Đang tải... (xem toàn văn)
52 CHƢƠNG 2 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BẰNG BIẾN TẦN 2 1 Mô hình toán cho máy phát điện gió Máy phát điện dùng trong tua in gió có thể sử dụng từ ất cứ loại máy phát điện 3 pha nào hiện có Tuy nhiên có 3 dạng thƣờng đƣợc sử dụng với các phát điện gió công suất lớn là Máy phát đồng ộ kích thích v nh cửu “permanentmagnet excited synchronous generator” – PMSG, Máy phát cảm ứng kích từ kép “dou ly fed induction generator” – DFIG Máy phát không đồng ộ rotor lồng sóc “squirrel cage induction generator.
CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BẰNG BIẾN TẦN 2.1 Mơ hình tốn cho máy phát điện gió Máy phát điện dùng tua in gió sử dụng từ ất loại máy phát điện pha có Tuy nhiên có dạng thƣờng đƣợc sử dụng với phát điện gió cơng suất lớn : Máy phát đồng ộ kích thích v nh cửu “permanentmagnet excited synchronous generator” – PMSG, Máy phát cảm ứng kích từ kép “dou ly-fed induction generator” – DFIG Máy phát khơng đồng ộ rotor lồng sóc “squirrelcage induction generator” – SCIG 2.1.1 Máy phát đồng kích thích vĩnh cửu Loại máy phát điện thƣờng đƣợc sử dụng cho tua in gió cơng suất nhỏ 0.230 KW với đƣờng kính cánh quạt từ 1-15m với kết cấu đa cực hoạt động với tốc độ thấp không yêu cầu cao ảo dƣỡng, sử dụng nhiều điều kiện khác Việc không sử dụng hộp số khiến tua in gió trở nên đơn giản, giảm trọng lƣợng, cải thiện tiếng ồn vận hành tổn thất n ng lƣợng truyền động 2.1.1.1 Cấu tạo Máy điện đồng ộ máy điện xoay chiều có tốc độ rotor ằng với tốc độ từ trƣờng quay Ở chế độ xác lập, máy điện đồng ộ có tốc độ quay rotor ln không đổi tải thay đổi Cấu tạo phần t nh stato : ao gồm cuộn dây đƣợc quấn cực từ , cực từ đƣợc ghép từ nhiều thép kỹ thuật cách điện để hạn chế dịng điện xốy thiết ị vận hành Cấu tạo phần động rotor : đƣợc thiết kế với nam châm v nh cửu tạo từ trƣờng quay hoạt động với ƣu điểm thiết kế rotor khơng cần cuộn dây kích thích, vành trƣợt ộ kích từ máy phát giúp tránh gây nhiệt cánh quạt cung cấp hiệu tổng thể hệ thống cao 52 2.1.1.2 Nguyên lý làm việc Nguyên lý hoạt động máy phát đồng ộ nam châm v nh cửu giống nhƣ nguyên lý hoạt động máy điện đồng ộ, khác chỗ máy phát đồng ộ nam châm v nh cửu cuộn kích từ rotor đƣợc thay ằng nam châm v nh cửu Khi từ thông từ nam châm v nh cửu quay đến tốc độ n (v/ph), từ trƣờng quét qua cuộn dây stator tạo suất điện động cảm ứng biến tạo thiên với tần số Trong p số đơi cực máy Với máy điện đồng pha, dây quấn phần ứng nối (Y) nối tam giác (Δ) Khi máy làm việc dòng điện phần ứng chạy dây quấn pha tạo nên từ trƣờng quay Từ trƣờng quay với tốc độ đồng 2.1.1.3 Mơ hình tốn cho máy phát Đối với máy phát điện