Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.Nghiên cứu điều khiển thiết bị khôi phục điện áp động trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp theo nguyên lý dựa trên véc tơ điện áp lưới.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THỊ NGỌC VÂN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP ĐỘNG TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN TRONG CÔNG NGHIỆP THEO NGUYÊN LÝ DỰA TRÊN VÉC TƠ ĐIỆN ÁP LƯỚI Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9520216 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA Hà Nội - 2024 Cơng trình hồn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Huy Phương TS Phạm Quang Đăng Phản biện 1: GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn Phản biện 2: PGS.TS Đinh Anh Tuấn Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Thanh Hải Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi 14 giờ, ngày 26 tháng 01 năm 2024 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Vu Hoang Phuong, Tran Trong Minh, Vu Thi Ngoc Van, Nguyen Huy Phuong and Nguyen Quang Dich (2017), “A Linear Control for Active Voltage Conditioner”, Page 185-190, The 3rd ASEAN Smart Grid Congress & The 5th International Conference on Sustainable Energy [2] Van Vu Thi Ngoc, Ngoc Nguyen Dinh, Thành Nam, Minh Tran Trong, Dang Pham Quang and Phuong Nguyen Huy (2019), “Xây dựng hệ thống thử nghiệm cho Điều áp liên tục”, Hội nghịTriển lãm quốc tế lần thứ điều khiển tự động hóa VCCA2019, Page 11.1-11.7, 6-7/9/2019, Cung Văn hóa Hữu nghị Hà Nội, 91 Trần Hưng Đạo, Hoàn Kiếm, Hà Nội [3] Phuong Vu, Vu Thi Ngoc Van, Quan Nguyen, Nguyen Quang Dich, Minh Tran (2020), “Design and Implementation of Active Voltage Conditioner in Low-Voltage Distribution System”, J Electrical Systems 16-4 (2020): 569-581, http://journal.esrgroups.org/jes/paper/16-9.pdf (ISI-Q3) [4] Vu Thi Ngoc Van, Nguyen Dinh Ngoc, Nguyen Huy Phương, Vu Hoang Phuong, Nguyen Quang Dich, Tran Trong Minh (2021), “Fully DSP-Based Control of an Active Voltage Conditioner”, Journal of Science and Technology (JST): Smart Systems and Devices (hust.edu.vn), Volume 31, Issue 1, May 2021, Page 116123, https://jst.hust.edu.vn/journals/jst.150.ssad.2021.31.1.15 [5] Vũ Thị Ngọc Vân, Vũ Hoàng Phương*, Phạm Quang Đăng, Nguyễn Huy Phương, Nguyễn Quang Địch (2023), “Nghiên cứu thuật toán phát cố điện áp lưới hệ điều khiển điều áp liên tục”, Measurement, Control, and Automation, Vol (2) (2023), ISSN 1859-0551, https://mca-journal.org Mở đầu Sự cần thiết đề tài Chất lượng điện ảnh hưởng lớn đến hoạt động nhà máy dây chuyền sản xuất công nghiệp Sự gián đoạn khoảng thời gian vơ ngắn gây thiệt hại lớn nhà máy Thiệt hại mức độ nhẹ tăng chi phí sản xuất việc suy giảm chất lượng sản phẩm, tăng lượng phế phẩm, tăng suất tiêu hao nguyên vật liệu nhiên liệu, mức độ nặng gây gián đoạn sản xuất phải khởi động lại dây chuyền sản xuất cố thiết bị sản xuất Vì vậy, việc đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải nhà máy công nghiệp nhiệm vụ có tính ưu tiên cao, với phụ tải quan trọng Trước yêu cầu chất lượng điện năng, giới nhiều phương án sản xuất truyền tải điện xây dựng nhằm giảm thiểu cố nguồn điện Các nghiên cứu cố thăng giáng điện áp ngắn hạn có thời gian kéo dài từ khoảng nửa chu kỳ điện áp lưới (0,01 giây) đến cỡ 60 giây có tần suất xảy lớn loại cố nguồn điện Hiện tượng lồi lõm điện áp dạng nhiễu loạn xuất trước tồn thời gian ngắn, bao gồm biến động biên độ điện áp góc pha Mặc dù, lõm điện áp xảy thời gian ngắn, số phụ tải hệ thống điều khiển, loại biến tần điều khiển động cơ, bị dừng trường hợp thiết bị có vai trò quan trọng với hoạt động dây chuyền sản xuất bị dừng phải dừng tồn dây chuyền khởi động trở lại tốn kinh tế thời gian Nếu hệ thống điều khiển xử lý số liệu dẫn tới gián đoạn thơng tin gây hậu nghiêm trọng Hiện tượng lồi, lõm điện áp hạn chế tính tới q trình quy hoạch, thiết kế vận hành hệ thống điện điều thường dẫn tới chi phí lớn cho việc xây dựng hệ thống điện thực nước công nghiệp phát triển hệ thống điện ổn định tiềm lực tài mạnh Với hệ thống điện cịn liên tục mở rộng lại thiếu quy hoạch nguồn lực tài hạn hẹp Việt Nam tương lai gần chưa thể thực mà giải pháp khắc phục bảo vệ có chọn lọc phụ tải nhạy cảm quan trọng Để bảo vệ phụ tải nhạy cảm với tượng lồi lõm điện áp lưới hầu hết ứng dụng công nghiệp thường sử dụng khôi phục điện áp động (Dynamic Voltage Restorer–DVR) để thực việc khôi phục điện áp cho phụ tải nhạy cảm quan trọng có lồi lõm điện áp ngắn hạn Việc bảo vệ phụ tải quan trọng trước ảnh hưởng lồi lõm điện áp lưới có ý nghĩa quan trọng việc đảm bảo sản xuất, tiết kiệm chi phí góp phần nâng cao khả cạnh tranh sản phẩm nhà máy công nghiệp tạo nên nhu cầu lớn thiết bị khôi phục điện áp động DVR đặt tính cấp thiết việc nâng cao chất lượng hoạt động giảm giá thành DVR Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu luận án xây dựng cấu trúc mạch động lực nghịch lưu ba pha bốn nhánh, mơ hình hóa xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới cho biến đổi phía tải DVR kiểu điều áp tích cực (AVC) ứng dụng hệ thống cung cấp điện công nghiệp hoạt động trường hợp nguồn điện và/hoặc tải không đối xứng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận án là: - Xây dựng cấu trúc mạch lực biến đổi phía tải AVC sử dụng nghịch lưu pha bốn nhánh van; - Mô hình hóa biến đổi phía tải AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới; - Xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới cho biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu pha bốn nhánh van điều khiển thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch thứ tự không điện áp lưới và/hoặc tải không đối xứng nhằm nâng cao chất lượng điều khiển Phạm vi nghiên cứu luận án biến đổi phía tải AVC với mạch nghịch lưu pha nhánh van sử dụng điều chế véc-tơ không gian ba chiều cấu trúc