Điều khiển nghịch lưu nối lưới khi điện áp lưới bị sụt giảm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ HỮU LÂM ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI KHI ĐIỆN ÁP LƯỚI BỊ SỤT GIẢM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN SKC007904 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ HỮU LÂM ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI KHI ĐIỆN ÁP LƯỚI BỊ SỤT GIẢM NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 2080611 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Hồ Hữu Lâm Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/11/1986 Nơi sinh: Nghệ An Quê quán: Quỳnh Bảng, Quỳnh Lưu, Nghệ An Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 59/53 đường 102, P Tăng Nhơn Phú A, Tp Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: 0973305878 Fax: E-mail: huulamid@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 07/ 2009 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Bách Khoa – Đại Học Đà Nẵng, Tp Đà Nẵng Ngành học: Điện kỹ thuật Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Điều khiển vận hành tự động hóa Trạm biến áp 220kV Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 15/6/2009 Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Người hướng dẫn: Ths Phạm Văn Kiên III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: i Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 8/20095/2012 Công ty Cổ phần Thủy điện Miền Kỹ sư điện Ban chuẩn bị sản Trung xuất 6/201212/2015 Công ty cổ phần Thủy điện Miền Trưởng ca vận hành Nhà máy Trung thủy điện A Lưới 1/20163/2019 Phó Quản đốc Phân Xưởng Công ty cổ phần Thủy điện Miền Vận Hành Nhà máy thủy điện Trung A Lưới 3/201910/2022 Công ty cổ phần Thủy điện Miền Phó Giám đốc Nhà máy điện Trung mặt trời Cư Jút ii LỜI CAM ĐOAN Tơi cam kết cơng trình tơi tự nghiên cứu Các kết quả, số liệu, nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 12 năm 2022 Hồ Hữu Lâm iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, xin gửi lời cảm ơn Tiến sỹ Trần Quang Thọ– Người hướng dẫn khoa học cho tôi, dành nhiều thời gian, công sức để hướng dẫn tơi q trình thực nghiên cứu hồn thành Luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Điện – Điện tử Trường Đại học sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh truyền dạy kiến thức chuyên sâu quý báu, giúp đỡ bảo cho thời gian học tập trường Mặc dù dành nhiều công sức thời gian cho việc tìm hiểu nghiên cứu kiến thức liên quan, nhiên Luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Tơi kính mong Q thầy cơ, chun gia, người quan tâm đến đề tài, đồng nghiệp tiếp tục có ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài hoàn thiện Một lần xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 12 năm 2022 Hồ Hữu Lâm iv MỤC LỤC Trang Trang tựa LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii CÁC KÝ HIỆU ix LIỆT KÊ HÌNH x LIỆT KÊ BẢNG xii GIỚI THIỆU xiii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 SỰ PHÁT TRIỂN CỦA THIẾT BỊ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI 1.2 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐỐI VỚI NGHỊCH LƯU 1.3 TIÊU CHUẨN ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN LIÊN QUAN ĐẾN NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI 1.3.1 Tiêu chuẩn Quốc tế 1.3.2 Tiêu chuẩn Việt Nam .6 1.4 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN v 1.4.1 Bộ điều khiển dòng điện PI 1.4.2 Bộ điều khiển PR 1.4.2.1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển PR 1.4.2.2 Cơ sở nguyên lý điều khiển PR 10 1.4.3 Vịng lặp khóa pha điều khiển nghịch lưu hòa lưới 10 1.4.3.1 Sơ đồ nguyên lý vịng lặp khóa pha .10 1.4.3.2 Nhận xét làm việc điều khiển vịng lặp khóa pha điện áp lưới bị sụt giảm 12 CHƯƠNG TÍNH TỐN ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI KHI ĐIỆN ÁP LƯỚI BỊ SỤT GIẢM 16 2.1 ĐÁNH GIÁ SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG NGHỊCH LƯU HÒA LƯỚI KHI ĐIỆN ÁP LƯỚI BỊ SỤT GIẢM .16 2.2 TÁCH THÀNH PHẦN THỨ TỰ NGHỊCH KHI ĐIỆN ÁP LƯỚI SỤT GIẢM MẤT CÂN BẰNG 19 2.3 TÍNH TỐN CƠNG SUẤT ĐỊNH MỨC CỦA BỘ NGHỊCH LƯU HÒA LƯỚI KHI ĐIỆN ÁP LƯỚI MẤT CÂN BẰNG .21 2.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG KHẢO SÁT 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ KHẢO SÁT 25 3.1 CÀI ĐẶT THAM SỐ 25 3.2 PHƯƠNG PHÁP THÔNG THƯỜNG 27 3.3 PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT 31 CHƯƠNG KẾT LUẬN 38 vi 4.1 Kết đạt .38 4.2 Hướng phát triển .39 TÀI LIỆU THAM KHẢO vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT DG (Distributed Generation) nguồn điện phân tán DSP (Digital signal processor) vi xử lý tín hiệu số PR (Proportional resonance) điều khiển tỉ lệ cộng hưởng PI (Proportional integral) điều khiển tỉ lệ tích phân PLL (Phase locked loop) vịng lặp khóa pha SVPWM (Space vector pulse width modulation) điều chế vector không gian MPPT (Maximum power point tracking) dị điểm cơng suất cực đại THD (Total harmonic distortion) độ biến dạng sóng hài tồn phần viii Hình 3.14 Phóng to dịng điện điện áp pha đầu nghịch lưu điều khiển theo phương pháp tác giả đề xuất Bảng 3-4 Kết khảo sát thời điểm 0,65s hệ thống nghịch lưu điều khiển theo phương pháp tách thành phần thứ tự thuận thứ tự nghịch điện áp lưới Dòng điện Dòng điện (A) THD (%) Pha A 42,03 1,31 Pha B 41,66 0,99 Pha C 41,92 1,01 Độ tăng dòng điện trung bình ~0 % Ghi Hơn nữa, phương pháp tác giả đề xuất tính tốn lại cơng suất danh định đề xuất làm giảm theo kết ước lượng biên độ điện áp lưới PLL điện áp lưới bị sụt giảm cân Điều làm cho dịng điện đặt hình 3.9 xảy cân không vượt danh định Vì thế, dịng điện đỉnh ba pha ngõ nghịch lưu hình 3.10 sau thời điểm 0,2 s không tăng lên đáng kể so với dòng điện điện mức 42,85 A, việc giúp cho linh kiện bán dẫn bên 35 nghịch lưu khơng bị hư hại, từ giúp nghịch lưu vận hành lâu dài hơn, bền bỉ Mặt khác, tổng độ méo dạng sóng hài tồn phần THD dòng điện bơm vào lưới nghịch lưu điều khiển theo phương pháp phân tách điện áp thứ tự thuận điện áp thứ tự nghịch điện áp lưới thời điểm trước sau xảy cố gây sụt giảm điện áp lưới cân hình 3.12 hình 3.13 tương ứng 1,1 % 1.31 % Các giá trị nhỏ giới hạn tiêu chuẩn nhỏ nhiều so với THD phương pháp thơng thường minh họa hình 3.15 Biểu đồ so sánh sóng hài dịng điện ngõ nghịch lưu nối lưới Tổng độ méo dạng sóng hài tồn phần (%) 14 12 10 Phương pháp thông thường Phương pháp đề xuất Pha A Pha B Pha C Hình 3.15 Biểu đồ so sánh sóng hài dịng điện ngõ nghịch lưu hịa lưới Thêm vào đó, cơng suất phát vào lưới nghịch lưu điều khiển theo phương pháp tác giả đề xuất thể hình 3.11 cho thấy P ≈ 16,5 kW Q ≈ 8,4 kVar Trong công suất bơm vào lưới theo phương pháp thông hình 3.4 đạt khoảng P ≈ 12 kW Q ≈ 8,5 kVar Điều cho thấy hiệu mục tiêu phát công suất tác dụng vào hệ thống lưới điện phương pháp đề xuất Bộ nghịch lưu điều khiển theo phương pháp đề xuất đảm bảo phát 36 tối đa công suất tác dụng theo khả năng, vừa đảm bảo dòng điện đỉnh không vượt giá trị định mức điện áp lưới cân Như vậy, điều khiển nghịch lưu nối lưới theo phương pháp đề xuất phân tách thành phần thứ tự thuận thành phần thứ tự nghịch có điện áp lưới để điều khiển, cho thấy hiệu so với phương pháp thông thường xảy sụt giảm điện áp lưới gây cân điện áp lưới việc: - Tối ưu công suất tác dụng phát vào lưới - Giới hạn dòng điện đỉnh định mức để bảo vệ linh kiện bán dẫn công suất nghịch lưu - Giảm dao động công suất tác dụng để tăng độ bền điện phía chiều - Giảm thiểu sóng hài dịng điện phát vào lưới 37 CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Trong vận hành hệ thống nghịch lưu hòa lưới, xảy cố làm sụt giảm điện áp không đối xứng xảy ra, giải pháp điều khiển truyền thống không sử dụng lọc thành phần thứ tự thường không ghi nhận tồn thành phần thứ tự nghịch có điện áp lưới, làm cho thơng số mà vịng lặp khóa pha ước lượng bị sai lệch có chứa thành phần dao động Bài luận văn đưa vào thành phần giúp nhận biết xuất thành phần điện áp thứ tự nghịch, giúp cho tham số ước lượng vịng khóa pha khơng bị sai lệch, từ giúp nâng cao kết tính tốn khác