PMSG có nam châm nằm phía ên trong, thành phần điện từ ao gồm : nam châm gắn ề mặt rotor, dây đồng quấn stator, cực từ stator vỏ máy Trong stator, lõi sắt đƣợc giả định có độ thẩm từ vô cực Nam châm với độ thẩm từ thấp giả định hầu hết từ thông vƣợt qua khe hở khơng khí Hình 2.1 Sơ đồ tƣơng đƣơng sơ đồ pha máy phát đồng nam châm v nh cửu chế độ xác lập Suất điện động √ stator đƣợc xác định biểu thức : ̂ (2-1) 53 Trong : Ep : suất điện động cảm ứng stator gây nam châm điện Us : điện áp ngõ stator Kw : hệ số cuộn dây stator Ns : số cuộn dây stator m = : tần số góc rotor với N tốc độ định mức rs : án kính khe hở khơng khí stator Lt : chiều dài tổng thể stator Bg : Mật độ thông lƣợng khe hở không khí cực đại Dịng điện stator đƣơc xác định ởi iểu thức : √ √ ( ) (2-2) Trong : e = p.N : tần số dịng điện Ls : chiều dài lõi stator Pg : công suất máy phát m : số dây pha dây quấn stator 2.1.2 Máy phát cảm ứng kích từ kép Máy phát DFIG đƣợc sử dụng phổ iến tua in gió tốc độ thay đổi Stator đƣợc kết nối trực tiếp với lƣới điện, rotor đƣợc kết nối lƣới thông qua ộ iến đổi trung gian Sử dụng kỹ thuật điều khiển vector, ộ chuyển đổi trung gian 54 tạo điện với tần số điện áp danh định độc lập với tốc độ rotor Mục đích ộ chuyển đổi để ù cho chênh lệch tốc độ rotor tốc độ đồng ộ với điều khiển trƣợt Hệ thống thƣờng có đặc điểm nhƣ ộ chuyển đổi điện tử công suất nhỏ làm giảm tổn thất điện n ng giảm giá thành, cần có vịng trƣợt cổ góp, cần có hộp số kèm, phạm vi tốc độ hoạt động giới hạn khoảng -30% đến +20% tốc độ định mức 2.1.2.1 Cấu tạo Stator ao gồm lõi thép dây quấn, Lõi thép thép kỹ thuật điện dày 0.350.5mm phủ cách điện đƣợc ghép lại với thành hình trụ có xẻ rãnh ên để đặt dây quấn Dây quấn stator thƣờng đƣợc làm ằng đồng , ọc cách điện đặt rãnh lõi thép Rotor gồm thép lỹ thuật điện giống stator, thép đƣợc lấy từ phần ruột ên dập thép stator, mặt ngồi có xẻ rãnh để đặt dây quấn , có lỗ để gắn vào trục rotor Dây quấn rotor đƣợc nối nối với ên ngồi thơng qua hệ thống chổi than cổ góp, cách điện với cách điện với trục Phần cảm phần ứng máy phát điện cuộn dây a pha Máy có hai cuộn dây a pha , đặt stator đặt rotor Hai cuộn dây độc lập với cung cấp điện lên hệ thống 2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động Máy phát cảm ứng kích từ kép hoạt động dựa nguyên tắc cảm ứng điện từ có tốc độ quay rơto khác với tốc độ từ trƣờng quay Dây quấn stator đƣợc nối với lƣới điện, tua in gió quay trục rotor với tốc độ lớn tốc độ từ trƣờng quay tạo ởi stator chiều với chiều quay từ trƣờng từ sinh suất điện động cảm ứng stator từ phát điện vào hệ thống Rotor quay tiêu thụ công suất phản kháng Q để tạo từ trƣờng quay từ làm hệ thống công suất cos lƣới điệm giảm 55 2.1.2.3 Mơ hình tốn cho máy phát Hình 2.2 Sơ đồ tƣơng đƣơng sơ đồ pha máy phát kích từ kép chế độ xác lập Các phƣơng trình điện áp : (2-3) (2-4) (2-5) 2.1.3 Máy phát khơng đồng rotor lồng sóc Máy phát đồng ộ rotor lồng sóc thƣờng đƣợc sử dụng chung với cấu truyền động thông qua hộp số, cấu hộp số đƣợc sử dụng thƣờng có cấp tốc độ để chuyển đổi tốc độ thấp tua in gió sang tốc độ cao rotor máy phát Máy phát điện khơng đồng ộ rotor lồng sóc có ƣu điểm trọng lƣợng nhỏ máy phát điện đồng ộ máy phát điện không đồng ộ lịng sóc có khoảng cách khe hở khơng khí nhỏ, lồng sóc khơng u cầu cách ly đƣợc lắp đặt dễ dàng rotor so với cuộn dây kích từ, khơng có cấu chổi than cổ góp từ giảm đƣợc tần suất ảo dƣỡng Đây loại máy phát thƣờng đƣợc sử dụng rộng rãi tua in gió tốc độ cố định 2.1.3.1 Cấu tạo Stator có cấu tạo tƣơng tự nhƣ máy phát đồng ộ máy phát kích từ kép với cuộn dây đƣợc gắn khe hở lõi thép 56 Roto lồng sóc máy công suất lớn 100kW đồng đặt rãnh lõi thép, hai đầu nối ngắn mạch ằng hai vịng đồng tạo thành lồng sóc, cịn Đối với động cơng suất nhỏ, lồng sóc đƣợc chế tạo ằng cách đúc nhôm vào rãnh lõi thép rôto, tạo thành nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch cánh làm mát 2.1.3.2 Nguyên lý hoạt động Máy phát cảm ứng kích từ kép hoạt động dựa nguyên tắc cảm ứng điện từ, tƣơng tự nhƣ máy phát cảm ứng kích từ kép, máy phát cảm ứng rotor lồng sóc để phát điện lên lƣới cần có tốc độ rotor cao tốc độ từ trƣờng stator, nguồn điện từ lƣới tụ điện để cung cấp dịng điện kích thích 2.1.3.3 Mơ hình tốn cho máy phát Hình Sơ đồ tƣơng đƣơng sơ đồ pha máy phát kích từ kép chế độ xác lập Suất điện động Ep stator đƣợc xác định biểu thức : √ ̂ (2-6) Trong : Ep : suất điện động cảm ứng stator gây nam châm điện Us : điện áp ngõ stator Kw : hệ số cuộn dây stator Ns : số cuộn dây stator 57 m = : tần số góc rotor với N tốc độ định mức rs : án kính khe hở khơng khí stator Lt : chiều dài tổng thể stator Bg : Mật độ thơng lƣợng khe hở khơng khí cực đại Dòng điện stator đƣơc xác định biểu thức : √ (2-7) Trong : Is : dòng điện pha stator Ir : dòng điện cám ứng rotor lồng sóc Ism : dịng giả định điện từ cảm rò rỉ stator 2.2 Các loại biến tần thƣờng đƣợc sử dụng hệ thống điện gió Biến tần thiết ị đƣợc dùng để thay đổi tần số dòng điện, iến tần thƣờng có hai dạng iến tần trực tiếp iến tần gián tiếp 2.2.1 Biến tần trực tiếp Điện xoay chiều sơ cấp đƣợc chuyển thành điện áp xoay chiều có tần số theo yêu cầu để kết nối vào hệ thống lƣới điện không cần qua trung gian iến đổi thành điện chiều Loại iến tần có ƣu điểm tổn hao n ng lƣợng trình iến đổi nhiên chất