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.
Trang 1BỘ 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 và tự động hóa
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Hà Nội - 2024
Trang 2Công trình được hoàn thành tại:
Đại học Bách khoa Hà Nội
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
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 được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi 14 giờ, ngày 26 tháng 01 năm 2024
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1 Thư viện Tạ Quang Bửu - Đại học Bách khoa Hà Nội
2 Thư viện Quốc gia Việt Nam
Trang 3DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG 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
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 bộ Điều áp liên tục”, Hội
nghị-Triển lãm quốc tế lần thứ 5 về điều khiển và tự động hóa
VCCA-2019, Page 11.1-11.7, 6-7/9/VCCA-2019, Cung Văn hóa Hữu nghị HàNội, 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.
http://journal.esrgroups.org/jes/paper/16-9.pdf (ISI-Q3)
[4] Vu Thi Ngoc Van, Nguyen Dinh Ngoc, Nguyen Huy Phương, VuHoang 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 andDevices (hust.edu.vn), Volume 31, Issue 1, May 2021, Page 116-
123, 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 hiện sự cố điện áp lưới trong hệ điều khiển bộ điều
áp liên tục”, Measurement, Control, and Automation, Vol 4 (2)
(2023), ISSN 1859-0551, https://mca-journal.org
Trang 4Mở đầu
1 Sự cần thiết của đề tài
Chất lượng điện năng ảnh hưởng lớn đến hoạt động của các nhà máy và dâychuyền sản xuất trong công nghiệp Sự gián đoạn trong khoảng thời gian vô cùngngắn cũng có thể gây ra những thiệt hại lớn đối với mỗi nhà máy Thiệt hại ở mức
độ nhẹ có thể là tăng chi phí sản xuất do việc suy giảm chất lượng sản phẩm, tănglượng phế phẩm, tăng suất tiêu hao nguyên vật liệu và nhiên liệu, ở mức độ nặnghơn có thể gây gián đoạn sản xuất do phải khởi động lại dây chuyền sản xuấthoặc do sự cố đối với các thiết bị sản xuất Vì vậy, việc đảm bảo chất lượng điện
áp cho các phụ tải trong các nhà máy công nghiệp luôn là nhiệm vụ có tính ưutiên cao, nhất là với các phụ tải quan trọng
Trước yêu cầu về chất lượng điện năng, trên thế giới nhiều phương án sảnxuất và truyền tải điện năng đã được xây dựng nhằm giảm thiểu các sự cố đối vớinguồn điện Các nghiên cứu đã chỉ ra sự cố thăng giáng điện áp ngắn hạn có thờigian kéo dài từ khoảng nửa chu kỳ điện áp lưới (0,01 giây) đến cỡ dưới 60 giây
có tần suất xảy ra lớn nhất trong các loại sự cố về nguồn điện Hiện tượng lồi lõmđiện áp là dạng nhiễu loạn xuất hiện không biết trước và tồn tại trong thời gianngắn, bao gồm cả biến động về biên độ điện áp cũng như góc pha Mặc dù, lõmđiện áp xảy ra trong một thời gian rất ngắn, một số phụ tải như các hệ thống điềukhiển, các loại biến tần điều khiển động cơ, có thể bị dừng và trong trường hợpcác thiết bị này có vai trò quan trọng với hoạt động của dây chuyền sản xuất thìkhi nó bị dừng sẽ phải dừng toàn bộ dây chuyền và sự khởi động trở lại sẽ rất tốnkém về cả kinh tế và thời gian Nếu là hệ thống điều khiển hoặc xử lý số liệu cóthể dẫn tới gián đoạn hoặc mất thông tin có thể gây ra những hậu quả nghiêmtrọng Hiện tượng lồi, lõm điện áp có thể được hạn chế nếu nó được tính tới trongquá trình quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện và điều này thường dẫntới chi phí lớn cho việc xây dựng hệ thống điện và chỉ có thể thực hiện được ởnhững nước công nghiệp phát triển khi hệ thống điện đã ổn định và tiềm lực tàichính mạnh Với hệ thống điện còn đang liên tục mở rộng nhưng lại thiếu quyhoạch và nguồn lực tài chính hạn hẹp như Việt Nam thì trong tương lai gần chưathể thực hiện được mà giải pháp khắc phục vẫn là bảo vệ có chọn lọc các phụ tảinhạy cảm quan trọng
