Bài viết Cải tiến hệ thống thiết bị điện tử công suất trong công nghiệp không biến áp truyền thống trình bày giải pháp xây dựng hệ thống nguồn phát DC thay thế cho các nguồn phát AC cũ phù hợp hơn đối với hệ thống các thiết bị điện hiện đại đang ngày càng phát triển mạnh mẽ theo xu hướng DC. Nhóm sử dụng phần mềm PSIM để mô phỏng nhằm thể hiện rõ các quá trình biến đổi cho giải pháp đưa ra. Mời các bạn cùng tham khảo!
Kỷ yếu Hội thảo khoa học cấp Trường 2022 Tiểu ban Điện-ĐTVT-CNTT Cải Tiến Hệ Thống Thiết Bị Điện Tử Công Suất Trong Công Nghiệp Không Biến Áp Truyền Thống Dương Thùy Liên Khoa Điện-Điện tử viễn thông Trường Đại học Giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam lien.duong@ut.edu.vn Trần Thanh Vũ Khoa Điện-Điện tử viễn thông Trường Đại học Giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam vu.tran@ut.edu.vn Tóm tắt-Hầu hết thiết bị điện công suất thông qua tầng biến đổi công suất với giá trị điện áp khác phù hợp với mục đích sử dụng tải đặc thù Việc thay đổi điện áp cho tầng cần thông qua lõi biến áp điện từ có kích thước lớn tốn chi phí Trong đó, kết nối với tải cơng suất khác cần thêm thiết bị hịa đồng Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đề xuất giải pháp kết nối nguồn lượng nhỏ thành hệ thống DC với đề xuất mơ hình máy biến áp DC Để làm rõ tính khả thi nghiên cứu, nhóm sử dụng phần mềm mơ PSIM Ngoài ra, nguồn lượng tái tạo thu hút đông đảo người sử dụng kể nhà máy điện đại [7] Đa số nguồn lượng tái tạo cung cấp lượng DC lượng sơ cấp Vì vậy, hệ thống nguồn phát điện sử dụng lượng tái tạo cần hệ thống chuyển đổi AC phức tạp gây lượng tổn hao không nhỏ thiết bị đóng cắt cơng suất [8] Như vậy, việc xây dựng hệ thống điện DC cung cấp cho thiết bị điện hệ thống cung cấp điện đại cần thiết có nhiều ưu điểm Trong báo này, nhóm tác giả trình bày giải pháp xây dựng hệ thống nguồn phát DC thay cho nguồn phát AC cũ phù hợp hệ thống thiết bị điện đại ngày phát triển mạnh mẽ theo xu hướng DC Nhóm sử dụng phần mềm PSIM để mô nhằm thể rõ trình biến đổi cho giải pháp đưa Từ khóa-Năng lượng tái tạo, kết nối lưới, chuyển đổi điện áp I GIỚI THIỆU Các phương pháp hịa đồng kết nối nguồn cơng suất nhằm tăng cường khả cung cấp lượng cho nguồn phát với tải sử dụng nguồn AC truyền thống Một cân điện áp [1] đồng pha [2] gây cố lớn cho hệ thống điện AC hai nguồn phát trở lên Hậu cho việc không thành công q trình hịa cơng suất phát hai hệ thống gây ổn định hệ thống lưới hữu hoạt động [3] trường hợp nhẹ hệ thống buộc phải sa thải phụ tải [4] gây cháy nổ thiết bị truyền tải cung cấp điện trường hợp nghiêm trọng Để tránh xảy cố trên, hệ thống hòa đồng [5] hệ thống điều khiển công suất phải xử lý đồng thời [6] Điện tử công suất ngày phát triển mạnh mẽ thời gian qua, thấy thiết bị điện hữu ứng dụng công nghiệp (biến tần, máy móc tự động ….) dân dụng (ti vi, tủ lạnh, máy điều hòa,…) hầu hết chuyển sang sử dụng nguồn DC thay cho hệ thống điện AC Các nguồn cung cấp điện AC hữu sử dụng cho thiết bị nhờ mạch chỉnh lưu không điều khiển lắp đặt bên thiết bị Việc đặt nhiều mạch chỉnh lưu tiêu tốn nhiều công suất vô công tính hệ thống cung cấp điện II SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ NGUỒN PHÁT DC SƠ CẤP Hình Sơ đồ nguyên lý nguồn DC Máy biến áp DC Sơ đồ nguyên lý nguồn phát DC đề