trình điều khiển nghịch lưu nối lưới Bài luận văn đề xuất phương pháp để tính tốn lại cơng danh định nghịch lưu hòa lưới vận hành điều kiện lưới điện bị cố làm cho điện áp lưới cân nhờ áp dụng lọc hệ số phức để phân tách thành phần điện áp lưới thứ tự nghịch Điều giúp cho dòng điện qua linh kiện điện tử hệ thống nghịch lưu hịa lưới khơng vượt q dịng điện định mức để linh kiện không bị hư hỏng Trong đề tài thực thường quan tâm đến phát cơng suất dẫn đến nguy q dịng cho linh kiện điện tử công suất Kết khảo sát cho thấy tính hiệu phương pháp mà tác giả đề xuất so với phương pháp không dùng lọc thành phần thứ tự nghịch với mục tiêu: phát công suất tác dụng vào lưới điện nhiều hơn, dòng điện qua nghịch lưu nhỏ hơn, sóng hài dịng điện phát vào lưới điện thấp Qua việc nghiên cứu đề tài cho thấy việc vận hành hệ thống nghịch lưu kết nối với lưới điện điều kiện điện áp lưới bị sụt giảm không đồng đối xứng tạo nên rủi ro dao động cơng suất, làm tăng sóng hài lưới điện chí gây hư hỏng thiết bị vận hành với thời gian dài Do cần hạn chế việc vận hành nghịch lưu điện áp lưới giảm thấp cân Thực tế Việt Nam nay, có nhiều nhà máy điện mặt trời có cơng suất lớn đấu nối vào hệ thống điện, 38 hệ thống nghịch lưu hòa lưới thường ưu tiên phát công suất hữu công vào lưới điện để tối đa hóa lợi nhuận Dẫn đến, số trường hợp điện áp lưới điện thường bị giao động lớn, gây an tồn cho thiết bị nghịch lưu vận hành điều kiện điện áp bị sụt giảm Do hệ thống nghịch lưu hòa lưới cần phải cài đặt thông số tuân thủ tiêu chuẩn nối lưới để đảm bảo vận hành an toàn, liên tục, tin cậy cho thiết bị nghịch lưu cho hệ thống điện Ngoài ra, phương pháp đề xuất áp dụng cho trường hợp lưới điện bị tải Do tải lưới điện điều khiển PLL nhận biết biên độ điện áp lưới, lúc điện áp bị sụt giảm đồng ba pha khơng có thành phần điện áp thứ tự nghịch biên độ điện áp thứ tự thuận bị sụt giảm Trường hợp điện áp lưới bị sụt giảm nhỏ 10% điện áp định mức điều khiển điều khiển để phát Q bù lại sụt giảm điện áp Trường hợp điện áp lưới bị sụt giảm lớn 10% điện áp định mức điều khiển giữ nguyên công suất tác dụng công suất phản kháng phát 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để hệ thống nghịch lưu nối lưới điều khiển theo phương pháp phân tách thành phần điện áp lưới thành phần điện áp thứ tự ứng dụng hiệu có tính khả thi chế tạo chuyển giao công nghệ thực tế, đề tài cần mở rộng nghiên cứu thêm nội dung sau: - Thiết kế thêm mạch bảo vệ cho linh kiện điện tử bên hệ thống nghịch lưu bảo vệ cho lưới điện - Ước lượng, tính tốn tổng trở hệ thống điện để điều khiển xác trong vận hành bình thường có cố - Mở rộng hướng nghiên cứu để áp dụng cho lọc tích cực, nguồn điện dự phịng, ổn định điện áp động… 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R Teodorescu, M Liserre, and P (Electrical engineer) Rodríguez, Grid converters for photovoltaic and wind power systems John Wiley & Sons, Ltd, 2011, pp.01-382 [2] D Feldman, “Spring 2022 Solar Industry Update,” 2022 Internet: https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/82854.pdf, 25/5/2022 [3] R Teodorescu, F Blaabjerg, M Liserre, and P C Loh, “Proportional-resonant controllers and filters for grid-connected voltage-source converters,” IEE Proc Electr Power Appl., vol 153, no 5, pp 750–762, 2006, doi: 10.1049/ipepa:20060008 [4] G De Donato, G Scelba, G Borocci, F Giulii Capponi, and G Scarcella, “Fault-decoupled instantaneous frequency and phase angle estimation for three-phase grid-connected inverters,” IEEE Trans Power Electron., vol 31, no 4, pp 2880–2889, 2016, doi: 10.1109/TPEL.2015.2445797 [5] Z Rymarski, K Bernacki, and L Dyga, “A control for an unbalanced 3-phase load in UPS systems,” Elektron ir Elektrotechnika, vol 24, no 4, pp 27–31, 2018, doi: 10.5755/j01.eie.24.4.21474 [6] P Rodríguez, R Teodorescu, I Candela, A V Timbus, M Liserre, and F Blaabjerg, “New positive-sequence voltage detector for grid synchronization of power converters under faulty grid conditions,” in PESC Record - IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference, 2006 doi: 10.1109/PESC.2006.1712059 [7] T Q Thọ, “Điều khiển công suất nghịch lưu nối lưới điều kiện sụt áp nguồn lưới Mã số: T2018-58TĐ,” 2018 [8] R Zeng, L Xu, L Yao, and S J Finney, “Analysis and control of modular multilevel converters under asymmetric arm impedance conditions,” IEEE Trans Ind Electron., vol 63, no 1, pp 71–81, 2016, doi: 10.1109/TIE.2015.2477057 [9] X Guo, W Liu, X Zhang, X Sun, Z Lu, and J M Guerrero, “Flexible control strategy for grid-connected inverter under unbalanced grid faults without PLL,” IEEE Trans Power Electron., vol 30, no 4, pp 1773–1778, 2015, doi: 10.1109/TPEL.2014.2344098 [10] Y Zhang and C Qu, “Table-Based Direct Power Control for Three-Phase AC/DC Converters under Unbalanced Grid Voltages,” IEEE Trans Power Electron., vol 30, no 12, pp 7090–7099, 2015, doi: 10.1109/TPEL.2014.2387694 [11] H Akagi, E H Watanabe, and M Aredes, “Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning,” Instant Power Theory Appl to Power Cond., 2017, doi: 10.1002/9781119307181 [12] A A Montanari and A M Gole, “Enhanced Instantaneous Power Theory for Control of Grid Connected Voltage Sourced Converters under Unbalanced Conditions,” IEEE Trans Power Electron., vol 32, no 8, pp 6652–6660, 2017, doi: 10.1109/TPEL.2016.2627049 [13] T.- Bct and D I Management, “Thông tư số 30/2019/TT-BCT Bộ Công thương: Sửa đổi, bổ sung số điều Thông tư số 25/2016/TT-BCT ngày 30 tháng 11 năm 2016 Bộ trưởng Bộ Công Thương quy định hệ thống điện truyền tải Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 của,” 2019, [Online] Available: https://vanban.chinhphu.vn/default.aspx?pageid=27160&docid=198473 [14] J Hu and Y He, “Modeling and control of grid-connected voltage-sourced converters under generalized unbalanced operation conditions,” IEEE Trans Energy Convers., vol 10.1109/TEC.2008.921468 23, no 3, pp 903–913, 2008, doi: [15] P Rodríguez, A Luna, M Ciobotaru, R Teodorescu, and F Blaabjerg, “Advanced grid synchronization system for power converters under unbalanced and distorted operating conditions,” in IECON Proceedings (Industrial Electronics Conference), 2006, pp 5173–5178 doi: 10.1109/IECON.2006.347807 [16] M A Shuvra and B H Chowdhury, “Selective Harmonic Compensation by Smart Inverters using Multiple-Complex-Coefficient-Filter (MCCF) during Unbalanced Fault Condition.” [17] Trần Quang Thọ, "Điều khiển nghịch lưu nối lưới ba pha cân điện áp," Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật, Số 51, 01/2019 CONTROL FOR GRID-CONNECTED INVERTERS WHEN THE GRID VOLTAGE DROPS Ho Huu Lam HCM city University of Technology and Education ABSTRACT Solar power plant needs to be connected to the grid through grid-connected inverters because this energy source is highly dependent on the weather When the grid voltage is reduced, it will create a reverse sequence voltage component Many studies on grid-connected inverter control when the grid voltage is reduced, have not fully assessed the influence of the reverse-order voltage component, leading to the risk of overcurrent for power electronic components This paper proposes a calculation solution to adjust the power and current of the grid-tied inverter in case the grid voltage is dropped and unbalanced, by using a complex filter to determine the change of the amplitude of the forward and reverse order voltage components The simulation results on Matlab/Simulink have verified the effectiveness of the proposed control method Keywords: grid-connected inverters; phase lock loop; complex filter; PR controller; rated capacity of the inverter I INTRODUCTION Under normal operating conditions, gridtied inverter often give priority to generating active power into the grid However, grid-tied inverters need to generate reactive power to support the grid in the event of a grid voltage drop [1], [2], When an asymmetric voltage drop occurs, will create reverse order voltage components [3], [4] The reverse-sequence voltage