Để bảo vệ các phụ tải nhạy cảm với hiện tượng lồi lõm điện áp lưới trong hầuhết các ứng dụng công nghiệp thường là sử dụng bộ khôi phục điện áp động(Dynamic Voltage Restorer–DVR) để thực hiện việc khôi phục điện áp cho cácphụ tải nhạy cảm quan trọng khi có sự lồi lõm điện áp ngắn hạn
Việc bảo vệ các phụ tải quan trọng trước ảnh hưởng của lồi lõm điện áp lưới
có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo sản xuất, tiết kiệm chi phí và góp phầnnâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm của các nhà máy công nghiệp tạonên nhu cầu lớn đối với thiết bị khôi phục điện áp động DVR và đặt ra tính cấpthiết trong việc nâng cao chất lượng hoạt động cũng như giảm giá thành đối vớiDVR
2 Mục tiêu nghiên cứu
1
Trang 5Mục tiêu nghiên cứu của luận án là xây dựng cấu trúc mạch động lực nghịchlưu ba pha bốn nhánh, mô hình hóa và xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ trên
hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới cho bộ biến đổi phía tải DVR kiểu điều áptích cực (AVC) ứng dụng trong hệ thống cung cấp điện trong công nghiệp hoạtđộng trong trường hợp nguồn điện và/hoặc tải không đối xứng
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là:
- Xây dựng cấu trúc mạch lực của bộ biến đổi phía tải AVC sử dụng nghịchlưu 3 pha bốn nhánh van;
- Mô hình hóa bộ biến đổi phía tải AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánhvan trên hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áp lưới;
- Xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 tựa theo điện áplưới cho bộ biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu 3 pha bốn nhánh van có thể điềukhiển được cả thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không khi điện áplưới và/hoặc tải không đối xứng nhằm nâng cao chất lượng điều khiển
Phạm vi nghiên cứu của luận án là bộ biến đổi phía tải của AVC với mạchnghịch lưu 3 pha 4 nhánh van sử dụng điều chế véc-tơ không gian ba chiều và cáccấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 bao gồm: cấu trúc điều khiển nốitầng hai mạch vòng dòng điện và điện áp; cấu trúc điều khiển song song hai mạchvòng dòng điện và điện áp, điều khiển cả thành phần thứ tự thuận thứ tự nghịch
và thứ tự không kết hợp với điều khiển tách kênh và điều khiển feetforward Điều kiện hoạt động của AVC trong nghiên cứu của luận án là điện
feetback-áp lưới với lõm điện feetback-áp còn 45%, lồi điện feetback-áp tới 115% và trong điều kiện tảivà/hoặc nguồn không đối xứng
4 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án là kết hợp của nghiên cứu lýthuyết với thực nghiệm trên mô hình bao gồm cả mô hình mô phỏng và mô hìnhthí nghiệm Theo đó, nghiên cứu lý thuyết mạch điện và lý thuyết điều khiểnnhằm mục tiêu mô hình hóa AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van để từ
đó phát triển cấu trúc điều khiển phù hợp Kết quả của nghiên cứu lý thuyết sẽđược kiểm chứng và hiệu chỉnh bằng thực nghiệm trên mô hình mô phỏng vàcuối cùng là trên mô hình thí nghiệm
Cách tiếp cận sử dụng xuyên suốt quá trình nghiên cứu là kết hợp cách tiếpcận Phân tích/Tổng hợp cho quá trình mô hình hóa AVC với cách tiếp cận Hệthống/Cấu trúc cho quá trình xây dựng và phát triển cấu trúc điều khiển
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
Luận án đề xuất và xây dựng cấu trúc mạch động lực kiểu cầu nghịch lưu bapha bốn nhánh van cùng với phương pháp điều khiển véc-tơ sử dụng cấu trúcFeedback – Feedforward ứng dụng cho AVC hoạt động trong điều kiện nguồn vàtải không đối xứng
Ý nghĩa thực tiễn:
Trang 6Kết quả nghiên cứu của luận án có thể làm cơ sở ứng dụng cho việc thiết kế
và chế tạo AVC hoạt động trong điều kiện điện áp và/hoặc tải không đối xứng.AVC với cấu trúc cầu nghịch lưu ba pha bốn nhánh van và cấu trúc điều khiển đềxuất hứa hẹn khả năng tiết kiệm được chi phí chế tạo và nâng cao chất lượng hoạtđộng từ đó ứng dụng một cách hiệu quả để bảo vệ các phụ tải quan trọng trongcác dây chuyền sản xuất trong công nghiệp
6 Nội dung của luận án
Nội dung luận án được trình bày gồm các chương và phần kết luận như sau:Chương 1: Trình bày tổng quan về hiện tượng biến động điện áp ngắn hạn vàcác giải pháp chống biến động điện áp ngắn hạn Đề xuất cấu trúc AVC, bộ biếnđổi phía lưới, bộ biến đổi phía tải
Chương 2: Trình bày về xây dựng mô hình toán học và điều khiển bộ biến đổiphía tải AVC Điều khiển bộ biến đổi AVC phía tải, trong đó nêu về mạch vòngđiều khiển dòng điện và thiết kế mạch vòng điều khiển điện áp theo cấu trúc điềukhiển nối tầng Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink và mô phỏng thời gianthực và đánh giá kết quả
Chương 3: Trình bày xây dựng mô hình thí nghiệm với các kịch bản thửnghiệm, lắp đặt hệ thống thử nghiệm, kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm
và đánh giá các kết quả thu được
Chương 4: Trình bày nâng cao chất lượng điều khiển bằng cách đề xuất thiết
kế mạch vòng điện áp theo cấu trúc hai vòng điều khiển song song Thiết kế bộđiều khiển trong điều kiện không đối xứng Mô phỏng kiểm chứng và đánh giákết quả thu được
Phần kết luận: Nhận xét, đánh giá về kết quả đạt được của luận án Chỉ ra cáchạn chế, khó khăn và đề xuất cho các hướng nghiên cứu tiếp theo nhằm nâng caochất lượng của bộ thiết bị khôi phục điện áp động và ứng dụng thành công trongthực tế
7 Các đóng góp của luận án
Luận án có những đóng góp mới như như sau:
- Đề xuất cấu trúc mạch lực của bộ biến đổi phía tải của AVC sử dụng nghịchlưu ba pha bốn nhánh van, mô hình hóa bộ biến đổi phía tải của AVC dùngnghịch lưu ba pha bốn nhánh trên hệ tọa độ quay d-q-0
- Xây dựng cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 có thể điều khiểnđược cả thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không khi điện áp lướivà/hoặc tải không đối xứng qua đó nâng cao chất lượng điều khiển cho bộ biếnđổi phía tải của AVC Phương pháp điều khiển feed-forward điện áp lưới cũng đãđược áp dụng để nâng cao tốc độ đáp ứng với biến động điện áp lưới
Chương 1 Tổng quan về biến động điện áp và chống biến động điện áp 1.1 Khái quát vấn đề nghiên cứu
1.1.1 Giới thiệu chung về AVC
Bộ điều áp tích cực được thể hiện trên Hình 1.10 gồm hai thành phần chính là
bộ biến đổi phía lưới (bộ Shunt converter) và bộ biến đổi phía tải (bộ Series
3
Trang 7converter) Ngoài ra còn có bộ lọc, máy biến áp nối tiếp, tụ DC-Link và thiết bịBypass.
