HARMONIC DISTURBANCE REDUCTION USING ADAPTIVE, WIENER, AND PASSIVE FILTERS

Abstract

This thesis aims to compare the effectiveness of harmonic disturbance reduction using adaptive, Wiener, and passive filters. For the adaptive filters, various algorithms are implemented, including least mean square (LMS), normalized least mean square (NLMS), leaky least mean square (LLMS), and recursive least square (RLS). The single-phase unipolar pulse width modulation (PWM) inverter with the inductive and the motor loads was chosen as a noise source. The simulated results showed that the inverter connected with all types of filters and could suppress total harmonic distortion (THD) up to 50%. The THDi of the single-phase inverter connected with inductive load using Wiener and passive filters were 1.72% and 2.01%, respectively. However, the THDi of adaptive filter using LMS, LLMS, NLMS, and RLS is 1.16%, 1.14%, 1.02%, and 0.94%, respectively. In addition, for the motor load, the simulated results indicated that all type of filters provided the best performance in term of THDi reduction, except for the Wiener filter. The THDi of inverter with passive and adaptive filters using LMS, LLMS, NLMS, and RLS are 2.26%, 1.39%, 0.53%, 0.20%, and 0.98%, respectively. Furthermore, all types of filters can suppress harmonics within the IEEE std 519-1992, apart from the case of the inverter connected with motors using Wiener filter.

งานวิจัยนี้นำเสนอการเปรียบเทียบการลดฮาร์มอนิกที่เกิดขึ้นในวงจรอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวแบบเชิงขั้วเดี่ยว โดยจะต่อโหลดอินดักทีฟและโหลดมอเตอร์ สำหรับเทคนิคที่นำเสนอในการลดทอนองค์ประกอบฮาร์มอนิก ได้แก่ การใช้วงจรกรองแบบพาสซีฟ วงจรกรองแบบวีเนอร์ (Wiener filter) และวงจรกรองแบบปรับค่าได้ (adaptive filter) โดยอัลกอริทึมของวงจรกรองแบบปรับค่าจะใช้วิธีกำลังสองเฉลี่ยน้อยสุด (LMS) วิธีกำลังสองเฉลี่ยน้อยสุดแบบปกติ (NLMS) วิธีกำลังสองเฉลี่ยน้อยสุดแบบรั่วไหล (LLMS) และวิธีกำลังสองน้อยสุดแบบวนซ้ำ (RLS) โดยงานวิจัยนี้จะพิสูจน์ให้เห็นถึงประสิทธิผลในการลดฮาร์มอนิกของคลื่นกระแสขาออกของวงจรอินเวอร์เตอร์ ด้วยการใช้เทคนิคที่นำเสนอโดยเปรียบเทียบกับกรณีไม่ใส่วงจรกรอง ซึ่งจะอ้างอิงกับมาตรฐาน IEEE std 519-1992 ในการจำกัดค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวมไม่ให้มีค่าที่สูงเกินกว่ากำหนด จากการทดลองสามารถสรุปได้สองกรณี ได้แก่ กรณีโหลดอินดักทีฟ วงจรกรองทั้งสามแบบสามารถลดฮาร์มอนิกได้ถึง 50% และพบว่าวงจรกรองแบบปรับค่าได้โดยใช้วิธีกำลังสองเฉลี่ยน้อยสุด วิธีกำลังสองเฉลี่ยน้อยสุดแบบปกติ วิธีกำลังสองเฉลี่ยน้อยสุดแบบรั่วไหล และวิธีกำลังสองน้อยสุดแบบวนซ้ำ ให้ค่าความเพี้ยนกระแสฮาร์มอนิกรวมเท่ากับ 1.16% 1.14% 1.02% 0.94% ตามลำดับ ส่วนวงจรกรองแบบวีเนอร์และวงจรกรองแบบพาสซีฟให้ค่าความเพี้ยนกระแสฮาร์มอนิกรวมเท่ากับ 1.72% และ 2.06% สำหรับกรณีโหลดมอเตอร์ วงจรกรองแบบปรับค่าได้และแบบพาสซีฟสามารถลดกระแสฮาร์มอนิกได้ถึง 50% เช่นกัน ยกเว้นวงจรกรองแบบวีเนอร์ไม่สามารถลดฮาร์มอนิกได้เนื่องจากคลื่นกระแสขาออกของอินเวอร์เตอร์เป็นสัญญาณที่แปรเปลี่ยนตามเวลาหรือสัญญาณที่ไม่คงที่ ทำให้การกรองของวงจรกรองแบบวีเนอร์ไม่สมบูรณ์ ซึ่งวงจรกรองแบบปรับค่าได้โดยใช้วิธีกำลังสองเฉลี่ยน้อยสุด วิธีกำลังสองเฉลี่ยน้อยสุดแบบปกติ วิธีกำลังสองเฉลี่ยน้อยสุดแบบรั่วไหล และวิธีกำลังสองน้อยสุดแบบวนซ้ำ ให้ค่าความเพี้ยนกระแสฮาร์มอนิกรวมเท่ากับ 1.39% 0.53% 0.20% 0.98% ตามลำดับ ส่วนวงจรกรองแบบพาสซีฟให้ค่าความเพี้ยนกระแสฮาร์มอนิกส์รวมเท่ากับ 2.26% โดยผลการจำลองทั้งหมดอยู่ในกรอบมาตรฐาน IEEE std 519-1992 ที่กำหนดไว้ ยกเว้นวงจรกรองแบบวีเนอร์สำหรับโหลดมอเตอร์