Các b ộ CSI đượ ử ục s d ng trong các b nghộ ịch lưu công suất lớn, phải có điện cảm đầu vào lớn và điện áp đầu ra nghịch lưu nguồn dòng cao hơn điện áp DC đầu vào và không cho phép làm
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HỒNG ĐÌNH NGUYỄN NGHIÊN CỨU BỘ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI CÓ CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG “BUCK IN BUCK” VÀ “BOOST IN BOOST” Ở PHÍA DC Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHẠM VIỆT PHƯƠNG HÀ NỘI – 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205065451000000 Luận văn Thạc Sĩ Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa LỜI CAM ĐOAN Tên tơi là: Hồng Đình Nguyễn Học viên lớp cao học Điều khiển tự động hóa 2015B – Trường đại học Bách khoa Hà Nội Xin cam đoan: đề tài “Nghiên cứu nghịch lưu nối lưới có chế độ hoạt động “Buck in buck” “Boost in boost” phía DC” thầy giáo TS Phạm Việt Phương hướng dẫn riêng “Tôi cam đoan rằng, ngoại trừ kết tham khảo từ cơng trình khác ghi rõ luận văn, cơng việc trình bày luận văn tơi thực chưa có phần nội dung luận văn nộp để lấy cấp trường trường khác” Hồng Đình Nguyễn ĐK-TĐH2015B Luận văn Thạc Sĩ Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI 11 1.1 Các nghịch lưu sử dụng chuyển mạch cưỡng 12 1.1.1 Chuyển mạch cưỡng nghịch lưu 12 1.1.2 Một số nghịch lưu sử dụng chuyển mạch cưỡng 13 1.2 Các nghịch lưu sử dụng chuyển mạch mềm 14 1.2.1 Chuyển mạch mềm nghịch lưu 14 1.2.2 Một số cấu trúc nghịch lưu nối lưới chuyển mạch mềm 14 1.3 Kết luận chương 20 CHƯƠNG - BỘ NGHỊCH LƯU AALBORG 21 2.1 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động 21 2.1.1 Cấu trúc nghịch lưu Aalborg cấu trúc nửa cầu 21 2.1.2 Nguyên lí hoạt động nghịch lưu Aalborg 22 2.2 Tính tốn thơng số mạch lực 24 2.2.1 Tính chọn van bán dẫn 24 2.2.2 Tính chọn lọc LCL 26 2.3 Kết luận chương 29 CHƯƠNG - MƠ HÌNH HĨA VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 30 3.1 Mơ hình hóa nghịch lưu Aalborg 30 Hồng Đình Nguyễn ĐK-TĐH2015B Luận văn Thạc Sĩ Chun ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa 3.1.1 Mơ hình biến đổi chế độ Boost 31 3.1.2 Mơ hình biến đổi chế độ Buck 37 3.2 Thiết kế điểu khiển 42 3.2.1 Thiết kế điều khiển cho chế độ Boost 44 3.2.2 Thiết kế điều khiển cho chế độ Buck 48 3.3 Kết luận chương 51 CHƯƠNG - MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU AALBORG 53 4.1 Thông số điều kiện mô 53 4.2 Sơ đồ khối mô 53 4.3 Kết mô 57 4.3.1 Trường hợp điện áp DC đầu vào lớn biên độ điện áp lưới nghịch lưu hoạt động trạng thái đầy tải 57 4.3.2 Trường hợp điện áp DC đầu vào thấp biên độ điện áp lưới nghịch lưu hoạt động trạng thái đầy tải 59 4.3.3 Trường hợp điện áp DC đầu vào thấp biên độ điện áp lưới công suất bơm vào lưới thay đổi 61 4.3.4 Trường hợp điện áp DC đầu vào biến đổi 64 4.4 Kết luận chương 67 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 68 Phụ lục 1: Code m-file 71 Hồng Đình Nguyễn ĐK-TĐH2015B Luận văn Thạc Sĩ Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các chữ ký hiệu Chữ viết tắt Ý nghĩa DC Dòng điện chiều (Direct current) AC Dòng điện xoay chiều (Aternating current) VSI Nghịch lưu nguồn áp (Voltage source inverter) CSI Nghịch lưu nguồn dòng (Current source inverter) ZSI Nghịch lưu nguồn Z (Z – Source Inverter) ZVS Điện áp van khơng (Zero Voltage Switching) ZCS Dịng điện van không (Zero Current Switching) Các ký hiệu Ký hiệu Đơn vị 1 & 2 V Giá trị điện áp chiều mạch nghịch lưu Aalborg P W Giá trị công suất bơm vào