components will degrade the device's ability to generate active power Many papers have been published on gridtied inverter control in the condition of unbalanced grid voltage [5], [6], [7] The results show that these methods recognize the change of the forward sequence voltage, the reverse sequence voltage is incomplete when the mains voltage was decreased, leading to the risk of overcurrent for power electronic components because the capacity of the inverter was recalculated when the forward sequence voltage is low The saturation control technique in [8] relies on a list of power states to control the inverter, but solving the transients of zerosequence voltages is generally still quite complicated [9] This problem affects the power distribution in all three phases The delta connection of the transformer windings is also used to suppress the zero-sequence current component However, this type of winding wiring can lead to overvoltages in the event of a single-phase earth fault To solve this problem, published in [10], a control solution through instantaneous power conversion is proposed to improve the power transmission capacity of the grid-tied inverter, while also eliminating the power fluctuations However, the fact that the inverter is overcurrent has not been fully evaluated This paper proposes a computational solution to adjust the current limit of the inverter in the case of asymmetrical grid voltage by using a complex filter in the phaselocked loop (PLL), determine the decrease of the forward-sequence voltage amplitude and the increase of the reverse-sequence voltage amplitude, thereby recalculating the power and current passing through the inverter II CALCULATION FOR CONTROL INVERTER WHEN GRID VOLTAGE DROPS 2.1 Analysis of the operation of the inverter when the mains voltage is reduced Consider the schematic depicting the control principle of a grid-tied inverter shown in figure Since the three-phase three-wire system has no zero-sequence current component, the unbalanced voltage will be rewrite as follows: Vsa = V+sin(ωt+φ+)+ V-sin(ωt+φ-) Vsb=V+sin(ωt-2π/3+φ+)+V-sin(ωt+2π/3+φ-) (1) Vsc=V+sin(ωt+2π/3+φ+)+V-sin(ωt-2π/+φ-) Page | 𝑞 = (𝑉𝛽+ ∗ 𝐼𝛼+ − 𝑉𝛼+ ∗ 𝐼𝛽+ + 𝑉𝛽− ∗ 𝐼𝛼− − 𝑉𝛽− ∗ 𝐼𝛽− ) + (𝑉𝛽+ ∗ 𝐼𝛼− − 𝑉𝛼+ ∗ 𝐼𝛽− + 𝑉𝛽− ∗ 𝐼𝛼+ − 𝑉𝛼− ∗ 𝐼𝛽+ ) Figure Sơ đồ mô tả nguyên lý điều khiển nghịch lưu hòa lưới Similarly, the current also contains a reverse order component as follows: Ia = I+sin(ωt+δ+)+ I-sin(ωt+ δ -) Ib = I +sin(ωt-2π/3+ δ +)+ I -sin(ωt+2π/3+ δ -) (2) Ic = I +sin(ωt+2π/3+ δ +)+ I -sin(ωt-2π/3+ δ -) (6) The power component fluctuates due to the product of the forward sequence voltage with the reverse sequence current or vice versa Fluctuating active power will cause adverse oscillations for the DC and AC side of the system Reactive power fluctuations will affect the amperage of the AC side and may cause unsafety in grid operation 2.2 Separation of reverse order grid voltage components Use a complex filter to separate the forward and reverse order voltage components as shown in Figure Where, Vαβ is the grid voltage in the αβ coordinate system, 𝜔𝑐 is the cutoff frequency, 𝜔0 is the estimated angular frequency, and n is the harmonic to be split [4] Where: V+, I+ are the amplitudes of the voltage and current in the forward order V-, I- are the amplitudes of voltage and current in the forward order The apparent power is determined as follows: ∗ 𝑠 = 𝜈𝛼𝛽 𝑖𝛼𝛽 = 𝑝 + 𝑗𝑞 (3) Where: 𝜈𝛼𝛽 and 𝑖𝛼𝛽 are the voltage and current vectors in the SRF coordinate system, p and q are the active and reactive power, respectively When the grid voltage is balanced, there will be no fluctuation in active and reactive power However, when the mains voltage is dropped and unbalanced, there will be reverse sequence voltages present in both voltage and current Then the apparent power s will be determined as follows: ∗ ∗ + − + − 𝑠 = 𝜈𝛼𝛽 𝑖𝛼𝛽 = (𝑣𝛼𝛽 + 𝑣𝛼𝛽 ) (𝑖𝛼𝛽 + 𝑖𝛼𝛽 ) = 𝑝 + 𝑗(4) 1 −𝑗𝜋/2 −𝑒 2.3 Recalculate the power of the inverter In normal