58 Trang 6 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Điện áp xoay chiều đầu ra Điện áp của điểm nối giữa bộ biến đổi và hệ xoay chiều Đ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRIỆU DUY HỒNG MƠ HÌNH HĨA VÀ XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI ĐA MỨC CẤU TRÚC MODULE Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS PHẠM VIỆT PHƯƠNG Hà Nội - Năm 2017 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113813081000000 Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2017 Học viên thực Triệu Duy Hoàng Mục lục MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG iii DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ iv LỜI MỞ ĐẦU Chương TÌM HIỂU CHUNG VỀ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐA MỨC 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Bộ biến đổi đa mức cấu trúc module 1.3 Ứng dụng MMC 1.4 Tính cấp thiết đề tài 10 Chương 11 BỘ BIẾN ĐỔI ĐA MỨC CẤU TRÚC MODULE 11 2.1 Cấu trúc biến đổi đa mức cấu trúc module 11 2.1.1 Cấu trúc dạng nửa cầu 11 2.1.2 Cấu trúc dạng cầu 11 2.1.3 Cấu trúc dạng Đi-ốt kẹp 12 2.1.4 Cấu trúc dạng liên kết chéo 12 2.2 Nguyên lý biến đổi đa mức cấu trúc module 13 2.2.1 Nguyên lý hoạt động Sub Module 13 2.2.2 Nguyên lý hoạt động biến đổi MMC 15 Chương 19 MƠ HÌNH HỐ VÀ XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI MMC 19 3.1 Mơ hình hố biến đổi MMC xét pha 19 Mục lục 3.2 Mơ hình hố biến đổi MMC xét ba pha 22 3.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển cho biến đổi MMC 24 3.2.1 Phương pháp điều chế NLM 25 3.2.2 Phương pháp điều chế véc tơ không gian 27 3.2.3 Phương pháp điều chế PWM 28 3.2.4 Lựa chọn phương pháp điều khiển 29 3.3 Thiết kế mạch vòng điều khiển 29 3.3.1 Mạch vòng dòng điện 30 3.3.2 Mạch vịng cơng suất 34 3.3.3 Mạch vòng điện áp hiệu dụng 36 3.4 Tính tốn thơng số mạch 37 3.5 Hiệu chỉnh lại Matlab-Simulink 39 3.5.1 Hiệu chỉnh mạch vòng dòng điện 39 3.5.2 Hiệu chỉnh mạch vịng cơng suất 40 3.5.3 Hiệu chỉnh mạch vòng điện áp chiều 41 Chương 44 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN NLM VÀ PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 44 4.1 Thuật toán NLM 44 4.1.1 Thuật toán NLM cổ điển 44 4.1.2 Thuật toán NLM cải tiến 48 4.2 Lựa chọn thuật toán NLM cho MMC thuật toán cân điện áp 51 4.2.1 Lựa chọn thuật toán NLM cho MMC 51 4.2.2 Thuật toán cân điện áp 52 Chương 56 Mục lục MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ 56 5.1 Phần mềm thông số mô 56 5.2 Kết mô 57 5.2.1 Kết đầu thuật thoán NLM 57 5.2.2 Điện áp nhánh pha pha 57 5.2.3 Điện áp dây đầu 58 5.2.4 Điện áp pha đầu 58 5.2.5 Dòng điện đầu 59 5.2.6 Sóng hài TDH đầu 59 5.2.7 Tổng kết 59 KẾT LUẬN 61 PHỤ LỤC 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa Điện áp xoay chiều đầu Điện áp chiều đầu vào biến đổi Dòng điện chảy hệ xoay chiều , đổi Điện áp điểm nối biến đổi hệ xoay chiều , Dòng điện chảy mạch vòng , Điện cảm điện trở nguồn biến đổi , , nhánh Dòng điện chảy nhánh nhánh biến Điện cảm điện trở nhánh pha , ∑ Tổng điện áp tụ thuộc module chèn vào nhánh ∑ Tổng điện áp tụ nhánh nhánh , Điện dung Sub-module điện dung tương đương Hệ số chèn nhánh nhánh N , Số lượng Sub-module nhánh pha m Chỉ số điều chế , Thành phần d q điện áp lưới Thành phần d q dòng điện CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT MMC Modular Multilevel Bộ biến đổi đa mức cấu trúc module Converter MC Multilevel converter Bộ biến đổi đa mức NPC Neutral