Bài viết này sẽ đề xuất một thuật toán điều khiển dự báo mô hình mới phù hợp cho nghịch lưu đa mức cấu trúc cầu H nối tầng, có thể triển khai trong ứng dụng kết nối hệ thống nguồn năng lượng tái tạo với lưới điện. Phương pháp điều khiển dự báo mô hình, với nguyên lý là tìm ra vector điện áp tối ưu cho nghịch lưu đa mức trong một khoảng thời gian trích mẫu rất nhỏ, rất khó để thực thi.
CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION SIX PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO DÒNG ĐIỆN CẢI TIẾN CHO NGHỊCH LƯU ĐA MỨC CẦU H NỐI TẦNG Dương Minh Sang (1), Trần Hữu Đức (1), TS Vũ Hoàng Phương (1) Sinh viên thuộc Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội *Tác giả phản hồi: sang.dm163469@sis.hust.edu.vn TÓM TẮT Bài viết đề xuất thuật toán điều khiển dự báo mơ hình phù hợp cho nghịch lưu đa mức cấu trúc cầu H nối tầng, triển khai ứng dụng kết nối hệ thống nguồn lượng tái tạo với lưới điện Phương pháp điều khiển dự báo mơ hình, với ngun lý tìm vector điện áp tối ưu cho nghịch lưu đa mức khoảng thời gian trích mẫu nhỏ, khó để thực thi Phương pháp khơng có khâu điều chế, nên việc thực tối ưu điện áp common-mode giảm số lần đóng cắt van bán dẫn thực hàm mục tiêu Để giải vấn đề này, viết đề xuất phương pháp điều khiển dự báo mơ hình cải tiến mà xét tới 19 vector điện áp chu kì trích mẫu có thêm thành phần triệt tiêu điện áp common-mode tối ưu đóng cắt hàm mục tiêu Sử dụng mơ hình hệ thống miền thời gian gián đoạn để dự đốn giá trị dịng điện tương lai tương ứng với vector nhóm bao gồm vector chu kì trích mẫu trước 18 vector liền kề với Vector chọn vector khiến cho hàm mục tiêu đạt giá trị nhỏ Do đó, nghịch lưu đa mức với số mức điện áp bất kì, hàm mục tiêu thực 19 lần chu kì trích mẫu Việc thực thi tảng FPGA cho phép 19 phép tính thực đồng thời, giúp cho thời gian thực thi trở nên nhỏ Tính khả thi thuật tốn đề xuất kiểm chứng mơ hình mơ phần mềm MATLAB-Simulink thực nghiệm hệ thống nghịch lưu 11 mức cầu H nối tầng Từ khóa: Điều khiển dự báo dịng điện, nghịch lưu đa mức, cầu H nối tầng, khối lượng tính tốn, điện áp common-mode, pin lượng mặt trời ĐẶT VẤN ĐỀ Nghịch lưu đa mức sử dụng rộng điểm như: tổng độ méo sóng hài (THD) rãi ứng dụng với hệ thống điện thấp, giảm điện áp phần tử van áp cao công suất lớn nhờ số ưu bán dẫn tốc độ thay đổi điện áp chậm DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 117 CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION SIX Trong cấu trúc khác lượng điều khiển, đặc biệt nghịch lưu đa mức, bật cấu trúc q trình q độ Bên cạnh đó, phương cầu H nối tầng Cấu trúc có ưu điểm pháp khơng triệt tiêu tính mơ-đun hóa cao, có nhiều vector điện áp common-mode hay tối ưu số lần điện áp mà tạo mức đóng cắt van bán dẫn Nhờ phát điện áp pha, nâng cao độ triển vi điều khiển FPGA thời tin cậy hệ thống, Cấu trúc nghịch lưu gian gần đây, vấn đề khối lượng tính đa mức cầu H nối tầng sử dụng rộng tốn lớn MPC giải rãi cơng nghiệp với nhiều ứng dụng Do đó, nghiên cứu này, tác giả hệ thống STATCOM, biến đề xuất phương pháp MPC cải tiến đổi cho động công suất lớn hệ cho nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng với thống kết nối nguồn lượng tái tạo yêu cầu sau: giảm số lượng tính với lưới điện toán hàm mục tiêu việc sử dụng 19 Phương pháp điều khiển dự báo mơ hình (MPC) nghiên cứu rộng rãi ưu điểm dễ tiếp cận, vector điện áp chu kì trích mẫu, triệt tiêu điện áp common-mode tối ưu số lần đóng cắt van bán dẫn làm việc với hệ thống phi tuyến miền thời gian, thời gian đáp ứng nhanh, linh hoạt việc bổ sung thêm đối THUẬT TOÁN ĐỀ XUẤT tượng hàm mục tiêu Một Đối tượng nghiên cứu hệ thống nghịch giới hạn phương pháp MPC lưu ba pha đa mức cầu H nối tầng, với tải khối lượng tính tốn mà vi