operation, the active power P of the grid-tied solar inverter is maximally generated according to the solar irradiance When the voltage drops to less than 90% of the rated voltage, the grid-tied inverter must give priority to generating power Q to meet the reactive power demand for the grid as required by the grid connection standard as shown in Figure [5] −𝑒 −𝑗𝜋/2 ] 1 + Với 𝑣𝛼𝛽 = [ −𝑗𝜋/2 𝑒 − 𝑣𝛼𝛽 = [ Figure Complex filter to separate the ordinal components of the mains voltage 𝑒 −𝑗𝜋/2 ] Similarly, we can calculate for the forward and reverse order currents in the SRF coordinate systes And p, q are calculated as follows: 𝑝 = (𝑉𝛼+ ∗ 𝐼𝛼+ + 𝑉𝛽+ ∗ 𝐼𝛽+ + 𝑉𝛼− ∗ 𝐼𝛼− + 𝑉𝛽− 𝐼𝛽− ) +(𝑉𝛼+ ∗ 𝐼𝛼− + 𝑉𝛽+ ∗ 𝐼𝛽− + 𝑉𝛼− ∗ 𝐼𝛼+ + 𝑉𝛽− ∗ 𝐼𝛽+ ) (5) Figure Requirements for reactive power generation when mains voltage drops In case the grid is unbalanced and the grid voltage is reduced, the power calculated based on the voltage will also be reduced and the apparent power should be recalculated as follows [4], [5]: Page | 𝑆𝑛𝑒𝑤 = 𝑆 √(𝑉𝛼+2 +𝑉𝛽+2 )−(𝑉𝛼−2 +𝑉𝛽−2 ) 𝑉max𝑛 (7) Where Snew is the new rated power in reverse order, S is the rated apparent power of the inverter, ∆V (%) is the voltage drop, Vmaxn is the rated voltage amplitude and Vmax is the voltage amplitude that the PLL phaselocked loop can estimate [4] The voltage drop taking into account the effect of the reverse-order voltage component is calculated as follows (∆𝑉𝑛𝑒𝑤 ) : ∆𝑉𝑛𝑒𝑤 (%) = 100% 𝑉max𝑛−|√𝑉𝛼+2 +𝑉𝛽+2 −√𝑉𝛼−2 +𝑉𝛽−2 | 𝑉max𝑛 (8) DC side inductance Rated power Kp, Ki of phase-locked loop VCO Ldc P Kp, KI PR controller 0,001 mH 20 kVA 222,1; 11974 0,6525; 1,1323 The parameters of the PR controller and the PI controller of PLL are determined based on [11] and verified by probing the controller parameters using the swarm optimization method (PSO) in Matlab 3.2 Principle diagram of system The reactive power, active power applied to the equipment should be recalculated [4], [5]: 𝑄𝑟𝑒𝑓 = [ 𝑖𝑓 ∆𝑉𝑛𝑒𝑤 (%) ≤ 10% (9) √2𝑆𝑛𝑒𝑤 ∆𝑉𝑛𝑒𝑤 𝑖𝑓 ∆𝑉𝑛𝑒𝑤 (%) > 10% (10) 2 𝑃𝑛𝑒𝑤 ≤ √𝑆𝑛𝑒𝑤 − 𝑄𝑟𝑒𝑓 In practice, because the solar irradiance varies continuously, the detected power from the peak power detector Pmppt varies Therefore, the power to calculate the applied current is as follows: 𝑃𝑛𝑒𝑤 𝑖𝑓 𝑃𝑛𝑒𝑤 ≤ 𝑃𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑃𝑟𝑒𝑓 = [ 𝑃𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑖𝑓 𝑃𝑛𝑒𝑤 > 𝑃𝑚𝑝𝑝𝑡 (11) Then, the new current passing into the inverter is recalculated as follows [4]: 𝑖𝛼_𝑟𝑒𝑓𝑛 𝑃𝑟𝑒𝑓 −𝑄𝑟𝑒𝑓 𝑉𝛼+ [ ] = ∗ 𝑉 +2 +𝑉 +2 [ ] [ ] (12) 𝑖𝛽_𝑟𝑒𝑓𝑛 𝑄𝑟𝑒𝑓 𝑃𝑟𝑒𝑓 𝑉𝛽+ 𝛼 𝛽 Because the rated power of the inverter has been reduced with the drop of the mains voltage, the current through the device is also reduced to ensure that the inverter does not overcurrent Figure The schematic diagram of the system The author will investigate the conventional method (the method does not consider the influence of the reverse order voltage) and the proposed method (taking into account the influence of the reverse order voltage through the complex filter) for comparison 3.3 Survey results in conventional methods From to 0.2s, the grid operate normally and the grid voltage is balanced, so the estimated parameters of the PLL are relatively accurate as shown in Figure III RESULTS AND DISCUSSION 3.1 Principle diagram of system survey Parameter DC side voltage Rated voltage of grid power (3 phase) Grid resistance Grid Inductance Grid filter resistance Grid filter inductance Inverter filter resistance Inverter filter inductance Filter capacitor DC side capacitor Symbol Vdc Value 700 V Vs 380V Rs Ls Rg Lg Ri Ri Cf Cdc 0,1 Ω 0,05 mH 0,01 Ω 0,01 mH 0,01 Ω 12 mH 15 μF 100 μF Figure Grid parameters detected by Page | conventional PLL controllers increases the harmonics of the inverter's current into the grid Table Current and THD under conventional control Current Figure The current pumped into the grid of the conventional method Phase A Phase B Phase C Average current rise Basic current (A) 50,9 52,2 42,7 