lƣợng điện ngõ thƣờng hay ị méo dạng, hệ số công suất thấp sóng hài cao nên đƣợc sử dụng kết hợp với máy phát tua in gió Biến tần trực tiếp đƣợc chia thành loại : iến tần Cyclo iến tần ma trận Biến tần Cyclo có ộ chuyển mạch chiều đƣợc làm từ thyristor điều khiển đóng mở theo góc pha Và chúng hốn đổi pha nguồn để tạo điện áp xoay chiều phù hợp với tần số lƣới Biến tần ma trận loại dùng van án dẫn hai chiều, đóng cắt với tần số mang cao vào khoảng đến 10Hz 58 2.2.2 Biến tần gián tiếp Điện xoay chiều đầu vào đƣợc chuyển thành điện chiều thông qua mạch chỉnh lƣu sau đƣợc nghịch lƣu với tần số mong muốn khâu trung gian chỉnh lƣu chiều làm cho chỉnh lƣu nghịch lƣu làm việc tƣơng đối độc lập với nhau, từ điện xoay chiều ngõ đạt đƣợc sóng hình Sin , ị méo dạng Biến tần gián tiếp đƣợc chia thành hai loại iến tần nguồn dòng iến tần nguồn áp Biến tần nguồn áp có hai loại điều chế độ rộng xung điều chế iên độ Với biến tần nguồn áp điều chế độ rộng xung (VS-PWM-I) điện áp chiều không đổi, điện áp xoay chiều đầu đƣợc thay đổi ằng cách thay đổi thời gian đóng/ cắt khóa chuyển mạch ộ nghịch lƣu Còn với iến tần nguồn áp điều chế iên độ (CS-PWM-I) thời gian đóng cắt khóa chuyển mạch ộ nghịch lƣu khơng đổi, điện áp xoay chiều đầu đƣợc thay đổi ằng cách thay đổi điện áp chiều thơng qua việc thay đổi thời gian đóng cắt khóa chuyển mạch phần chỉnh lƣu Cịn iến tần nguồn dịng, khóa án dẫn phần nghịch lƣu đƣợc nối với nguồn dòng Nguồn dòng đƣợc tạo ằng mạch vòng điều khiển dòng cuộn cảm mắc nối tiếp với điện áp chiều Do dòng cấp cho tải không đổi nên điện áp đầu iến tần không phụ thuộc vào iến tần mà phụ thuộc vào tải 2.3 Xây dựng mơ hình cho máy phát biến tần Cho đến n m 1990, hầu hết tua in điện gió hoạt động với cấp tốc độ cố định dựa máy phát điện rotor lồng sóc đƣợc kết nối trực tiếp vào lƣới Tốc độ máy phát không đổi hệ tua in Sự phát triển công nghệ án dẫn n m gần thúc đời dịng tua in gió hoạt động với đa cấp tốc độ dựa máy phát kích từ kép, máy phát đồng ộ rotor dây quấn, gần máy phát điện nam châm v nh cửu, dựa vào loại máy phát đƣợc sử dụng máy phát tua in gió, ta mơ hình kết nối hệ thống tua in gió nhƣ sau : 59 2.3.1 Mơ hình kết nối cho máy phát điện kích từ kép Máy phát điện cảm ứng kích từ kép đƣợc sử dụng rộng rãi tua in gió tốc độ thay đổi Stator kết nối trực tiếp với lƣới rotor đƣợc nuôi ởi ộ chuyển đổi hai chiều ack-to- ack đƣợc kết nối với lƣới Kỹ thuật điều khiển vector đƣợc sử dụng để đảm ảo n ng lƣợng điện n ng đƣợc phát với tần số điện áp đồng ộ với lƣới không phụ thuộc vào tốc độ rotor Bộ chuyển đổi ackto- ack có nhiệm vụ ù cho khác iệt tốc độ rotor tốc độ đồng ộ lƣới với việc điều khiển hệ số trƣợt Hệ thống có số đặc điểm nhƣ phạm vi tốc độ hoạt động khoảng -30% đến 20%, Bộ chuyển đổi điển tử công suất khiến giảm tổn thất điện n ng chi phí đầu tƣ, Kiểm sốt đƣợc công suất tác dụng công suất phản kháng phát lên lƣới, Máy phát có hệ thống vành trƣợt cổ góp, Hệ thống thƣờng kèm với hộp số thƣờng a cấp tốc độ Hình 2.4 Sơ đồ kết nối iến tần tua in gió kích từ kép 2.3.2 Mơ hình kết nối cho máy phát điện nam châm vĩnh cửu máy phát cảm ứng lồng sóc Bộ iến đổi tồn phần đƣợc dùng cho hai dạng máy phát nam châm v nh cửu máy phát cảm ứng lồng sóc thƣờng chung với hộp số Kỹ thuật điểu khiển vector đƣợc sử dụng để điều khiển dạng kết nối này, ộ iến đổi hai chiều ack-toack giúp cho n ng lƣợng phát từ máy phát lên lƣới tần số điện áp không phụ thuộc vào tốc độ quay rotor 60 Máy phát cảm ứng lồng sóc thƣờng kèm theo hệ thống hộp số có cấp tốc độ để chuyển đổi từ tốc độ thấp trục tua in thành tốc độ cao rotor máy phát Còn máy pháy nam châm v nh cửu thƣờng chung với hộp số hai cấp, nhiên thiết kế sau cố gắng giảm hộp số từ hai cấp sang cấp Đối với máy phát cảm ứng lồng sóc thƣờng có số đặc trƣng nhƣ vận hành nhiều tốc độ khác nhau, khơng có cấu vành trƣợt chổi than nên giảm yêu cầu ảo dƣỡng, ộ iển đổi toàn phần kết nối trực tiếp lƣới máy phát, kiểm sốt đƣợc cơng suất tác dụng công suất phản kháng phát lên lƣới, thƣờng chung với hộp số cấp tốc độ Hình 2.5 Sơ đồ kết nối iến tần tua in cảm ứng lồng sóc Cịn máy phát nam châm v nh cửu thƣờng có số đặc trƣng nhƣ hoạt động nhiều cấp tốc độ, khơng có cấu vành trƣợt chổi than nên giảm yêu cầu ảo dƣỡng, ộ iển đổi toàn phần kết nối trực tiếp lƣới máy phát, kiểm sốt đƣợc cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng phát lên lƣới, khơng cần hộp số ằng t ng số đôi cực, máy phát đa cực, nam châm v nh cửu đƣợc sử dụng cấu rotor, thƣờng kèm với hộp số có hai cấp tốc độ Hình 2.6 Sơ đồ kết nối iến tần tua in đồng ộ nam châm v nh cửu 61 Riêng hai dịng máy phát ta loại ỏ cấu hộp số ằng cách t ng thay đổi thiết kế số lƣợng đôi cực máy phát, từ giảm hao hụt n ng lƣợng hộp số, giảm chi phí liên quan đến ảo dƣỡng thiết kế khí, nhiên hệ thống kèm theo số nhƣợc điểm lớn nhƣ kích thƣớc ộ chuyển đổi hai chiều phải đáp ứng đƣợc công suất phát lên lƣới, có tần số điện áp đồng ộ với lƣới tốc độ quay trục rotor thấp, yêu cầu cao ộ lọc việc loại ỏ sóng hài phát sinh q trình hoạt động ộ chuyển đổi, t ng số đơi cực khiến kích thƣớc máy phát lớn dẫn đến nhiều vấn đề độ tin cậy nhƣ nhiễu loạn khơng khí ảnh hƣởng đến việc điều khiển chất lƣợng điện n ng 2.3.3 Bộ chuyển đổi Back-to-back Bộ chuyển đổi Back-to- ack đƣợc sử dụng rộng rãi máy điện đồng ộ khơng đồng ộ, kết nối