Kỹ Thuật Điều Khiển Vector Cho Bộ Nghịch Lưu Áp Đa Bậc Kỹ Thuật Điều Khiển Vector Cho Bộ Nghịch Lưu Áp Đa Bậc.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DŨNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC NGÀNH THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN 60525[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DŨNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ***** LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN DŨNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC Chuyên ngành : THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành : 60 52 50 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ***** LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC Chuyên ngành : THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành : 60 52 50 Họ Tên học viên : TRẦN DŨNG Người hướng dẫn : TS NGUYỄN VĂN NHỜ Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN NHỜ Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc só bảo vệ : HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2005 Bộ Giáo Dục & Đào Tạo TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phuùc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Trần Dũng Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 05 – 05 – 1975 Nơi sinh : Quảng Trị Chuyên ngành : Thiết bị mạng &nhà máy điện Mã số : 60 52 50 TÊN ĐỀ TÀI : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR CHO BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC II_ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Thực đầy đủ nội dung, tiến độ yêu cầu thông qua bảo vệ đề cương với chương sau: 1/ Tổng quan đề tài, lý chọn đề tài 2/ Giới thiệu nghịch lưu đa bậc kỹ thuật điều chế nói chung 3/ Phân tích kỹ thuật điều chế PWM : kỹ thuật điều chế sóng mang, kỹ thuật điều chế vector không gian, kỹ thuật triệt tiêu sóng hài chọn lọc 4/ Trình bày kỹ thuật điều khiển vector cải tiến điều khiển vector 5/ Mô mô hình tóan học phần mềm PSIM C++ 6/ Phân tích, đánh giá kết mô phỏng, số đề xuất 7/ Kết luận, hướng phát triển tương lai III_ NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15 – 02 – 2005 IV_ NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V_ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN VĂN NHỜ VI_ CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT : VII_ CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT : CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT CÁN BỘ NHẬN XÉT Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2005 TRƯỞNG PHÒNG QLKH – SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH LỜI CẢM ƠN -o0o - Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Văn Nhờ tận tình, hướng dẫn để hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn Q thầy, cô phòng Quản Lý Khoa Học – Sau Đại Học trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, Q thầy, cô môn Hệ Thống Điện trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, Các anh, chị quản lý phòng máy tính khoa Điện – Điện tử tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên tạo điều kiện cho nhiều trình học tập thực luận văn việc tìm kiếm thông tin tài liệu khác có liên