điều khiển véc-tơ hệ tọa độ d-q-0 bao gồm: cấu trúc điều khiển nối tầng hai mạch vòng dòng điện điện áp; cấu trúc điều khiển song song hai mạch vòng dòng điện điện áp, điều khiển thành phần thứ tự thuận thứ tự nghịch thứ tự không kết hợp với điều khiển tách kênh điều khiển feetbackfeetforward Điều kiện hoạt động AVC nghiên cứu luận án điện áp lưới với lõm điện áp 45%, lồi điện áp tới 115% điều kiện tải và/hoặc nguồn không đối xứng Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu sử dụng luận án kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm mơ hình bao gồm mơ hình mơ mơ hình thí nghiệm Theo đó, nghiên cứu lý thuyết mạch điện lý thuyết điều khiển nhằm mục tiêu mơ hình hóa AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van để từ phát triển cấu trúc điều khiển phù hợp Kết nghiên cứu lý thuyết kiểm chứng hiệu chỉnh thực nghiệm mơ hình mơ cuối mơ hình thí nghiệm Cách tiếp cận sử dụng xun suốt trình nghiên cứu kết hợp cách tiếp cận Phân tích/Tổng hợp cho q trình mơ hình hóa AVC với cách tiếp cận Hệ thống/Cấu trúc cho trình xây dựng phát triển cấu trúc điều khiển Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Luận án đề xuất xây dựng cấu trúc mạch động lực kiểu cầu nghịch lưu ba pha bốn nhánh van với phương pháp điều khiển véc-tơ sử dụng cấu trúc Feedback – Feedforward ứng dụng cho AVC hoạt động điều kiện nguồn tải không đối xứng Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu luận án làm sở ứng dụng cho việc thiết kế chế tạo AVC hoạt động điều kiện điện áp và/hoặc tải không đối xứng AVC với cấu trúc cầu nghịch lưu ba pha bốn nhánh van cấu trúc điều khiển đề xuất hứa hẹn khả tiết kiệm chi phí chế tạo nâng cao chất lượng hoạt động từ ứng dụng cách hiệu để bảo vệ phụ tải quan trọng dây chuyền sản xuất công nghiệp Nội dung luận án Nội dung luận án trình bày gồm chương phần kết luận sau: Chương 1: Trình bày tổng quan tượng biến động điện áp ngắn hạn giải pháp chống biến động điện áp ngắn hạn Đề xuất cấu trúc AVC, biến đổi phía lưới, biến đổi phía tải Chương 2: Trình bày xây dựng mơ hình tốn học điều khiển biến đổi phía tải AVC Điều khiển biến đổi AVC phía tải, nêu mạch vòng điều khiển dòng điện thiết kế mạch vòng điều khiển điện áp theo cấu trúc điều khiển nối tầng Kết mô Matlab/Simulink mô thời gian thực đánh giá kết Chương 3: Trình bày xây dựng mơ hình thí nghiệm với kịch thử nghiệm, lắp đặt hệ thống thử nghiệm, kết thử nghiệm phịng thí nghiệm đánh giá kết thu Chương 4: Trình bày nâng cao chất lượng điều khiển cách đề xuất thiết kế mạch vòng điện áp theo cấu trúc hai vòng điều khiển song song Thiết kế điều khiển điều kiện không đối xứng Mô kiểm chứng đánh giá kết thu Phần kết luận: Nhận xét, đánh giá kết đạt luận án Chỉ hạn chế, khó khăn đề xuất cho hướng nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng thiết bị khôi phục điện áp động ứng dụng thành công thực tế Các đóng góp luận án Luận án có đóng góp như sau: - Đề