linh hoạt từ cuộn dây rotor đến stator tùy theo dạng máy phát yêu cầu điều khiển khác Nguồn n ng lƣợng ộ chuyển đổi Back-to- ack theo hai chiều thuận nghịch Với cấu tạo chia thành nhƣ khối iến đổi điện áp phía lƣới, khối iến đổi điện áp phía rotor, khối lọc khối nối trung gian DC us Và để đơn giản ta xét ộ iến đổi hai back-to- ack hai cấp : 2.3.3.1 Bộ biến đổi back to back hai cấp – Grid side system Phần iến đổi điện áp phía lƣới ao gồm ộ chuyển đổi phía lƣới, ộ lọc, điện áp lƣới hình 2.7 mơ tả ộ iển đổi đơn giản với yếu tố đặc trƣng nhƣ : Bộ iến đổi phía lƣới đƣợc cấu tạo từ cơng tắc án dẫn hai chiều chuyển đổi điện áp dòng điện từ DC sang AC, việc chuyển đổi n ng lƣợng thực theo hai hƣớng từ AC sang DC (chế độ chỉnh lƣu) từ DC sang AC (chế độ iến tần) Các khóa đóng ngắt đƣợc làm ằng linh kiện án dẫn có khóa đóng ngắt cho dịng điện chạy theo hai hƣớng, linh kiện án dẫn đóng ngắt thƣờng đƣợc sử dụng IGBT 62 Bộ lọc ên phía lƣới thƣờng ao gồm cuộn cảm (L), liên kết đầu ộ chuyển đổi điện áp lƣới cần chức n ng lọc cao hơn, cuộn cảm kèm với tụ điện (LC) thêm tụ điện thêm cuộn cảm (LCL) Điện áp lƣới thông thƣờng đƣợc cung cấp qua máy iến áp, nên điện áp dao động chất lƣợng ổn định, ta không đề cập đến cố phát sinh lƣới nhƣ trở kháng máy iến áp lƣới đề tài Hình 2.7 sơ đồ khối iến đổi phía lƣới ộ Back-to-back Mơ hình chuyển đổi : Bộ chuyển đổi hai cấp đƣợc đƣợc mô điều kiện đóng ngắt lý tƣởng cho phép dịng điện theo hai hƣớng Với tín hiệu đóng ngắt lần lƣợt Sa_g, Sb_g Sc_g Điều có ngh a chân kích dẫn ộ chuyển đổi, khơng thể có dẫn điện hai công tắc Các điện áp ngõ đƣợc phân iệt với 63 cho thời điểm, ta có điện áp tham chiếu điểm DC nhƣ ên dƣới : vjo = Vbus Sj_ g Với Sj_ g {0; 1} j = a; b; c (2-8) Sự kết hợp tín hiệu điều khiển kích dẫn tạo điện áp AC ngõ với iên độ tần số tùy ý Bộ chuyển đổi cung cấp hai mức điện áp mức pha Mặc khác, với n điểm trung tính lƣới pha Ta xét mối liên hệ điện áp pha hệ thống nhƣ sau : (2.9) Hình 2.8 Sơ đồ cân ằng cho pha (pha a) Giả sử hệ thống lƣới pha cố định, ta có : Van + Vbn + Vcn = (2.10) Kết hợp iểu thức 2.9 2.10 ên ta đƣợc điện áp Vno : Vno = (Vao + Vbo + Vco ) (2-11) Thay lần vào iểu thức (2.9) ta có đƣợc iểu thức sau : (2-12) (2-13) 64 (2-14) Đơn giản phƣơng trình sang điện áp us tín hiệu điều khiển : ( ) (2-15) ( ) (2-16) ( ) (2-17) Có cấp điện áp ngõ tƣơng ứng với tín hiệu kích dẫn Sa_g, Sb_g Sc_g theo hình 2.9 hình 2.10 ên dƣới : Hình 2.9 Điện áp ngõ hệ thống VSC hai cấp điện áp 65 Hình 2.10 Trạng thái tín hiệu tƣơng ứng với trạng thái ngõ hệ thống Điện áp ngõ vao , vbo , vco có hai dạng vbus Mặt khác điện áp van , vbn , vcn có cấp độ : ; ;0; ; nhƣ đồ thị