~
Bộ biến đổi phía lưới
Nguồn lưới
Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc các thành phần chính của AVC
1.1.2 Bộ biến đổi phía lưới
Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực bộ chỉnh lưu tích cực sử dụng cho AVC
Bộ biến đổi phía lưới sử dụng cấu trúc chỉnh lưu tích cực có một số ưu điểmsau:
- Điện áp một chiều điều chỉnh được trong một dải rộng kể cả khi nguồn điệnphía lưới thay đổi Điều này rất ý nghĩa đối với AVC để đảm bảo đủ điện ápnghịch lưu bù cho tải khi xuất hiện lõm/lồi điện áp lưới Hệ số công suất có thểđiều chỉnh được (có thể gần bằng 1)
- Dòng điện phía lưới có dạng hình Sin với hệ số méo dạng sóng hài thấp(THD < 5%) thỏa mãn tiêu chuẩn IEEE519
- Năng lượng được trao đổi theo hai chiều qua bộ biến đổi
- Sử dụng sơ đồ mạch lực này cho phép sử dụng nguồn năng lượng từ lướiđiện cung cấp bù lõm/lồi điện áp cho tải có lợi về công suất hơn khi so sánh vớicấu hình sử dụng nguồn năng lượng phía tải
1.1.3 Điều khiển bộ biến đổi phía lưới của AVC
Đối với bộ biến đổi phía lưới cần phải đảm bảo điện áp một chiều luôn ổnđịnh, dòng điện phía lưới có độ méo sóng hài THD thấp, nhỏ hơn 5%
Có nhiều phương pháp điều khiển bộ biến đổi phía lưới của AVC trong đó cóthể chia làm hai nhóm là điều khiển thông qua điều khiển dòng điện và điềukhiển trực tiếp công suất
PLL
α-β a-b-c
SVM
DC+
DC-d-q α-β
d-q α-β
Bộ điều k hiể n dòng điện
PI PI
Tính hệ
số công suất Sin φ
- + +
-Hình 1.12 Cấu trúc điều khiển bộ biến đổi phía lưới sử dụng chỉnh lưu tích cực
1.1.4 Bộ biến đổi phía tải
Trang 8Hình 1.16 Bộ biến đổi phía của AVC tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh van
1.1.5 Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi phía tải
a Điều khiển trong hệ tọa độ a-b-c
Ud c
+
- +
-H-B 1 Pha
CLTC
Hình 1.17 Cấu trúc điều khiển trên hệ tọa độ a-b-c cho bộ biến đổi phía tải
Việc xây dựng cấu trúc điều khiển cho BBĐ phía tải gồm những nhiệm vụchính sau:
Xây dựng phương pháp điều chế đơn cực cho mạch nghịch lưu cầu H.Tổng hợp tham số cho các bộ điều khiển điện áp, dòng điện
Xây dựng, tổng hợp tham số cho vòng khóa pha một pha
Phương pháp điều khiển này có ưu điểm là điều khiển từng pha riêng rẽ nênđảm bảo được hoạt động của AVC trong trường hợp lồi lõm điện áp không đốixứng một cách dễ dàng
Nhược điểm của bộ điều khiển cộng hưởng là có tham số phụ thuộc vào tần
số Tuy nhiên, trong điều kiện lưới điện thực tế thì tần số luôn luôn biến thiêntrong khoảng sai lệch quy định và khi có sự cố thì còn có thể vượt ra ngoàikhoảng này Do vậy, khó đảm bảo chất lượng điều khiển Để cải thiện ta có thể
sử dụng bộ điều khiển khuếch đại-cộng hưởng (PR) nhưng vẫn không loại bỏ hếtđược ảnh hưởng này
b Điều khiển trong hệ tọa độ d-q-0
Cấu trúc điều khiển trên hệ tọa độ d-q-0 cho phép điều khiển công suất tácdụng và công suất phản kháng một cách chủ động, đảm bảo biến áp nối tiếp được
từ hóa hoàn toàn từ phía sơ cấp và hạn chế tối đa ảnh hưởng trở kháng tới sự mấtđối xứng về góc pha điện áp khi tải không đối xứng