xuất nghiên cứu trình bày hình Nguồn DC_source nguồn lượng DC sơ cấp (như lượng mặt trời, hệ lượng vi sinh…) Ro xem nội trở tương đương nguồn lượng sơ cấp DC hệ thống dây dẫn từ nguồn sơ cấp DC đến biến đổi công suất L_boost thêm vào để cân hệ thống nguồn sơ cấp DC với tải 52 Dương Thùy Liên, Trần Thanh Vũ dùng để tích trữ lượng trường hợp cần điều chỉnh điện áp DC ngõ nguồn DC đề xuất Khóa bán dẫn lắp đặt để phối hợp nạp xả cho cuộn kháng L_Boost Diode D thêm vào để định hướng dịng cơng suất từ nguồn sang tải Cuộn kháng lọc L_filter tụ lọc C_filter phối hợp để lọc bỏ hài bậc cao sinh trình nạp xả đóng ngắt khóa bán dẫn, đồng thời giảm ripple dịng điện mạch cơng suất Sự phối hợp kháng lọc L_filter tụ lọc C_filter có chức mạch lọc thơng thấp bậc Đầu cuối nguồn DC đề xuất Diode định hướng dịng cơng suất D_out có tác dụng ngăn dịng ngược từ nguồn DC kết nối khác định hướng dòng điện theo hướng từ nguồn DC sơ cấp sang phía tải kết nối khơng đáng kể so với thành phần cần phân tích Như nghiên cứu này, khơng tiến hành khảo sát thành phần tổn hao mạch nguyên lý Vậy điện áp ngõ phía thứ cấp máy biến áp mô tả phương trình sau: Bộ điều khiển sơ đồ hình dùng để điều khiển lượng từ nguồn DC sơ cấp thành nguồn DC thứ cấp để cấp lượng cho tải Nguồn lượng DC thứ cấp có giá trị điện áp lớn nguồn lượng DC sơ cấp Dịng điện nguồn sơ cấp i lúc khóa bán dẫn giảm nên VL_boost (điện áp cuộn kháng) có giá trị âm Do đó, Vdc_out ln có giá trị lớn Vdc_in Từ đó, ta có tỉ số biến áp n hệ thống mô tả sau: 𝑉𝑑𝑐_𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑑𝑐_𝑖𝑛 − 𝑉𝐿_𝑏𝑜𝑜𝑠𝑡 − 𝑉𝐷 − 𝑉𝐷_𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 (1) Trong đó, VL_boost điện áp cuộn kháng boost hệ thống mơ tả phương trình: 𝑑𝑖 𝑉𝐿_𝑏𝑜𝑜𝑠𝑡 = 𝐿 𝑑𝑡 (2) Từ phương trình (2), bỏ qua tổn hao điện áp linh kiện đề cập trên, viết lại phương trình (1) sau: 𝑑𝑖 𝑉𝑑𝑐_𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑑𝑐_𝑖𝑛 − 𝐿 𝑑𝑡 𝑛= Như vậy, với nguồn DC đề xuất xem hệ thống máy biến áp DC (DC transformer) mô tả lại hình 𝑉𝑑𝑐_𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑑𝑐_𝑖𝑛 =1+ ∆𝑉 𝑉𝑑𝑐_𝑖𝑛 (3) (4) Trong ∆V điện áp kháng boost ln có giá trị dương Vdc_in giá trị điện áp nguồn DC sơ cấp không đổi III NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG A Tỉ số biến áp Hình Máy biến áp DC Trong máy biến áp DC đề xuất lọc máy biến áp dùng đề lọc thành phần hài bậc sinh từ q trình đóng cắt nạp xả cuộng kháng L_boost Với hệ sơ đồ kết nối hình 1, lọc khơng có tổn hao công suất thành phần DC không bị tổn thất qua linh kiện lọc mặt lý thuyết Trong thực tế, linh kiện không lý tưởng bị tổn hao Tuy nhiên, để phân tích ngun lý, xem tổn hao khơng đáng kể so với thành phần hệ thống Các diode tạo nên tổn hao công suất điện áp cách tương tự Tuy nhiên, chúng Hình Điện áp dịng điện máy biến áp DC hoạt động độc lập Như giá trị tỉ số biến áp DC phụ thuộc vào dòng điện làm việc nguồn sơ cấp DC hay nói cách khác, phụ thuộc vào dịng làm việc tải Điều 53 Cải tiến hệ thống thiết bị điện tử công suất công nghiệp không biến áp truyền thống chỉnh tỉ số biến áp DC cần có điều khiển nguồn Source_controller theo dịng làm việc tải biến áp DC Các phương pháp đề xuất sử dụng phần mềm PSIM để kiểm nghiệm mô hình cho kết mong muốn Trong hình thấy rõ tỉ số biến áp với hệ số n = 1.5 dòng