ên dƣới : 66 Với sóng ngõ có dạng Hình 2.11 Sóng điện áp ngõ ộ VSC hai cấp Áp dụng chuỗi Fourier, ta tính đƣợc iên độ sóng hài ngõ : van x = vbn x = vcn x = [2+ ( ) ( )] (2-18) Trong giá trị x = 1,5,7,11,13 … Nhờ phân tích sóng hài này, ta iết iên độ thành phần ản điện áp đầu đƣợc tạo van 1 = vbn 1 = vcn 1 , với phần cịn lại sóng hài Với điện áp DC khơng đổi, thành phần cao sóng hài có iên độ Ngƣợc lại, ằng cách chỉnh sửa chu kỳ xung, điện áp ngõ chu kỳ tần số đƣợc thay đổi 67 Hình 2.12 Thành phần điện áp theo khung Mặt khác, ta iểu diễn điện áp ngõ dạng vector khơng gian Do ằng phép iển đổi Clarke để chuyển đổi từ pha sang thành phần pha : [ ] [ √ √ ] [ ] (2-19) Hình 2.12 thể mức điện áp theo hệ trục vector khơng gian, với vector hình lục giác đƣợc thể hình 2.13 ên dƣới Trong hai vector đƣợc gọi vector zero chúng tạo điện áp ằng đầu ra, thành phần vector không gian cách 68 Hình 2.13 Biễu diễn vector điện áp ngõ mặt phẳng không gian Bộ chuyển đổi, ộ lọc mơ hình lƣới : Một ộ lọc đơn giản ằng cuộn cảm đƣợc đặt ộ chuyển đổi lƣới pha, cịn phía điện áp lƣới ta xem xét điều kiện cân ằng lý tƣởng hệ thống a pha đƣợc mơ thành phần đôc lập, nhƣng tƣơng đƣơng với nhau, pha nhƣ đƣợc thể nhƣ hình 2.14 ên dƣới với điện áp AC đầu ộ chuyển đổi đƣợc xem điểm trung tính n với hệ số f Hình 2.14 Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng pha Khi ta có đƣợc phƣơng trình hệ thống : 69 (2-20) (2-21) (2-22) Trong : Lf : hệ số tự cảm ộ lọc phía lƣới (H) Rf : điện trở ộ lọc phía lƣới () vag , vbg , vcg : điện áp lƣới (V), s tốc độ góc (rad/s) Iag , Ibg , Icg : dịng điện chạy qua đầu chuyển đổi ên lƣới (A) vaf , vbf , vcf : điện áp đầu chuyển đổi tham chiếu đến điểm trung tính tải n (V) Từ đó, để tiến hành mơ hình hóa, ta lập đạo hàm độc lập dịng diện : (2-23) (2-24) (2-25) Từ ta xây dựng đƣợc mơ hình hệ thống phía lƣới hình 2.15 Dƣới điều khiển, ộ chuyển đổi tạo điện áp hình sin với iên độ tần số khơng đổi dịng điện kết nối đƣợc thay đổi theo iểu thức (2-23), (2-24) (2-25) 70 Hình 2.15 Mơ hình iến tần, ộ lọc kết nối lƣới hệ thống 2.3.3.2 Bộ biến đổi back to back hai cấp – Rotor Side & lọc dv/dt Bộ chuyển đổi phía rotor nằm phía máy phát, kết nối với rotor us DC tƣơng đồng với ộ chuyển đổi phía lƣới Hình 2.16 mơ tả ộ iến đổi ộ lọc dv/dt cung cấp cho rotor, ộ chuyển đổi đƣợc sử dụng phía rotor có hai cấp Giữa rotor ộ chuyển đổi thơng thƣờng có ộ lọc dv/dt với mục đích ảo vệ máy phát khỏi tổn hại gây từ ộ iến đổi nguồn áp nhƣ dòng rị, dịng mang làm máy phát hoạt động khơng ổn định Hình 2.16 Rotor Side & ộ lọc dv/dt Bộ chuyển đổi phía rotor đƣợc kết nối với ộ chuyển đổi phía lƣới thơng qua DC link Bộ lọc