quan Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 08 năm 2005 Học viên Trần Dũng MỤC LỤC PHẦN A : MỤC LỤC Trang PHẦN B : NỘI DUNG CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ BỘ NGHỊCH LƯU ÁP ĐA BẬC VÀ CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ NÓI CHUNG 1.1 TỔNG QUAN 1.1.1 Tính cần thiết phải nghiên cứu kỹ thuật điều khiển cho nghịch lưu đa bậc nói chung 1.1.2 Ưu điểm nghịch lưu áp đa bậc nói chung 1.1.3 Ưu điểm tiên đóan ban đầu kỹ thuật SVC theo hướng đề xuất 1.1.4 Một số hạn chế chưa khảo sát theo kỹ thuật đề xuất 3 GIỚI THIỆU MỘT SỐ CẤU TRÚC CỦA BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC 1.2.1 Giới thiệu nghịch lưu áp nói chung 1.2.2 Một số cấu trúc mạch động lực nghịch lưu áp đa bậc 1.2.2.1 Cấu trúc nghịch lưu dạng Cascade ( cascade inverter ) 1.2.2.2 Cấu Trúc Nghịch Lưu Chứa Cặp Diode kẹp ( Neutral Point Clamped Multilevel Inverter – NPC ) 1.2.2 Cấu Trúc Nghịch Lưu dùng tụ kẹp (Capacitor-Clamped Multilevel Inverter) 1.3 CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ NÓI CHUNG 1.3.1 Quy Trình Đóng Ngắt linh kiện công suất nghịch lưu áp đa bậc 3.1.1 Tổng Quát 1.3.1.2 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghịch Lưu p Ba Bậc 1.3.1.3 Trạng Thái Đóng Ngắt Bộ Nghịch Lưu p Năm Bậc 1.3.2 Phân loại kỹ thuật điều chế nói chung 10 1.3.3 Một số tiêu để đánh giá kỹ thuật PWM nghịch lưu 11 CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH CÁC KỸ THUẬT PWM 2.1 GIỚI THIỆU 14 2 KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ DÙNG SÓNG MANG 14 2.2.1 Các dạng sóng sóng mang dùng kỹ thuật điều chế PWM 15 2.2 Mô phân tích nghịch lưu áp ba bậc 17 2.2.3 Mô Phỏng Bộ Nghịch Lưu ÁP Bậc 20 2.3 PHƯƠNG PHÁP TRIỆT TIÊU SÓNG HÀI CHỌN LỌC 23 2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN 26 2.4.1 Vector Không Gian Của Bộ Nghịch Lưu p Đa Bậc 2.4.1.1 Khái niệm vector không gian 2.4.1.2 Vector không gian nghịch lưu áp đa bậc 27 2.4.2 Giản đồ vector điện áp nghịch lưu ba bậc 4.3 Giản đồ vector điện áp nghịch lưu năm bậc 29 MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT CỦA CPWM , SVPWM , SHE 31 CHƯƠNG III KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR (SVC) VÀ CẢI TIẾN KỸ THUẬT SVC 3.1 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VECTOR ( SVC : Space Vector Control ) 3.1.1 Giới thiệu 34 3.1.2 Kỹ thuật điều khiển vector 3.2 KỸ THUẬT SVC CẢI TIẾN THEO HƯỚNG ĐỀ XUẤT CỦA ĐỀ TÀI Xây dựng mô hình toán học 38 3.2.2 Các hàm toán học dựa mối tương quan hai phương pháp SVPWM CPWM 42 3.2 2.1 Định nghóa hàm Max, Mid, Min, Interger 3.2 2 Khối hàm Offset cực trị (Extreme Offset) 43 2 Hàm S để xác định K1, K2 , K3 3.3 GIẢI THUẬT THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT 45 3.4 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO CÁC KHỐI TRONG GIẢI THUẬT TRÊN 45 3.4.1 Chương trình cho khối tìm cực trị 3.4.2 Chương trình cho khối logic bao gồm hàm fmax ,và fmin 3.4.3 Hàm S thiết lập trực tiếp logic PSIM 3.4.4 Các hàm Pa10 , Pb10 , Pc10 thiết lập trực tiếp logic PSIM 3.4.5 Chương trình khối viết chương trình phần mềm C++ sau đưa vào khối DLL (ở phụ lục 4.3) 3.5 SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 47 3.5.1 Sơ đồ mạch mô 3.5.1.1 Mạch mô nghịch lưu ba bậc 48 3.5.1.2 Mạch mô nghịch lưu ba bậc 49 3.5.2 Kết mô 50 3.5.3 Phân tích nhận xét tính ưu việt nghịch lưu đa bậc 57 3.5.4 Phân tích kết mô tỉ số điều chế m tổng méo hài THD pha nghịch lưu bậc dùng cấu trúc diode kẹp 57 3.5.5 Mô nghịch lưu áp bậc với tải động 59 3.5.5.1 Mô nghịch lưu áp bậc với tải động 61 3.5.5.2 Dạng sóng Vf mô phõng hình 3.30 62 3.5.5.3 Nhận xét kết mô mục 3.5.5.1 62 CỦA ĐỀ TÀI 38 Xây dựng mô hình toán học 3.2.2 Các hàm toán học dựa mối tương quan hai phương pháp SVPWM CPWM 42 3.2 2.1 Định nghóa hàm Max, Mid, Min, Interger 3.2 2 Khối hàm Offset cực trị (Extreme Offset) 43 2 Hàm S để xác định K1, K2 , K3 3.3 GIẢI THUẬT THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT 45 3.4 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH CHO CÁC KHỐI TRONG GIẢI THUẬT TRÊN 45 3.4.1 Chương trình cho khối tìm cực trị 3.4.2 Chương trình cho khối logic bao gồm hàm fmax ,và fmin 3.4.3 Hàm S thiết lập trực tiếp logic PSIM 3.4.4 Các hàm Pa10 , Pb10 , Pc10 thiết lập trực tiếp logic PSIM 3.4.5 Chương trình khối viết chương trình phần mềm C++ sau đưa vào khối DLL (ở phụ lục 4.3) 3.5 SƠ ĐỒ MẠCH MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 47 3.5.1 Sơ đồ mạch mô 3.5.1.1 Mạch mô nghịch lưu ba bậc 48 3.5.1.2 Mạch mô nghịch lưu ba bậc 49 3.5.2 Kết mô 50 3.5.3 Phân tích nhận xét tính ưu việt nghịch lưu đa bậc 57 3.5.4 Phân tích kết mô tỉ số điều chế m tổng méo hài THD pha nghịch lưu bậc dùng cấu trúc diode kẹp 57 3.5.5 Mô nghịch lưu áp bậc với tải động 59 3.5.5.1 Mô nghịch lưu áp bậc với tải động 61 3.5.5.2 Dạng sóng Vf mô phõng hình 3.30 62 3.5.5.3 Nhận xét kết mô mục 3.5.5.1 62 PHẦN C KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 63 4.1 Kết luận 63 4.2 Đề xuất theo hướng phát triển đề tài 64 PHẦN D PHỤ LỤC Tài liệu thao khảo Lý lịch trích ngang Phụ lục Các nghịch lưu chứa hai khoá bán dẫn nhánh pha tải gọi chung nghịch lưu áp hai bậc ( two-level VSI ).Chúng ứng dụng rộng rãi phạm vi công suất vừa nhỏ Khái niệm hai bậc xuất phát từ trình điện áp đầu pha tải đến điểm điện chuẩn mạch thay đổi hai bậc giá trị khác Phụ lục 3.4.1 :khối cực trị #include void _declspec(dllexport) ham (double t,double delt,double *in,double *out) { double va,vb,vc,a1,a2,a3; va=in[0]; vb=in[1]; vc=in[2]; a1=in[3]; a2=in[4]; a3=in[5]; if(va>vb) { if(va>vc) { out[0]=va; if(vb>vc) { out[2]=vc;out[1]=vb;} else { out[2]=vb;out[1]=vc;} } else { out[0]=vc;out[2]=vb;out[1]=va;}} else { if(vb>vc) { out[0]=vb; if(va>vc) { out[2]=vc;out[1]=va;} else { out[2]=va;out[1]=vc;} } else { out[0]=vc;out[2]=va;out[1]=vb;}} out[3]=-2;out[4]=0;out[5]=0; } Phụ lục 3.4.2 : Khối tìm haøm fmax , fmin : #include void _declspec(dllexport) ham (double t,double delt,double *in,double *out) { double va,vb,vc; double max ,e,f; va=in[0]; vb=in[1]; vc=in[2]; max=in[3]; e=in[4]; f=in[5] if(va==max) { out[0]=1;} else{ out[0]=0;} if(vb==max) { out[1]=1;} else{ out[1]=0;} if(vc==max) { out[2]=1;} else{ out[2]=0;} out[3]=0;out[4]=0;out[5]=0; } Phụ lục 3.4.3 Trong PSIM cho phép sử dụng khối DLL (Dynamic Link Library Block) Các khối thực sau : - Soạn thảo chương trình thoả mãn thuật toán mà toán yêu