February 25-28, Cape Town, pp. 894-899.
[5] Yodmanee, K. and Lenwari, W., 2016, “PI
controller optimization for indirect current control
for single-phase shunt active filter”, Ladkrabang
Engineering Journal, Vol.33, No.1, March, pp. 42-
47.
[6] Lenwari, W., Sumner, M. and Zanchetta, P., 2009,
“The Use of Genetic Algorithms for the Design of
Resonant Compensators for Active Filters,” IEEE
Transactions on Industrial Electronics, Vol. 56, No.
8, pp. 2852-2861.
[7] IEEE, 2014, “519-2014 IEEE Recommended
Practice and Requirements for Harmonic Control in
Electric Power Systems,” IEEE Standard 519-2014
(Revision of IEEE Standard 519-1992), June 11, pp.
1-29.
[8] Rahmani, S., AI-Haddad, K. and Fnaiech, F., 2003,
“Reduced Switch Number Single-Phase Shunt
Active Power Filter Using an Indirect Current
Control Technique,” 2003 IEEE International
Conference on Industrial Technology, December
10-12, pp. 1107-1112.
[9] S. Fukuda and R. Imamura, “Application of a
sinusoidal internal model to current control of
three-phase utility-interface converters,” IEEE
Transactions on Industrial Electronics, vol. 52, no.
2, pp. 420–426, Apr. 2005
[10] D. N. Zmood, D. G. Holmes, and G. Bode,
“Frequency domain analysis of three phase linear
current regulators,” IEEE Transactions on Industry
Applications, vol. 37, no. 2, pp. 601–610, Mar./Apr.
2001.
[11] Haupt, R.L. and Haupt, S.E., 2004, Practical
Genetic Algorithms, 2nd ed., John Wiley & Sons
Press, United States of America, pp. 27-65.
[12] Kongkachart, S. and Kinnares, V., 2009, “Improvement of
Indirect Current Control Algorithm Using Proportional
Integral-Resonant Controller in Active Power Filters”,
Ladkrabang Engineering Journal, Vol.26, No.4, December,
pp. 25-30.
พารามเตอร คาพารามเตอร
คาอตราขยายแบบสดสวน Kp [0-20]
คาอตราขยายแบบเรโซแนนซ Kr [0-20]
คาความหางของรน
(Generation Gap) 0.9
คาอตราการไขวเปลยนพนธ
(Crossover Rate) 0.7
คาอตราการกลายพนธ
(Mutation Rate) 0.05