dv/dt có nhiệm vụ giảm tác động điện áp ƣớc từ ộ 71 chuyển đổi lên rotor Trong có thành phần tác động đến máy phát đặc tính, chiều dài dây cáp nối thiết ị chuyển đổi máy phát, chủng loại máy phát đƣợc sử dụng Tùy theo yêu cầu chất lƣợng ngõ ộ chuyển đổi đến máy phát ta dùng ộ lọc khác Thơng thƣờng cuộn cảm điện trở đƣợc gắn song song ngõ thiết ị chuyển đổi để giảm thiểu áp cực máy phát nhƣ hình 2.17 ên dƣới Trong điện trở làm giảm tín hiệu phản xạ dao động cộng hƣởng, độ tự cảm cuộn dây giúp giảm sụt áp tổn thất tần số thấp Thƣờng hai thành phần ộ lọc phần tử thụ động Tuy nhiên, số thiết kế khác thƣờng cố gắng tạo hiệu ứng điện trở trực tiếp cuộn cảm, tránh sử dụng điện trở vật lý Một số ộ lọc khác thƣờng kết hợp trở kháng đầu vào động với trở kháng cáp Hoặc ta đặt ộ lọc RC RLC nhƣ hình ên dƣới : Hình 2.17 Sơ đồ kết nối ộ lọc phía rotor kết cấu chúng Kết hợp cấu lọc đầu hệ thống, ta đặt hệ thống nhƣ hình 2.18 ên dƣới để giảm thay đổi không mong muốn gây ởi ộ chuyển đổi : 72 Hình 2.18 Bộ lọc ngõ iến tần Tác dụng giảm áp lên máy phát hệ thống lọc đƣợc thể hình 2.19 : Hình 2.19 Tác dụng ộ lọc iến tần điện áp thay đổi : (a) Điện áp dao động ộ lọc, ( ) giảm dao động điện áp có ộ lọc 2.3.3.3 Bộ biến đổi back to back hai cấp – khối DC link Phần DC hệ thống chuyển đổi ack-to- ack đƣợc gọi liên kết chiều DC link Một nhiều tụ điện đƣợc sử dụng để trì điện áp không đổi phần liên kết hai ộ chuyển đổi phía lƣới phía máy phát Mơ hình cho DC link ộ chuyển đổi đƣợc thể hình 2.20 ên dƣới với tụ điện mắc song song với điện trở có hệ số cao 73 Hình 2.20 Khối DC link Trong điện áp đƣợc tính tốn ởi biểu thức : (2-26) Dịng điện qua tụ điện đƣợc tính tốn ởi cơng thức : (2-27) Trong : ires :dịng điện qua điện trở R us ig_dc :dòng chạy từ liên kết DC vào ộ chuyển đổi phía lƣới ir_dc : dịng chạy từ chuyển đổi phía rotor đến liên kết DC Mặc khác, dịng DC đƣợc tính từ đầu chuyển đổi : (2-28) (2-29) Dòng điện qua điện trở : (2-30) 74 Từ kết ta có mơ hình hệ thống kết nối DC nhƣ hình 2.21 ên dƣới : Hình 2.21 Sơ đồ khối DC link 75 ... điện áp xoay chiều phù hợp với tần số lƣới Biến tần ma trận loại dùng van án dẫn hai chiều, đóng cắt với tần số mang cao vào khoảng đến 10Hz 58 2. 2 .2 Biến tần gián tiếp Điện xoay chiều đầu vào... Dƣới điều khiển, ộ chuyển đổi tạo điện áp hình sin với iên độ tần số khơng đổi dịng điện kết nối đƣợc thay đổi theo iểu thức (2- 23), (2- 24) (2- 25) 70 Hình 2. 15 Mơ hình iến tần, ộ lọc kết nối lƣới... dùng để thay đổi tần số dòng điện, iến tần thƣờng có hai dạng iến tần trực tiếp iến tần gián tiếp 2. 2.1 Biến tần trực tiếp Điện xoay chiều sơ cấp đƣợc chuyển thành điện áp xoay chiều có tần số