lưới _ V Điện áp hiệu dụng lưới điện _ A Dòng điện hiệu dụng lưới điện Ω Điện trở tương đương nghich lưu Aalborg _ V Điện áp đỉnh điện áp lưới _ A Dòng điện đỉnh lưới H Giá trị cuộn cảm mạch nghịch lưu Aalborg F Giá trị tụ điện mạch nghịch lưu Aalborg Hz Giá trị tần số cộng hưởng lọc LCL Hz Giá trị tần số lưới điện Hz Giá trị tần số chuyển mạch cao nghịch lưu Aalborg W Công suất phản kháng tụ C A A Hồng Đình Nguyễn Ý nghĩa Dịng điện tức thời cuộn cảm 1 Dòng điện tức thời phía lưới điện ĐK-TĐH2015B Luận văn Thạc Sĩ Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa DANH MỤC BẢNG Bảng Tham số lọc LCL 29 Bảng Thông số mạch lực mô 53 Hồng Đình Nguyễn ĐK-TĐH2015B Luận văn Thạc Sĩ Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Hình 1 Dạng điện áp dịng điện qua van chuyển mạch cưỡng .12 Hình Bộ nghịch lưu nguồn áp (a) nguồn dòng (b) pha nối lưới 13 Hình Điện áp dịng điện chuyển mạch mềm van 14 Hình Nghịch lưu nguồn Z pha nối lưới 15 Hình Bộ nghịch lưu chuyển mạch mềm tự nhiên pha nối lưới 16 Hình Bộ nghịch lưu tầng công suất nối lưới pha .17 Hình Nguyên tắc hoạt động nghịch lưu tầng công suất .17 Hình Bộ nghịch lưu ba tầng công suất nối lưới pha 18 Hình Nguyên tắc hoạt động nghịch lưu ba tầng công suất .18 Hình 10 Bộ nghịch lưu Aallborg loại A (a) nghịch lưu Aallborg loại B (b) 19 Hình Bộ nghịch lưu Aalborg cấu trúc nửa cầu .21 Hình 2 Mạch điện tương đương E E cao biên độ điện áp lưới nửa chu kì dương (a) nửa chu kì âm (b) 22 Hình Thứ tự làm việc nghịch lưu điện áp E E2 nhỏ biên độ điện áp lưới chu kì dương (a) âm (b) điện áp lưới .22 Hình Mạch tương đương chu kì dương nghịch lưu (a) khoảng thời gian T T3, (b) khoảng thời gian T2 23 Hình Mạch tương đương chu kì âm nghịch lưu (a) khoảng thời gian T T6, (b) khoảng thời gian T5 23 Hình Sơ đồ khối mơ hình không gian trạng thái [10] 31 Hình Sơ đồ tương đương nghịch lưu Aalborg chế độ Boost 31 Hình 3 Sơ đồ mạch điện thay trạng thái 32 Hình Sơ đồ mạch điện thay trạng thái 33 Hình Sơ đồ mạch điện nghịch lưu Aalborg chế độ Buck 38 Hình Sơ đồ mạch điện thay chế độ Buck trạng thái 38 Hình Sơ đồ thay chế độ Buck trạng thái .40 Hình Sơ đồ điều khiển nghịch lưu Aalborg 43 Hình Đồ thị Bode hàm truyền đối tượng 45 Hoàng Đình Nguyễn ĐK-TĐH2015B Luận văn Thạc Sĩ Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa Hình 10 Sơ điều khiển chế độ Boost .45 Hình 11 Đồ thị Bode điều khiển PI 46 Hình 12 Đồ thị Bode hệ hở bao gồm điều khiển 47 Hình 13 Đáp ứng bước nhảy hàm truyền hệ kín có điều khiển 47 Hình 14 Sơ đồ điều khiển chế độ Buck .48 Hình 15 Đồ thị Bode đối tượng chưa có điều khiển 49 Hình 16 Đồ thị Bode điều khiển PI 50 Hình 17 Đồ thị Bode hệ hở bao gồm điều khiển 50 Hình 18 Đáp ứng bước nhảy hệ kín có điều khiển 51 Hình Sơ đồ khối tổng quát mô 54 Hình Sơ đồ khối điều khiển 54 Hình Sơ đồ khối mạch lực nghịch lưu Aalborg 55 Hình 4 Sơ đồ khối chọn chế độ làm việc 55 Hình Sơ đồ khối điều khiển Mode 56 Hình Khối tổng hợp xung 56 Hình Điện áp DC (E 1, E2), điện áp lưới (Vg(t)) dòng điện bơm vào lưới 57 Hình Dịng điện cuộn cảm phía chiều iLN(t) iLP(t) 58 Hình Biểu đồ xung cho van TH1 58 Hình 10 Dạng tín hiệu điện áp lưới, điện áp đầu vào chiều dòng điện đầu phía lưới 59 Hình 11 Dạng tín hiệu dịng điện qua cuộn cảm LP LN 60 Hình 12 Dạng xung cấp cho van ứng với trường hợp mô thứ hai 61 Hình 13 Dạng tín hiệu điện áp lưới, điện áp đầu vào chiều dòng điện đầu phía lưới 62 Hình 14 Dạng tín hiệu dòng điện qua cuộn cảm LP LN 63 Hình 15 Dạng xung cấp cho van ứng với