12% THD (%) 6,65 8,9 12,9 Figure Power to the grid of conventionally controlled inverter Because the PLL is relatively accurate in the estimation of the period from to 0.2s, it has helped that the current pumped into the grid in Figure has an amplitude within the allowable limit, as well as the power generated into the grid of the inverter is not oscillated In addition, the total harmonic distortion of the current at the output of the inverter has a value of 3.0 % and is less than the allowable limit of 5% However, when a fault occurs causing the grid voltage to be unbalanced after 0.2s, the mains voltage parameters including amplitude, frequency, and phase angle estimated by the PLL controller contain oscillation components as shown in Figure The cause of this oscillation is due to the reverse-order voltage component present in the grid voltage Figure Phase A current harmonics at 0.65s On the other hand, power fluctuations from 10000 to 20000W will cause power fluctuations for the DC side, affecting the durability of solar panels 3.4 Survey results in the proposed method Surveys the control model of the grid-tied inverter when a fault occurs causing the grid voltage to drop unbalanced using a complex filter to separate the forward and reverse order voltage components of the grid voltage The output current of the inverter as shown in figure since 0.2 s has increased significantly and exceeds the rated value After 0.65s, the amplitude of the fundamental order current in phases A and B increases to 50.9 A and 52.2 A Total harmonic distortion THD in phase A increased to 6.65%, THD in phase B increased to 8.9% and THD in phase C increased up to 12.97% shown in Figure and Table THD in phase A and B both exceed the standard limit of 5% It is this decrease in grid voltage amplitude that Figure Parameters estimated by PLL according to the proposed method Page | Độ tăng dịng điện trung bình Hình 10 Inverter output current when controlling according to the proposed method ~0 % The proposed method recalculates the reduced rated power according to the result of the grid voltage amplitude estimation of the PLL Therefore, the three-phase peak current at the output of the inverter as shown in Figure 11 after 0.2 s does not increase significantly, which helps to prevent the semiconductor components in the inverter from being damaged The THD of the inverter's grid injected current at the time after the fault occurs, causing a drop in grid voltage as 1.1 % and 1.31 %, respectively These values are less than the standard limit and less than the THD of the conventional method Figure 11 Power output of the inverter when controlled according to the proposed method Figure 12 Phase A current harmonics at 0.65s From to 0.2 s, the grid voltage is balanced, the PLL estimates accurately The reverse current generated into the grid as shown in Figure 11 has an amplitude within the allowable limit The output power to the grid of the inverter is also not fluctuating The output power to the grid of the inverter when controlled by the proposed method is also shown in Figure 11 showing that P 16.5 kW compared to the throughput method in Figure is only about P ≈ 12 kW This shows the effectiveness of the target of generating active power into the grid system Thus, controlling the grid-connected inverter by the method of separating the forward and reverse order components contained in the grid voltage for control, shows the effectiveness in: Optimizing active power broadcast into the net; limit the rated current to protect the power semiconductor components of the inverter; reduce the fluctuation of active power; reduce the harmonics of the current to the grid IV CONCLUSION This paper proposes a method to recalculate the rated power of the gridconnected inverter operating in the unbalanced mains voltage condition by applying a complex filter to separate the reverse-order grid voltage component This helps to prevent the current through the electronic