Sơ đồ điều khiển trong hệ tọa độ d-q-0 với hai vòng điều khiển dòng điện vàđiện áp nối tầng như trên hình 1.18
5
Trang 9Bộ điều khiển dòng điện
α-β-γ
α-β-γ a-b-c
Hình 1.18 Sơ đồ điều khiển trên hệ tọa độ d-q-0 bộ biến đổi phía tải của AVC
1.2 Đề xuất hướng nghiên cứu
Các bộ điều áp tích cực (AVC) với chỉnh lưu tích cực là một cải tiến của bộđiều áp tích cực dùng chỉnh lưu diode cả về mạch lực và kỹ thuật điều khiển Vềcấu tạo, các bộ điều áp tích cực dùng chỉnh lưu tích cực tương tự như bộ chốngsụt áp chỉ khác là bộ chỉnh lưu sử dụng chỉnh lưu tích cực với bộ biến đổi IGBTcho phép truyền năng lượng theo cả hai chiều nên cho phép bảo vệ phụ tải vớibiến thiên điện áp lưới theo cả chiều tăng và chiều giảm Do vậy, có thể gọi nó là
bộ điều áp tích cực hoàn toàn
Bộ biến đổi phía tải của AVC có thể được xây dựng với các cấu trúc mạch lực
và điều khiển khác nhau Mỗi cấu trúc điều khiển và mạch lực có những ưu vànhược điểm nhất định Với những ưu nhược điểm của các cấu trúc mạch lực vàphương pháp điều khiển đã phân tích cộng với mục tiêu nâng cao chất lượngAVC trong điều kiện tải không đối xứng, đề tài luận án lựa chọn AVC với bộbiến đổi phía lưới là chỉnh lưu tích cực và bộ biến đổi phía tải được đề xuất sửdụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh làm đối tượng nghiên cứu và đặt mục tiêunâng cao chất lượng hoạt động của AVC Cụ thể là bộ biến đổi phía tải của AVCvới cấu trúc mạch lực đề xuất kiểu ba pha bốn nhánh cấp nguồn cho biến áp nốitiếp có sơ cấp nối sao và cấu trúc điều khiển véc-tơ trên hệ tọa độ d-q-0 tựa theođiện áp lưới
Chương 2 Mô hình toán học và điều khiển bộ biến đổi phía tải AVC sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh
2.1 Xây dựng mô hình toán học và điều khiển bộ biến đổi phía tải AVC 2.1.1 Cấu trúc của AVC sử dụng nghịch lưu 3 pha 4 dây và biến áp nối tiếp
sơ cấp đấu sao
Nguồn
i
Hình 2.1 Sơ đồ mạch lực bộ biến đổi phía tải sử dụng nghịch lưu ba pha bốn nhánh
Sơ đồ mạch lực của AVC sử dụng bộ biến đổi phía tải là nghịch lưu 3 pha 4dây và biến áp nối tiếp sơ cấp đấu sao như trên Hình 2.1
2.1.2 Mô hình máy biến áp nối tiếp trong AVC
Trang 10Hình 2.2 Sơ đồ tương đương máy biến áp
Phương trình điện áp sơ cấp ta có:
-+
+ +
-+ + +
1 1 1
Trang 11R C
U¶ 2
Hình 2.4 Sơ đồ mạch lọc đầu ra nghịch lưu của AVC
Phương trình mô tả bộ lọc đầu ra:
Trang 12+ +
-+ + +
+ -
+
+ +
Hình 2.6 Mô hình toán học mạch đầu ra AVC
2.2 Điều khiển bộ biến đổi phía tải của AVC
2.2.1 Thiết kế điều khiển theo cấu trúc điều khiển nối tầng
Sơ đồ cấu trúc điều khiển nối tầng (cascade) như Hình 2.7
Hình 2.7 Cấu trúc điều khiển nối tầng
Trong đó Ri(s) là bộ điều khiển dòng điện Ru(s) là bộ điều khiển điện áp Hu(s)
là hàm truyền điện áp đầu ra và Hi(s) là hàm truyền dòng điện