point clamped Đi-ốt kẹp i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt FC Flying Capacitor Tụ bay PWM Pulse width modulation Điều chế độ rộng xung LSPWM Level-Shift PWM Điều chế dịch mức sóng mang PSPWM Phase-Shift PWM Điều chế dịch pha sóng mang SVM Space véctơ r modulation Điều chế véctơ không gian SM Sub-module Các module thành phần HVDC High voltage direct current Hệ thống truyền tải điện chiều điện áp cao NLM Nerest Level Modulation Phương pháp điều chế NLM PI PI Controller Bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân RSF Reduced switching Thuật toán cân điện áp frequency voltage balancing algorithm ii Danh mục bảng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Bảng so sánh cấu trúc Sub module 13 Bảng 2.2: Bảng trạng thái van, điện áp đầu ra, chiều dòng điện trạng thái tụ 15 Bảng 3.1: Các thông số mô cho biến đổi MCC 37 Bảng 5.1: Các thông số mô cho biến đổi MCC .56 iii Danh mục hình, đồ thị DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 : Phân loại biến đổi đa mức Hình 1.2 : Cấu trúc biến đổi đa cấp kiểu module (MMC) .6 Hình 1.3: Các hệ thống HVDC lắp đặt giới qua thời kì Hình 1.4: Hệ thống HVDC SIEMENS lắp đặt Trung Quốc .9 Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc dạng nửa cầu Module MMC 11 Hình 2.2 : Cấu trúc tồn cầu Module MMC 12 Hình 2.3: Cấu trúc dạng Diode kẹp Module MMC 12 Hình 2.4: Cấu trúc dạng liên kết chéo Module MMC 13 Hình 2.5: Trạng thái hoạt động dạng điện áp Sub-module 14 Hình 2.6: Mạch điện pha biến đổi MMC tổng quát .15 Hình 2.7: Điện áp xoay chiều đầu MMC 10 mức 16 Hình 3.1: Sơ đồ mạch pha MMC điển hình 20 Hình 3.2: Sơ đồ mạch ba pha MMC điển hình 23 Hình 3.3 : Phương pháp NLM áp dụng cho MMC với 10 module nhánh pha với số điều chế 0.85 biên độ 25 Hình 3.4: Phương pháp điều chế NLM, dạng điện áp nhánh 26 Hình 3.5: Véctơ khơng gian cho nghịch lưu N mức 27 Hình 3.6: Phương pháp dịch sóng mang 28 Hình 3.7: Cấu trúc tổng quan mạch vòng điều khiển 29 Hình 3.8: Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển dòng điện biến đổi MMC 32 Hình 3.9: Biểu diễn dạng hàm truyền mạch vịng điều khiển dịng điện 32 Hình 3.10: Biểu diễn dạng hàm truyền mạch vịng điều khiển cơng suất phía ngồi 35 Hình 3.11: Mạch vịng điều chỉnh điện áp hiệu dụng .37 iv Danh mục hình, đồ thị Hình 3.12: Mơ hình hàm truyền điều khiển dịng điện Matlab Simulink .39 Hình 3.13: Kết BĐK dịng điện với số PI tính tốn 40 Hình 3.14 Kết BĐK dòng điện sau chỉnh sửa hệ số Kp, Ti 40 Hình 3.15: Mơ hình hàm truyền điều khiển công suất Matlab Simulink 41 Hình 3.16: Kết điều khiển cơng suất với số PI tính tốn 41 Hình 3.17 :Mơ hình hàm truyền điều chỉnh điện áp chiều 41 Hình 3.18 Kết điều khiển điện áp chiều DC với PI theo tính tốn .42 Hình 3.19 Kết điều khiển điện áp1 chiều DC với số PI sau hiệu chỉnh 42 Hình 4.1: Cấu trúc thuật toán NLM 44 Hình 4.2: Cấu trúc mạch lực pha biến đổi MMC 44 Hình 4.3: Cấu trúc mơ tả thuật toán NLM cổ điển 46 Hình 4.4: Nguyên lý hoạt động phương pháp NLM cổ điển dùng cho MMC 47 Hình 4.5: Nguyên lý hoạt động phương pháp NLM cải tiến dùng cho MMC với 10 Sub-modules nhánh 49 Hình 4.6: Tổng quát cấu trúc phương pháp NLM cải tiến 50 Hình 4.7: Lưu đồ thuật tốn phương pháp NLM cải biến 52 Hình 4.8: Lưu đồ thuật tốn cân lượng 54 Hình 5.1 Đầu thuật toán NLM 57 Hình Điện áp nhánh pha pha A 57 Hình Điện áp dây AB, BC AC đầu MMC 58 Hình Điện áp pha A, B C đầu .58 Hình 5 Đầu dòng điện pha A 59 Hình Sóng hài đầu 59 v