xuất cấu trúc mạch lực biến đổi phía tải AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van, mơ hình hóa biến đổi phía tải AVC dùng nghịch lưu ba pha bốn nhánh hệ tọa độ quay d-q-0 - Xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ hệ tọa độ d-q-0 điều khiển thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch thứ tự không điện áp lưới và/hoặc tải khơng đối xứng qua nâng cao chất lượng điều khiển cho biến đổi phía tải AVC Phương pháp điều khiển feed-forward điện áp lưới áp dụng để nâng cao tốc độ đáp ứng với biến động điện áp lưới Chương Tổng quan biến động điện áp chống biến động điện áp 1.1 Khái quát vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Giới thiệu chung AVC Bộ điều áp tích cực thể Hình 1.10 gồm hai thành phần biến đổi phía lưới (bộ Shunt converter) biến đổi phía tải (bộ Series converter) Ngồi cịn có lọc, máy biến áp nối tiếp, tụ DC-Link thiết bị Bypass UG Ub ~ Nguồn lưới 3-pha 50Hz ~ UOUT ~ Udc Bộ biến đổi phía lưới TẢI Bộ biến đổi phía tải Udk Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc thành phần AVC 1.1.2 Bộ biến đổi phía lưới Ua LG LI + Ub Uc UDC - CF RD LCL Fil ter Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực chỉnh lưu tích cực sử dụng cho AVC Bộ biến đổi phía lưới sử dụng cấu trúc chỉnh lưu tích cực có số ưu điểm sau: - Điện áp chiều điều chỉnh dải rộng kể nguồn điện phía lưới thay đổi Điều ý nghĩa AVC để đảm bảo đủ điện áp nghịch lưu bù cho tải xuất lõm/lồi điện áp lưới Hệ số cơng suất điều chỉnh (có thể gần 1) - Dịng điện phía lưới có dạng hình Sin với hệ số méo dạng sóng hài thấp (THD < 5%) thỏa mãn tiêu chuẩn IEEE519 - Năng lượng trao đổi theo hai chiều qua biến đổi - Sử dụng sơ đồ mạch lực cho phép sử dụng nguồn lượng từ lưới điện cung cấp bù lõm/lồi điện áp cho tải có lợi cơng suất so sánh với cấu hình sử dụng nguồn lượng phía tải 1.1.3 Điều khiển biến đổi phía lưới AVC Đối với biến đổi phía lưới cần phải đảm bảo điện áp chiều ln ổn định, dịng điện phía lưới có độ méo sóng hài THD thấp, nhỏ 5% Có nhiều phương pháp điều khiển biến đổi phía lưới AVC chia làm hai nhóm điều khiển thơng qua điều khiển dịng điện điều khiển trực tiếp cơng suất DC+ DCPLL a-b-c SVM α-β ULα* ULβ* α-β α-β d-q d-q Inq Ind ULq* ULd* Bộ điều k hiể n dòng điện Inq* - + - Tính hệ số cơng suất Sin φ Ind* PI Sin φ* + + PI + UDC * Hình 1.12 Cấu trúc điều khiển biến đổi phía lưới sử dụng chỉnh lưu tích cực 1.1.4 Bộ biến đổi phía tải Hình 1.16 Bộ biến đổi phía AVC tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van 1.1.5 Các phương pháp điều khiển biến đổi phía tải a Điều khiển hệ tọa độ a-b-c NGUỒN CLTC + S1 S3 S2 S4 + Ud c Cdc - - H-B Pha Bộ điều chỉnh điện áp (PR) uc is * Bộ điều chỉnh dòng điện (PR) uabc is Sin PWM S1,2,3,4a + - 2:1 + 2:1 + - isb S1,2,3,4b H-B Pha B + S1,2,3,4c is c 1,41 x cosθ θ Tính toán lượng đặt (RMS) PLL pha 2:1 + } } is VAVC_r ef_RM S + H-B Pha C VAVC_ref - isa Udc H-B Pha A VAVC_ref } 