Tham số bộ điều chỉnh PI sẽ được tính toán dựa trên mạch vòng điều khiển dòngđiện trên, mạch vòng điều khiển có xét đến trễ của hệ thống điều khiển bao gồm trễkhâu điều chế véc-tơ không gian và trễ tính toán bộ điều chỉnh dòng điện Giá trị tínhtoán ra của bộ điều khiển tới khi tác động vào đối tượng điều khiển có độ trễ từ mộttới hai chu kỳ lấy mẫu (từ Ts tới 2Ts) Trung bình ta sẽ gần đúng bằng hằng số thờigian 1,5Ts
H i (s)
R i (s)
Hình 2.8 Mạch vòng điều khiển dòng điện
Sơ đồ vòng điều khiển điện áp như trên Hình 2.9 với Fi(s) là hàm truyền kín củavòng điều khiển dòng điện Một trong những điều kiện làm việc của cấu trúc điềukhiển nối tầng là tốc độ đáp ứng của vòng trong phải nhanh hơn vòng ngoài hay băngthông điều khiển vòng trong phải lớn hơn băng thông điều khiển vòng ngoài thôngthường là từ 5 tới 10 lần Trong điều kiện như vậy, ta có thể coi Fi(s)≈1 và việc thiết
kế bộ điều khiển điện áp trở nên rất dễ dàng
- +
Trang 13Hình 2.9 Mô tả toán học mạch vòng điều chỉnh điện áp
Hàm truyền giữa điện áp đầu ra nghịch lưu và dòng điện:
Thực hiện tương tự cho bộ điều khiển PI ở mạch vòng dòng điện
2.3 Kết quả mô phỏng và đánh giá
Sau khi đã thiết kế cấu trúc điều khiển các bộ biển đổi ở các mục trên, tiến hành
mô phỏng trên Matlab để kiểm chứng
2.3.1 Tham số mô phỏng
Trang 14Tham số máy biến áp nối
Điện trở phía sơ cấp 50 mΩ Điện cảm phía sơ cấp 0.31 mH Điện trở phía thứ cấp 25 mΩ Điện cảm phía thứ cấp 0.22 mH
Trang 152.3.2 Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink
Tiến hành mô phỏng hệ thống trên Matlab/Simulink trong thời gian 0.85s.Điện áp lưới 380V tại các thời điểm sau xảy ra lồi/lõm điện áp:
Tại thời điểm 0.3s điện áp lưới lõm một pha còn 55% Điện áp lưới trở về ổn định380V tại thời điểm 0.4s
Tại thời điểm 0.45s, điện áp lưới lõm hai pha còn 55% Điện áp lưới trở về ổnđịnh 380V tại thời điểm 0.55s
Tại thời điểm 0.6s, điện áp lưới xảy ra lõm ba pha còn 70% Điện áp lưới trở về380V tại thời diểm 0.7s
Tại thời điểm 0.75s, điện áp lưới xảy ra lồi ba pha 110%
Trình tự: bộ biến đổi phía lưới khởi động quá trình nạp tụ Sau 0.1s, bộ biến đổiphía lưới chạy ở chế độ chỉnh diode Đến 0.15s, bộ biến đổi phía lưới chạy ở chế độchỉnh lưu tích cực Sau khi điện áp một chiều ổn định ở mức 700V, bộ biến đổi phíatải khởi động tại thời điểm 0.25s
STOP (dừng)
CLOSE (dẫn dòng)
OPEN (không dẫn dòng)
0.4 0.45 0.55 0.65 0.75
Lõm 2 pha 55% Định mức Lõm 3 pha 70%
Định mức Lồi 3 pha 110%
t
Hình 2.10 Kịch bản mô phỏng trên Matlab
Tiến hành phân tích quá trình quá độ tại các thời điểm xảy ra biến động điện áplưới Phân tích tại hai thời điểm đầu và thời điểm cuối khi xảy ra lồi/lõm điện áp
- Thời điểm đầu: điện áp lưới đang ở định mức sau đó xảy ra lỗi điện áp
- Thời điểm cuối: điện áp lưới đang bị lỗi sau đó trở về bằng định mức
0.42 0.4 4 0 4 6 0 48 0 5
V g rid (V )
- 20 0 0.4 2 0.4 4 0 4 6 0.48 0.5
Hình 2.14 Dạng điện áp khi điện áp lưới lồi 110% tại thời điểm đầu
Từ Hình 2.11, Hình 2.12, Hình 2.13, Hình 2.14 có thể thấy khi có sự biến độngbiến áp lưới từ các thời điểm 0.3s, 0.45s, 0.6s, 0.75s, bộ biến đổi phía tải sau khoảng
1 chu kỳ điện áp đã bù điện áp để điện áp trên tải ổn định ở giá trị định mức mỗi pha220V