components of the grid inverter from exceeding the rated current of the undamaged component The survey results have shown the effectiveness of Bảng Current and THD under proposal control the proposed method through the following criteria: generating more active power into the Dòng điện Dòng điện THD (%) grid, smaller current through the inverter, and (A) lower harmonics of the current generated into Pha A 42,03 1,31 the grid Pha B 41,66 0,99 When the grid voltage has been unbalanced since 0.2s, the grid voltage parameters including frequency, amplitude, and phase angle estimated by the PLL not contain the oscillating components as shown in Figure 10 into the separation of the forward and reverse order grid voltage components Therefore, the output current of the inverter is not increased too high Pha C 41,92 1,01 In order for the study to be applied, the Page | topic needs to be further studied the following contents: - Design additional protection circuits for electronic components inside the inverter - Estimate the total impedance of the power system for more precise control THANK YOU To complete this article, I would like to thank Dr Tran Quang Tho – my scientific guide, who spent a lot of time and effort to guide me in the process of conducting research and completing this paper this newspaper REFERENCES [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] R Teodorescu, F Blaabjerg, M Liserre, and P C Loh, “Proportional-resonant controllers and filters for grid-connected voltage-source converters,” IEE Proc Electr Power Appl., vol 153, no 5, pp 750–762, 2006, doi: 10.1049/ip-epa:20060008 G De Donato, G Scelba, G Borocci, F Giulii Capponi, and G Scarcella, “Fault-decoupled instantaneous frequency and phase angle estimation for three-phase grid-connected inverters,” IEEE Trans Power Electron., vol 31, no 4, pp 2880–2889, 2016, doi: 10.1109/TPEL.2015.2445797 Z Rymarski, K Bernacki, and L Dyga, “A control for an unbalanced 3-phase load in UPS systems,” Elektron ir Elektrotechnika, vol 24, no 4, pp 27–31, 2018, doi: 10.5755/j01.eie.24.4.21474 P Rodríguez, R Teodorescu, I Candela, A V Timbus, M Liserre, and F Blaabjerg, “New positive-sequence voltage detector for grid synchronization of power converters under faulty grid conditions,” in PESC Record - IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference, 2006 doi: 10.1109/PESC.2006.1712059 T Q Thọ, “Điều khiển công suất nghịch lưu nối lưới điều kiện sụt áp nguồn lưới Mã số: T2018-58TĐ,” 2018 R Zeng, L Xu, L Yao, and S J Finney, “Analysis and control of modular multilevel converters under asymmetric arm impedance conditions,” IEEE Trans Ind Electron., vol 63, no 1, pp 71– 81, 2016, doi: 10.1109/TIE.2015.2477057 X Guo, W Liu, X Zhang, X Sun, Z Lu, and J M Guerrero, “Flexible control strategy for gridconnected inverter under unbalanced grid faults without PLL,” IEEE Trans Power Electron., vol 30, no 4, pp 1773–1778, 2015, doi: 10.1109/TPEL.2014.2344098 Y Zhang and C Qu, “Table-Based Direct Power Control for Three-Phase AC/DC Converters under Unbalanced Grid Voltages,” IEEE Trans Power Electron., vol 30, no 12, pp 7090–7099, 2015, doi: 10.1109/TPEL.2014.2387694 H Akagi, E H Watanabe, and M Aredes, “Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning,” Instant Power Theory Appl to Power Cond., 2017, doi: 10.1002/9781119307181 A A Montanari and A M Gole, “Enhanced Instantaneous Power Theory for Control of Grid Connected Voltage Sourced Converters under Unbalanced Conditions,” IEEE Trans Power Electron., vol 32, no 8, pp 6652–6660, 2017, doi: 10.1109/TPEL.2016.2627049 R Teodorescu, M Liserre, and P (Electrical engineer) Rodríguez, Grid converters for photovoltaic and wind power systems John Wiley & Sons, Ltd, 2011, pp.01-382 The author is responsible for the article: Name: Ho Huu Lam Organization: HCM city University of Technology and Education Cell Phone: 0973305878, Email: huulamid@gmail.com Instructor Confirmation: Dr Tran Quang Tho Page | S K L 0