điện làm việc nguồn DC sơ cấp với điện áp đầu vào 100 Vdc, áp đầu biến áp DC thu 150 Vdc Dịng điện i biến thiên nhờ khóa bán dẫn đóng cắt tần số 20 kHz B Nguồn DC kết nối Hình Sơ đồ nguyên lý kết nối nguồn DC sơ cấp thông qua máy biến áp DC Từ phân tích trên, việc kết nối nguồn DC trở nên đơn giản cách kết nối biến áp DC đề xuất nghiên cứu Việc kết nối khơng cần q trình đồng hóa, đồng pha khơng cần điện áp nguồn AC truyền thống Cùng điện áp ngõ trường hợp trình bày mục A, có 03 nguồn DC sơ cấp kết nối với có giá trị khác nhau: 100 Vdc, 60 Vdc 50 Vdc Tỉ số biến áp nguồn khác cho ta kết phân chia phụ tải có dịng điện qua 03 nguồn (hình 5) Như vậy, việc điều chỉnh tỉ số biến áp DC điều chỉnh công suất phát nguồn cách dễ dàng, cho thấy khả ứng dụng thực tế linh hoạt ứng dụng ngày Hình Điện áp dòng điện máy biến áp DC hoạt động kết nối TAI LIỆU THAM KHẢO [1] L Shang, W Zhu, Z Li, “A control method of PV gridconnected inverter under grid voltage unbalanced drops”, in 2018 Chinese Control And Decision Conference (CCDC), 09-11 June 2018, Shenyang, China, IEEE, 2018 [2] Z Hai-long, Z Guo-yi, “A time synchronization method of power grid based on TD — LTE frame synchronization”, in 2017 IEEE Power & Energy Society General Meeting, 16-20 July 2017, Chicago, IL, USA, IEEE, 2017 IV KẾT LUẬN Nghiên cứu phân tích đề xuất cho biến áp DC dùng nguồn lượng tái tạo đại có khả ứng dụng thực tế cao mơ hình đề xuất Qua đó, nghiên cứu tính ưu việt kết nối nguồn DC sơ cấp với thông qua [3] B Phan, H Nguyen , P Le , H Nguyen , N Le, “Transient Stability of Low Voltage Micro Grid”, in 2019 International Conference on System Science and 54 Dương Thùy Liên, Trần Thanh Vũ operations of three-phase grid-connected inverter”, in 2012 International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), 11-14 November 2012, Nagasaki, Japan, IEEE, 2012 Engineering (ICSSE), 20-21 July 2019, Dong Hoi, Vietnam, IEEE, 2019 [4] Z Jianjun, S Dongyu, Z Dong, G Yang, “Load Shedding Control Strategy for Power System Based on the System Frequency and Voltage Stability (Apr 2018)”, in 2018 China International Conference on Electricity Distribution (CICED), 17-19 September 2018, Tianjin, China, IEEE, 2018 [7] M A Usova, V I Velkin, “Possibility to use renewable energy sources for increasing the reliability of the responsible energy consumers on the enterprise”, in 2018 17th International Ural Conference on AC Electric Drives (ACED), 26-30 March 2018, Ekaterinburg, Russia, IEEE, 2018 [5] K E Okedu, “Improving grid frequency dynamics of synchronous generators considering wind energy penetration grid dynamics and operation”, in 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC), 21-24 May 2017, Miami, FL, USA, IEEE, 2017 [8] C Wei, Z M Fadlullah, N Kato, I Stojmenovic, “On Optimally Reducing Power Loss in Micro-grids With Power Storage Devices”, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol.32, issue 7, pp 1361 – 1370, 2014 DOI: 10.1109/JSAC.2014.2332077 [6] T.V Tran, T W Chun, H H Lee, H G Kim, E C Nho, “Control for grid-connected and stand-alone 55 ... Điều 53 Cải tiến hệ thống thiết bị điện tử công suất công nghiệp không biến áp truyền thống chỉnh tỉ số biến áp DC cần có điều khiển nguồn Source_controller theo dịng làm việc tải biến áp DC Các...