cầu ngôn ngữ bậc cao C/C++ hay Fortran (thuận lợi C/C++) để tính toán toán mà dùng khối PSIM phức tạp - Sau đó, lấy chương trình vừa viết dịch sang tập tin chạy trực tiếp khối liên kết thông qua Microsoft C/C++ , Borland C/C++ … để tạo tập tin có phần mở rộng dll liên kết với PSIM Ngoài ưu điểm vừa nêu tập tin có phần mở rộng dll thuận lợi cho việc sử dụng lập lại mà không sợ ảnh hưởng lẫn dùng chung PSIM Thêm vào ta mô mạch tính toán phức tạp MATLAB, sau dùng chương trình biên dịch compiler 2.0 MATLAB 6.5 để dịch sang C/C++, để từ chuyển vào PSIM theo đường Khối DLL PSIM có định dạng 1, 3, 6, 12, 20, 25 ngõ vào/ra Ký hiệu DLL có ngõ vào/ra Hình 5.10: Hình : Ký hiệu khối DLL có ngõ vào/ra Khối DLL nhận liệu vào từ PSIM, thực tính toán theo chương trình viết ngôn ngữ C/C++ hay Fortran gửi tín hiệu trở lại PSIM PSIM gọi lệnh DLL cho bước mô theo thời gian tiết kiệm nhiều thời gian mô đặc biệt sử dụng lặp lại khối DLL Tuy nhiên đầu vào khối DLL kết nối với hay nhiều phần tử rời rạc (ví dụ trễ, vi/tích phân, khối chuyển đổi hàm miền Z, lọc số …), lúc khối DLL gọi theo thời gian lấy mẫu rời rạc Trong tập tin hướng dẫn (help) PSIM có trình bày ví dụ mẫu sử dụng Microsoft C/C++ Ngoài với Microsoft C/C++, Borland C/C++, có số file mẫu mà người dùng tham khảo để viết chương trình Để PSIM chạy chương trình khối DLL, tập tin nguồn điều khiển khối DLL tập tin chuyển sang đuôi DLL phải thư mục với chương trình PSIM Do giới hạn thời gian thực đề tài nên không mô hết toàn giải thuật phương pháp cụ thể không mô khối tạo tín hiệu kích hoạt (Active Signal Generator) mà điện áp nguồn điều khiển (Vrx12) lấy trực tiếp từ khối nguồn sin PSIM Phụ lục 3.5.3 (khảo sát tải gồm R=1 ,L=0,02H, tần số sóng mang fc =1000hz) ,riêng tỉ số điều chế m thay đổi theo biên độ sóng điều khiển : - m = 0,5196 - m = 0,6495 - m =0,866 m = 1,0825 - Dạng sóng common mode dòng điện tải m< 0,77 - Dạng sóng common mode dòng điện tải m=0,9526 - m=1,0825 #include void _declspec(dllexport) ham (double t,double delt,double *in,double *out) { double va,vb,vc; double max ,e,f; va=in[0]; vb=in[1]; vc=in[2]; max=in[3]; e=in[4]; f=in[5] if(va==max) { out[0]=1;} else{ out[0]=0;} if(vb==max) { out[1]=1;} else{ out[1]=0;} if(vc==max) { out[2]=1;} else{ out[2]=0;} out[3]=0;out[4]=0;out[5]=0; } Phuï luïc 3.5.3 Hàm V(f) có dạng toán học : V = Kf+Vo Trong đó, giá trị Vo chọn cho từ thông động định mức tốc độ zero giá trị K chọn cho điện áp định mức tốc độ định mức ( động ) Cài tốc độ Động KĐB Hình : Hệ thống điều khiển vòng hở ĐCKĐB LÝ LỊCH TRÍCH NGANG -o0o - Họ tên : Trần Dũng Năm sinh : Ngày 05 tháng 05 năm 1975 Nơi sinh : Quảng Trị Địa liên lạc : 232/4 - Khu phố –Phường Trung Dũng-Tp Biên Hòồng Nai Điện thoại: 0918388370 - E_mail: trandungg@yahoo.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 1995 đến năm 2000 học ngành điện- điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Từ năm 2003 đến học Cao học trường Đại Học Sư phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, chuyên ngành Thiết bị mạng & Nhà máy điện QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ năm 2000 đến nay, làm công tác giảng dạy trường Đại học Dân lập Lạc Hồng