00 V - uc vnguon TẢI Hình 1.17 Cấu trúc điều khiển hệ tọa độ a-b-c cho biến đổi phía tải Việc xây dựng cấu trúc điều khiển cho BBĐ phía tải gồm nhiệm vụ sau: Xây dựng phương pháp điều chế đơn cực cho mạch nghịch lưu cầu H Tổng hợp tham số cho điều khiển điện áp, dòng điện Xây dựng, tổng hợp tham số cho vịng khóa pha pha Phương pháp điều khiển có ưu điểm điều khiển pha riêng rẽ nên đảm bảo hoạt động AVC trường hợp lồi lõm điện áp không đối xứng cách dễ dàng Nhược điểm điều khiển cộng hưởng có tham số phụ thuộc vào tần số Tuy nhiên, điều kiện lưới điện thực tế tần số ln ln biến thiên khoảng sai lệch quy định có cố cịn vượt ngồi khoảng Do vậy, khó đảm bảo chất lượng điều khiển Để cải thiện ta sử dụng điều khiển khuếch đại-cộng hưởng (PR) không loại bỏ hết ảnh hưởng b Điều khiển hệ tọa độ d-q-0 Cấu trúc điều khiển hệ tọa độ d-q-0 cho phép điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng cách chủ động, đảm bảo biến áp nối tiếp từ hóa hồn tồn từ phía sơ cấp hạn chế tối đa ảnh hưởng trở kháng tới đối xứng góc pha điện áp tải không đối xứng Sơ đồ điều khiển hệ tọa độ d-q-0 với hai vòng điều khiển dòng điện điện áp nối tầng hình 1.18 Nguồn lưới PLL θ Mạc h DC trung g ian uoutd *+ PI - uoutq* + PI - uout0* + - PI iou td*+ uid Bộ điều uiq khiển dòng điện ui0 - iou tq* + - iou t0 * + d-q-0 Nghịch lưu PWM α-β-γ - io utd Bộ điều khiển điện áp io utq io ut0 uoutd uoutq uout0 iouta d-q-0 α-β-γ a-b-c α-β-γ ioutb ioutc uouta d-q-0 α-β-γ a-b-c α-β-γ uoutb uoutc Tải Hình 1.18 Sơ đồ điều khiển hệ tọa độ d-q-0 biến đổi phía tải AVC 1.2 Đề xuất hướng nghiên cứu Các điều áp tích cực (AVC) với chỉnh lưu tích cực cải tiến điều áp tích cực dùng chỉnh lưu diode mạch lực kỹ thuật điều khiển Về cấu tạo, điều áp tích cực dùng chỉnh lưu tích cực tương tự chống sụt áp khác chỉnh lưu sử dụng chỉnh lưu tích cực với biến đổi IGBT cho phép truyền lượng theo hai chiều nên cho phép bảo vệ phụ tải với biến thiên điện áp lưới theo chiều tăng chiều giảm Do vậy, gọi điều áp tích cực hồn tồn Bộ biến đổi phía tải AVC xây dựng với cấu trúc mạch lực điều khiển khác Mỗi cấu trúc điều khiển mạch lực có ưu nhược điểm định Với ưu nhược điểm cấu trúc mạch lực phương pháp điều khiển phân tích cộng với mục tiêu nâng cao chất lượng AVC điều kiện tải không đối xứng, đề tài luận án lựa chọn AVC với biến đổi phía lưới chỉnh lưu tích cực biến đổi phía tải đề xuất sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh làm đối tượng nghiên cứu đặt mục tiêu nâng cao chất lượng hoạt động AVC Cụ thể biến đổi phía tải AVC với cấu trúc mạch lực đề xuất kiểu ba pha bốn nhánh cấp nguồn cho biến áp nối tiếp có sơ cấp nối cấu trúc điều khiển véc-tơ hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới Chương Mơ hình tốn học điều khiển biến đổi phía tải AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh 2.1 Xây dựng mô hình tốn học điều khiển biến đổi phía tải AVC 2.1.1 Cấu trúc AVC sử dụng nghịch lưu