điều khiển trở cảm ba pha Trong hàm mục tiêu phải thực lớn, gây ảnh hưởng thuật tốn MPC đề xuất, ngồi thành tới chất lượng điều khiển Đã có phần tối ưu sai lệch dịng điện thơng nhiều nghiên cứu cắt giảm khối lượng thường, có thêm hai thành phần khác để tính tốn phương pháp MPC Ví tối ưu điện áp common-mode tối ưu số dụ, [1] đề xuất phương pháp xét tới vector chu kì trích mẫu Điều đảm bảo số lượng tính tốn hàm mục tiêu số, với số lượng mức điện áp Tuy nhiên, việc lần đóng cắt van bán dẫn Sử dụng phương pháp [1], dòng điện dự báo xác định phương trình sau lựa chọn vector ảnh hưởng tới chất 118 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION SIX đến nhóm 19 vector chu kì trích mẫu Nhóm xác định từ vector lựa chọn chu kì trước 18 vector liền kề với Vector khiến cho (2) đạt cực tiểu lựa chọn cho nghịch lưu Hình Sơ đồ khối thuật toán MPC đề xuất KIỂM CHỨNG Thuật toán MPC đề xuất kiểm chứng Bộ điều khiển MPC đề xuất lựa chọn mô MATLAB-Simulink vector điện áp cho thời điểm k hàm thực nghiệm với mơ hình nghịch lưu mục tiêu (2) ba pha 11 mức cầu H nối tầng với tải trở cảm Các kết mô thể Hình 2, Hình 3, Hình Các với trọng số thành kết thực nghiệm thể phần tối ưu điện áp common-mode Hình 5, Hình 6, Hình Có thể thấy thành phần tối ưu đóng cắt dịng điện có độ bám giá trị đặt Từng thành phần (2) xác định tốt, thời gian đáp ứng nhanh Khi áp sau dụng trọng số, điện áp commonmode triệt tiêu hoàn toàn, số lần đóng cắt van giảm đáng kể Với nghịch lưu 11 mức cầu H nối tầng, có 331 vector điện áp lựa chọn để thực thi hàm mục tiêu (2) Số lượng Hình Dịng điện đo (nét đỏ) đặt (nét đen) pha phép tính tốn chu kì trích mẫu lớn, đó, tác giả đề xuất xét DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 119 CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION SIX TÁC GIẢ Ý TƯỞNG Dương Minh Sang sinh viên Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội từ năm 2016 Anh thành viên PELab Hình Điện áp common-mode trước (hình trái) sau (hình phải) bổ sung trọng số quản lý TS Vũ Hoàng Phương Hướng nghiên cứu biến đổi đa mức cầu H nối tầng ứng dụng truyền động điện hệ thống lượng mặt trời nối lưới Trần Hữu Đức sinh viên Viện Điện, Hình Điện áp pha A trước (hình trái) sau (hình phải) bổ sung trọng số Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Từ năm 2018, anh thành viên PELab quản lý TS Vũ Hoàng Phương Hướng nghiên cứu biến đổi công suất lớn, đặc biệt nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Hình Dịng điện đo pha Vũ Hồng Phương nhận Kỹ sư, Thạc sĩ Tiến sĩ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội vào năm 2006, 2008 2014, tất lĩnh vực Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Từ năm 2006, anh công tác Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hình Dịng điện đo pha với vai trò giảng viên nghiên cứu sinh Viện Điện Hướng nghiên cứu bao gồm mơ hình hóa mơ biến đổi điện tử công suất cho ứng dụng hệ thống điện mặt trời, điện gió, truyền động điện Hình Điện áp pha A trước (hình trái) sau (hình phải) bổ sung trọng số 120 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ... xuất phương pháp MPC cải tiến đổi cho động công suất lớn h? ?? cho nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng với thống kết nối nguồn lượng tái tạo yêu cầu sau: giảm số lượng tính với lưới điện tốn h? ?m mục... cảm Các kết mô thể H? ?nh 2, H? ?nh 3, H? ?nh Các với trọng số thành kết thực nghiệm thể phần tối ưu điện áp common-mode H? ?nh 5, H? ?nh 6, H? ?nh Có thể thấy thành phần tối ưu đóng cắt dịng điện có độ bám... biệt nghịch lưu đa mức cầu H nối tầng GIẢNG VIÊN H? ?ỚNG DẪN H? ?nh Dịng điện đo pha Vũ Hoàng Phương nhận Kỹ sư, Thạc sĩ Tiến sĩ Trường Đại h? ??c Bách khoa H? ? Nội vào năm 2006, 2008 2014, tất lĩnh vực