trường hợp mô thứ ba 64 Hình 16 Dạng tín hiệu điện áp lưới, điện áp đầu vào chiều dịng điện đầu phía lưới 65 Hình 17 Dạng tín hiệu dịng điện qua cuộn cảm LP LN 66 Hình 18 Dạng xung cấp cho van ứng với trường hợp mơ thứ tư 67 Hồng Đình Nguyễn ĐK-TĐH2015B Luận văn Thạc sĩ Chuyên ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Do thách thức lượng toàn cầu nay, việc phát triển nghịch lưu sử dụng lượng tái tạo có khả nối với lưới điện ngày trở nên thực cần thiết Các nguồn lượng tái tạo lượng gió, lượng mặt trời…có giá trị điện áp dao động dải rộng, yêu cầu nối lưới nghiêm ngặt, mong muốn tăng hiệu suất nghịch lưu nối lưới Trong khn khổ khóa học Cao học, chun ngành Điều khiển Tự động hóa trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tạo điều kiện giúp đỡ nhà trường Tiến sĩ Phạm Việt Phương, tác giả lựa chọn đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu nghịch lưu nối lưới có chế độ hoạt động “Buck in buck” “Boost in boost” phía DC” Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài Các nghịch lưu nối lưới biến đổi DC/AC với điều kiện điện áp hay dịng điện đầu có dạng hình sin có biên độ, tần số góc pha so với lưới điện có khả bơm cơng suất vào lưới điện Ở nghịch lưu nối lưới, phía đầu nguồn nguồn DC chiều yêu cầu đầu nối lưới nên việc nối lưới điện việc bơm cơng suất tồn phần S, bao gồm công suất phản kháng Q công suất tác dụng P vào lưới Trong thực tế, việc bơm cơng suất vào lưới có thành phần Q, nhiên việc đưa công suất Q không (hoặc xấp xỉ không) mục tiêu điều khiển đặt ra, Q nhỏ tốt để công suất tác dụng P đưa lên lưới nhiều Như vậy, vấn đề điều khiển nghịch lưu nối lưới đặt điều khiển hệ số công suất cho cos =1 Trong luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu nghịch lưu Aalborg [1] với ưu điểm: nghịch lưu nối lưới hai tầng cơng suất đó: tầng cơng suất DC/DC đóng cắt tần số cao có cấu trúc biến đổi Buck – Boost nên có khả tăng – giảm áp phù hợp với việc sử dụng nguồn lượng tái tạo mà điện áp DC đầu vào có khả thay đổi dải rộng chuyển mạch với tần số Hồng Đình Nguyễn ĐK-TĐH2015B Luận văn Thạc sĩ Chun ngành: Điều khiển & Tự Động Hóa cao Phía tầng công suất DC/AC chuyển mạch với tần số lưới giúp tổn hao chuyển mạch biến đổi giảm thiểu đáng kể Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Phần mở đầu Chương Tổng quan nghịch lưu nối lưới Chương trình bày vấn đề tổng quan nghịch lưu nối lưới, so sánh ưu điểm chuyển mạch mềm so với chuyển mạch cưỡng nghịch lưu nối lưới Một số cấu trúc nghịch lưu chuyển mạch mềm đưa để thấy rõ ưu, nhược điểm chuyển mạch mềm Chương Bộ nghịch lưu Aalborg Trong chương trình bày nguyên lý hoạt động, chế độ làm việc nghịch lưu Aalborg Các thông số mạch lực tính tốn cuối chương Chương Mơ hình hóa thiết kế điều khiển cho nghịch lưu Aalborg Bằng phương pháp mô hình tín hiệu nhỏ tiến hành mơ hình hóa nghịch lưu Từ mơ hình hóa có, thiết kế điều khiển cho nghịch lưu hai chế độ Buck Boost Chương Mô nghịch lưu Aalborg Tiến hành mô nghịch lưu phần mềm Matlab kiểm chứng kết lý thuyết chương Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Hiểu rõ, chủ động việc xây dựng cấu trúc nghịch lưu Aalborg điều khiển, ứng dụng vào nguồn lượng tái tạo phân tán nối lưới Để hoàn thành luận văn này, xin gửi lời cảm ơn tới Thầy giáo TS PHẠM VIỆT PHƯƠNG tập thể thầy mơn Tự động hóa công nghiệp, Viện Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình giảng dạy hướng dẫn tơi tháng năm qua, tạo điều kiện tốt cho Hồng Đình Nguyễn ĐK-TĐH2015B