pha dây biến áp nối tiếp sơ cấp đấu Nguồn Máy biến áp Lf V1a Via Vix Vib V1b Vic V1c Ln Bộ lọc L-C VG T ả i Hình 2.1 Sơ đồ mạch lực biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh Sơ đồ mạch lực AVC sử dụng biến đổi phía tải nghịch lưu pha dây biến áp nối tiếp sơ cấp đấu Hình 2.1 2.1.2 Mơ hình máy biến áp nối tiếp AVC R1 L1 I 2¶ I1 R 2¶ L 2¶ RM Ztai¶ -U2¶ U1 LM U͛ g IM Hình 2.2 Sơ đồ tương đương máy biến áp Phương trình điện áp sơ cấp ta có: 2.1.3 Mơ ' 2d di1d R RM LM di LM i1d i1q u1d i2' q dt L1 LM L1 LM L1 LM dt L1 LM di1q dt ' R1 RM LM di2q LM i1q i1d u1q i2' d L1 LM L1 LM L1 LM dt L1 LM (2.11) di10 R RM LM di20' RM i10 u10 i20' dt L1 LM L1 LM L1 LM dt L1 LM hình lọc đầu nghịch lưu Phương trình điện áp thứ cấp: (2.12) Mơ hình biến áp hệ tọa độ d-q-0 hình vẽ 2.3 u1d + - iMd i1d + - + i2d + RM - + uMd + R¶2 ωLM ωL1 ωL¶2 ωL1 ωL¶2 u¶2d - ωLM i2q u1q + R¶2 + - i1q - + - iMq i20 RM + + u2d - uMq + + -¶ u u2q 2q R¶2 u10 + - + i10 iM0 RM uM0 + - u20 u¶20 Hình 2.3 Mơ hình tốn học máy biến áp nối tiếp AVC Cấu trúc điều khiển biến đổi lần kiểm chứng thiết bị điều khiển thời gian thực hãng Typhoon Thiết bị cho phép giả lập mơ hình phần cứng với bước tính 1µs thời gian trích mẫu PWM 20ns Thông số thiết bị Typhoon HIL 402 sau: lõi vi xử lý FPGA; Cổng vào tương tự: 16 kênh, phân dải 16 bit, dải ±10V; Cổng vào số: 32 kênh; Kết nối: USB 2.0, Ethernet; Nguồn cấp 100 ÷ 250VAC, ≥ 60W Ngoài ra, kèm với thiết bị Typhoon HIL 402 mạch “DSP interface” Mạch “DSP interface” sử dụng vi điều khiển DSP TMS320F2808 vi điều khiển trung tâm Mạch hỗ trợ cổng vào tương tự vào số để kết nối với thiết bị Typhoon HIL402, hỗ trợ giao tiếp truyền thông UART để kết nối với máy tính Trong hệ thống này, thiết bị Typhoon có nhiệm vụ giả lập phần cứng với bước tính 1µs cịn mạch “DSP interface” với DSP TMS320F2808 thực cấu trúc điều khiển Hai phần giao tiếp qua cổng vào tương tự (AO, AI) vào số (DI, DO) Cấu trúc điều khiển: phương pháp điều chế độ rộng xung, điều chỉnh điện áp dịng điện, thuật tốn vịng khóa pha…được cài đặt DSP TMS320F2808 Thông qua mạch “DSP interface”, Card HIL402 cung cấp tới 16 cổng tương tự, cổng thiết lập để gửi tín hiệu điện áp dịng điện đến mạch ADC DSP TMS320F2808 Tín hiệu xung đưa từ kênh PWM DSP TMS320F2808 gửi đến cổng DI Card HIL402 cấu hình tín hiệu điều khiển đóng/cắt van Hình 2.20 Sơ đồ mơ Typhoon HIL 402 Hình 2.21 Sơ đồ mô Typhoon HIL 402 Hình 2.22 Mô hình mô thời gian thực thiết bị Typhoon HIL 402 Ngoài ra, sử dụng phần mềm “Typhoon HIL Control Center “của hãng cho phép thay đổi người thiết kế thiết lập tham số, lựa chọn đặc tính hiển thị dạng đồ thị thay đổi điều kiện vận hành theo thời gian Từ điểm đo mạch “DSP interface”, sử dụng Osiloscope Hameg –200MHz cho phép đo đáp ứng điện áp trình độ Tỷ lệ đo AC 1:1500, đo DC 1: 2000 b Kết mô thời gian thực Mô thời gian thực với kịch xảy trường hợp mô Matlab c) Điện áp tải a) Điện áp lưới b) Điện áp bù Hình 2.24 Kết HIL lưới điện lõm pha 55 b) Điện áp bù a) Điện áp lưới c) Điện áp tải Hình 2.25 Kết HIL lưới điện lõm pha 55% a) Điện áp lưới b) Điện áp bù c) Điện áp tải Hình 2.26 Kết HIL lưới điện lõm pha 70% a) Điện áp lưới b) Điện áp bù c) Điện áp tải Hình 2.27 Kết HIL lưới điện lồi pha 110% Hình 2.28 Kết HIL điện áp tụ Kết mô thời gian thực kiểm chứng với mục 2.3.1, với kết từ 2.24 đến Hình 2.29 Trong bốn trường hợp, điện áp tải giữ định mức 380V sau xác lập Sau xảy độ, điện áp tải nhanh chóng đạt định mức khoảng thời gian chưa đầy 20 ms (1 chu kỳ điện áp lưới Cũng thấy điện áp DC giữ mức 700V trình hoạt động, thời điểm độ điện áp DC có dao động khoảng 10V nhanh chóng ổn định lại sau 5ms Kết luận: Trong chương mơ hình tốn học biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh xây dựng Từ mơ hình tốn học cấu trúc điều khiển hai mạch vịng dịng điện phía điện áp phía ngồi tính tốn thiết kế Kết mơ máy tính sử dụng phần mềm Matlab-Sim ulink Plecs kết mô thời gian thực thiết bị mô Typhoon HIL cho thấy hoạt động đáp ứng tốt cấu trúc mạch lực với nghịch lưu ba pha bốn nhánh điều khiển véc-tơ với cấu trúc điều khiển nối tầng truyền thống đề xuất cho biến đổi phía tải AVC Kết mơ thời gian thực Typhoon HIL cho thấy cấu trúc điều khiển đề xuất triển khai thời gian thực cho tốc độ đáp ứng điều khiển tương tự kết mô Matlab-Simulink Hàm truyền điện áp hàm truyền dịng điện có phương trình đặc tính tương tự nên việc sử dụng cấu trúc điều khiển kiểu hai vòng nối tầng truyền thống buộc phải chấp nhận tốc độ đáp ứng điều khiển điện áp chậm so với khả đạt để đáp ứng điều kiện hoạt động điều khiển nối tầng Đặc điểm sở việc phát triển cấu trúc điều khiển khác để nâng cao tốc độ đáp ứng AVC trình bày Chương Chương Xây dựng mơ hình thí nghiệm 3.1 Kịch thử nghiệm Hệ thống AVC có nhiệm vụ khắc phục cố lồi, lõm điện áp ngắn hạn Vì vậy, đánh giá hoạt động AVC cần phải tạo cố điện áp ngắn hạn Do thử nghiệm với trình xảy cố điện áp ngắn hạn thời gian dài (10s), lượng tích lũy tụ điện khơng thể đáp ứng nên thử nghiệm, nguồn cấp biến đổi phía lưới tách riêng với nguồn cấp biến đổi phía tải AVC để đảm bảo khảo sát thời gian dài Sơ đồ thử nghiệm AVC với biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh Hình 3.1 Nguồn lưới A1 B1 C1 N Máy biến áp U1a Bộ lọc L-C K2 Lf A2 CC Cdc EMI B2 C2 MCCB Via Vix U1b Vib Vic U1c K1 Ln GND 220V 220V VG Mạch IGBT Drive dSpace DS1104 Mạch đo A3 B3 C3 N Tải Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống thử nghiệm AVC với biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu cầu ba pha bốn nhánh Kịch tạo lồi, lõm điện áp: - Kịch 1: Ngắn mạch phía nguồn thơng qua điện trở, điện kháng để gây sụt áp phía nguồn - Kịch 2: Phía nguồn cấp tải thơng qua biến áp tự ngẫu Điều chỉnh biến áp tự ngẫu để nguồn cấp cao 110% định mức để tạo số lồi điện áp - Kịch 3: Đóng động khơng đồng Trong q trình khởi động động điện áp phía nguồn bị sụt áp